< Лунные пятна могут оказаться ключом к эффективной защите космонавтов от радиации

Комментарий к заметке «Лунные пятна могут оказаться ключом к эффективной защите космонавтов от радиации»

Прим. ред. сайта: В.В. Шевченко – член Секции Солнечная система Совета РАН по космосу.

---

В.В. Шевченко

Долгое время разностороннему дистанционному изучению была доступна только одна диффузная структура (альбедная и магнитная аномалия) - Рейнер Гамма (Reiner Gamma), находящаяся в пределах видимого полушария Луны. Именно эта структура изображена на снимке, иллюстрирующим рассматриваемую заметку. Комплексный анализ природы и предварительная оценка возраста этого образования на основе результатов наземных наблюдений и первых изображений, полученных из космоса, были сделаны Шевченко (1993). Согласно этим данным наибольшая отражательная способность (альбедо) деталей Рейнер-Гамма достигает около 13%, что примерно в 2 раза превышает альбедо окружающей поверхности морского типа. По результатам совместного анализа фотометрических, спектральных и поляриметрических данных, динамики измерения суточных и затменных температур поверхности, а также  радиолокационных наблюдений в сантиметровом диапазоне, удалось установить, что поверхностное вещество диффузной структуры существенно не отличается по минералогическому составу, а его оптические свойства, скорее всего, вызваны модификацией отражающего слоя внешним воздействием. 

В частности, этой модели соответствовали явные признаки аномально гладкой поверхности, нетипичной для поверхности лунного реголита, и отсутствия заметного поля камней. Весьма показательным явилось наличие заметной составляющей рассеяния вперед, что характерно для отражающей поверхности с высокой степенью сглаженности. Как известно, лунная индикатриса рассеяния показывает полное отражение падающего света назад, в сторону источника света, что характерно для интенсивно изрытых поверхностей. 

 При оценке среднего размера частиц оказалось, что тонкая фракция отражающего слоя диффузной структуры состоит из частиц по условному размеру в 5 – 6 раз превышающих частицы тонкой фракции фоновой поверхности. Последнее обстоятельство было интерпретировано как признак распространения в пределах образования Рейнер-Гамма крупнозернистых незрелых грунтов, что в свою очередь соответствует сравнительно молодому возрасту формации. Более поздний анализ показал, что возраст образования Рейнер-Гамма составляет не более 10⁷ лет (Шевченко, 1994). 

Современные комплексные исследования формации Рейнер-Гамма, объединившие новейшие результаты как наземных, так и космических наблюдений (спектральные съемки с борта КА «Клементина»), были обобщены в развернутой работе Пине и др. (2000). Эти данные подтвердили основные положения о природе рассматриваемой диффузной структуры, изложенные выше, уточнив отдельные конкретные характеристики. Так спектральные свойства поверхностного слоя однозначно соответствуют незрелому грунту, по химическому составу близкому к морским базальтам (содержание железа составляет 13.5 – 14.5%). Степень зрелости морского реголита и распределение частиц тонкой фракции по размерам характерны для подповерхностного слоя глубиной 0.3 – 0.8 м. По сравнению с типичными литологическими характеристиками грунта обнаруживается дефицит мелкой фракции (< 45 мкм). 

Все эти аномальные морфологические и литологические особенности диффузной структуры никак не могут быть вызваны наличием или отсутствием облучения поверхности  потоком частиц солнечного ветра.

Прежде всего, возникают сомнения относительно соответствия возраста формирования магнитных аномалий и установленного возраста альбедных аномалий. Согласно изложенному в приводимой заметке сценарию, магнитная аномалия возникает практически одновременно с возникновением морской поверхности, а затем начинается формирование альбедных различий за счет различия в облучении частицами солнечного ветра. Время формирования относительно молодых бассейнов Моря Восточного и Моря Дождей составляет по современным оценкам 3.80 – 3.85 млрд. лет назад (Херц и др., 1995). Оценки возраста поверхности диффузных структур, сделанные разными авторами и на основании различных данных, не выходят за пределы 10⁷ лет. На качественном уровне все авторы отмечают весьма низкую степень зрелости грунта в пределах Рейнер-Гамма и других диффузных структур.  

Подобные различия в датировке рассматриваемых событий указывают, что собственно альбедные аномалии сформировались совсем в другую эпоху, существенно расходящуюся по времени с эпохой образования даже наиболее молодых лунных морей. Это никак не укладывается в сценарий постепенного потемнения окружающей поверхности за счет облучения солнечным ветром и одновременного сохранения изначальной отражательной способности аномальной структуры благодаря «магнитному зонтику».  

Механизм сохранения участков с более высоким альбедо под «зонтиком» локального магнитного поля, описанный в предложенном сценарии, также содержит ряд противоречий. Известно, что поскольку поток протонов солнечного ветра является сильно восстанавливающим агентом, окислы кремния и металлов, входящие в минералогический состав лунного грунта, претерпевают частичное восстановление, что приводит к их потемнению. Умозрительно можно предположить, что частичная защита от облучения ионами водорода с энергией солнечного ветра каких-либо участков лунного грунта может в той или иной степени замедлить процесс их потемнения, т.е. обеспечить выделение этих площадок как образований с более высоким альбедо. Следует заметить, однако, что глубина проникновения данного процесса в грунт ограничивается весьма тонкой пленкой, сравнимой по толщине с размером частиц (микронный диапазон), как было показано в свое время в подробном исследовании Кассиди и Хапке (1975). Эти же авторы указывали, что в идеальном случае воздействия только одного рассматриваемого процесса, время насыщения составляет 10⁵ лет, т.е. по истечении этого времени разница в альбедо потемневших и «сохранившихся» участков грунта изменяться уже не будет.  Напомним, что возраст морской поверхности, окружающей (подстилающей) в данном случае диффузную структуру Рейнер-Гамма, составляет не менее 3 млрд. лет.

Но реальная лунная поверхность в процессе космического выветривания претерпевает воздействие и более агрессивных процессов. Так, если учесть влияние микрометеоритной бомбардировки, то за указанное время формирования разницы в альбедо «защищенных» и «открытых» участков все они должны подвергнуться  механическому перемешиванию грунта на глубину около 1 см и более (Мак-Кей и др., 1995). Очевидно, что в этом случае всякое различие в отражательной способности, построенное на тонких эффектах, будет уничтожено, и альбедные аномалии не сохранятся в наблюдаемом в настоящее время виде.

Наконец, трудно представить, чтобы первоначальное альбедо свежевыплавленных мафических пород, сохраненное согласно предложенному сценарию в альбедных аномалиях, имело такие высокие значения (10 – 13%), которые примерно в 2 раза превышают альбедо морских базальтов. Лунные базальты отличаются от земных, в основном, высоким содержанием железа. В этих породах обнаруживается также чрезвычайно высокое содержание титана. Традиционно лунные базальты классифицируют в зависимости от содержания титана. При таком высоком содержании хромофорных элементов, определяющих изначально низкое альбедо выплавляемых на поверхность лав, наиболее высокая отражательная способность морских базальтов не превышает 6 – 7%. Поэтому, высокое альбедо областей магнитных аномалий никак не может быть связанным с облучением солнечным ветром.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Кассиди и Хапке (Cassidy W., Hapke B.) Effect of darkening processes on surface of airless bodies // Icarus. 1975. V. 25. P. 371-383.

Мак-Кей и др. (McKay D.S., Heiken G., Basu A. et al.) The lunar regolith // Lunar sourcebook. Eds Htiken G.H. et al. / Camdridge Univ. Press. 1995. C. 283-356.

Пине и др. (Pinet P.C., Shevchenko V.V., Chevrel S.D. et al.) Local and regional regolith characteristics at Reiner Gamma Formation: Optical and spectroscopic properties from Clementine and Earth-based data // J. Geophys. Res. 2000. V.105. No. E4. P. 9457-9475. 

Херц и др. (Horz F., Grieve R., Heiken G. et al.) Lunar surface processes // Lunar sourcebook. Eds Htiken G.H. et al. / Camdridge Univ. Press. 1995. C. 61-120.

Шевченко В.В. Наблюдаемые на Луне следы кометных ударов и их возраст // Астрон. журн. 1993. Т. 70. Вып. 3. С. 623-634.

Шевченко В.В. Возраст и частота поздних падений комет на Луну по анализу диффузных структур // Астрон. журн. 1994. Т. 71. № 6. С. 935-943.

---