Investigadores de la Universidad HSE han desarrollado un modelo matemático que explica la levitación de partículas de polvo cargadas sobre la superficie lunar iluminada por el sol en casi cualquier latitud. Por primera vez, el modelo tiene en cuenta la cola magnética de la Tierra, un área particular alrededor de nuestro planeta. Los datos de investigación son importantes para planificar las misiones espaciales Luna-25 y Luna-27. El estudio fue publicado en Physics of Plasmas.
En el espacio, la Luna está rodeada de plasma (gas ionizado), que contiene partículas de polvo de materia sólida. En la superficie lunar, las partículas de polvo, impactadas por los fotones, electrones e iones del viento solar, adquieren una carga positiva. Su interacción con la superficie lunar cargada positivamente hace que reboten, se muevan y formen el plasma polvoriento.
Debido a estos factores, los investigadores podrían suponer que los plasmas de polvo lunar evolucionan solo por encima de una parte de la superficie lunar (alrededor de latitudes superiores a 76°). Pero se espera que se puedan observar plasmas polvorientos sobre toda la parte de la Luna iluminada por el sol. Los autores del artículo desarrollaron un modelo físico-matemático del movimiento del plasma de polvo en el que el impacto de la cola magnética de la Tierra juega un papel importante.
La magnetosfera de la Tierra evoluciona debido a la interacción que tiene el campo magnético del planeta con las partículas cargadas del espacio. Impactadas por el campo magnético, por ejemplo, las partículas del viento solar se desvían de su trayectoria inicial y forman un área alrededor del planeta. Es asimétrico: en el lado diurno, alcanza el tamaño de 8-14 radios terrestres, y en el lado nocturno, se extiende y forma una cola magnética, que tiene varios cientos de radios terrestres de largo.
Durante aproximadamente una cuarta parte de su órbita, la Luna está en la cola magnética de la Tierra, lo que afecta el movimiento de las partículas a lo largo del meridiano: impactadas por el campo magnético, comienzan a moverse desde el área polar hacia el ecuador.
Las partículas también se ven afectadas por la gravedad y las fuerzas electrostáticas. El primero atrae el grano de polvo a la superficie, mientras que el otro lo repele. Esto conduce a la oscilación vertical de las partículas.
Después de esto, las partículas pasan a una condición de levitación. Los investigadores explican este efecto por los largos días de sol en la Luna: casi 15 días terrestres. Durante este período de tiempo, el proceso de oscilación de partículas se desvanece y tienen tiempo suficiente para pasar a la levitación. Según los investigadores, también se observan fenómenos opuestos. Por ejemplo, en las lunas marcianas, Fobos y Deimos, el tiempo de extinción de la oscilación del grano de polvo es más largo que la luz del día, por lo que no tienen tiempo suficiente para pasar a la condición de levitación.
Sergey Popel, Jefe del Laboratorio de Procesos de Plasma Polvoriento en Objetos Espaciales, Instituto de Investigación Espacial de la RAS, dice que “Luna-25 y Luna-27 están en preparación hoy, y estudiarán las propiedades del polvo y plasmas polvorientos cerca del superficie lunar. Para hacerlos exitosos, la investigación preliminar es esencial. Hoy usamos un enfoque simplificado para explicar la transición del polvo sobre la superficie lunar teniendo en cuenta los campos magnéticos en la cola magnética de la Tierra. En estudios futuros, será necesario tomar en cuenta adicionalmente en cuenta la inclinación axial y la inclinación de la órbita al plano de la eclíptica tanto para la Tierra como para la Luna, así como para considerar parámetros más precisos del plasma de cola magnética”.
