Учёные, изучавшие образцы лунного грунта, обнаружили важные различия между давно облучённой лунной пылью и недавно вскрытыми поверхностными материалами. Установлено, что старый реголит — верхний слой лунной почвы — подвержен сложным физическим и химическим процессам, происходящим под воздействием космических факторов. Это объясняет его отличия от свежего материала, извлечённого из недавних кратеров и разрезов. Результаты исследований помогают лучше понимать историю поверхности Луны и процессы, формирующие её внешний облик. (Основано на данных, изложенных в Universe Today — “Why Old Moon Dust Looks So Different From the Fresh Stuff”)
Что такое лунный реголит
Лунный реголит представляет собой рыхлый слой пород, рыхлых фрагментов и пыли, покрывающий кору Луны. Он сформировался за миллиарды лет под воздействием постоянно падающих метеороидов, солнечного ветра и космического излучения. Реголит варьирует по глубине от нескольких сантиметров до нескольких метров и представляет собой смесь мелких частиц, окатанных зерен и крупных обломков.
Свежий реголит — материал, только что вскрытый в результате недавнего маломасштабного удара метеорита или раскопок — сохраняет структурные и химические признаки своей первичной породы. Старый реголит, напротив, представляет собой продукт длительного взаимодействия поверхности с космической средой и отражает накопленные эффекты воздействия космоса на материалы.
Каким образом изменяется реголит
Основные процессы, влияющие на старый лунный грунт, — это:
1. Космическое выветривание.
Поверхностные слои реголита непрерывно подвергаются воздействию потока заряженных частиц солнечного ветра (в состав которого входит протоны, альфа-частицы и электроны), а также галактических космических лучей. Эти потоки приводят к изменению структуры минеральных зерен и их химическому обеднению на поверхности.
2. Импакты микрометеороидов.
Малые частицы межпланетной пыли попадают на поверхность Луны с высокой скоростью. Их столкновения создают локальные ударные волны, приводят к плавлению микроскопических областей и перераспределению материала. В результате возникают микроскопические стекловидные структуры и «спеклы» — участки реголита, изменённые при высоких температурах и давлениях.
3. Облучение излучением высокой энергии.
Космические лучи и солнечное ультрафиолетовое излучение взаимодействуют с минералами и приводят к образованию дефектов в кристаллических решётках, создают свободные радикалы и способствуют изменению оптических свойств частиц. Это облучение накапливается на протяжении миллионов — миллиардов лет, приводя к эффектам, отличным от поверхностных процессов на Земле.
Эти процессы вместе образуют комплексный эффект, известный как космическое выветривание, который изменяет не только внешний вид пыли, но и её физико-химические характеристики.
Отличия старого и свежего лунного грунта
Структурные различия
Старый реголит содержит более развитую микроструктуру, включающую:
- микроскопическую плавленую стекловину, образовавшуюся при ударах микрометеороидов,
- агрегаты мелких частиц, плотно упакованные в результате длительного воздействия ударов и электростатических сил,
- значительное количество микроскопического железа в наноразмерной форме, образовавшегося в процессе космического выветривания.
Свежий реголит содержит более чёткие и менее изменённые зерна, сохраняющие крупные кристаллические структуры и исходные минеральные фрагменты.
Химические и оптические различия
Исследования образцов показали, что старый реголит имеет:
- больший процент нанофазного металлического железа (npFe), возникающего при длительном воздействии солнечного ветра и ударов микрометеороидов;
- более тёмный оттенок и изменённые спектральные характеристики, чем у недавно вскрытых частиц — старые частицы более матовые и менее отражающие свет;
- смещение в спектральных линиях, которое свидетельствует о изменении химического состава поверхности зерен.
Свежие образцы регулируют более высокую отражательную способность в видимом диапазоне, поскольку не подвергались длительному космическому облучению, и сохраняют исходную минералогию.
Как реголит сохраняет историю Луны
Поскольку Луна лишена плотной атмосферы, её поверхность не защищена от космических воздействий, как поверхность Земли. Это делает лунный реголит своеобразным архивом космических процессов. Старый реголит сохраняет следы:
- интенсивности солнечного ветра и изменения его состава за геологические эпохи;
- частоты и энергии ударов микрометеороидов;
- уровня космического излучения и его изменения во времени.
Анализ таких реголитных «отпечатков» позволяет учёным реконструировать историю космической среды, в которой находилась Луна, а также динамические процессы в околоземном космосе.
Практическое значение различий реголита
Понимание различий между старой и свежей пылью важно по нескольким направлениям:
Планирование лунных миссий.
Для посадочных и роботизированных миссий необходимо учитывать механические свойства реголита, которые зависят от его возраста: старый реголит обычно плотнее и сложнее в обработке, чем свежий.
Проектирование ядерных и солнечных батарей.
Свойства поверхности, такие как отражательная способность и тепловые характеристики, зависят от степени космического выветривания. Это критично при выборе материалов для размещения научной аппаратуры.
Изучение ресурсов.
Наличие нанофазного железа и распределение летучих веществ может влиять на перспективы использования лунных ресурсов в будущем.
Заключение
Старый и свежий лунный реголит существенно различаются по своим физическим, химическим и оптическим свойствам. Эти различия обусловлены миллиардами лет воздействия солнечного ветра, микрометеоритных ударов и космического излучения, которые изменили исходный материал поверхности Луны. Анализ этих слоёв помогает учёным:
- понять историю воздействия космических факторов на лунную поверхность;
- реконструировать динамику солнечного ветра и частоты ударов микрометеороидов;
- уточнить механические и химические свойства реголита, что важно для будущих миссий.
Изучение старой пыли и сравнение её со свежим реголитом продолжают играть ключевую роль в лунной науке, обеспечивая более глубокое понимание эволюции поверхности Луны и условий в околоземном пространстве.
Источники:
Статья создана по материалам https://www.universetoday.com/articles/why-old-moon-dust-looks-so-different-from-the-fresh-stuff
