Luna ar fi putut avea o atmosferă heavy metal cu vânturi supersonice

Luna bebelușă ar fi avut o atmosferă metalică groasă, unde vânturile supersonice au ridicat valuri în oceanul său de magmă.

Aceasta este concluzia unei noi simulări care calculează modul în care căldura de la soarele tânăr, Pământul și suprafața fierbinte a Lunii ar fi putut vaporiza metalele lunare pentru a oferi lunii o atmosferă la fel de groasă ca cea a lui Marte. Modelul, publicat online pe 22 iunie pe arXiv.org, oferă o modalitate de a testa teoriile despre modul în care s-a format luna și sugerează modul în care cercetătorii ar putea studia exoplanetele fără a părăsi vecinătatea Pământului.

Majoritatea oamenilor de știință planetari cred că luna s-a format atunci când o protoplanetă de dimensiunea lui Marte s-a izbit de Pământ în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani. Ciocnirea a aruncat material fierbinte, topit pe orbita Pământului, care s-a unit și în cele din urmă s-a răcit în Lună.

La început, însă, luna ar fi fost acoperită de un ocean adânc, global, de rocă lichidă fierbinte. Pământul ulterioară coliziunii ar fi fost, de asemenea, extrem de fierbinte – cu peste 2000° Celsius – și ar fi strălucit ca o stea pitică roșie.

Prabal Saxena de la Centrul de Zboruri Spațiale Goddard al NASA din Greenbelt, Md., și colegii săi au adăugat radiațiile pe care luna timpurie le-ar fi primit de la acel Pământ asemănător cu stea, plus soarele și oceanul de magmă însuși. Modelele anterioare sugerau că luna timpurie ar trebui să aibă o atmosferă, dar echipa crede că modelul său este primul care include toate aceste intrări simultan, dezvăluind detalii noi despre modul în care atmosfera și oceanul ar fi putut interacționa.

Toate aceste radiații ar fi vaporizat atomi volatili din oceanul de magmă bogat în metale și ar fi format o atmosferă cu aproximativ o zecime din grosimea Pământului, arată modelul. Pentru a menține lucrurile simple, echipa a folosit sodiul – un element ușor de vaporizat care este din abundență pe Lună – pentru a reprezenta toate componentele care ar putea contribui la o atmosferă.

Atâta timp cât oceanul topit a rămas lichid, atmosfera ar fi primit atomi de sodiu proaspăt vaporizați din ocean și i-ar fi trimis să treacă prin aerul metalic. O diferență de temperatură extremă – partea Lunii îndreptată spre Pământ ar fi fost încălzită la temperaturi mai mari de 1700 °, iar partea îndepărtată s-ar fi răcit la o frig ‒150 ° – ar fi ridicat vânturile cu viteze de peste un kilometru pe secundă. Vânturile ar fi suflat probabil valuri în oceanul de magmă.

Când vânturile au ajuns în zona crepusculară între cald și rece, atmosfera s-ar fi condensat, lăsând o bandă de zăpadă sodică.

După aproximativ 1.000 de ani, oceanul de magmă s-ar fi răcit suficient pentru a se solidifica într-o crustă stâncoasă. Fără un rezervor de lichid din care să extragă, întreaga atmosferă s-ar fi prăbușit.

„Atmosfera lunii era ca o stea rock petrecută”, spune Saxena. „A avut o existență cu adevărat violentă, de heavy metal, dar s-a prăbușit rapid.”

Kevin Zahnle de la Centrul de Cercetare Ames al NASA din Moffett Field, California, consideră că această imagine tânără și rapidă a atmosferei lunare sună plauzibilă și ar putea fi testabilă. „Povestea lor este bine în limitele posibilului”, spune el. Dar nu este sigur că toate ipotezele modelului sunt bune. Atât Pământul, cât și Luna ar fi trebuit să fie „extrem de uscate” pentru a evita mai întâi dezvoltarea atmosferelor de apă abură, de exemplu.

O modalitate de a testa modelul ar fi să cauți un inel de sodiu suplimentar în rocile din jurul zonei de tranziție. Asta ar arăta că atmosfera a avut într-adevăr un gradient de temperatură extrem și vânt puternic.

Alte modele de formare a Lunii – de exemplu, dacă s-ar forma din mai multe impacturi mici în loc de unul mare – ar duce la o atmosferă mai rece, vânturi mai puțin puternice și, în cele din urmă, fără zăpadă de sodiu, spune Saxena. Găsirea acelui sodiu suplimentar ar putea ajuta la soluționarea dezbaterii despre ce tip de impact s-a întâmplat cu adevărat (SN: 15/04/17, p.18).

Cu apropierea sa de un Pământ care strălucea ca o stea, luna timpurie ar putea fi, de asemenea, un analog bun pentru exoplanetele stâncoase care orbitează în jurul piticelor roșii, spune Saxena.

„Dacă putem caracteriza cum arăta luna timpurie, ne poate spune despre mecanismele fizice care funcționează pe aceste exoplanete extreme apropiate”, spune Saxena.