Logo

Вода на Луне

Вода на Луне и её распределение между формами OH и H2O в лунных породах является важным источником информации о влиянии солнечного ветра на наличие летучих ве­ществ, а так же об их об­ра­зо­ва­нии и сохранении во время аккреции и эволюции Луны. За последние десятилетия была проведена масса ис­сле­до­ва­ний и наблюдений, пре­до­ста­вив­ших данные о наличии воды в лунных породах и реголите, что является сви­де­тельст­вом, как эн­до­ген­но­го, так и эк­зо­ген­но­го про­ис­хож­де­ния воды на Луне. Тем не менее, от­но­си­тель­ный вклад источников, а так же рас­пре­де­ле­ние воды на по­верх­нос­ти Луны всё ещё остаются слабо изученными.

ЗАПАС ВОДЫ НА ЛУНЕ

Преимуществом силы до­ка­за­тельств эн­до­ген­но­го про­ис­хож­де­ния воды (маг­ма­ти­чес­ко­го) является воз­мож­ность подробного измерения образцов лунных пород, что так же является и их недостатком, поскольку раз­но­об­ра­зие образцов крайне ограничено. А вот изучение поверхности Луны ин­фра­крас­ным излучением ближнего спектра (NIR) с помощью ор­би­таль­ных или проходящих мимо кос­ми­чес­ких кораблей, напротив, по­зво­ля­ет сформировать пред­став­ле­ние о глобальной карте водных ресурсов Луны с иден­ти­фи­ка­ци­ей OH и H2O, посредством поглощения волн разной длины. В тоже время, данный метод ограничен чувст­ви­тель­нос­тью только к видимой по­верх­нос­ти (~1мм), но зато он позволяет собрать данные о про­ис­хож­де­нии воды, связанной с древней маг­ма­ти­чес­кой активностью, и динамику вза­имо­дейст­вия лунного реголита с солнечным ветром.

Данные NIR, полученные в рамках ис­сле­до­ва­ния Deep Impact/EPOXI, а так же данные VIMS, по­лу­чен­ные с корабля Cassini, и данные Moon Mineralogy Mapper (M3) с миссии Chandrayaan-1 под­твер­жда­ют, что наличие воды на Луне в зна­чи­тель­ной степени яв­ля­ет­ся результатом вза­имо­дейст­вия лунного реголита и солнечного ветра. Так же было высказано мнение, что соотношение OH/H2O на поверхности Луны варьируется в со­от­ветст­вии со временем суток, и что под­тверж­де­ние и измерение этих циклов поможет установить, является ли миграция летучих веществ с низкой температурой в высоких широтах непрерывным процессом, способным доставлять воду в холодные ловушки на лунных полюсах. Если эта гипотеза подтвердится, то будет необходимо собрать данные с помощью миссий Hayabusa 2 и OSIRIS-REx об образовании воды на других небесных телах без атмосферы, таких как Меркурий и околоземные астероиды.

ЛУНА

Причина, по которой именно Луна может быть ис­поль­зо­ва­на в качестве наглядного примера изучения воды на небесных телах без атмосферы, связана с возможностью точно иден­ти­фи­ци­ро­вать и ко­ли­чест­вен­но определить про­странст­вен­ное и временное рас­пре­де­ле­ние OH/H2O на поверхности Луны. Наиболее полные данные на данный момент и, вероятно, в ближайшем будущем в этой области может предоставить M3. Однако эти ис­сле­до­ва­ния могут быть осложнены трудностью ко­ли­чест­вен­ной оценки волн длиной более 2мкм. До тех пор, пока этот эффект не будет полностью ни­ве­ли­ро­ван, тепловое излучение может искажать форму или даже скрывать поглощение в диапазоне длин волн от 2 до 5мкм, вследствие чего будет невозможно точно отобразить водную поверхность Луны.

Подробности

В предыдущих ис­сле­до­ва­ниях M3 и других NIR были ис­поль­зо­ва­ны термические поправки первого порядка, которые позволили сфор­ми­ро­вать ре­во­лю­ци­он­ное пред­став­ле­ние о запасах воды на Луне, но их не­оп­ре­де­лён­ность привела к дву­смыс­лен­ным и про­ти­во­ре­чи­вым ре­зуль­та­там в отношении их рас­пре­де­ле­ния. Таким образом, наиболее мощная абсорбция воды наблюдалась в наиболее холодных и высоких широтах, но эти данные могут быть об­ус­лов­ле­ны неточностью технических средств. Аналогично, данные Deep Impact де­мон­ст­ри­ру­ют разную ин­тен­сив­ность абсорбции в течение суток, что было ин­тер­пре­ти­ро­ва­но как отражение накопления и последующей потери/миграции лунной воды в зависимости от текущей, а не средней тем­пе­ра­ту­ры. При этом надо иметь в виду, что данные могут быть искажены тер­ми­чес­ким эффектом и точкой наблюдения. Имеются также про­ти­во­ре­чи­вые данные от­но­си­тель­но более сильной абсорбции воды яркими ано­рто­зи­то­вы­ми горными ланд­шаф­та­ми по сравнению с более темными ба­заль­то­вы­ми рельефами, что может быть связано с нелинейными эффектами поглощения и рассеивания на длинах волн NIR, а не различиями в содержании воды.

Недавние со­по­став­ле­ния данных с не­за­ви­си­мы­ми оценками по­верх­ност­ной температуры LRO показывают, что предыдущие модели тер­мо­кор­рек­ции для данных M3, как правило, не­до­оце­ни­ва­ют температуру поверхности на 10–30К и, сле­до­ва­тель­но, не могут быть ис­поль­зо­ва­ны для точной оценки глобальных запасов воды. Эти результаты под­тверж­да­ют опасения насчет неточностей данных M3, в связи с чем, мы применили новую модель тепловой коррекции. Эти данные используются для создания первых общих ко­ли­чест­вен­ных карт по­верх­ност­ных вод Луны, дающих новую ин­фор­ма­цию о ее рас­пре­де­ле­нии, мобильности и вероятном происхождении.

Теоретические и экс­пе­ри­мен­таль­ные данные де­мон­стри­ру­ют, что наличие воды на поверхности Луны зависит от целого ряда факторов, к которым относятся тем­пе­ра­ту­ра, степени кри­стал­лич­нос­ти и степени кос­ми­чес­ко­го вы­вет­ри­ва­ния. Авторы оценили эти и другие взаимосвязи в глобальном масштабе путём со­по­став­ле­ния прочности взаи­мо­от­но­ше­ний OH/H2O в спектрах M3, прошедших термическую кор­рек­ти­ров­ку, после чего данные были вос­ста­нов­ле­ны с помощью аль­бе­до-од­но­крат­но­го рассеивания (SSA) по модели переноса излучения Хапке. Пре­иму­щес­т­ва­ми SSA являются учет точки наблюдения, ни­ве­ли­ро­ва­ние влияния мно­го­крат­но­го рассеивания и снижение корреляции альбедо и степени абсорбции, не связанной с абсорбцией пород. Так же был использован метод ESPAT измерения абсорбции на основе SSA, который позволяет определить % H2O.

[свернуть]

Вода на луне: выжимка результатов

Главным результатом исследования стала карта запасов воды на Луне (Рис. 1-А), согласующаяся с данными предыдущих ис­сле­до­ва­ний о рас­пре­де­ле­нии воды в большем объёме на высоких широтах (Рис. 1-B). Рисунок 1-C демонстрирует отсутствие корреляции абсорбции OH/H2O и долготы.

КАРТА ЗАПАСОВ ВОДЫ НА ЛУНЕ

На рисунке 2 можно наблюдать корреляцию между значениями широты и соотношение OH/H2O, сви­де­тельст­вую­щее о влиянии широты на происхождение запасов воды. Таким образом, влияние солнечного света тем больше, чем больше широта. Напротив, все тёмные мантийные фор­ми­ро­ва­ния де­мон­стри­ру­ют аномально высокое содержание воды вне зависимости от широты (Рис. 1), что сви­де­тельст­ву­ет об их маг­ма­ти­чес­ком про­ис­хож­де­нии. Влияние времени суток на данные, полученные M3, оказалось не­зна­чи­тель­ным.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДЫ ПО ШИРОТЕ

Таким образом, основным выводом ис­сле­до­ва­ния является до­ми­ни­рую­щее влияние широты и зрелости почвы на содержание воды. Эти данные под­твер­ж­да­ют гипотезу о влиянии солнечного ветра на об­ра­зо­ва­ние воды на Луне. Результаты ис­сле­до­ва­ния под­тверж­да­ют возможность наличия запасов воды на других небесных телах без ат­мо­сфе­ры, что является причиной для дальнейших тео­ре­ти­чес­ких и экс­пе­ри­мен­таль­ных ис­сле­до­ва­ний.

Источники

«Water on the surface of the Moon as seen by the Moon Mineralogy Mapper: Distribution, abundance, and origins» Shuai Li and Ralph E. Milliken «Science Advances» 13.09.2017

[свернуть]
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...

avatar
  Подпишись!  
Уведомлять
Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить