Атмосфера Земли оказалась больше, чем считалось. Она выходит за пределы орбиты Луны

Атмосфера Земли состоит из нескольких слоев: тропосферы (верхняя граница 20 км), стратосферы (граница 50 км), мезосферы (граница 85 км), термосферы (граница 690 км) и экзосферы (граница 10 000 км). Уже продолжительное время в качестве условной границы между атмосферой Земли и космосом принимается так называемая линия Кармана, располагающаяся на высоте 100 километров. Однако в ходе нового исследования, результаты которого были опубликованы в Journal of Geophysical Research: Space Physics, было установлено, что атмосфера нашей планеты гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Ученые выяснили, что ее границы выходят далеко за пределы Луны.

Пространство, охватывающее в том числе и Луну и являющееся внешней частью самого верхнего слоя атмосферы Земли, экзосферы, исследователи называют геокороной. Оно представляет собой облако из атомов водорода, которое начинает светиться под воздействием ультрафиолетового излучения. Поскольку это облако очень разряжено, измерить его реальные границы оказалось непростой задачей. Так, согласно результатам предыдущих исследований, верхняя граница этого пространства была определена расстоянием около 200 000 километров от Земли, точкой, за которой давление солнечного ветра уже перекрывает силу гравитацию Земли.

Международная научная группа под руководством Игоря Балюкина из Института космических исследований РАН используя данные, собранные космическим аппаратом SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), являющегося совместным проектом Европейского космического агентства и американского аэрокосмического агентства NASA смогла выяснить, что ранее установленная граница геокороны даже близко не соответствует реальному положению дел. Исследователи установили, что протяженность геокороны на самом деле составляет как минимум 630 000 километров. Другими словами, это означает, что границы нашей атмосферы находятся далеко за пределами Луны, которая в свою очередь удалена от нашей планеты всего на 384 000 километров.

«Луна находится внутри земной атмосферы. Об этом не было известно до тех пор, пока не был проведен анализ данных, собранных космической обсерваторией SOHO», — комментирует ведущий автор исследования Игорь Балюкин из Института космических исследований РАН.

Синим цветом отмечена граница геокороны Земли (не в масштабе)

Еще более интересным это открытие делает тот факт, что сделано оно было на основе данных наблюдений, проводившихся с 1996-го по 1998-й годы, то есть более 20 лет назад. Все это время они лежали в архиве, ожидая анализа.

Данные были получены с помощью очень чувствительного инструмента SWAN космического аппарата, предназначенного для измерения дальнего ультрафиолетового излучения атомов водорода, которые называют фотонами линии Лайман-альфа. Увидеть их с Земли невозможно – они поглощаются внутренними слоями атмосферы, поэтому наблюдения необходимо проводить непосредственно в космосе. Например, астронавты миссии «Аполлон-16» смогли сфотографировать геокорону в 1972 году.

«В то время находившиеся на лунной поверхности астронавты даже и не подозревали, что на самом деле находятся внутри геокороны», — говорит соавтор нового исследования и бывший сотрудник программы исследования солнечного ветра в рамках миссии SOHO Жан-Лу Берто из Университета Версаль-Сен-Кантен-ан-Ивелин (Франция).

Фотография геокороны Земли, сделанная с Луны астронавтами миссии «Аполлон-16»

Преимущество инструмента SWAN заключается в том, что он способен выборочно проводить измерение излучения геокороны, отфильтровывая излучение Лайман-альфа идущее из дальнего космоса. Именно это и позволило ученым создать более точную карту этой части земной атмосферы.

Новое исследование не только помогло понять истинный размер геокороны, но также показало, что давление солнечного света увеличивает плотность атомов водорода на дневной стороне Земли и создает область повышенной плотности на ночной стороне. Тем не менее даже на дневной стороне эта плотность довольно низкая – на высоте около 60 000 километров над поверхностью планеты она составляет около 70 атомов водорода на кубический сантиметр. С ночной стороны она еще ниже и продолжает снижаться вплоть до 0,2 атома на кубический сантиметр с приближением к окололунной орбите.

«Обычно мы называем это вакуумом. Поэтому наличие такого источника дополнительного излучающего ультрафиолет водорода в этом случае никак сможет облегчить освоение космического пространства», — комментирует Балюкин.

Хорошая новость в том, поясняют авторы исследования, что эти частицы не будут создавать никакой дополнительной угрозы астронавтам в рамках будущих пилотируемых миссии к Луне.

«В геокороне также присутствует ультрафиолетовое излучение, поскольку атомы водорода излучают свет во всех направлениях, однако его воздействие на астронавтов, находящихся на лунной орбите будет незначительным в сравнении с основным источником излучения – Солнцем», — поясняет Жан-Лу Берто.

Плохая же новость заключается в том, что геокорона может мешать будущим астрономическим наблюдениям, которые будут проводиться рядом с Луной.

«При использовании космических телескопов, работающих ультрафиолетовом диапазоне волн для изучения химического состава звезд и галактик, придется принять во внимание фактор наличия геокороны Земли», — добавляет Берто.

Последним можно отметить один интересный факт. Если данные исследования верны, то с технической точки зрения даже в условиях космических запусков человек никогда не покидал атмосферы Земли.