Исследователи из Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» разработали математическую модель, которая объясняет левитацию заряженных частиц над освещенной Солнцем поверхностью Луны почти на любых широтах. Впервые модель учитывает магнитный хвост Земли – область в окрестностях нашей планеты, отличающуюся особыми свойствами. Эти данные помогут при планировании будущих лунных миссий «Луна-25» и «Луна-27».

В космическом пространстве Луна окружена плазмой (ионизированным газом), которая содержит твердые частицы пыли. На поверхности Луны частицы пыли, в которые врезаются фотоны, электроны и ионы солнечного ветра, получают положительный заряд. Их взаимодействие с положительно заряженной поверхностью Луны вызывает отскакивание частиц пыли и формирование облаков плазмы, состоящей из пыли.

В результате действия этих факторов лунная плазма, состоящая из пыли, должна эволюционировать только над частью поверхности Луны (на широтах выше 76 градусов). Однако на самом деле ожидается, что плазма, состоящая из пыли, может наблюдаться на всей поверхности обращенной к Солнце стороны Луны. Новая модель, разработанная авторами работы, позволяет объяснить этот факт, с учетом роли магнитного хвоста нашей планеты.

Магнитосфера Земли эволюционирует, благодаря взаимодействию между магнитным полем планеты и заряженными частицами из космоса. Под действием магнитного поля, например, частицы солнечного ветра отклоняются от исходной траектории и формируют облако вокруг планеты. Оно является асимметричным – на дневной стороне его размер составляет 8-14 радиусов Земли, а на ночной стороне магнитное поле вытягивается на сотни радиусов нашей планеты, формируя протяженный магнитный хвост.

На протяжении одной четверти своей орбиты Луна находится внутри магнитного хвоста Земли, который влияет на движение частиц вдоль меридиана – под действием магнитного поля они начинают двигаться от полярных областей к экватору.

На эти частицы действуют как гравитационные, так и электростатические силы. Первые притягивают частицы к поверхности Луны, в то время как вторые – вызывают их отталкивание. В результате наблюдается вертикальная осцилляция частиц.

После этого частицы переходят в состояние левитации. Авторы статьи объясняют это тем, что на Луне солнечный день длится достаточно долго – почти 15 земных дней. За это время процесс осцилляции успевает стихнуть, то есть у частиц оказывается достаточно времени для достижения состояния левитации. Согласно исследователям, известны случаи, когда наблюдалось противоположное явление. Например, на спутниках Марса Фобосе и Деймосе продолжительность прекращения осцилляций частиц пыли превышает продолжительность солнечного дня, поэтому они не успевают перейти в состояние левитации.