Российские ученые разработали математическую модель, которая объясняет левитацию заряженных пылевых частиц над освещенной Солнцем поверхностью Луны практически для любых широт. В модели впервые учитывается влияние хвоста магнитосферы Земли. Полученные данные важны для планирования космических экспедиций «Луна-25» и «Луна-27». Статья опубликована в журнале Physics of Plasmas.
Луну в космическом пространстве окружает плазма, которая содержит пылевые частицы твердой материи. На ее поверхности пыль под воздействием фотонов, электронов и ионов солнечного ветра приобретает положительный заряд. Из-за взаимодействия с положительно заряженной поверхностью Луны пыль начинает отталкиваться, двигаться и образовывать пылевую плазму. Эти факторы позволяют предположить, что пылевая плазма должна образовываться лишь над некоторой частью поверхности Луны, однако наблюдаться она может над всей освещенной поверхностью. Исследователи Высшей школы экономики разработали физико-математическую модель движения пылевой плазмы, в которой важная роль принадлежит влиянию хвоста магнитосферы Земли.
Магнитосфера нашей планеты образуется в результате взаимодействия ее магнитного поля с заряженными частицами из космоса. Под действием магнитного поля частицы отклоняются от своей траектории и образуют область вокруг планеты. Она имеет несимметричную форму: с дневной стороны она достигает размеров 8–14 земных радиусов, а с ночной — вытянута и образует магнитный хвост длиной в несколько сотен земных радиусов.
Около четверти своей орбиты Луна находится в хвосте магнитосферы Земли, что влияет на движение частиц вдоль меридиана: под воздействием силы магнитного поля они начинают двигаться из полярной области к экватору. Также на частицы оказывают воздействие гравитация, которая притягивает пыль к поверхности, и электростатическая сила, которая, напротив, отталкивает их. Это приводит к колебаниям частиц вверх-вниз. Затем частицы переходят в состояние левитации. Вероятно, это связано с большой продолжительностью светового дня на Луне — почти 15 земных суток. За это время процесс колебания частиц затухает, и они успевают перейти в левитирующее состояние.
«Сейчас планируются миссии “Луна-25” и “Луна-27”, они будут изучать свойства пыли и пылевой плазмы у поверхности Луны. Для их успеха необходимы предварительные исследования, — объясняет соавтор исследования Сергей Попель. — Используя упрощенный подход, мы объяснили, как происходит перенос пыли над лунной поверхностью с учетом влияния магнитных полей в хвосте магнитосферы Земли. В дальнейших исследованиях необходимо будет дополнительно учесть наклон оси и наклон орбиты к плоскости земной орбиты как для Земли, так и для Луны, а также более точно учесть параметры плазмы хвоста магнитосферы».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
