Американские учёные показали, что решающую роль в формировании лунной ионосферы могут играть электрически заряженные частицы пыли.

Ионосферой Земли, напомним, называют часть верхней атмосферы, расположенную выше 50 км и ионизованную солнечным излучением и космическими лучами. Степень ионизации становится существенной уже на высоте в 60 километров и неуклонно возрастает с удалением от поверхности. Аналогичный слой можно выделить и в атмосферах других планет - скажем, Венеры и Урана.

Плотность атмосферы Луны настолько мала, что в практических расчётах её часто обнуляют. К удивлению специалистов, это не помешало нашему спутнику обзавестись довольно внушительной ионосферой, параметры которой оценила советская автоматическая станция «Луна-19», стартовавшая в 1971 году. Эксперименты тогда выполнялись по очень простой схеме, построенной на том, что зонд в определённые моменты заходил за диск Луны, и радиоизлучение, которое связывало его с наблюдателями, преодолевало слой плазмы над поверхностью спутника. Плазма вносила измеряемый фазовый сдвиг в радиосигнал, а это давало возможность рассчитать концентрацию электронов в области распространения излучения.

Как показала обработка данных «Луны-19», на высоте в 5–10 км концентрация электронов достигает 500–1 000 см^–3. Пытаясь обосновать этот результат, теоретики выдвинули несколько гипотез, ни одна из которых не была признана убедительной. К примеру, в 1976 году сотрудник Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Николай Савич разработал модель, в которой остаточные магнитные поля защищают слой плазмы над поверхностью Луны от разрушающего действия солнечного ветра, а годом позже была опубликована статья американских физиков, предположивших, что ионизации способствует выделение нейтрального аргона поверхностью Луны в области утреннего терминатора (линии, отделяющей освещённую часть небесного тела от неосвещённой).

Сравнительно недавно, в 2006 году, исследователи из Центра космических полётов Годдарда смоделировали ещё один вероятный источник электронов — электрически заряженные частицы пыли, которые могут «забрасываться» на большую высоту электрическим полем у поверхности. Такие частицы рассеивают излучение, что и было обнаружено экипажами «Аполлона-15» и «Аполлона-17» при съёмке солнечной короны перед выходом звезды из-за лунного горизонта. Наблюдая с обратной стороны Луны за восходом и заходом Солнца, астронавты отмечали необычное свечение над поверхностью спутника, вызванное рассеянием света.

Авторы новой работы использовали фотографии, сделанные «Аполлоном-15», для оценки содержания пыли в экзосфере Луны и вычислили концентрацию электронов, которую обеспечили бы фотоэмиссия и вторичная эмиссия с этих частиц. Полученное значение намного превысило результаты расчётов, выполненных в других моделях; следовательно, испускание электронов экзосферной пылью можно назвать важнейшим механизмом образования лунной ионосферы.

Однако даже увеличенная модельная концентрация электронов на порядок уступает величинам, измеренным «Луной-19». Возможно, расхождения объясняются тем, что учёные ошибочно оценивают характеристики пылевых частиц, или тем, что наблюдения «Луны-19» проводились в условиях повышенного содержания пыли. Прояснить этот вопрос должны существующие (ARTEMIS) и будущие (LADEE) зонды, предназначенные для изучения экзосферы спутника.