Химия лунного грунта
Шрифт:
Характер зон раздела между горами и окружающими районами свидетельствует в пользу переноса материала возвышенностей вниз по склонам. Камни часто концентрируются вдоль разломов я пиков, что, по-видимому, вызвано переносом мелких частиц вниз, приводящим к обнажению ранее погребенных камней. В горных районах на любой широте местные низменности являются относительно плоскими. Это также можно рассматривать как результат переноса вещества с соседних склонов вниз.
По-видимому, сейчас мы наблюдаем запечатленные на поверхности результаты перемещений мелких частиц грунта, происходивших в течение миллионов лет до «космической эры». Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие о наличии пыли в окололунном пространстве. Так, например, еще приборами «Сервейеров» было зарегистрировано свечение лунного горизонта, продолжавшееся в течение 90 мин после захода Солнца. С помощью
Было предложено следующее объяснение этому явлению. Вблизи поверхности, видимо, имелось облако взвешенных частиц лунного грунта, которые и рассеивали солнечный свет в полностью затемненную область, где стоял космический аппарат. Расчет рассеяния света на пылевых частицах позволил оценить их радиус — 5–6 мкм.
Интересную информацию дали оптические эксперименты, проводившиеся на «Луноходе-2». Установленный на нем астрофотометр регистрировал яркость лунного неба в оптическом и- ультрафиолетовом диапазонах спектра. Была зарегистрирована избыточная по сравнению с ожидаемой яркость в течение лунного дня и лунной ночи, особенно сильная в видимой области спектра. Ее изменение в зависимости от зенитного расстояния Солнца может быть объяснено наличием в окололунном пространстве неких частиц, рассеивающих свет. Причем оптические характеристики этих частиц оказались такими же, как у лунной пыли.
Необычные оптические эффекты были замечены также при наблюдениях, проведенных «на окололунной орбите во время полета кораблей «Аполлон». Командир «Аполлона-17» Ю. Сернан делал зарисовки своих визуальных наблюдений, в частности отмечал появление свечения над лунным горизонтом при восходе Солнца. За 2 мин до восхода Солнца на фоне свечения появились своеобразные лучистые структуры — «стримеры», интенсивность которых быстро увеличивалась. Скорость изменения яркости «стримеров» и их угловые размеры (более 30°) указывают на то, что они производились каким-то процессом, действующим в окрестностях Луны, Образование «стримеров» может быть вызвано некоторыми действительными физическими вариациями в концентрации пыли. Характерно, что «стримеры» не наблюдались в течение полета «Аполлона-16» (за полгода до «Аполлона-17»), и, следовательно, области рассеивающих частиц не могут быть постоянными по природе (концентрация частиц в них может существенно изменяться со временем).
Визуальные наблюдения астронавтов на окололунной орбите могут быть объяснены рассеянием света пылевой средой, простирающейся за пределы орбиты корабля (120 км). Наиболее вероятные размеры частиц пыли оцениваются в 0,1 мкм. Результаты описанных наблюдений дают хорошее согласие с данными «Лунохода-2».
Каким же образом попадают частицы лунного грунта на такие высоты? Каковы механизмы подъема и переноса лунного вещества?
Однозначного ответа ученые пока не нашли. Наиболее вероятным считается так называемый электростатический механизм. В одном из вариантов этого механизма учитывается горизонтальный перенос лунной пыли, выбитой с поверхности ударами микрометеоритов, в слабом электрическом поле. Это поле образуется при ионизации атомов грунта под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца, и его величина достаточна для поддержания во взвешенном состоянии небольших заряженных пылинок. Удары микрометеоритов разрушают материал поверхности и выбивают частицы пыли — мельчайшие из них ускоряются в электрическом поле и ускользают в межпланетное пространство, преодолев притяжение Луны, наиболее крупные частицы материала опускаются в непосредственной окрестности падения микрометеорита, и только часть изверженного материала имеет массу, пригодную для переноса силами электрического поля. Эти частицы движутся за счет горизонтальной составляющей начальной скорости, «подпрыгивая» в электростатическом поле Луны. Время их жизни в полете над освещенной плоской равниной оценивается от 4 до 300 ч.
Другой вариант электростатического механизма «работает» только в зоне терминатора. [2] При прохождении последнего по лунной поверхности отдельные мелкие возвышенности (бугорки, камни и т. д.) остаются частично освещенными довольно длительное время, а соседние участки находятся в тени. На границе между освещенной и совершенно темной областями при взаимодействии рентгеновского и ультрафиолетового излучений Солнца с лунной поверхностью возникают электрические поля, причем значительно более сильные, чем в рассмотренном выше варианте. Эти поля могут поднимать мельчайшие заряженные частицы лунного грунта на некоторую высоту. Дальнейшее свое движение пылинки совершают уже под действием гравитационных сил, например, перемещаясь вниз по склонам и засыпая дно кратеров. В пользу рассмотренного механизма говорит такой факт: когда интенсивность рентгеновского излучения Солнца возрастала (а это должно приводить к увеличению количества пылинок над лунной поверхностью, которые рассеивают видимый солнечный свет), то возрастала и интенсивность свечения лунного горизонта, измеренного «Сервейерами».
2
Терминатор — граница дня и ночи, очень резкая на Луне из-за отсутствия атмосферы. При вращении Луны терминатор перемещается по лунной поверхности.
До настоящего времени непосредственная проверка в лунных условиях предложенных электростатических механизмов не проводилась. В лабораторных условиях на Земле велось экспериментальное моделирование некоторых сторон этого процесса, причем на аналогах лунного грунта и на натуральных образцах лунного вещества подтверждена возможность электростатического переноса. Возникли, однако, принципиальные трудности, связанные с невозможностью обеспечения в модельных экспериментах тех же условий, что и на Луне (в частности, очень высокого вакуума, необходимого для реализации электростатических эффектов). Поэтому проведенные к настоящему времени лабораторные исследования не являются достаточно полными и не привели к определенным количественным выводам. В связи с этим представляется целесообразным обсудить ряд экспериментов, выполнение которых в лунных условиях позволило бы определенно судить об эффективности электростатического механизма переноса.
При переносе вещества резкая граница между двумя соседними поверхностями должна размываться, а частицы — перемешиваться. Изменение некоторых свойств этих поверхностей, например химического состава, радиоактивности, оптических характеристик, как раз и может быть определено количественно, в частности для двух смежных естественных разнородных поверхностей, которыми являются лунные «моря» и «материки» (изучению подлежат свойства типичного «моря», типичного «материка» и переходной зоны между ними).
Подобные исследования начались экспериментами на «Луноходе-2». При этом был успешно применен рентгеновский флуоресцентный метод анализа грунта, использование которого для этих целей кажется весьма перспективным.
Однако изучение границы естественных разнородных поверхностей весьма затруднительно из-за отсутствия точных данных об их первоначальных свойствах и о времени начала процесса переноса. Значительно более информативными представляются исследования «размытия» границ между разнородными материалами.
Возможен такой ход исследования. На лунный грунт помещается некоторое «пятно» (или группа «пятен») «искусственного» грунта с четкими границами. Затем через определенные промежутки времени производится исследование «размытия» границы двух разнородных поверхностей на основании комплексного изучения изменений области раздела. Количество и характер распределения частиц «искусственного» грунта на окружающей поверхности служат мерой скорости переноса. При этом механические и электрические свойства этого грунта не должны сильно отличаться от «лунных». Вещество не должно изменять своих характеристик при длительном пребывании на Луне в условиях глубокого вакуума, космической радиации, резких перепадов температуры, а также отвечать требованиям, вытекающим из особенностей доставки этого вещества на Луну, упаковки и способа нанесения на поверхность.
Наряду с этими экспериментами важно продолжать систематические исследования оптических эффектов в окололунном пространстве. Причем регистрацию свечения лунного горизонта желательно проводить при различных вариантах расположения аппаратуры относительно деталей рельефа, а визуальные наблюдения орбитальных восходов Солнца необходимо контролировать приборами.
Кроме того, наблюдения яркости лунного горизонта целесообразно проводить в течение длительных промежутков времени как в ночных, так и в дневных условиях. В ночное же время можно исследовать и эффекты взаимодействия метеоритных тел с лунной поверхностью, регистрируя возникающие при этом оптические вспышки. Возможны и другие эксперименты, например с использованием системы детекторов для определения направления и величины импульса частиц лунного реголита, приведенных в движение электростатическим или иным механизмом.