Луна — это бэкап Земли. Там сохранилась наша атмосфера времен динозавров.

Лунная пыль обычно представляется символом пустоты: серый, сухой реголит, в котором, кажется, нечему жить и нечего добывать. Но новая работа ученых из Университета Рочестера намекает на неожиданный поворот: за миллиарды лет на Луне могли накапливаться крошечные частицы, пришедшие с Земли, и среди них вещества, которые однажды окажутся полезными для людей на лунной поверхности.

Исследование, опубликованное в журнале Communications Earth & Environment, посвящено простому на вид вопросу: как вообще частицы земной атмосферы могут добраться до Луны. Раньше часто считалось, что земное магнитное поле скорее мешает утечке атмосферы в космос. Авторы же показали, что в некоторых условиях магнитное поле может не блокировать, а наоборот помогать переносу, направляя заряженные частицы в нужную сторону.

Ученые опирались на данные, которые давно известны по образцам лунного грунта, доставленным миссиями Apollo. В реголите находили так называемые летучие вещества: воду, углекислый газ, гелий, аргон и азот. Часть такого набора можно объяснить солнечным ветром, потоком заряженных частиц от Солнца, который постоянно бомбардирует поверхность Луны. Но с азотом есть проблема: его в образцах слишком много, чтобы списать все только на солнечный ветер.

Еще в середине 2000-х исследователи предполагали, что часть летучих веществ могла иметь земное происхождение. Однако та версия опиралась на допущение, что перенос был возможен лишь до появления у Земли мощного магнитного поля, иначе магнитосфера должна была бы удерживать атмосферу и не давать частицам улетать в космос.

Команда из Рочестера проверила два сценария с помощью компьютерного моделирования. Первый описывает раннюю Землю без магнитного поля и с более сильным солнечным ветром. Второй описывает современную Землю с развитой магнитосферой и более слабым солнечным ветром. И здесь результат оказался контринтуитивным: эффективнее перенос частиц получался именно в сценарии с магнитным полем.

Механизм, который предлагают авторы, выглядит так. Солнечный ветер может выбивать ионы из верхних слоев земной атмосферы. Дальше часть этих заряженных частиц не рассеивается хаотично, а начинает двигаться вдоль линий магнитного поля Земли. В определенные периоды некоторые линии тянутся достаточно далеко в космос, чтобы частицы могли оказаться на траекториях, ведущих к Луне. На больших временных масштабах это означает медленное, но стабильное оседание следов земной атмосферы в лунном грунте.

Из этого следуют сразу две важные идеи. Первая научная: реголит может хранить длительную химическую запись о том, какой была земная атмосфера и как менялось магнитное поле. Теоретически это дает шанс заглянуть глубже в историю климата и эволюции условий на Земле, чем позволяют многие земные архивы.

Вторая идея практическая: если лунный грунт действительно содержит больше летучих веществ, чем считалось, это повышает ценность Луны как места для долговременной работы людей. Вода и азот нужны не только как расходники. Это потенциальное сырье для систем жизнеобеспечения и для получения других соединений на месте, что снижает зависимость будущих баз от регулярных поставок с Земли.

Авторы также отмечают, что такие модели могут быть полезны и для сравнительной планетологии. Например, Марс сегодня не имеет глобального магнитного поля, но, по данным геофизики, мог иметь его в прошлом. Сопоставление разных эпох и условий помогает понять, как утечка атмосферы влияет на долгосрочную пригодность планеты для жизни.