Jadąc do domu z meczu siatkówki z moją nastoletnią córką, zauważyliśmy pełnię księżyca. Myślałem o 50. rocznicy Apollo 11 w tym tygodniu. Ogarnęło mnie również łagodne poczucie zazdrości (uśmiech), kiedy pomyślałem o fanach na koncercie Duran Duran w ogrodzie rakietowym w Kennedy Space Center. Chociaż wiele razy widziałem jeden z moich ulubionych zespołów, jestem pewien, że wspaniale było usłyszeć ich kosmiczną setlistę w tej scenerii i dla uczczenia misji Apollo. Otrząsając się z ulotnej, zazdrosnej chwili, postanowiłem napisać coś o księżycu. Ponieważ jestem meteorologiem i profesorem nauk o atmosferze, odpowiedź na pytanie „Czy na naszym księżycu jest pogoda?” Było naturalne?
Piękny księżyc w pełni z pustym niebem przy 100-krotnym powiększeniu bez statywu
Getty
Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy odpowiedzieć na inne. Czy nasz księżyc ma w ogóle atmosferę? Kusi, by powiedzieć „nie”. Jednak lepszą odpowiedzią jest „w pewnym sensie”. Zanim zagłębimy się głębiej, pouczające jest zdefiniowanie „atmosfery” i opisanie struktury atmosfery Ziemi. Słownik Meteorologii Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego jest jednym z moich ulubionych zasobów. Definiuje atmosferę jako „Gazową powłokę grawitacyjnie związaną z ciałem niebieskim ciało (np. planeta, jej satelita lub gwiazda). „Atmosfera Ziemi jest podzielona na kilka warstw. Żyjemy w troposferze. Większość z nas nigdy nie opuści troposfery. Rozciąga się na około 6-7 mil (~ 10 km), ale ta wysokość może się różnić w zależności od wysokości (niższa w regionach polarnych) i pory roku (niższa w zimie). Około 75-80% masy naszej atmosfery znajduje się w troposferze, a większość wilgoci również .
Na wysokości średnio od 7 do 31 mil nad ziemią znajduje się stratosfera. Tropopauza jest obszarem przejściowym między troposferą a stratosferą. Warstwa ozonowa, która chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym (UV ) promieniowanie słoneczne znajduje się w stratosferze tutaj. Jest to również warstwa, której temperatura wzrasta wraz z wysokością z powodu pochłaniania promieniowania UV. Nazywamy to inwersją. Mezosfera znajduje się od 30 do 51 mil nad powierzchnią. Według NOAA warstwa ta może mieć temperatury nawet do -120 stopni F. Między 51 a 400 milami znajduje się dziwna warstwa zwana termosferą. Temperatury wahają się od -184 stopni F do kilku tysięcy stopni F. Nawet w takich temperaturach skóra byłaby zimna z powodu „cienkości” atmosfery. Bardzo wysokie temperatury są spowodowane wysoką energią kinetyczną cząsteczek, ale nie byłyby ciepłe, ponieważ zderzeń molekularnych jest bardzo niewiele. Ta warstwa jest również domem dla zórz polarnych. Jeśli jesteś astronautą, jest to również warstwa, w której możesz zacząć odczuwać uczucie nieważkości. Poza termosferą znajduje się egzosfera. Według działu satelitów NOAA, jest to lokalizacja wielu satelitów krążących nisko wokół Ziemi. Poniższa grafika, dostarczona przez NOAA, podsumowuje warstwy i kilka interesujących rzeczy, które się w nich dzieją.
Warstwy atmosfery ziemskiej.
NOAA NESDIS
Na Ziemi panuje pogoda, ponieważ troposfera jest stosunkowo gruba , zawiera wodę i jest gospodarzem złożonego pokazu interakcji płynów i termodynamicznych. To prowadzi nas na Księżyc. Według strony internetowej NASA Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer:
ostatnie badania potwierdzają, że nasz Księżyc rzeczywiście ma atmosferę składającą się z niezwykłych gazów, w tym sodu i potasu, których nie ma w atmosferach Ziemi, Marsa ani Wenus. To nieskończenie mała ilość powietrza w porównaniu z ziemską atmosferą. Na poziomie morza na Ziemi oddychamy atmosferą, w której każdy centymetr sześcienny zawiera 10 000 000 000 000 000 000 cząsteczek; dla porównania, księżycowa atmosfera ma mniej niż 1 000 000 cząsteczek w tej samej objętości. To wciąż brzmi jak dużo, ale uważamy to za bardzo dobrą próżnię na Ziemi. W rzeczywistości gęstość atmosfery na powierzchni Księżyca jest porównywalna z gęstością najbardziej zewnętrznych obrzeży ziemskiej atmosfery, gdzie orbituje Międzynarodowa Stacja Kosmiczna.
W troposferze Ziemi występuje głównie azot i tlen, ale gazy śladowe, takie jak dwutlenek węgla i para wodna, są niezwykle ważne w regulowaniu temperatury naszej planety. Misja NASA o nazwie Lunar Atmospheric Composition Experiment (LACE) odkryła, że księżycowa atmosfera zawiera również ślady metanu, dwutlenku węgla, helu, amoniaku i argonu.
Na Księżycu temperatury mogą się gwałtownie zmieniać. Tim Sharp napisał w artykule na Space.com:
Temperatury na Księżycu są ekstremalne, od wrzenia gorącego do mroźnego zimna, w zależności od tego, gdzie świeci słońce .Na Księżycu nie ma znaczącej atmosfery, więc nie może on zatrzymywać ciepła ani izolować powierzchni… Księżyc obraca się wokół własnej osi w ciągu około 27 dni. Dzień po jednej stronie księżyca trwa około 13 i pół dnia, po którym następuje 13 i pół nocy ciemności. Kiedy światło słoneczne pada na powierzchnię księżyca, temperatura może osiągnąć 260 stopni Fahrenheita (127 stopni Celsjusza). Gdy słońce zachodzi, temperatura może spaść do minus 280 F (minus 173 C).
Nie ma również sezonów na Księżycu. Mamy sezony, ponieważ Ziemia przechyla się wokół osi pod kątem około 23,5 stopnia. Ze względu na osiowe nachylenie, gdy Ziemia krąży wokół Słońca, różne części naszego planety są ogrzewane inaczej. Z tego powodu obecnie na półkuli północnej jest lato, a na półkuli południowej zima. Według Tima Sharpa księżyc jest praktycznie wyprostowany (tylko o nachyleniu 1,54 stopnia), więc praktycznie nie ma zmienności sezonowej. p>
Sekwencja czasowa klaczy księżycowej – równina lawy – płynie w odstępach co 0,5 miliarda lat, z czerwonymi … obszarami w każdym kroku czasowym oznaczające ostatnią erupcję law. Czas erupcji, wraz z ilością wyrzuconej lawy, pomogły naukowcom ustalić, że Księżyc miał kiedyś atmosfery i że księżycowa atmosfera była najgęstsza około 3,5 miliarda lat temu. (Podpis dostarczony bezpośrednio przez witrynę NASA / MSFC)
MSFC NASA
Nasz księżyc oczywiście nie ma pogody takiej, jakiej doświadczamy na Ziemi. Jednak odkrycia lodu wodnego na Księżycu sugerują, że może istnieć jakiś rodzaj „cyklu wodnego”. Jak na ironię, badania sugerują, że księżyc miał kiedyś bardziej znaczącą atmosferę. W komunikacie prasowym NASA z 2017 r. Odnotowano:
Badania przeprowadzone przez wulkanologa planetarnego NASA Marshall Space Flight Center Debrę Needham w Huntsville w Alabamie oraz planetologa Davida Kringa w Lunar and Planetary Institute w Houston w Teksasie sugeruje, że miliardy lat temu Księżyc faktycznie miał atmosferę. Starożytna atmosfera księżycowa była gęstsza niż dzisiejsza atmosfera Marsa i prawdopodobnie była zdolna do wietrzenia skał i wywoływania wichur. Co być może najważniejsze, może to być źródło niektórych, jeśli nie wszystkich, wody wykrytej na Księżycu.
To była rozwlekła odpowiedź na pytanie „Czy nasz księżyc ma pogodę?” Mam nadzieję, że się czegoś nauczyłeś.