Sonnenstürme könnten den Mond „sandstrahlen“

Sonnenstürme könnten den Mond „sandstrahlen“

Video: NASA warnt: Gigantischer Solarsturm rast auf die Erde zu (Kann 2020).

Anonim

vom Goddard Space Flight Center der NASA

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- Sonnenstürme und damit verbundene koronale Massenauswürfe (Coronal Mass Ejections, CMEs) können die Mondoberfläche nach einer neuen Reihe von Computersimulationen der NASA-Wissenschaftler erheblich erodieren. Zusätzlich zum Entfernen einer überraschend großen Menge an Material von der Mondoberfläche könnte dies eine Hauptmethode für den atmosphärischen Verlust von Planeten wie dem Mars sein, die nicht durch ein globales Magnetfeld geschützt sind.

Die Forschung wird von Rosemary Killen am Goddard Space Flight Center der NASA, Greenbelt, Md., Im Rahmen der dynamischen Reaktion der Umwelt auf dem Mond (DREAM) des NASA Lunar Science Institute geleitet.

CMEs sind im Grunde genommen eine intensive Böe des normalen Sonnenwinds, ein diffuser Strom elektrisch leitenden Gases, das als Plasma bezeichnet wird und von der Sonnenoberfläche nach außen in den Weltraum geblasen wird. Ein starkes CME kann etwa eine Milliarde Tonnen Plasma enthalten, das sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu einer Million Meilen pro Stunde in einer Wolke bewegt, die ein Vielfaches der Größe der Erde beträgt.

Der Mond hat nur den geringsten Hauch einer Atmosphäre, die technisch als Exosphäre bezeichnet wird, weil sie so dünn ist, dass sie für CME-Effekte anfällig ist. Das Plasma von CMEs trifft auf die Mondoberfläche, und Atome von der Oberfläche werden in einem als "Sputtern" bezeichneten Prozess ausgestoßen.

"Wir haben festgestellt, dass diese massive Plasmawolke, wenn sie auf den Mond trifft, wie ein Sandstrahler wirkt und leicht flüchtiges Material von der Oberfläche entfernt", sagte William Farrell, Leiter des DREAM-Teams bei der NASA Goddard. "Das Modell sagt voraus, dass 100 bis 200 Tonnen Mondmaterial - das entspricht 10 Kipperladungen - während der typischen 2-tägigen Passage eines CME von der Mondoberfläche abgestreift werden könnten."

Dies ist das erste Mal, dass Forscher versuchen, die Auswirkungen eines CME auf den Mond vorherzusagen. "Das Verbinden verschiedener Modelle mit den Bedingungen bei Sonnenstürmen ist ein wichtiges Ziel des DREAM-Projekts", sagt Farrell.

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Plasma entsteht, wenn energetische Ereignisse wie intensive Hitze oder Strahlung Elektronen aus den Atomen eines Gases entfernen und die Atome in elektrisch geladene Teilchen, sogenannte Ionen, verwandeln. Die Sonne ist so heiß, dass das Gas in Form von freien Ionen und Elektronen, dem so genannten Sonnenwindplasma, freigesetzt wird. Das Ausstoßen von Atomen aus einer Oberfläche oder einer Atmosphäre durch Plasmaionen wird als Sputtern bezeichnet.

"Sputtern gehört zu den fünf wichtigsten Prozessen, die unter normalen Sonnenbedingungen die Exosphäre des Mondes erzeugen. Unser Modell sagt jedoch voraus, dass es während eines CME die bei weitem vorherrschende Methode wird, mit einer bis zu 50-fachen Ausbeute der anderen Methoden", sagt Killen, Hauptautor eines Artikels über diese Forschung, der in einer Sonderausgabe des Journal of Geophysical Research Planets erscheint .

CMEs sind nicht nur wirksam beim Entfernen von Mondmaterial, weil sie dichter und schneller als der normale Sonnenwind sind, sondern auch, weil sie nach Angaben des Teams mit hoch geladenen, schweren Ionen angereichert sind. Der typische Sonnenwind wird von leichten Wasserstoffionen (Protonen) dominiert. Ein schwereres Heliumion mit mehr entfernten Elektronen und daher einer größeren elektrischen Ladung kann jedoch zehnmal mehr Atome von der Mondoberfläche zerstäuben als ein Wasserstoffion.

Das Team verwendete Daten aus Satellitenbeobachtungen, die diese Bereicherung offenbarten, als Input für sein Modell. Beispielsweise machen Heliumionen etwa vier Prozent des normalen Sonnenwinds aus, Beobachtungen zeigen jedoch, dass sie während eines CME auf über 20 Prozent ansteigen können. Wenn diese Anreicherung mit der erhöhten Dichte und Geschwindigkeit eines CMEs kombiniert wird, können die hoch geladenen, schweren Ionen in CMEs 50-mal mehr Material zerstäuben als Protonen im normalen Sonnenwind.

"Die Computermodelle isolieren die Beiträge von Sputtern und anderen Prozessen", sagt Dana Hurley, Mitautorin des Papiers des Laboratoriums für Angewandte Physik der Johns Hopkins University in Laurel, Maryland Wir müssen die Bedingungen vorhersagen, unter denen das Sputtern die anderen Prozesse dominieren sollte. Diese Vorhersagen können später mit Daten während eines Sonnensturms verglichen werden. "

Die Forscher glauben, dass der NASA-Forscher für Mondatmosphäre und Staubumgebung (LADEE) - eine Mondumlaufbahnmission, die 2013 starten soll - in der Lage sein wird, ihre Vorhersagen zu testen. Durch den starken Sputtereffekt sollten die Atome der Mondoberfläche in die Umlaufbahnhöhe von LADEE (etwa 20 bis 50 Kilometer) befördert werden, damit die Raumsonde ihre Häufigkeit erhöht.

"Dieser enorme CME-Sputter-Effekt macht LADEE fast zu einem Oberflächen-Mineralogie-Forscher, nicht weil sich LADEE an der Oberfläche befindet, sondern weil bei Sonnenstürmen Oberflächenatome zu LADEE aufgestrahlt werden", sagte Farrell.

Der Mond ist nicht der einzige Himmelskörper, der vom dichten CME-Treibgas betroffen ist. Weltraumwissenschaftler sind sich seit langem bewusst, dass diese Sonnenstürme das Erdmagnetfeld dramatisch beeinflussen und für eine intensive Aurora (Nord- und Südlichter) verantwortlich sind.

Während bestimmte Bereiche der Marsoberfläche magnetisiert sind, hat der Mars kein Magnetfeld, das den gesamten Planeten umgibt. Daher haben CME-Gase einen direkten Weg zum Zerstäuben und Erodieren der oberen Atmosphäre dieses Planeten. Ende 2013 wird die NASA die Mission Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) starten, die den Roten Planeten umkreist, um genau zu untersuchen, wie Sonnenaktivität, einschließlich CMEs, die Atmosphäre entfernt.

Auf freiliegenden kleinen Körpern wie Asteroiden sollte das dichte, schnell strömende CME-Gas eine durch Zerstäubung verstärkte Exosphäre um das Objekt erzeugen, ähnlich der auf dem Mond erwarteten.

Es werden Artikel zu verschiedenen Aspekten der CME-Impact-Simulation geschrieben, die in der Sonderausgabe des Journal of Geophysical Research Planets erscheinen werden . Die Forschungsergebnisse des Teams werden am 5. Dezember beim Herbsttreffen der American Geophysical Union in San Francisco vorgestellt.