Сергей Викторов - Химия лунного грунта

• Название: Химия лунного грунта
• Автор: Сергей Викторов
• Издательство: Знание
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1978

В исследованиях химического состава грунта Луны, а в перспективе и планет Солнечной системы особое место занимает рентгеновский изотопный флуоресцентный метод анализа (РИФМА). В брошюре участники создания аппаратуры РИФМА, используемой при работе советских «Луноходов», рассказывают о физических основах этого метода, а также приводят результаты химического анализа лунного грунта, полученные с помощью как данного, так и других методов, применявшихся, В частности, при работе некоторых американских автоматических станций.

Брошюра рассчитана на студентов и преподавателей вузов, учителей средних школ, а также на более широкий круг читателей, интересующихся современными достижениями в области космических исследований.

---

Результаты исследования показали, что состав реголита в исследуемом районе Моря Дождей близок к составу реголита в других, уже ранее обследованных районах «морского» типа. Особенное сходство в составах наблюдалось с реголитом Океана Бурь и Моря Изобилия (см. табл. 1).

Таблица 1

Сравнение результатов анализов химического состава реголита Моря Дождей в разных точках показало, что вариации состава находятся в пределах точности анализа. Это означает, что в исследованном районе на глубинах от 2–3 до 30–40 м существенных изменений в химическом составе, по-видимому, нет. Отсутствие заметных вариаций химического состава грунта, вероятно, является отражением общего однородного и относительно спокойного характера рельефа исследуемого участка, который представляет собой типичный пример участков «морей», свободных от наложенных на «морскую» поверхность крупных образований.

Таким образом, результаты маршрутного исследования химического состава лунной поверхности в районе работы «Лунохода-1» показали, что реголит там представляет собой переработанный материал базальтового состава. Эти данные подтвердили, что Море Дождей, так же как и другие лунные «моря», заполнены излияниями базальтовой лавы.

В ходе проведения экспериментов наряду с физическими результатами (определение типа пород, химического состава вещества поверхности вдоль маршрута) были получены обширные материалы прикладного и технического характера, относящиеся к разным сторонам функционирования спектрометра РИФМА в составе бортовой аппаратуры. В экспериментах на «Луноходе-1» рентгеновский спектрохимический анализ был впервые применен для изучения состава другого небесного тела непосредственно на его поверхности. Результаты работы спектрометра РИФМА впервые доказали возможность проведения длительных спектрометрических измерений в столь необычных условиях.

Работа «Лунохода-1» на лунной поверхности продолжалась 318 суток. За это время им был пройден путь в 10,5 км, что позволило исследовать площадь порядка 80 000 м2, оценить геологические характеристики местности, изучить физико-механические свойства грунта и его химический состав. Материалы исследований показали, что даже на относительно небольшом участке лунной поверхности с более или менее однородным химическим составом ее свойства значительно изменяются. Эти вариации проявляются в формах, незаметных при наблюдениях с искусственных спутников Луны, а также с неподвижных посадочных станций. Таким образом, успешная работа «Лунохода-1» убедительно продемонстрировала достоинства применения самоходных аппаратов при исследованиях Луны и правильность принятых при этом конструктивных решений.

РЕНТГЕНОВСКИЙ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ МЕТОД: «ЛУНОХОД-2»

Исследования Луны с помощью самоходных автоматических аппаратов, начатые «Луноходом-1», были продолжены во время работы «Лунохода-2». Главной задачей научной программы «Лунохода-2» являлось комплексное исследование лунной поверхности в переходной зоне «море — материк», своеобразной границе между «морем» и «материком». С помощью «Лунохода-2» предстояло изучить изменение свойств поверхности и выявить вариации различных характеристик рельефа и грунта в этой области.

Для решения поставленной задачи «Луноход» был оснащен оборудованием, включающим улучшенную систему телевизионных и фототелевизионных камер (с устройством для количественных исследований оптических характеристик поверхности), магнитометр, приспособление для определения физико-механических свойств грунта и рентгеновский спектрометр РИФМА-М. В совокупности эти приборы действительно позволили выявить многие особенности строения верхнего покрова Луны в граничной зоне между «морем» и «материком».

Технические возможности «Лунохода-2» позволили установить на его борту наряду с перечисленными приборами также и другую аппаратуру: астрофотометр для измерения светимости лунного неба, радиометр, фотоприемник «Рубин-1» (для проведения экспериментов по лазерной пеленгации), а также лазерный уголковый отражатель.

8 января 1973 г. станция «Луна-21» с «Луноходом-2» на борту стартовала с Земли, а 16 января совершила мягкую посадку в южной части кратера Лемонье, находящегося на восточной окраине Моря Ясности, в точке с селеноцентрическими координатами 25°51′ с. ш. и 30°27′ в. д.

Море Ясности (второе по величине после Моря Дождей) относится к поясу круговых лунных «морей». Его чаша является одним из весьма древних образований лунного рельефа. Затопление ее базальтовыми лавами, видимо, произошло на сравнительно позднем этапе истории Луны. Таким образом, Море Ясности можно считать одним из сравнительно молодых «морей» на лунной поверхности. В процессе образования этого «моря» на его окраине был частично разрушен вал и затоплено базальтовыми лавами днище одного из ранее существовавших на материке кратеров размером 55 км в поперечнике.

В непосредственной близости от места посадки была расположена приподнятая холмистая область, к востоку и югу переходящая в «материковую» местность и далее в горные массивы Тавр. Большой интерес представлял и крупный тектонический разлом поверхности длиной около 16 км, который также находился в зоне досягаемости «Лунохода-2» (рис. 10).

Рис. 10. Маршрут движения «Лунохода-2» в кратере Лемонье. Юго-западная часть маршрута пролегала в холмистой части предгорий, остальная часть — по днищу кратера. В частности, восточная часть маршрута проходила вблизи тектонического разлома (Борозда Прямая). Цифрами обозначены точки, где проводился анализ химического состава

После проверки функционирования бортовых систем, осмотра места посадки и калибровки спектрометра РИФМА-М начался спуск «Лунохода-2» с посадочной платформы «Луны-21». Детально обследовав с помощью «Лунохода-2» посадочную ступень и условия посадки, ученые приступили к выполнению обширной программы научных экспериментов на лунной поверхности. За время работы «Лунохода-2» на лунной поверхности с января по май 1973 г. им был пройден путь более 37 км, включавший участки с весьма сложным рельефом, сыпучим грунтом и каменными россыпями.

Богатый практический опыт, накопленный в ходе работы «Лунохода-1», позволил внести в систему «Лунохода-2» ряд усовершенствований, которые значительно расширили его возможности по маневренности, скорости и дальности перемещения. Это обстоятельство позволило поставить перед «Луноходом-2» гораздо более разнообразные и сложные задачи. В частности, при исследовании переходной зоны предусматривалось проследить, насколько резко меняются геолого-морфологические характеристики поверхности и химический состав грунта при переходе от «моря» к «материку», как и насколько резко меняется тип пород, слагающих поверхность в этом районе.

Хотя для проведения химических исследований на «Луноходе-2» был использован тот же принцип, что и на «Луноходе-1», в устройство спектрометра, однако, был внесен ряд существенных изменений, вызванных как постановкой новых физических задач, так и улучшением технических характеристик самого прибора. В связи с тем, что «Луноходу-2» предстояло исследовать переходную зону «море — материк» и выяснить характер изменения химического состава грунта в этой зоне, требовалось найти аналитический признак, достаточно четко характеризующий два существенно различных типа поверхности — «морской» и «материковой». Рассмотрение имевшихся данных по химическому составу вещества лунной поверхности показало, что наиболее четким признаком с этой точки зрения является содержание железа, составляющее в «морях» 10–15 %, а в «материковых» районах — всего 3–5 %.

На основании этого большое внимание при разработке прибора РИФМА-М было обращено повышению его чувствительности и точности измерения содержания именно этого элемента. Были изменены конструкция и компоновка выносного блока, тип используемых радиоактивных источников и их расположение по отношению к блоку детекторов, улучшена конструкция детекторов, а также установлен специальный детектор для регистрации рентгеновского излучения Солнца.

Дело в том, что поверхность Луны, лишенная атмосферы, представляет собой идеальную платформу для рентгеновских исследований, которые невозможно проводить, находясь на поверхности Земли: все рентгеновское излучение, идущее к нам из космоса, полностью поглощается земной атмосферой. Поэтому на основе спектрометра РИФМА-М был задуман дополнительный астрофизический эксперимент по регистрации рентгеновского излучения космического происхождения. Детектор был расположен в верхней части выносного блока, возможность постоянного контроля его работоспособности обеспечивалась наличием в нем калибровочного источника. По положению линии этого источника в спектре детектора, ее ширине и амплитуде можно было судить о стабильности его параметров (усиления, эффективности, разрешающей способности).