Потоки солнечного ветра, обтекая естественные препятствия, могли зарядить полярные лунные кратеры до потенциала в сотни вольт [относительно обтекающего солнечного ветра], согласно новым расчетам Института Изучения Луны [НАСА].
Полярные кратеры Луны представляют интерес из-за ресурсов, находящихся в них, в том числе водяного льда. Ориентация Луны по отношению к Солнцу такова, что дно полярных кратеров постоянно находится в тени, поэтому температура там опускается ниже 205o C, этого достаточно для хранения летучих материалом в течение миллиардов лет.«Наше исследование показывает, что в дополнение к жуткому холоду на дне лунных полярных кратеров исследователи и роботы столкнутся со сложной наэлектризованной средой, которая проявится в химии поверхностных явлений, статических разрядах и липнущей пыли», - говорит Уильям Фаррелл [William Farrell, Центр Космических Полётов имени Годдарда], основной автор статьи по данному исследованию, опубликованной 24 марта в Journal of Geophysical Research.
Солнечный ветер, попадая в кратер, может разрушать поверхность, что скажется на недавно обнаруженных молекулах воды. Статический разряд в состоянии вывести из строя чувствительное оборудование, а липкая и невероятно абразивная лунная пыль может износить скафандр и представлять угрозу здоровью и жизни экипажа при вдыхании внутри посадочного модуля.
На терминаторе и у полюсов потоки солнечного ветра почти горизонтальны к поверхности. Исследователи создали компьютерные модели обтекания солнечным ветром краев полярных кратеров. Выяснилось, что до определенной степени солнечный ветер подобен земному, при впадении последнего в глубокие полярные долины и дно кратеров. Но в отличие от ветра на Земле, солнечный ветер, состоящий из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных ионов, может создавать электрический заряд на сторонах гор и стенках кратеров, а именно на внутренней их стороне непосредственно под потоком солнечного ветра.
Электроны в тысячи раз легче ионов, поэтому электроны солнечного ветра отклоняются сильнее и устремляются на дно кратера (или долины) быстрее тяжелых ионов и в большем количестве. Этот дисбаланс создает отрицательно заряженную область внутри кратера и на внутренних стенках. Расчеты показывают, что эффект электрон/ионного разделения наиболее силен с подветренной стороны кратера – у внутренней стенки кратера и у ближайшей к потоку солнечного ветра части дна кратера.
«С подветренной стороны стенки кратера и дна электроны образуют облака, которые накапливают необычно высокий отрицательный заряд, разность потенциалов относительно обтекающего плотного солнечного ветра достигает сотен вольт», - заявил Фаррелл.
Однако, отрицательный заряд на подветренном крае не будет расти до бесконечности. Взаимодействие между отрицательно заряженной областью и положительными ионами солнечного ветра, после достижения областью некоторого значения заряда, приведет к изменению траектории положительных ионов в область отрицательного заряда, что образует электрический ток.
Исследователи полагают, что емкость облаков обеспечивает лунная пыль. Отрицательно заряженные пылинки отталкиваются от отрицательно заряженной поверхности, они левитируют и улетают от отрицательно заряженного региона.
«Экипажи Командных Модулей Аполлон видели слабые лучи на лунном горизонте при восходе Солнца, которые могли быть светом, рассеянным поднятыми частицами лунной пыли», - рассказывает Фаррелл. «Миссия Аполлон-17 совершила посадку в районе с похожим ландшафтом - долина Тавр-Литтров. Установка LEAM [Lunar Ejecta and Meteorite – лунные извержения и метеориты] оставленная астронавтами Аполлон-17 обнаружила воздействие пыли при пересечении терминатора, где поток солнечного ветра почти горизонтален, как на полюсах.»
На следующем шаге исследования команда планирует применить более сложные компьютерные модели. «Мы хотим создать полностью трехмерную модель для изучения обтекания солнечным ветром горных хребтов. В данный момент мы изучаем распространение солнечного ветра в вертикальной плоскости [двухмерная модель], но мы хотели бы знать и о происходящем в горизонтальной плоскости», - заявил Фаррелл. Уже в 2012 году НАСА запустит LADEE [Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer – Исследователь Лунной Атмосферы и Запыления Среды], миссия которого поиск потоков пыли предсказанных командой Фаррелла.
