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.

---

Остальные детекторы, предназначенные для регистрации флуоресцентного излучения лунного грунта, располагались, как и в аппаратуре РИФМА («Луноход-1»), в нижней части выносного блока. Ряд детекторов был снабжен характеристическими фильтрами для разделения спектральных линий, близких по энергии флуоресцентного излучения элементов. Была предусмотрена возможность калибровки всех детекторов как на трассе перелета Земля — Луна, так и после посадки на лунную поверхность.

Для проверки работоспособности всего прибора один из детекторов выполнял контрольную функцию. Он не имел входных окон для попадания в него излучения, в то время как внутри него был помещен радиоактивный источник и образец земного грунта известного химического состава, постоянно облучавшийся этим источником. Таким образом, спектр, даваемый этим детектором, был заранее известен и постоянно контролировался. В результате можно было делать выводы о работоспособности всей системы детекторов в целом, а также об исправности радиотракта (при работе блока детекторы включались в работу поочередно).

Установке выносного блока на «Луноходе-2» предшествовали обширные лабораторные исследования. С помощью летного экземпляра выносного блока были изучены спектры флуоресцентного излучения большого числа земных минералов известного химического состава. Измерения проводились в большой вакуумной камере (рис. 11) в условиях реальной геометрии космического эксперимента. Исследовалась зависимость полученных результатов от степени измельчения грунта, плотности его насыпания, расстояния блока над поверхностью грунта и т. д. В результате было получено большое число спектров грунтов известного состава (см. рис. 2), знание которых было необходимо при обработке результатов, полученных во время работы «Лунохода-2», с целью определения абсолютных концентраций элементов в лунном грунте.

Измерения химического состава грунта были начаты на небольшом удалении от посадочной платформы, на валу кратера диаметром 40 м. Состав грунта здесь оказался следующим: кремний — 24 ± 4 %, кальций — 8 ± 1 %, железо — 6,0 ± 0,6 %, алюминий — 9 ± 1 % (напомним, что измерения «Лунохода-1» в Море Дождей дали 10–12 % железа). При движении «Лунохода-2» на юг исследованию подвергся кратер диаметром 13 м, удаленный от места посадки примерно на 1,5 км. Грунт в этом районе оказался схожим по составу с грунтом ранее исследуемого участка. Таким образом, судя по химическому составу, лунные породы в районе посадки станции не могут быть отнесены к типично «морским».

Рис. 11. Выносной блок аппаратуры РИФМА-М в большой вакуумной камере при проведении модельных экспериментов — получении спектров флуоресцентного излучения грунта известного химического состава. Блок закреплялся на штанге, и его положение относительно грунта могло изменяться

По мере продвижения «Лунохода-2» к холмам, расположенным в южном направлении, содержание железа стало падать и составило 4,9 ± 0,4 % при удалении от места посадки на 4,5 км. В сеансе, проведенном в точке наибольшего продвижения в сторону «материка», зарегистрировано самое низкое содержание железа — 4,0 ± 0,4 %, причем одновременно содержание алюминия возросло до 11,6 ± 1,0 % (это определение химического состава проводилось вблизи кратера диаметром 2 км). К этому времени «Луноход-2» прошел уже несколько километров (около 10) и находился в пределах холмистой приподнятой равнины, расположенной к юго-западу от кратера Лемонье (собственно, уже вне кратера). По типу рельефа эта местность является переходной от Моря Ясности к массиву гор Тавр. Следует отметить, что по сравнению с измеренным в районе посадки отношение концентраций кремния к железу на участке наибольшего продвижения в глубь «материковой» зоны возросло в 1,5 раза, а отношение алюминия к железу — приблизительно в 2 раза. Такой состав напоминает земные горные породы анортозитового типа, по-видимому, широко распространенные на лунных материках.

При дальнейшем движении «Луноход-2» покинул зону холмов и возвратился на поверхность кратера Лемонье. Проведенные здесь измерения дали состав грунта, сходный с составом поверхности в месте посадки. Примеры спектров, полученных при работе аппаратуры РИФМА-М на «Луноходе-2», представлены на рис. 12.

Рис. 12. Пример спектров флуоресцентного излучения лунного грунта, полученных с помощью «Лунохода-2»

При дальнейшем движении «Луноход-2» исследовал Борозду Прямую — тектонический разлом поверхности, находящийся к юго-востоку от места посадки. Результаты анализов, произведенных на западном и восточном склонах этого образования, в пределах точности эксперимента совпадают. Содержание кальция составляет около 8 %, содержание железа на западном склоне — 7,5 ± 0,9, на восточном — 8,0 ± 1,0 %. Это несколько превышает концентрацию железа в равнинной части исследованного района и, по-видимому, связано с морфологическими особенностями данного участка поверхности.

По составу поверхности в исследованной «Луноходом-2» части кратера Лемонье могут быть выделены три района.

Результаты анализов, выполненных в равнинной части днища кратера Лемонье, дают основание считать, что породы в районе посадки и во всей южной зоне этого кратера, по-видимому, не являются типично «морскими». Измеренное содержание железа там оказалось равным 6 %, что существенно ниже типичных для «морских» районов значений (10–12 %). Между тем по рельефу и морфологическим характеристикам этот район весьма похож на «морской» (см. табл. 2).

Таблица 2

Район в юго-западной части маршрута значительно отличается от первого. По светлому тону поверхности, обилию холмистых гряд, малому количеству камней его можно считать разновидностью «материковой» поверхности. Исследования химического состава поверхности в северной части этого лунного образования показали, что по крайней мере самый верхний слой реголита здесь состоит из породы с весьма малым (около 4 %) содержанием железа и повышенной (по сравнению с «морскими» базальтами) концентрацией алюминия. Район тектонического разлома (Борозда Прямая), общая протяженность которого составляет 16 км, а ширина (местами) — до нескольких сотен метров, характерен тем, что его склоны покрыты каменными россыпями, включающими в себя крупные (метровые) камни. Несмотря на сложность передвижения в зоне крупных камней, «Луноход-2» все же продвинулся к краю разлома и произвел анализ состава поверхности. Среди результатов в первую очередь следует отметить явное повышение содержания железа на склонах разлома.

Таким образом, в результате проведенных исследований получены данные, свидетельствующие об обнаружении постепенных изменений химического состава грунта в переходной зоне «море — материк»: при движении «Лунохода-2» по поверхности кратера Лемонье к «материку», при нахождении самоходного аппарата в «материковом» районе и при дальнейшем движении по дну кратера в восточном направлении. Поверхность в переходной зоне явно обладает промежуточными свойствами. Отсутствие резкой границы между «морским» и «материковым» веществом говорит о взаимном влиянии этих разнородных поверхностей.

Для объяснения обнаруженного «Луноходом-2» явления можно представить себе следующую картину. Частицы «материкового» вещества, передвигаясь по склонам вниз, постепенно образовывали полосу «материкового» грунта на «морской» равнине (возможные механизмы перемещения вещества были описаны выше). Перемешивание с частицами «морского» вещества создавало в этой полосе особый грунт, по составу промежуточный между «материковыми» (анортозиты) и «морскими» (базальты) породами.

Такова общая схема. Детали этого явления, механизмы движения частиц грунта, эффект перемешивания вещества — все это требует дальнейшего изучения.

Работа «Лунохода-2» являлась первым исследованием, проведенным в переходной зоне «материк — море» и позволившим определить характеристики этой области. Посредством прибора РИФМА-М удалось обнаружить вариации химического состава вещества лунной поверхности в этом районе, коррелирующие с геолого-морфологическими особенностями рельефа. Промежуточные свойства граничной зоны могут быть объяснены действием механизма горизонтального переноса вещества на лунной поверхности, причем ширина полосы смешивания составляет, по-видимому, несколько километров.

ИССЛЕДОВАНИЕ ДОСТАВЛЕННЫХ НА ЗЕМЛЮ ОБРАЗЦОВ

Осуществление задачи автоматических и пилотируемых полетов к Луне с возвращением на Землю потребовало решения целого ряда принципиально новых задач, таких, как, например, посадка на Землю аппарата, входящего в ее атмосферу со второй космической скоростью (около 11 км/с). Результатом разработок этих космических аппаратов явилось создание в Советском Союзе станций «Зонд-5 и -6». Успешно возвратившись на Землю, они доставили не только большой объем научной информации, но и необходимые данные для дальнейшей отработки полетов к Луне более сложных возвращаемых аппаратов.