Атмосфера Землі виявилася більшою, ніж вважалося. Вона виходить за межі орбіти Місяця

Землі складається з декількох шарів: тропосфери (верхня межа 20 км), стратосфери (межа 50 км), мезосфери (межа 85 км), термосфери (межа 690 км) і екзосфери (межа 10 000 км). Вже тривалий час в якості умовної межі між атмосферою Землі та космосом приймається так звана лінія Кишені, розташована на висоті 100 кілометрів. Проте в ході нового дослідження, результати якого були в Journal of Geophysical Research: Space Physics, було встановлено, що атмосфера нашої планети набагато складніше, ніж може здатися на перший погляд. Вчені з'ясували, що її кордони виходять далеко за межі Місяця.

Простір, що охоплює в тому числі і Місяць і є зовнішньою частиною самого верхнього шару атмосфери Землі, екзосфери, дослідники називають геокороной. Воно являє собою хмару з атомів водню, яка починає світитися під впливом ультрафіолетового випромінювання. Оскільки це хмара дуже розряджена, виміряти його реальні межі виявилося непростим завданням. Так, згідно з результатами попередніх досліджень, верхня межа цього простору була визначена відстанню близько 200 000 кілометрів від Землі, точкою, за якої тиск сонячного вітру вже перекриває силу гравітацію Землі.

Міжнародна наукова група під керівництвом Ігоря Балюкина з Інституту космічних досліджень РАН використовуючи дані, зібрані космічним апаратом SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) є спільним проектом Європейського космічного агентства і американського аерокосмічного агентства NASA змогла з'ясувати, що раніше встановлена межа геокороны навіть близько не відповідає реальному стану справ. Дослідники встановили, що довжина геокороны насправді становить як мінімум 630 000 кілометрів. Іншими словами, це означає, що межі нашої атмосфери знаходяться далеко за межами Місяця, яка в свою чергу віддалена від нашої планети всього на 384 000 кілометрів.

«Місяць знаходиться в межах земної атмосфери. Про це не було відомо до тих пір, поки не був проведений аналіз даних, зібраних космічної обсерваторії SOHO», — коментує провідний автор дослідження Ігор Балюкин з Інституту космічних досліджень РАН.

Синім кольором позначена межа геокороны Землі (не в масштабі)

Ще більш цікавим це відкриття робить той факт, що зроблено воно було на основі даних спостережень, що проводилися з 1996-го по 1998-й роки, тобто більше 20 років тому. Все це час вони лежали в архіві, очікуючи аналізу.

Дані були отримані з допомогою дуже чутливого інструменту SWAN космічного апарата, призначеного для вимірювання далекого ультрафіолетового випромінювання атомів водню, які називають фотонами лінії Лайман-альфа. Побачити їх із Землі неможливо – вони поглинаються внутрішніми шарами атмосфери, тому спостереження слід проводити безпосередньо в космосі. Наприклад, астронавти місії «Аполлон-16» змогли сфотографувати геокорону в 1972 році.

«В той час перебували на місячній поверхні астронавти навіть і не підозрювали, що насправді знаходяться всередині геокороны», — говорить співавтор нового дослідження і колишній співробітник програми дослідження сонячного вітру в рамках місії SOHO Жан-Лу Берто з Університету Версаль-Сен-Кантен-ан-Івелін (Франція).

Фотографія геокороны Землі, зроблена з Місяця астронавтами місії «Аполлон-16»

Перевага інструменту SWAN полягає в тому, що він здатний вибірково проводити вимірювання випромінювання геокороны, відфільтровуючи випромінювання Лайман-альфа йде з далекого космосу. Саме це і дозволило вченим створити більш точну карту цієї частини земної атмосфери.

Нове дослідження не тільки допомогло зрозуміти справжній розмір геокороны, але також показало, що тиск сонячного світла збільшує щільність атомів водню на денній стороні Землі і створює область підвищеної щільності на нічній стороні. Тим не менше навіть на денній стороні ця щільність досить низька – на висоті близько 60 000 кілометрів над поверхнею планети вона становить близько 70 атомів водню на кубічний сантиметр. З нічного боку вона ще нижче і продовжує знижуватися аж до 0,2 атома на кубічний сантиметр з наближенням до навколомісячній орбіті.

«Зазвичай ми називаємо це вакуумом. Тому наявність такого джерела додаткового випромінюючого ультрафіолет водню у цьому випадку ніяк зможе полегшити освоєння космічного простору», — коментує Балюкин.

Хороша новина в тому, пояснюють автори дослідження, що ці частинки не будуть створювати ніякої додаткової загрози астронавтам в рамках майбутніх пілотованих місії до Місяця.

«В геокороне також є ультрафіолетове випромінювання, оскільки атоми водню випромінюють світло у всіх напрямках, проте його вплив на астронавтів, які знаходяться на місячній орбіті буде незначним в порівнянні з основним джерелом випромінювання – Сонцем», — пояснює Жан-Лу Берто.

Погана ж новина полягає в тому, що геокорона може заважати майбутнім астрономічними спостереженнями, які будуть проводитися поруч з Місяцем.

«При використанні космічних телескопів, що працюють ультрафіолетовому діапазоні хвиль для вивчення хімічного складу зірок і галактик, доведеться прийняти до уваги фактор наявності геокороны Землі», — додає Берто.

Останнім можна відзначити один цікавий факт. Якщо дані дослідження вірні, то зтехнічної точки зору навіть в умовах космічних запусків людина ніколи не залишав атмосфери Землі.

Обговорити відкриття вчені можна в нашому .