طور فريق من العلماء الروس نموذجا رياضيا يشرح ارتفاع جزيئات الغبار المشحونة فوق سطح القمر المضاء بنور الشمس لأي خط عرض تقريبا. ولأول مرة، يأخذ النموذج في الاعتبار الذيل المغناطيسي للأرض، وهو منطقة تتكون عن طريق الضغط الذي تولّده الرياح الشمسية على الغلاف المغناطيسي للكوكب.

ويشير العلماء من المدرسة العليا للاقتصاد - جامعة البحوث الوطنية (HSE)، في الورقة البحثية التي نُشرت في مجلة Physics of Plasmas، إلى أن بيانات البحث مهمة للتخطيط لبعثات الفضاء Luna-25 وLuna-27. وفي الفضاء، يُحاط القمر بالبلازما (غاز مؤين)، والتي تحتوي على جزيئات غبار من المواد الصلبة. وعلى سطح القمر، تحصل جزيئات الغبار التي تتأثر بفوتونات الرياح الشمسية والإلكترونات والأيونات على شحنة موجبة.

ويؤدي تفاعلها مع سطح القمر موجب الشحنة إلى ارتدادها وتحركها وتشكيل البلازما المتربة (المغبرة). وبالنظر إلى هذه العوامل، قد يفترض العلماء أن البلازما المغبرة القمرية تتطور فقط فوق جزء من سطح القمر (حول خطوط العرض فوق 76 درجة). ولكن من المتوقع أن يتم ملاحظة البلازما المغبرة فوق الجزء المضاء بنور الشمس بالكامل من القمر.

وطور مؤلفو الدراسة نموذجا فيزيائيا رياضيا لحركة بلازما الغبار يلعب فيه تأثير الذيل المغناطيسي للأرض دورا مهما. ويتطور الغلاف المغناطيسي للأرض بسبب تفاعل المجال المغناطيسي للكوكب مع الجسيمات المشحونة من الفضاء. وعلى سبيل المثال، تنحرف جزيئات الرياح الشمسية عن مسارها الأولي وتشكل منطقة حول الكوكب متأثرة بالمجال المغناطيسي.

ويشار إلى أن المجال المغناطيسي غير متماثل: على جانب النهار، يصل إلى 8-14 حجم نصف قطر الأرض، وفي الجانب الليلي، يتمدد ويشكل ذيلا مغناطيسيا يبلغ طوله عدة مئات من نصف قطر الأرض. وخلال ربع مداره تقريبا، يكون القمر في ذيل الأرض المغناطيسي، ما يؤثر على حركة الجسيمات على طول خط الزوال: تتأثر بالمجال المغناطيسي، وتبدأ في التحرك من المنطقة القطبية إلى خط الاستواء.

وتتأثر الجسيمات أيضا بالجاذبية والقوى الكهروستاتيكية، بحيث تقوم الأولى بجذب حبة الغبار إلى السطح، بينما يصدها الطرف الآخر. وهذا يؤدي إلى تذبذب عمودي للجسيمات. وبعد ذلك، تنتقل الجسيمات إلى حالة التحليق في الهواء. ويشرح العلماء هذا التأثير من خلال أيام الشمس الطويلة على القمر: ما يقارب 15 يوما من أيام الأرض.

وخلال هذه الفترة الزمنية، تتلاشى عملية تذبذب الجسيمات، ولديها وقت كاف للانتقال إلى التحليق. ووفقا للفريق، لوحظت أيضا ظواهر معاكسة. على سبيل المثال، في أقمار المريخ، فوبوس وديموس، يكون وقت زوال تذبذب حبيبات الغبار أطول من ضوء النهار، وهذا هو سبب عدم توفر الوقت الكافي للانتقال إلى حالة التحليق.

ويشرح سيرغي بوبل، رئيس مختبر عمليات البلازما المتربة في الأجسام الفضائية، بمعهد أبحاث الفضاء التابع لـ RAS ، إن "مهمات Luna-25 وLuna-27 قيد الإعداد اليوم، وسوف تدرس خصائص الغبار والبلازما المغبرة بالقرب من سطح القمر. ولإنجاحها، فإن البحث الأولي ضروري. واليوم استخدمنا نهجا مبسطا لشرح انتقال الغبار فوق سطح القمر مع مراعاة المجالات المغناطيسية في الذيل المغناطيسي للأرض. وفي الدراسات المستقبلية، سيكون من الضروري الأخذ في الاعتبار الميل المحوري وميل المدار إلى مستوى مسير الشمس لكل من الأرض والقمر، وكذلك للنظر في معلمات أكثر دقة لبلازما الذيل المغناطيسي".