Cette question fait partie de celles qui deviennent plus claires si on les retourne d'abord, pour ainsi dire. Avant d’expliquer pourquoi la Lune ne conserve pas d’atmosphère autour d’elle, posons-nous la question : pourquoi conserve-t-elle une atmosphère autour de notre propre planète ? Rappelons que l'air, comme tout gaz, est un chaos de molécules non connectées se déplaçant rapidement dans des directions différentes. Leur vitesse moyenne à t = 0 °C – environ 1/2 km par seconde (vitesse de balle du pistolet). Pourquoi ne se dispersent-ils pas dans l’espace ? Pour la même raison qu’une balle de fusil ne vole pas dans l’espace. Ayant épuisé l’énergie de leur mouvement pour vaincre la force de gravité, les molécules retombent sur Terre. Imaginez une molécule proche de la surface de la Terre volant verticalement vers le haut à une vitesse de 1/2 km par seconde. Jusqu'à quelle hauteur peut-elle voler ? Il est facile de calculer : vitesse v, hauteur de levage h et l'accélération de la gravité g sont liés par la formule suivante :
v 2 = 2gh.
Remplaçons à la place de v sa valeur - 500 m/s, au lieu de g - 10 m/s 2, on a
h = 12 500 m = 12 1/2 km.
Mais si les molécules d'air ne peuvent pas voler à plus de 12 1/2 kilomètres, alors d'où viennent les molécules d'air au-dessus de cette limite ? Après tout, l’oxygène qui constitue notre atmosphère s’est formé près de la surface de la Terre (à partir du dioxyde de carbone résultant de l’activité des plantes). Quelle force les a soulevés et retenus à une altitude de 500 kilomètres ou plus, où la présence de traces d'air a certainement été établie ? La physique donne ici la même réponse que celle qu’on entendrait d’un statisticien si on lui demandait : « La durée moyenne de la vie humaine est de 70 ans ; D’où viennent les gens de 80 ans ? Le fait est que le calcul que nous avons effectué se réfère à une moyenne et non à une molécule réelle. La molécule moyenne a une seconde vitesse de 1/2 km, mais les molécules réelles se déplacent certaines plus lentement, d'autres plus rapidement que la moyenne. Certes, le pourcentage de molécules dont la vitesse s'écarte sensiblement de la moyenne est faible et diminue rapidement à mesure que l'ampleur de cet écart augmente. Sur le nombre total de molécules contenues dans un volume donné d'oxygène à 0°, 20 % seulement ont une vitesse de 400 à 500 m par seconde ; environ le même nombre de molécules se déplacent à une vitesse de 300 à 400 m/s, 17 % – à une vitesse de 200 à 300 m/s, 9 % – à une vitesse de 600 à 700 m/s, 8 % – à une vitesse de 700 à 800 m/s, 1% – à une vitesse de 1 300 à 1 400 m/s. Une petite partie (moins d'un millionième) des molécules a une vitesse de 3 500 m/s, et cette vitesse est suffisante pour que les molécules volent même à une hauteur de 600 km.
Vraiment, 3500 2 = 20h, où h=12250000/20 soit plus de 600 km.
La présence de particules d'oxygène à des centaines de kilomètres d'altitude au-dessus de la surface de la Terre devient évidente : cela découle des propriétés physiques des gaz. Les molécules d’oxygène, d’azote, de vapeur d’eau et de dioxyde de carbone ne possèdent cependant pas de vitesses qui leur permettraient de quitter complètement le globe. Cela nécessite une vitesse d'au moins 11 km par seconde, et seules des molécules uniques de ces gaz ont de telles vitesses à basse température. C’est pourquoi la Terre maintient si étroitement sa coquille atmosphérique. Il a été calculé que pour perdre la moitié de l'approvisionnement du gaz le plus léger de l'atmosphère terrestre, l'hydrogène, il faut un certain nombre d'années, exprimé en 25 chiffres. Des millions d’années n’apporteront aucun changement à la composition et à la masse de l’atmosphère terrestre.
Pour expliquer maintenant pourquoi la Lune ne peut pas maintenir une atmosphère similaire autour d'elle, il reste à en dire un peu.
L’attraction gravitationnelle sur la Lune est six fois plus faible que sur Terre ; En conséquence, la vitesse nécessaire pour vaincre la force de gravité y est également inférieure et égale à seulement 2 360 m/s. Et comme la vitesse des molécules d’oxygène et d’azote à des températures modérées peut dépasser cette valeur, il est clair que la Lune devrait perdre continuellement son atmosphère si elle devait en former une.
Lorsque les molécules les plus rapides s'évaporent, d'autres molécules acquièrent une vitesse critique (c'est une conséquence de la loi de répartition des vitesses entre les particules de gaz), et de plus en plus de nouvelles particules de la coque atmosphérique doivent irrévocablement s'échapper dans l'espace.
Après un laps de temps suffisant, insignifiant à l'échelle de l'univers, l'atmosphère entière quittera la surface d'un astre si faiblement attractif.
On peut prouver mathématiquement que si la vitesse moyenne des molécules dans l'atmosphère d'une planète est même trois fois inférieure au maximum (c'est-à-dire que pour la Lune elle est de 2360 : 3 = 790 m/s), alors une telle atmosphère devrait se dissiper de moitié en quelques semaines. (L'atmosphère d'un corps céleste ne peut être préservée de manière stable que si la vitesse moyenne de ses molécules est inférieure à un cinquième de la vitesse maximale.) Il a été suggéré – ou plutôt un rêve – qu'au fil du temps, lorsque l'humanité terrestre visitera et conquiert la Lune, il l'entourera d'une atmosphère artificielle et la rendra ainsi habitable. Après ce qui vient d’être dit, le caractère irréalisable d’une telle entreprise devrait apparaître clairement au lecteur.
> > > Atmosphère de la Lune
Y a-t-il une forte atmosphère sur la Lune ? Non. Par conséquent, on soupçonne toujours que la mission Apollo pourrait être fausse (le drapeau n'a pas pu flotter car il n'y a pas de vent). Mais il y a là une très fine couche de gaz, techniquement appelée atmosphère de la Lune.
Dans cette couche, les gaz sont si répandus qu'ils n'entrent pratiquement pas en collision. Ils ressemblent à des boulets de canon microscopiques, voyageant le long de chemins courbes et rebondissant sur la surface. Si on le prend en volume, alors il y a 100 molécules par cm 3 d'atmosphère (au niveau de la mer sur Terre, 100 milliards de milliards de molécules tombent par cm 3). La masse totale de gaz est de 25 000 kg.
Plusieurs éléments ont été découverts dans l'atmosphère de la Lune. Le Lunar Reconnaissance Orbiter a récemment rencontré de l’hélium. Les astronautes d'Apollo ont laissé des détecteurs à la surface, qu'ils ont trouvés : argon-40, méthane, hélium-4, azote, dioxyde de carbone et monoxyde de carbone. Des spectromètres au sol ont également trouvé du sodium et du potassium, et l'orbiteur Lunar Prospector a trouvé des isotopes radioactifs de radon et de polonium.
L’apparition de l’atmosphère sur la Lune est due au processus de dégazage. Il s'agit de la libération de gaz depuis l'espace due à la désintégration radioactive. Cela peut également se produire lors d'un tremblement de terre. Une fois libérés, les gaz légers sont évacués dans l’espace.
De plus, des gaz sont libérés du sol en raison de l'influence constante du soleil et du vent, ainsi que des micrométéorites tombant à la surface. C'est ce qu'on appelle la pulvérisation. Ces gaz peuvent s’échapper dans l’espace ou voyager le long du sol lunaire. La pulvérisation cathodique pourrait expliquer comment la glace s'accumule dans les cratères. Les comètes pourraient avoir laissé sur le satellite des molécules d’eau qui se sont accumulées dans des cratères et ont créé d’épaisses couches de glace.
Clair de lune
Les rayons ultraviolets du soleil affectent les gaz libérés, provoquant l’expulsion des électrons. Ils reçoivent une charge électrique qui envoie des particules haut dans le ciel. La nuit, le processus inverse se produit, dans lequel des électrons se déposent sur le sol.
Cette fontaine poussiéreuse fonctionne le long de la frontière entre le jour et la nuit, créant la lueur de l'horizon lunaire. Les astronautes ont décrit la poussière lunaire comme étant semblable à du sable collant. Cela devient un danger pour l'équipement. Lorsque l’équipe est revenue sur Terre, leurs combinaisons spatiales étaient usées. Nous devrons donc en apprendre le plus possible sur les processus lunaires avant d’envoyer de nouvelles missions humaines. En attendant, vous savez à quoi ressemble l’atmosphère lunaire.
La Lune mérite une attention particulière car elle est un satellite de la Terre, le corps céleste le plus étudié le plus proche de nous, le premier objet spatial sur lequel un homme a atterri.
Depuis que la station interplanétaire automatique (AIS) soviétique a survolé la Lune et photographié sa face cachée le 7 octobre 1959, de nombreux AMS de conceptions les plus variées et à des fins diverses ont été envoyés vers la Lune, sont devenus ses satellites artificiels, ou posés sur la surface de la Lune avec ou sans équipage, ils sont revenus sur Terre avec une riche collection de sol lunaire, avec des photographies de sa surface obtenues soit à partir d'un véhicule volant, soit à partir d'un véhicule d'atterrissage. Avec l'aide de tous les appareils, en améliorant progressivement la méthodologie, ils ont obtenu de plus en plus d'informations sur les caractéristiques physiques de la Lune, chevauchant en partie les anciens résultats, en les corrigeant en partie.
Cette première période d'étude de la Lune par des moyens spatiaux s'est terminée en 1972 avec le vol de la sonde spatiale habitée Apollo 17 (USA) et en 1976 avec le vol de la sonde spatiale Luna 24 (URSS). Les appareils sont revenus sur Terre avec de nouveaux échantillons de roches recouvrant la surface de la Lune. Dans le même temps, la masse totale du matériel collecté n'est pas si importante, puisque grâce au développement moderne des méthodes d'analyse géologique et minéralogique, y compris la détermination de l'âge des roches étudiées, il suffit de disposer d'échantillons d'une fraction de une taille d'un millimètre.
ATMOSPHÈRE DE LA LUNE
La Lune a été mentionnée à plusieurs reprises comme exemple d’un corps céleste dépourvu d’atmosphère. Cela découle clairement de l'occultation instantanée des étoiles par la Lune (voir KPA 465), mais cette affirmation n'est pas absolue : comme dans le cas de Mercure, une atmosphère très raréfiée peut être maintenue sur la Lune en raison du dégagement de gaz de la surface. les roches lorsqu'elles sont chauffées par le rayonnement solaire, lorsqu'elles sont « bombardées » par des météorites et des corpuscules émanant du Soleil.
Une limite supérieure pour la densité de l'atmosphère lunaire peut être établie à partir d'observations de polarisation au niveau du terminateur, en particulier au bord des cornes lunaires, là où l'épaisseur de l'atmosphère hypothétique pénétrée par la ligne de visée est la plus grande. En quadratures, c'est-à-dire près du premier et du dernier quartier, la polarisation des cornes doit être complète [formule (33.32)]. Et une simple diffusion de la lumière au crépuscule devrait allonger les cornes. Ni un allongement des cornes, ni même une polarisation insignifiante à proximité n'ont été observés, ce qui conduit à une estimation de la densité de l'atmosphère lunaire ne dépassant pas la densité de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer, soit pas plus de 1010 molécules. pour 1 cm3.
De tels résultats issus d’observations au sol sont largement surestimés. Les instruments qui travaillent sur la Lune depuis longtemps ont découvert des signes formels de l'atmosphère, mais ce ne sont que des atomes et des ions proches de la surface même de la Lune dans la concentration la plus insignifiante (particules par seconde sur 1 cm2 de la zone du détecteur) . La même chose est indiquée par la luminosité insignifiante du fond créé par les atomes d'hydrogène lors de la diffusion résonnante dans la ligne (il n'y en a que 50 dans 1 cm3). Des traces d'un isotope formé lors de la désintégration d'une substance radioactive et d'atomes d'hélium (la nuit) ont également été trouvées en très petites quantités. Ce dernier, comme l’hydrogène, vient bien entendu avec le vent solaire.
En fait, les gaz sur la Lune ont également été observés spectroscopiquement lors de la photographie du spectre du cirque lunaire Alphonse les 2 et 3 novembre 1958 (Kozyrev, Yezersky). Sur le spectrogramme, dans la bande qui correspond au spectre de la colline centrale d'Alphonse, des bandes d'émission sont clairement visibles du fait de la luminescence des molécules de gaz sous l'influence du rayonnement solaire. Le phénomène n'a été observé qu'une seule fois et aurait été associé à des processus similaires au volcanisme, ou à des mouvements tectoniques à la surface de la Lune, qui ont provoqué la libération de gaz auparavant enfermés. La composition des gaz rejetés ne peut être déterminée avec précision, à l'exception du carbone. Bien entendu, un tel gaz ne peut pas rester longtemps à la surface de la Lune : la vitesse de fuite sur la Lune n’est que de 2,38 km/s. Mais la recherche d’un gaz beaucoup plus lourd, comme le dioxyde de soufre, malgré tous les soins, n’a pas abouti. Aucun ozone n'a été détecté non plus
La Lune est un satellite naturel de la Terre et son observation soulève de nombreuses questions tant pour les astronomes que pour les gens ordinaires. Et l’une des plus intéressantes est la suivante : la Lune a-t-elle une atmosphère ?
Après tout, si elle existe, cela signifie que la vie sur ce corps cosmique est possible, du moins la plus primitive. Nous essaierons de répondre à cette question de manière aussi approfondie et fiable que possible, en utilisant les dernières hypothèses scientifiques.
La plupart des gens qui réfléchissent à cette question trouveront une réponse assez rapidement. Bien entendu, la Lune n’a pas d’atmosphère. Cependant, en réalité, ce n’est pas le cas. Une coquille de gaz est toujours présente sur le satellite naturel de la Terre. Mais quelle est sa densité, quels gaz sont inclus dans la composition de «l'air» lunaire - ce sont des questions complètement différentes, auxquelles donner des réponses sera particulièrement intéressant et important.
Quelle est sa densité ?
Malheureusement, l’atmosphère de la Lune est très mince. De plus, l'indicateur de densité varie considérablement selon l'heure de la journée. Par exemple, la nuit, il y a environ 100 000 molécules de gaz par centimètre cube de l'atmosphère lunaire. Au cours de la journée, ce chiffre change considérablement - dix fois. En raison du fait que la surface de la Lune est très chaude, la densité de l'atmosphère tombe à 10 000 molécules.
Certains trouveront peut-être ce chiffre impressionnant. Hélas, même pour les créatures terrestres les plus sans prétention, une telle concentration d'air sera fatale. Après tout, sur notre planète, la densité est de 27 x 10 à la puissance dix-huit, soit 27 quintillions de molécules.
Si vous collectez tout le gaz présent sur la Lune et le pesez, vous obtenez un nombre étonnamment petit : seulement 25 tonnes. Par conséquent, une fois sur la Lune sans équipement spécial, aucune créature vivante ne pourra survivre longtemps - au mieux, cela ne durera que quelques secondes.
Quels gaz sont présents dans l'atmosphère
Maintenant que nous avons établi que la Lune possède une atmosphère, même si elle est très, très raréfiée, nous pouvons passer à la question suivante, non moins importante : quels gaz entrent dans sa composition ?
Les principaux composants de l’atmosphère sont l’hydrogène, l’argon, l’hélium et le néon. Les échantillons ont d'abord été prélevés par une expédition dans le cadre du projet Apollo. C'est alors qu'on découvrit que l'atmosphère contenait de l'hélium et de l'argon. Bien plus tard, grâce à un équipement spécial, les astronomes observant la Lune depuis la Terre ont pu établir qu'elle contient également de l'hydrogène, du potassium et du sodium.
Une question tout à fait logique se pose : si l'atmosphère de la Lune est constituée de ces gaz, alors d'où viennent-ils ? Avec la Terre, tout est simple : de nombreux organismes, depuis les organismes unicellulaires jusqu'aux humains, convertissent certains gaz en d'autres 24 heures sur 24.
Mais d’où vient l’atmosphère de la Lune, s’il n’y a pas et n’y a jamais eu d’organismes vivants ? En fait, des gaz peuvent se former pour diverses raisons.
Tout d’abord, diverses substances ont été apportées par de nombreuses météorites ainsi que par le vent solaire. Pourtant, un nombre nettement plus important de météorites tombent sur la Lune que sur Terre – encore une fois en raison de l’atmosphère pratiquement absente. En plus du gaz, ils pourraient même amener de l’eau jusqu’à notre satellite ! Ayant une densité plus élevée que le gaz, il ne s'est pas évaporé, mais simplement collecté dans des cratères. C'est pourquoi les scientifiques consacrent aujourd'hui beaucoup d'efforts à la recherche de réserves, même minimes, ce qui pourrait constituer une véritable avancée.
Comment une atmosphère mince affecte-t-elle
Maintenant que nous avons compris à quoi ressemble l'atmosphère sur la Lune, nous pouvons examiner de plus près la question de savoir quel effet elle a sur le corps cosmique le plus proche de nous. Il serait cependant plus juste d’admettre qu’elle n’a pratiquement aucun effet sur la Lune. Mais à quoi cela conduit-il ?
Commençons par le fait que notre satellite n'est absolument pas protégé du rayonnement solaire. De ce fait, en « marchant » sur sa surface sans équipement de protection spécial, assez puissant et encombrant, il est tout à fait possible de subir une exposition radioactive en quelques minutes.
De plus, le satellite est sans défense contre les météorites. La plupart d'entre eux, entrant dans l'atmosphère terrestre, brûlent presque complètement à cause du frottement avec l'air. Environ 60 000 kilogrammes de poussière cosmique tombent sur la planète chaque année - il s'agissait uniquement de météorites de différentes tailles. Ils tombent sur la Lune sous leur forme originale, car son atmosphère est trop raréfiée.
Enfin, les changements de température quotidiens sont tout simplement énormes. Par exemple, à l'équateur, pendant la journée, le sol peut chauffer jusqu'à +110 degrés Celsius et la nuit, il peut se refroidir jusqu'à -150 degrés. Cela ne se produit pas sur Terre car l’atmosphère dense joue le rôle d’une sorte de « couverture », empêchant une partie des rayons du soleil d’atteindre la surface de la planète, et empêchant également la chaleur de s’évaporer la nuit.
A-t-il toujours été comme ça?
Comme vous pouvez le constater, l’atmosphère de la Lune est plutôt sombre. Mais a-t-elle toujours été comme ça ? Il y a quelques années à peine, les experts sont arrivés à une conclusion choquante : il s'avère que non !
Il y a environ 3,5 milliards d'années, alors que notre satellite venait de se former, des processus violents se déroulaient dans les profondeurs : éruptions volcaniques, failles, explosions de magma. Ces transformateurs rejetaient de grandes quantités d’oxyde de soufre, de dioxyde de carbone et même d’eau dans l’atmosphère ! La densité de « l’air » ici était trois fois supérieure à celle observée aujourd’hui sur Mars. Hélas, la faible gravité de la Lune n'a pas pu retenir ces gaz - ils se sont progressivement évaporés jusqu'à ce que le satellite devienne tel que nous pouvons le voir à notre époque.
Conclusion
Notre article touche à sa fin. Nous y avons examiné un certain nombre de questions importantes : existe-t-il une atmosphère sur la Lune, comment est-elle apparue, quelle est sa densité, de quels gaz est-elle composée. Espérons que vous vous souviendrez de ces faits utiles et que vous deviendrez un causeur encore plus intéressant et érudit.