De atmosfeer van de maan: ionosfeer heeft een hoge plasmadichtheid  

Een van de mooiste dingen van moeder De aarde is de aanwezigheid van een sfeer. Het leven op aarde zou niet mogelijk zijn geweest zonder het levendige luchtvel dat de aarde van alle kanten omarmt. In de vroege fase van de evolutie van de atmosfeer in de geologische tijden waren chemische reacties in de aardkorst de kritieke bron van gassen. Met de evolutie van het leven namen de biochemische processen die met het leven samenhangen echter de overhand en handhaafden de huidige gasbalans. Dankzij de stroom van gesmolten metalen in het binnenste van de aarde die aanleiding geven tot het magnetische veld van de aarde dat verantwoordelijk is voor de afbuiging van de meeste ioniserende zonnewinden (continue stroom van elektrisch geladen deeltjes namelijk plasma afkomstig van de zonneatmosfeer) weg van de aarde. De bovenste laag van de atmosfeer absorbeert de resterende ioniserende straling en wordt op haar beurt geïoniseerd (vandaar ionosfeer genoemd).  

Heeft de maan, de natuurlijke satelliet van de aarde, een atmosfeer?  

De maan heeft geen atmosfeer zoals wij die op aarde ervaren. Het zwaartekrachtveld is zwakker dan dat van de aarde; terwijl de ontsnappingssnelheid aan het aardoppervlak ongeveer 11.2 km/sec bedraagt ​​(luchtweerstand buiten beschouwing gelaten), is deze op het maanoppervlak slechts 2.4 km/sec, wat veel minder is dan de root mean square (RMS) snelheid van waterstofmoleculen op de maan. Als gevolg hiervan ontsnappen de meeste waterstofmoleculen ruimte en de maan is niet in staat een significante hoeveelheid gassen eromheen vast te houden. Dit betekent echter niet dat de maan helemaal geen atmosfeer heeft. De maan heeft een atmosfeer, maar deze is zo dun dat er aan het oppervlak van de maan een bijna vacuümtoestand heerst. De atmosfeer van de maan is extreem dun: ongeveer 10 biljoen keer dunner dan de atmosfeer van de aarde. De dichtheid van de atmosfeer van de maan is vergelijkbaar met de dichtheid van de buitenste randen van de atmosfeer van de aarde¹. Het is in deze context dat velen beweren dat de maan geen atmosfeer heeft.  

De maan- atmosfeer is belangrijk voor de toekomst van de mensheid. Daarom is er de afgelopen 75 jaar een reeks onderzoeken geweest.  

NASA's Appolo-missie heeft aanzienlijke bijdragen geleverd toen deze voor het eerst werd ontdekt maan- sfeer⁴. Maan- Atmospheric Composition Experiment (LACE) van Apollo 17 vond kleine hoeveelheden van een aantal atomen en moleculen (waaronder helium, argon en mogelijk neon, ammoniak, methaan en koolstofdioxide) op het oppervlak van de maan¹. Vervolgens ontdekten grondmetingen natrium- en kaliumdamp in de atmosfeer van de maan met behulp van emissielijnspectroscopie². Er waren ook rapporten over de vondst van metaalionen afkomstig van de maan interplanetair ruimte en H₂O ijs in het poolgebied van de maan³.  

Voor de laatste 3 Ga (1 Ga of giga-jaar = 1 miljard jaar of 10⁹ jaar), is de atmosfeer van de maan stabiel met een exosfeer met een lage dichtheid aan de oppervlaktegrens (SBE). Daarvoor had de maan een meer prominente, zij het voorbijgaande atmosfeer als gevolg van substantiële vulkanische activiteit op de maan⁴.

Recent gepubliceerde studies met metingen van ISRO's maan satelliet onthullen dat de ionosfeer van de maan een zeer hoge elektronendichtheid kan hebben. De maan- De oppervlakte-elektronendichtheid kan oplopen tot 1.2 x 10⁵ per kubieke cm, maar de zonnewind werkt als een krachtig verwijderingsmiddel en veegt al het plasma naar de aarde interplanetair Medium⁵. De interessante bevinding was echter de waarneming van het hoge elektronengehalte in het zoggebied (gebied van achterblijvende verstoringen in de zonnewind in de anti-zonwaartse richting). Het was groter dan in de richting van de dag gezien het feit dat noch de zonnestraling, noch de zonnewind direct interageert met de beschikbare neutrale deeltjes in dit gebied⁶. De studie toont aan dat de dominante ionen in het zoggebied Ar . zijn^+, en Ne⁺ die een relatief langere levensduur hebben dan de moleculaire ionen (CO₂^+, en H₂O⁺ ) die dominant zijn in andere regio's. Vanwege hun hogere levensduur hebben de Ar⁺ en Ne⁺ ionen overleven in het zoggebied terwijl de moleculaire ionen recombineren en verdwijnen. Ook in de buurt werd een hoge elektronendichtheid gevonden maan- poolgebieden tijdens zonne-overgangsperioden^5,6. 

NASA's De geplande Artemis-missie naar de maan heeft tot doel het Artemis-basiskamp op te zetten maan- oppervlak en de Gateway in maan- baan. Dit zal zeker helpen bij een meer gedetailleerde en directe studie van de maan- sfeer⁷.  

*** 

Referenties:  

1. NASA 2013. Is er een atmosfeer op de maan? Online verkrijgbaar bij https://www.nasa.gov/mission_pages/LADEE/news/lunar-atmosphere.html#:~:text=Just%20as%20the%20discovery%20of,of%20Earth%2C%20Mars%20or%20Venus.  

2. Potter AE en Morgan TH 1988. Ontdekking van natrium- en kaliumdamp in de atmosfeer van de maan. WETENSCHAP 5 augustus 1988 Vol 241, uitgave 4866 blz. 675-680. DOI: https://doi.org/10.1126/science.241.4866.67 

3. Stern SA 1999. De maanatmosfeer: geschiedenis, status, huidige problemen en context. Beoordelingen van Geofysica. Voor het eerst gepubliceerd: 01 november 1999. Volume 37, uitgave 4 november 1999. Pagina's 453-491. DOI: https://doi.org/10.1029/1999RG900005 

4. Needham DH en Kringab DA 2017. Maanvulkanisme produceerde een voorbijgaande atmosfeer rond de oude maan. Aardse en planetaire wetenschapsbrieven. Volume 478, 15 november 2017, pagina's 175-178. DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.09.002  

5. Ambili KM en Choudhary RK 2021. De driedimensionale verdeling van ionen en elektronen in de maan-ionosfeer is ontstaan ​​uit de fotochemische reacties. Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society, Volume 510, uitgave 3, maart 2022, pagina's 3291-3300, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab3734  

6. Tripathi KR, c.s. 2022. Een onderzoek naar de karakteristieke kenmerken van de maanionosfeer met behulp van dubbele frequentie radio science (DFRS) experiment aan boord van de Chandrayaan-2 orbiter. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, Volume 515, Issue 1, september 2022, pagina's L61–L66, DOI: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slac058  

7. NASA 2022. Artemis-missie. Verkrijgbaar bij https://www.nasa.gov/specials/artemis/ 

***