Gdyby nasze oczy mogły dostrzegać promieniowanie wysokoenergetyczne gamma, Księżyc byłby dla nich znacznie jaśniejszy niż Słońce! Właśnie tak kosmiczny Teleskop Fermiego, należący do NASA, oglądał naszego naturalnego satelitę w ciągu ostatniej dekady.
Obserwacje astronomiczne w zakresie gamma nie są wystarczająco czułe, aby wyraźnie ukazać nam kształt tarczy Księżyca czy też jakiekolwiek elementy na jego powierzchni. Jednak instrument Fermi Large Area Telescope (LAT) bez trudu wykrywa wyraźny blask wyśrodkowany na danej pozycji Księżyca na niebie.
Mario Nicola Mazziotta i Francesco Loparco z włoskiego National Institute of Nuclear Physics w Bari dokładnie przeanalizowali blask Księżyca na falach gamma, w celu lepszego zrozumienia nieco innego rodzaju promieniowania pochodzącego z kosmosu: szybko poruszających się cząstek, zwanych promieniami kosmicznymi. Składają się na nie głównie protony przyspieszane w przestrzeni kosmicznej przez niektóre z najbardziej energetycznych zjawisk zachodzących we Wszechświecie, takich jak fale uderzeniowe rozchodzące się po wybuchach gwiazd i dżety, wytwarzane, gdy okoliczna materia wpada w czarne dziury.
Cząsteczki takie są naładowane elektrycznie, przez co silnie działają na nie pola magnetyczne, których w zasadzie nie posiada nasz Księżyc. W rezultacie nawet niskoenergetyczne promienie kosmiczne mogą bez trudu docierać do jego powierzchni, zmieniając Księżyc w dość poręczny kosmiczny detektor tych wysokoenergetycznych cząstek. Gdy promienie kosmiczne się z nim zderzają, silnie jednak oddziałują z pylistą powierzchnią Księżyca, zwaną regolitem, przez co w rezultacie pojawia się tam promieniowanie gamma. Księżyc pochłania wówczas większość tych promieni gamma, ale niektóre z nich uciekają z niego.
Mazziotta i Loparco bardzo dokładnie przebadali dane z obserwacji Księżyca z udziałem Fermi LAT. Wykazali następnie, że obserwacje te uległy znacznej poprawie podczas trwania misji. Przetworzono też dane dla promieni gamma o energiach powyżej 31 milionów elektronowoltów (jest to ponad 10 milionów razy więcej niż typowa energia światła widzialnego) i uporządkowano je w czasie, pokazując, jak dłuższe ekspozycje poprawiają uzyskiwany obraz.
Obserwowany na takich energiach Księżyc nigdy nie przejdzie swego zwykłego, widzianego przez nasze oczy miesięcznego cyklu faz – będzie on zawsze wyglądał jak Księżyc w pełni.
Warto dodać, że agencja kosmiczna NASA planuje ponowne wysłanie ludzi na Księżyc do roku 2024, w ramach programu Artemis, którego ostatecznym celem jest wysłanie astronautów na Marsa. W tym kontekście zrozumienie różnych aspektów środowiska księżycowego nabiera nowego znaczenia. Obserwacje promieniowania gamma przypominają nam na przykład o tym, że astronauci przebywający dłużej na Księżycu będą potrzebowali ochrony przed tymi samymi promieniami kosmicznymi, które wytwarzają to wysokoenergetyczne zjawisko.
Choć obserwowany blask promieniowania gamma na Księżycu jest zaskakujący i imponujący, Słońce świeci jeszcze jaśniej w promieniach gamma – z energiami większymi niż miliard elektronowoltów. Promienie kosmiczne o niższych energiach nie docierają do Słońca, ponieważ jego silne pole magnetyczne skutecznie je przed nimi osłania. Ale znacznie bardziej energetyczne promienie kosmiczne mogą czasem przenikać przez tę tarczę magnetyczną i uderzać w gęstszą atmosferę Słońca, wytwarzając promienie gamma, które następnie rejestruje teleskop Fermiego.
I choć Księżyc obserwowany na falach gamma nie wykazuje miesięcznego cyklu faz, jego jasność w tym zakresie także zmienia się z czasem. Dane z Fermi LAT pokazują, że jasność Księżyca zmienia się wówczas o około 20% w ciągu 11-letniego cyklu aktywności Słońca. Zmiany natężenia pola magnetycznego Słońca, zachodzące podczas tego cyklu, zmieniają tempo docierania promieni kosmicznych do Księżyca, zmieniając tym samym prędkość wytwarzania się tam promieni gamma.
Czytaj więcej:
Źródło: NASA’s Goddard Space Flight Center
Na ilustracji: Poprawiający się widok Księżyca na falach gamma z Teleskopu Fermiego (NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope). Na tych długościach fali Księżyc jawi się jako jaśniejszy niż Słońce. Jaśniejsze barwy wskazują tu na większą ilość zarejestrowanych promieni gamma. Obraz pokazuje też, jak wykorzystanie coraz dłuższych ekspozycji (od 2 do 128 miesięcy) wyostrza uzyskiwany obraz. Źródło: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration.
