Khí quyển Mặt Trăng

Vào thời gian Mặt Trời mọc và lặn trên Mặt Trăng, nhiều phi hành đoàn Apollo đã nhìn thấy ánh sáng và tia sáng.^[1] Bản phác thảo của Apollo 17 này mô tả các tia hoàng hôn bí ẩn.

Bầu khí quyển của Mặt trăng là sự hiện diện rất ít của các loại khí bao quanh Mặt trăng. Đối với hầu hết các lý thuyết thực tế, Mặt trăng được coi là được bao quanh bởi chân không. Sự hiện diện lớn của các hạt nguyên tử và phân tử trong vùng lân cận so với môi trường liên hành tinh, được gọi là "bầu khí quyển mặt trăng" không đáng kể so với lớp khí vỏ ngoài bao quanh Trái Đất và hầu hết các hành tinh của Hệ Mặt trời. Áp lực của khối nhỏ này vào khoảng 3×10⁻¹⁵ atm (0.3 nPa), thay đổi trong một ngày, và trong tổng khối lượng dưới 10 tấn.^[2][3] Mặt khác, Mặt trăng được coi là không có bầu khí quyển vì nó không thể hấp thụ lượng bức xạ có thể đo được, không xuất hiện lớp hoặc tự lưu thông và đòi hỏi phải bổ sung liên tục do tốc độ cao mà khí của nó bị mất vào không gian.

Roger Joseph Boscovich là nhà chiêm tinh học hiện đại đầu tiên tranh luận về việc thiếu bầu khí quyển xung quanh mặt trăng trong tác phẩm De lunae atmosphaera (1753) của ông.

Nguồn gốc

Nguồn của khí quyển mặt trăng là do hiện tượng bốc khí: sự ra đời của các loại khí như radon và heli là kết quả từ quá trình phân rã phóng xạ trong lớp vỏ và lớp mantle. Nguồn gốc quan trọng khác là do sự bắn phá bề mặt mặt trăng bởi các thiên thạch micromet, gió mặt trời và ánh sáng mặt trời, trong một quá trình được gọi là phún xạ.^[4]

Thất thoát

Khí có thể:

• được đưa trở lại vào lớp đất mặt do kết quả của trọng lực của Mặt trăng;
• hoàn toàn thoát khỏi Mặt trăng nếu các hạt di chuyển ở vận tộc bằng hoặc cao hơn vận tốc thoát của mặt trăng là 2,38 km/s (1,48 mi/s);
• bị thổi bay vào không gian bởi áp suất bức xạ mặt trời hoặc, nếu các khí bị ion hóa, do bị cuốn đi trong từ trường của gió mặt trời.

Thành phần

Bầu khí quyển mỏng mà Mặt trăng bao gồm một số loại khí hiếm, bao gồm cả natri và kali, những thành phần không tìm thấy trong bầu khí quyển của Trái Đất, Sao Hỏa hoặc Sao Kim. Ở mực nước biển trên Trái Đất, mỗi centimet khối của khí quyển chứa khoảng 10¹⁹ phân tử; bằng cách so sánh, bầu khí quyển mặt trăng chứa ít hơn 10⁶ phân tử so với bầu khí quyền Trái Đất trong cùng một thể tích. Trên Trái Đất, đây được coi là một khoảng không lý tưởng. Trên thực tế, mật độ của bầu khí quyển trên bề mặt Mặt trăng tương đương với mật độ của rìa ngoài cùng của bầu khí quyển Trái Đất, nơi có các Trạm vũ trụ quốc tế quay quanh.^[5]

Các nguyên tố natri và kali đã được phát hiện trong bầu khí quyển của Mặt trăng bằng phương pháp quang phổ từ Trái Đất, trong khi các đồng vị radon-222 và polonium-210 đã được phát hiện từ dữ liệu thu được từ máy quang phổ hạt alpha Lunar Prospector.^[6] Argon-40, Helium-4, Oxy và/hoặc Metan (CH
4), nitơ (N
2) và/hoặc carbon monoxit (CO) và carbon dioxide (CO
2)) được phát hiện bởi các máy dò trên mặt trăng được đưa lên bởi các phi hành gia Apollo.^[7]

Độ phong phú trung bình vào ban ngày của các nguyên tố được biết là hiện diện trong bầu khí quyển mặt trăng, tính bằng nguyên tử trên mỗi cm khối, như sau:

• Argon: 20.000-100.000
• Helium: 5.000-30.000
• Neon: lên tới 20.000 ^[8][9]
• Natri: 70
• Kali: 17
• Hydrogen: ít hơn 17

Điều này mang lại khoảng 80.000 nguyên tử trên mỗi centimet khối, cao hơn một chút so với số lượng được tạo ra trong bầu khí quyển của Sao Thủy.^[7] Trong khi điều này vượt quá mật độ của gió mặt trời, thường ở mức chỉ vài proton trên mỗi cm khối, thì nó gần như được xem như là một khoảng không so với bầu khí quyển của Trái Đất.

Mặt trăng cũng có thể có một "bầu không khí" bụi bặm bởi các bụi tĩnh điện. Xem bụi mặt trăng để biết thêm chi tiết.

Bầu khí quyển thời cổ xưa

Vào tháng 10 năm 2017, các nhà khoa học NASA tại Trung tâm bay không gian Marshall và Viện Mặt trăng và Hành tinh ở Houston đã công bố phát hiện của họ, dựa trên các nghiên cứu về các mẫu magma có trên Mặt trăng được các chương trình Apollo thu được, rằng Mặt trăng đã từng sở hữu bầu khí quyển tương đối dày trong một khoảng thời gian trong khoảng 70 triệu năm từ 3 đến 4 tỷ năm trước. Bầu khí quyển này, có nguồn gốc từ các khí được phun ra từ các vụ phun trào núi lửa mặt trăng, có độ dày gấp đôi so với sao Hỏa ngày nay. Trên thực tế, người ta đã đưa ra giả thuyết rằng bầu khí quyển cổ xưa này có thể cung cấp sự sống, mặc dù không có bằng chứng nào về sự sống được tìm thấy.^[10] Bầu không khí mặt trăng cổ đại cuối cùng đã bị gió mặt trời tước đi và tan vào không gian.^[11]

Xem thêm

• Khí quyển của sao Thủy
• Tầng ngoài (khí quyển)
• Chương trình thám hiểm môi trường bụi và khí quyển mặt trăng (LADEE)
• Thang đo cường độ (áp lực)
• Đuôi natri của mặt trăng

Tham khảo

1. Bell, Trudy E.; Phillips, Tony (ngày 7 tháng 12 năm 2005). “Moon Storms”. NASA.
2. Williams, David R. “Moon Fact Sheet”. NASA. Truy cập ngày 16 tháng 11 năm 2016.
3. Globus, Ruth (1977). “Chapter 5, Appendix J: Impact Upon Lunar Atmosphere”. Trong Johnson, Richard D.; Holbrow, Charles (biên tập). Space Settlements: A Design Study. NASA. NASA SP-413. Bản gốc lưu trữ ngày 31 tháng 5 năm 2010. Truy cập ngày 27 tháng 4 năm 2020.
4. Lucey, Paul; Korotev, Randy L.; Gillis, Jeffrey J.; Taylor, Larry A.; Lawrence, David; và đồng nghiệp (tháng 1 năm 2006). “Understanding the Lunar Surface and Space-Moon Interactions”. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 60 (1): 83–219. Bibcode:2006RvMG...60...83L. doi:10.2138/rmg.2006.60.2.
5. “Is There an Atmosphere on the Moon?”. NASA. ngày 12 tháng 4 năm 2013. Bản gốc lưu trữ ngày 2 tháng 11 năm 2019. Truy cập ngày 27 tháng 4 năm 2020.
6. Lawson, Stefanie L.; Feldman, William C.; Lawrence, David J.; Moore, Kurt R.; Elphic, Richard C.; và đồng nghiệp (tháng 9 năm 2005). “Recent outgassing from the lunar surface: The Lunar Prospector Alpha Particle Spectrometer”. Journal of Geophysical Research. 110 (E9): E09009. Bibcode:2005JGRE..110.9009L. doi:10.1029/2005JE002433.
7. ^ Stern, S. Alan (1999). “The lunar atmosphere: History, status, current problems, and context”. Reviews of Geophysics. 37 (4): 453–491. Bibcode:1999RvGeo..37..453S. CiteSeerX 10.1.1.21.9994. doi:10.1029/1999RG900005.
8. Benna, M.; Mahaffy, P. R.; Halekas, J. S.; Elphic, R. C.; Delory, G. T. (tháng 5 năm 2015). “Variability of helium, neon, and argon in the lunar exosphere as observed by the LADEE NMS instrument”. Geophysical Research Letters. 42 (10): 3723–3729. Bibcode:2015GeoRL..42.3723B. doi:10.1002/2015GL064120. Neon was detected over the nightside at levels comparable to He and was found to exhibit the spatial distribution of a surface accommodated noncondensable gas.
9. Steigerwald, William A. (ngày 17 tháng 8 năm 2015). “NASA's LADEE Spacecraft Finds Neon in Lunar Atmosphere”. NASA. Truy cập ngày 18 tháng 8 năm 2015.
10. Ciaccia, Chris (ngày 24 tháng 7 năm 2018). “Life on the Moon? New study argued life could have existed on the lunar surface”. Fox News.
11. “NASA: The Moon Once Had an Atmosphere That Faded Away”. Time. Truy cập ngày 16 tháng 4 năm 2018.