Négy és fél milliárd évvel ezelőtt a Föld felszíne forró és fenyegető volt. Jóval az élet megjelenése előtt tüzes, mérgező légkör burkolta be a bolygót. A kisgyermeknek számító Nap erős kitörésekkel, úgynevezett flerekkel és koronaanyag-kidobódásokkal bombázta leendő otthonunkat. A töltött részecskék árama, az úgynevezett napszél veszélyeztette a légkört. Bolygónk akkor lakhatatlan volt.
Egy szomszédos védőpajzs segíthetett a Földnek megtartani a légkörét, hogy végül kialakulhassanak felszínén az élet feltételei. Egy nemrég megjelent tanulmány szerint, amelyet a Science Advances folyóirat közölt, a védőpajzsot a Hold tarthatta fölénk.
„Úgy látszik, hogy a Hold erős pajzsot tartva védte meg a Földet a napszéltől, ami kulcsfontosságú volt bolygónk légkörének fennmaradásához abban az időszakban.” – mondta Jim Green, a szakcikk vezető szerzője. „Alig várjuk, hogy ellenőrizhessük ezeket az eredményeket, amikor a NASA űrhajósokat küld a Holdra az Artemis program keretében, akik fontos mintákat fognak visszajuttatni a Hold déli pólusáról.”
A Hold rövid története
A jelenleg elfogadott elképzelés szerint a Hold 4,5 milliárd éve jött létre, amikor egy Mars méretű égitest, a Theia becsapódott az alig 100 millió éves proto-Földbe. A becsapódás törmeléke összeállt, megalkotva a Holdat, míg a többi maradvány újra egyesült a Földdel. A Hold létrejötte a tömegvonzás következtében stabilizálta a Föld forgástengelyét. Akkoriban bolygónk sokkal gyorsabban forgott: egy nap mindössze 5 órán át tartott rajta.
Eleinte a Hold sokkal közelebb volt a Földhöz, mint ma. Ahogy a Hold gravitációja megmozgatja az óceánjainkat, a víz kissé felmelegszik, majd a hőenergia eloszlik. Ennek eredményeképpen a Hold évente 3,8 centiméterrel sodródik távolabb a Földtől. Ez nem tűnik soknak, de négymilliárd év hosszú idő. A Hold kialakulásakor háromszor közelebb volt a Földhöz, mint ma, nagyjából 130 ezer kilométerre, szemben a mai 384,4 ezer kilométerrel. Egy bizonyos ponton a Hold keringése kötötté vált, ezért látjuk ma a Földről mindig ugyanazt az oldalát.
Egykor a kutatók úgy gondolták, hogy a Hold sosem rendelkezett hosszú ideig fennálló, globális mágneses térrel, mert ahhoz túl kicsi a magja. A mágneses térben az elektromosan töltött részecskék láthatatlan vonalak mentén mozognak. Ezek a vonalak az égitest pólusai felé hajlanak. A Föld mágneses tere gyönyörű, színes auróra-jelenséget okoz az északi és a déli pólusoknál. A folyékony vas és nikkel a Föld mélyén a bolygó kialakulásából visszamaradt hő miatt áramlik, és létrehozza azt a mágneses teret, amely a Földet védőbuborékként körülvevő magnetoszférát alkotja.
Az Apollo küldetés során visszajuttatott holdfelszíni minták tanulmányozásakor a kutatók rájöttek, hogy régen a Hold is rendelkezett magnetoszférával. Az évtizedekre elzárt, és a modern technológiával nemrég elemzett minták további bizonyítékokat szolgáltattak erre az elméletre.
A Földhöz hasonlóan a Hold kialakulásából származó hő is folyékony állapotban tartotta az égitest mélyén található vasat, csak kis mérete miatt nem olyan hosszú ideig.
„Olyan ez, mint tortát sütni: amikor kivesszük a sütőből, elkezd lehűlni. Minél nagyobb a torta, annál lassabban hűl ki.” – magyarázza Green.
Mágneses pajzs
A kutatók modellezték a Föld és a Hold mágneses terének 4 milliárd évvel ezelőtti viselkedését. Létrehoztak egy számítógépes modellt, hogy az égitestek két adott pozíciójában vizsgálhassák meg a mágneses terek viselkedését.
Arra az eredményre jutottak, hogy bizonyos időpontokban a Hold magnetoszférája gátat képzett a Föld–Hold rendszert bombázó, a Napból származó erős sugárzással szemben. A számítások szerint ez annak volt köszönhető, hogy a Hold és a Föld magnetoszférája mindkét égitest sarki régióinál összekapcsolódott. A Föld fejlődésének szempontjából fontos, hogy a napszelet alkotó nagy energiájú részecskék nem tudtak áthatolni az összekapcsolódó mágneses tereken, és „lefújni” a Föld légkörét.
De volt némi légkörcsere is. A Nap extrém erős ultraibolya sugárzása leválaszthatta a Föld légkörének legfelső rétegében található semleges részecskék elektronjait, amitől azok töltött részecskévé váltak, és útnak indulhattak a Hold felé annak mágneses erővonalai mentén. Ez hozzájárulhatott ahhoz, hogy a Hold egy vékony légkört tartson fenn. A holdi kőzetmintákban talált nitrogén is azt az elméletet támogatja, miszerint a Föld – főként nitrogénből álló – légköre járult hozzá a Hold ősi légkörének és kérgének kialakulásához.
A kutatók szerint az az időszak, amelyben a Föld és a Hold magnetoszférája összekapcsolódott, nagyjából 4,1 milliárd éve kezdődött, és 3,5 milliárd éve ért véget.
„A Hold mágneses terének megismerése nemcsak a lehetséges korai légkört, de a Hold belsejének fejlődését is segít megértenünk.” – mondta David Draper (NASA), a szakcikk társszerzője. „Megtudhatjuk, milyen lehetett a Hold magja, amelyet valószínűleg egy időben folyékony és szilárd fémek keveréke alkotott. Ez rendkívül érdekes adalék a Hold belső működésének megértéséhez.”
Idővel, ahogy a Hold belseje lehűlt, elvesztette a magnetoszféráját, és végül a légkörét is. A mágneses tér 3,2 milliárd évvel ezelőtt jelentősen gyengülhetett, és 1,5 milliárd évvel ezelőtt el is tűnt. A mágneses tér védelme nélkül a napszél „lefújta” a légkört az égitestről. Épp így vesztette el a Mars is az atmoszféráját.
A kutatók szerint ha a Hold szerepet játszott abban, hogy a korai, kritikus időszakban megvédje bolygónkat a veszélyes sugárzástól, akkor a földszerű exobolygóknak is lehetnek olyan holdjai, amelyek megvédik őket a napszéltől, sőt, akár hozzájárulhatnak az élet feltételeinek kialakulásához is. Ez már az asztrobiológia területe: azé a tudományé, amely az élet eredetét és a Földön kívüli élet lehetőségeit kutatja.
A helyszíni vizsgálatok többet mondhatnak
A kutatók a tanulmányban azt vizsgálták, hogy a Föld és a Hold korai történetében milyen hatások játszhattak szerepet a Föld légkörének megőrzésében. Nehéz a rejtélyes és bonyolult folyamatokat kifürkészni, de a Holdról hozott új minták segíthetnek majd válaszokat találni.
A NASA a tervek szerint az Artemis program keretében tartós emberi jelenlétet tervez létesíteni a Holdon, így több lehetőség is kínálkozik majd az elméletek igazolására. Amikor az űrhajósok visszatérnek a Hold déli pólusáról származó első mintákkal – itt kapcsolódott össze legerősebben a Föld és a Hold mágneses tere –, akkor a kutatók kereshetnek bennük a Föld ősi légkörére utaló jellegzetességeket, valamint olyan illékony anyagokat is, mint a víz, amelyeket meteoritok és kisbolygók becsapódása szállított oda. A Hold déli pólusvidéke azért érdekli különösen a kutatókat, mert az ott lévő Állandóan Árnyékos Területeket (PSR) évmilliárdok óta nem érte napsugárzás, így a napszél nem fosztotta meg őket az illékony anyagoktól.
A nitrogén és az oxigén például átjuthatott a Földről a Holdra a mágneses erővonalak mentén, és csapdákba eshetett az itt található kőzetekben.
„Az állandóan árnyékos régiókból származó minták kritikus fontosságúak lesznek ahhoz, hogy megfejtsük a korai Föld illékony anyagainak történetét, és teszteljük a modelljeinket.” – mondta Green.
Forrás: NASA
