Луна оказалась погружена в земную атмосферу

Астрономы установили, что самая протяженная газовая оболочка нашей планеты — геокорона — простирается по меньшей мере вдвое дальше орбиты Луны. К таким выводам пришел международный коллектив ученых из России, Франции и Финляндии, проанализировав данные прибора SWAN на космическом аппарате SOHO. Результаты опубликованы в Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Внешнюю часть атмосферы планеты называют экзосферой. В случае Земли она начинается с высоты примерно 500-1000 километров от поверхности в зависимости от солнечной активности. С физической точки зрения плотность в экзосфере настолько мала, что частицы уже не ведут себя как газ, поскольку не испытывают взаимодействия друг с другом. Длина их свободного пробега сравнивается с характерным размером газовой оболочки — высотой однородной атмосферы. Самая внешняя часть экзосферы, называемая также геокороной, состоит из нейтральных атомов водорода, которые образуются в результате распада молекул воды и метана, и в целом характеризует темп потери воды планетой.

Наблюдения земной водородной короны из космоса велись как минимум с 1968 года, но они всегда были довольно трудны. Водородная компонента — источник так называемого вторичного Лайман-альфа излучения, то есть света с определенной длиной волны в ультрафиолетовом спектре. Чтобы оценить его масштабы, а значит, и размер геокороны, космический аппарат надо поместить за ее пределы. Однако межпланетная среда, наполненная нейтральными атомами водорода, проникшими в гелиосферу из межзвездной среды, сама по себе излучает в линии Лайман-альфа, поэтому необходимо разделять эти компоненты. Более того, излучение межзвездной среды очень сильно зависит от направления наблюдений и фазы солнечного цикла.

В рамках новой работы исследователи использовали данные прибора SWAN на американо-европейском космическом аппарате SOHO, предназначенном, в первую очередь, для наблюдения за Солнцем, и выведенном в космос в 1995 году. SOHO работает около точки Лагранжа L1 системы Земля-Солнце, то есть постоянно находится у соединяющей планету и звезду линии на расстоянии примерно 1,5 миллионов километров от Земли.

Авторы анализировали данные, полученные в период низкой солнечной активности в январе 1996, 1997 и 1998 годов. Именно в январе каждого года аппарат ориентирован наилучшим образом для наблюдений геокороны. SWAN регистрирует излучение в линии Лайман-альфа в межпланетной среде. Чтобы поглощать «мешающее» в данном случае излучение геокороны, на световом пути сенсора встроена специальная ячейка, заполненная водородом. Ее использование приводит к поглощению излучения геокороны. При этом свет межпланетной среды по-прежнему достигает детекторов, так как его частота смещена из-за эффекта Доплера. Таким образом, разницу в интенсивности излучения между сеансами наблюдения с ячейкой и без нее можно приписать только геокороне.

Обработав данные SWAN, исследователи пришли к выводу, что геокорона простирается примерно на 100 радиусов Земли или около 640 тысяч километров, что гораздо дальше орбиты Луны, которая в среднем находится на расстоянии в 60 радиусов Земли или 380 тысяч километров. При этом интенсивность водородного излучения на границах геокороны примерно в четыре раза слабее, чем у Луны. Исследователи поясняют, что это может быть важно для будущих ультрафиолетовых обсерваторий, которые могут находиться в космосе вблизи Земли или, например, на поверхности Луны. Им также будет мешать окружающее излучение геокороны, которое надо учитывать при анализе наблюдений.

Благодаря численной модели удалось восстановить концентрацию атомов водорода в геокороне. Солнечное излучение «поджимает» ее с дневной стороны Земли. В этой области увеличивается число частиц в кубическом сантиметре: от 70 атомов на расстоянии 60 тысяч километров до всего 0,2 атома на расстоянии орбиты Луны. Интересно, что во время солнечного минимума плотность атомов водорода оказалась выше, чем во время более активного Солнца (по данным других аппаратов).

Как подчеркивают авторы исследования, атомы водорода из геокороны не представляют серьезной опасности для космонавтов. Но эти результаты могут оказаться очень полезными для изучения экзопланет и поиска среди них возможных двойников Земли. «Водородная корона может служить признаком того, что в атмосфере планеты, ближе к поверхности, есть водяной пар, как мы наблюдаем это на Земле, Венере и Марсе», — говорит Жан-Лу Берто, сотрудник лаборатории LATMOS Национального центра космических исследований Франции.

Эксперимент SWAN штатно работает и сегодня, но, как уточняет первый автор статьи Игорь Балюкин из ИКИ РАН, после 1998 года не пригоден для измерения излучения геокороны, поскольку сенсор изменил свою чувствительность к ближнему УФ-излучению. Тем не менее даже старые данные, как оказалось, скрывают много интересной информации, которую можно получить, используя новые подходы.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.