Sonda międzygwiazdowa NASA Interstellar Boundary Explorer (IBEX) dokonała pierwszych obserwacji szybkich atomów wodoru pochodzących z Księżyca, po dziesięcioleciach spekulacji i poszukiwania ich istnienia. Uruchomiony w październiku ubiegłego roku IBEX ma misję obrazowania i mapowania dynamicznych interakcji powodowanych przez gorący wiatr słoneczny uderzający w zimną przestrzeń kosmiczną. Ale kiedy zespół IBEX zlecił wykonanie statku kosmicznego, odkryli strumień neutralnych atomów wodoru, które są spowodowane przez wiatr słoneczny rozpraszający się na powierzchni Księżyca.
Detektor, który dokonał odkrycia, zwany IBEX-Hi, został zaprojektowany i zbudowany przez Southwest Research Institute i Los Alamos National Labs do pomiaru cząstek poruszających się z prędkością od 0,5 do 2,5 miliona mil na godzinę.
„Zaraz po włączeniu IBEX-Hi księżyc zdążył przelecieć przez pole widzenia i oto one były” - mówi dr David J. McComas, główny badacz IBEX i wiceprezes SwRI Space Science i Dział inżynieryjny, w którym przede wszystkim zbudowano detektor cząstek IBEX-Hi. „Instrument rozjaśnił się wyraźnym sygnałem wykrycia neutralnych atomów, gdy rozproszyły się wstecz od Księżyca.”
Wiatr słoneczny, naddźwiękowy strumień naładowanych cząstek wypływających ze Słońca, przemieszcza się w kosmos we wszystkich kierunkach z prędkością około miliona mil na godzinę. Silne pole magnetyczne Ziemi chroni naszą planetę przed wiatrem słonecznym. Księżyc ze swoim stosunkowo słabym polem magnetycznym nie ma takiej ochrony, co powoduje, że wiatr słoneczny uderza w jego stronę słoneczną.
Ze swojego punktu obserwacyjnego na wysokiej orbicie ziemskiej IBEX widzi około połowy księżyca - jedna czwarta z nich jest ciemna i zwrócona jest w stronę nocy (z dala od słońca), podczas gdy druga ćwiartka jest zwrócona w stronę dnia (w kierunku słońca). Cząsteczki wiatru słonecznego wpływają tylko na dzień, gdzie większość z nich jest osadzona w powierzchni Księżyca, a niektóre rozpraszają się w różnych kierunkach. Rozproszone najczęściej stają się obojętnymi atomami w tym procesie odbicia poprzez zbieranie elektronów z powierzchni Księżyca.
Zespół IBEX szacuje, że tylko około 10 procent jonów wiatru słonecznego odbija się od słonecznej strony Księżyca jako neutralne atomy, podczas gdy pozostałe 90 procent jest osadzonych w powierzchni Księżyca. Charakterystyka powierzchni Księżyca, taka jak pył, kratery i skały, odgrywają rolę w określaniu procentu osadzanych cząstek oraz procentu cząstek neutralnych, a także ich kierunku przemieszczania się, które się rozpraszają.
McComas mówi, że wyniki rzucają również światło na proces „recyklingu” przeprowadzany przez cząstki w całym Układzie Słonecznym i poza nim. Wiatr słoneczny i inne naładowane cząsteczki uderzają w pył i większe obiekty podczas podróży przez przestrzeń, gdzie rozpraszają się wstecz i są przetwarzane jako neutralne atomy. Atomy te mogą podróżować na duże odległości, zanim zostaną pozbawione elektronów i staną się jonami, a skomplikowany proces rozpocznie się od nowa.
Obserwowane obecnie na Księżycu połączone procesy rozpraszania i neutralizacji mają wpływ na interakcje z obiektami w całym Układzie Słonecznym, takimi jak asteroidy, obiekty Pasa Kuipera i inne księżyce. Można również wnioskować o interakcjach plazma-powierzchnia zachodzących w mgławicy protostellarnej, regionie przestrzeni, który formuje się wokół planet i gwiazd - a także egzoplanet, planet wokół innych gwiazd.
Podstawową misją IBEX jest obserwowanie i mapowanie złożonych interakcji zachodzących na krawędzi układu słonecznego, gdzie wiatr słoneczny o prędkości miliona mil na godzinę wpada do materiału międzygwiezdnego z reszty galaktyki. Statek kosmiczny zawiera najbardziej czułe neutralne detektory atomów, jakie kiedykolwiek latały w kosmosie, umożliwiając naukowcom nie tylko mierzenie energii cząstek, ale także tworzenie dokładnych obrazów ich pochodzenia.
A statek kosmiczny dopiero się zaczyna. Pod koniec lata zespół opublikuje pierwszą mapę całego statku kosmicznego, pokazującą procesy energetyczne zachodzące na skraju Układu Słonecznego. Zespół nie skomentuje, dopóki obraz nie będzie kompletny, ale McComas mówi: „Nie wygląda jak żaden z modeli”.
Badanie zostało niedawno opublikowane w czasopiśmie Listy z badań geofizycznych.
Źródło: Southwest Research Institute
