Странное поведение лунной пыли удалось воспроизвести в лаборатории

Странное поведение лунной пыли удалось воспроизвести в лаборатории. Об этом сообщила пресс-служба ИКИ РАН.

Сотрудники отдела физики планет ИКИ РАН в лаборатории воспроизвели условия, при которых лунная пыль может подниматься над поверхностью и формировать пылевые фонтаны. Эксперименты проводились в рамках подготовки прибора ПмЛ-Ч7 («Пылевой мониторинг Луны»). Он должен отправиться к Луне на борту китайской миссии «Чанъэ-7» (Chang’E 7, CNSA) 24 августа 2026 г.

Учёные проводили эксперименты в вакуумной камере с аналогом лунного грунта. Для моделирования условий на поверхности Луны образцы размещали на проводящей подложке, а для компенсации земной гравитации использовали вертикальное электростатическое поле напряженностью 1700 В/см.

В первом случае «грунт» бомбардировали заряженными микрочастицами железа размером порядка 10 мкм, ускоренными до 10 м/с, — это имитировало удары микрометеоритов. Во втором — облучали потоком электронов с энергией 160 эВ, воспроизводя воздействие солнечного ветра. В третьем — применяли ультрафиолетовое излучение с длиной волны 172 нм.

Все процессы снимали на высокоскоростные камеры с частотой от 300 до 1000 кадров в секунду, а для подсветки использовали твердотельный лазер. Таким образом, в каждом эксперименте моделировалось действие одного из факторов, способных поднять пыль над поверхностью Луны. Лунная пыль — это мельчайшие осколки пород и минералов, которые образовались за миллиарды лет бомбардировки поверхности Луны метеоритами.

Во время экспедиций по программе «Аполлон» (NASA) астронавты заметили необычное явление — пылевые фонтаны. Кроме того, автоматические приборы фиксировали на фотоплёнку зарево на горизонте перед восходом Солнца, которое можно объяснить рассеянием света на пылевых частицах.

Одна из причин, по которой лунная пыль поднимается вверх, — она накапливает заряд из-за ультрафиолетового излучения Солнца. Оно выбивает электроны из частиц грунта, в результате поверхность и пылинки приобретают электрический заряд (явление фотоэффекта). Кроме того, заряды приносят электроны и ионы солнечного ветра, хотя этот эффект несколько слабее, чем от ультрафиолета.

Освещённые и затенённые участки, а также разные типы грунта получают разный потенциал.

Дополнительный «толчок» могут придавать микрометеориты. Даже крошечные частицы на огромной скорости врезаются в поверхность и выбивают облака пыли.

«На Луне гравитация в шесть раз слабее земной. Поэтому достаточно небольшого возмущения, типа микрометеоритов или высокоэнергичных частиц, чтобы самые лёгкие пылинки оторвались от поверхности и взлетели. В результате могут получаться настоящие пылевые фонтаны высотой до нескольких метров», — рассказывает Геннадий Дольников, научный сотрудник ИКИ РАН, разработчик и главный конструктор прибора «Пылевой мониторинг Луны».

Так левитирующая пыль становится частью приповерхностной экзосферы Луны. Этот тонкий слой заряженных частиц постоянно меняется под действием солнечного света и потоков солнечного ветра.

Для будущих миссий на Луну такая пыль представляет серьёзную угрозу. Она оседает на солнечных батареях, забивает механизмы и мешает работе приборов.

Ещё одна проблема — форма этих частиц. На Земле пылинки постепенно сглаживаются под действием воды и ветра. На Луне этих процессов нет, поэтому многие из них сохранили острые, неровные края. Это быстро почувствовали астронавты программы «Аполлон». После выхода на поверхность пыль попадала в механизмы и изнашивала материалы. Она проникала внутрь лунного модуля, из-за чего астронавты сталкивались с раздражением глаз, носа и горла.

Чтобы изучить, как движется лунная пыль и что заставляет её подниматься над поверхностью, в отделе физики планет ИКИ РАН создали прибор ПмЛ — «Пылевой мониторинг Луны».

Такой прибор работал на российском космическом аппарате «Луна-25», которая нештатно закончила полёт. Сейчас его аналог поставлен на КА «Чанъэ-7» (Chang’E 7, CNSA). Стартовое окно продлится с 23 по 24 августа 2026 г.

У прибора ПмЛ-Ч7 три типа датчиков: пьезокерамические пластины, измеряющие механический импульс частиц; индукционные датчики, которые измеряют заряд пылинок, и зонд Ленгмюра, который получает вольт-амперную характеристику окружающей плазмы.

Так учёные одновременно смогут измерять концентрацию пыли над поверхностью Луны, скорость и размеры частиц, а также изучать плотность и температуру электронов и ионов в окружающей плазме.

«Мы впервые сможем регистрировать не только быстрые, но и медленные пылевые частицы, находясь прямо на поверхности Луны. Это принципиально новые данные», — говорит Геннадий Дольников.

Ранее