АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2007, том 41, № 3, с. 195-203
УДК 523.3
КАРТОГРАФИРОВАНИЕ АНОМАЛИЙ СОСТАВА АГГЛЮТИНАТОВ
ЛУННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
© 2007 г. Ю. Г. Шкуратов*, В. Г. Кайдаш*, Л. В. Старухина*, К. М. Питере**
*Научно-исследователъский институт астрономии Харьковского национального университета
им. В Н. Каразина, Украина **Отдел геологических наук, Университет Брауна, Провиденс, США Поступила в редакцию 27.04.2006 г. После исправления 20.06.2006 г.
По данным съемки лунной поверхности, проведенной КА Clementine с помощью камеры UVVIS, выполнено прогнозирование содержания агглютинатов в реголите Луны и их состава по окислам FeO и Al2O3. Для этого были использованы спектральные, химические и минералогические измерения около 30 образцов лунного грунта из коллекции (LSCC). Данные прогнозирования подтверждают, что морские агглютинаты обогащены Al2O3 и обеднены FeO, тогда как материковые агглюти-наты, наоборот, обеднены Al2O3, но обогащены FeO. Причиной этого может быть глобальный перенос вещества лунной поверхности, вызванный воздействием космогенных факторов.
PACS: 96.15.-n, 96.25.Hs
ВВЕДЕНИЕ
Агглютинаты - наиболее переработанная часть вещества лунной поверхности. Частицы агглютинатов представляют собой обломки пород и минералов, сцементированные стеклами, образовавшимися под действием микрометеоритных ударов (Rode и др., 1979). Состав агглютинатовых частиц в основном соответствует составу местного материала, однако часто наблюдаются отклонения от этого правила. Изучение причин таких отклонений является важной задачей. Ее решение может пролить свет на эволюцию лунной поверхности, в частности, дать информацию об эффективности глобального переноса вещества на этой поверхности (Pieters, Taylor, 2003). Грунт Луны содержит десятки процентов агглютинатов (McKay и др., 1991). Агглютинатов в несколько раз больше в зрелом грунте, чем в незрелом.
Исследования образцов лунного грунта показали, что относительно кристаллической фракции морские агглютинаты обогащены Al и обеднены Fe, Ti и Cr, тогда как материковые агглютинаты, наоборот, обеднены Al, но обогащены Fe, Ti и Cr (Pieters, Taylor, 2003). В настоящей работе мы подтверждаем эффект, обнаруженный для образцов, распространяя результат для Al и Fe на всю лунную поверхность. Рассматриваются также механизмы глобального переноса вещества между морями и материками, способные объяснить этот эффект.
По методике и постановке задачи настоящая статья продолжает исследования, начатые в работах (Shkuratov и др., 2003; 2005; Шкуратов и др., 2005; Pieters и др., 2006). Как и ранее, мы используем данные спектральных и химико-минералогических исследований лунных образцов мелкозерни-
стых фракций, которые доминируют при формировании оптических свойств лунной поверхности. Некоторые результаты изучения взаимных корреляций содержания основных химических элементов описаны в работах (Pieters и др., 2002; 2006; Shkuratov и др., 2005).
Имеющиеся в нашем распоряжении данные позволяют по изображениям, полученным KA Clementine, прогнозировать не только химический и минеральный состав лунного грунта как целого, но и изучать состав его минеральных компонент. Мы уже предпринимали попытку картографирования состава лунных пироксенов (Шкуратов и др., 2005). В настоящей работе мы применяем ту же методику для картографирования состава лунных агглютинатов.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ КАРТ
Для картографирования состава лунных агглютинатов мы использовали изображения, полученные камерой UVVIS на КА Clementine; это мозаики километрового пространственного разрешения для пяти длин волн видимого и близкого ИК-диа-пазона (McEwen и др., 1998). Кроме того, были использованы данные спектральных, химических и минералогических исследований, выполненных консорциумом ученых, изучающих лунный реголит (Lunar Soil Characterization Consortium) (Taylor и др., 2001; 2003). Мозаики представляют собой сшивки множества полос изображений шириной примерно 30 км, а длиной от южного полюса Луны до северного (по движению аппарата). Полосы не только тщательно сшиты геометрически, они также хорошо подогнаны друг к другу в фотометрическом отношении. Спектральные измерения
Рис. 1. Распределение альбедо (900 нм) по лунной поверхности по данным камеры UVVIS на КА Clementine. Темные вертикальные полосы на карте соответствуют районам, в которых съемка не проводилась.
Альбедо (900 нм), %
образцов были проведены на спектрометре RELAB (Pieters, Hiroi, 2004) в диапазоне длин волн 0.35-2.5 мкм. Принципиально важным является то, что данные камеры на КА Clementine и спектральных измерений RELAB приведены в одну фотометрическую систему.
Для примера на рис. 1 приведена альбедная мозаика для длины волны 900 нм; зрительно изображения Луны в разных длинах волн почти не отличаются друг от друга. Темные полосы на изображении отвечают областям, для которых отсутствуют данные. Мозаика приведена в цилиндрической проекции. Области изображений вблизи полюсов удалены, поскольку их съемка проводилась при скользящем солнечном освещении, когда влияние рельефа препятствует проведению надежного анализа.
Для целей прогнозирования состава лунной поверхности мы использовали около 30 образцов материкового и морского реголита. Сюда входят валовые образцы, а также их рассевки по размерам частиц (фракциям): <45 мкм, 20-45 мкм, 10-20 мкм, <20 мкм (см. подробнее Shkuratov и др., 2003; Шкуратов и др., 2005; Pieters и др., 2006). Данные для образцов, значения альбедо для длин волн камеры UVVIS на КА Clementine, содержание аг-глютинатов, валовое содержание некоторых окислов в образце и содержание тех же окислов в аг-глютинатах, приведены в табл. 1. Эти данные использовались для построения карт прогноза состава лунного грунта и состава агглютинатов лунного грунта. Для этого было необходимо найти такую комбинацию спектральных значений альбедо, которая дала бы для образцов лунного грунта наиболее высокую корреляцию с измеренными значениями того или иного химического параметра этих образцов. В предыдущих работах (Shkuratov и др., 2003; Шкуратов и др., 2005; Pieters и др., 2006) мы сравнивали несколько разных комбина-
ций альбедо А, для того чтобы найти такую, которая обеспечила бы высокие значения коэффициента корреляции. Одной из лучших оказалась простейшая линейная комбинация альбедо при четырех длинах волн (к = 415, 750, 900, 1000 нм):
log (P) = ÜÄ415 + ÖÄ750 + cA900 + dAim + в. (1)
Логарифм в формуле (1) взят для того, чтобы предсказанные значения параметра Р были положительными. Подбор коэффициентов в формуле (1) должен обеспечить максимально тесную корреляцию предсказанных и измеренных значений параметра Р. Величины коэффициентов a, b, c, d, и в в формуле (1), при которых это достигается для случая прогнозирования содержания агглютинатов, даны в табл. 2 (альбедо следует брать в %). В той же таблице приведен коэффициент корреляции для предсказанных и измеренных концентраций агглютинатов. Этот коэффициент довольно высок (к = 0.84), хотя несколько ниже, чем для индекса зрелости Is/FeO (к = 0.88) (Kaydash и др., 2004). В табл. 3 приведены коэффициенты корреляции между измеренными и предсказанными значениями валового содержания некоторых окислов и тех же окислов в агглю-тинатах. Наиболее высокие значения этого коэффициента наблюдаются для окисла СаО; низкие значения наблюдаются для двуокиси титана. Мы исследуем окислы FeO и Al2O3 в связи с аномалиями состава, обнаруженными в работе (Pieters, Taylor, 2003). В табл. 4 даны величины a, b, c, d, и в в формуле (1), при которых достигаются указанные в табл. 3 значения коэффициентов корреляции, для FeO и Al2O3. Причем данные для этих окислов представлены для лунного грунта без разделения на компоненты (валовый состав), а также отдельно для его агглютинатовой компоненты. На
>
о н ч о д о
д л м о я
д »
ш
м
о н д д я
Таблица 1. Данные для использованных образцов лунного грунта
Образцы 415 нм 750 нм 900 нм 950 нм 1000 нм Аггл. мас. % аггл. аггл. FeO аггл. SiO2 аггл. MgO аггл. CaO аггл. FeO SiO2 MgO СаО
10084 0.046 0.08 0.09 0.093 0.096 62.57 2.06 10.26 7.38 27.84 5.43 8.26 7.386 16.2 12.22 42.89 7.335 12.53
10084 0.043 0.069 0.075 0.075 0.077 57.02 1.68 10.26 5.82 25.77 4.82 7.93 8.091 13.45 14.98 41.99 8.132 12.02
10084 0.044 0.065 0.064 0.063 0.063 53.87 1.59 9.37 5.71 23.97 4.68 7.11 8.429 12.19 15.74 41.94 8.591 11.78
12001 0.046 0.076 0.072 0.07 0.073 56.15 1.27 8.42 7.3 26.22 4.81 6.68 3.252 11.18 17.18 46.04 10.77 9.991
12030 0.099 0.154 0.135 0.13 0.136 49.77 1.21 6.62 6.77 23.74 4.46 5.77 3.361 10.83 17.41 46.88 9.983 9.76
12030 0.099 0.148 0.122 0.116 0.12 39.39 1.08 5.24 5.4 18.83 3.44 4.57 3.794 10.65 17.85 46.76 10.08 9.221
14141 0.136 0.201 0.16 0.157 0.173 40.96 0.75 7.33 4 19.25 3.27 4.67 1.96 15 11.6 47.2 11 10.1
14141 0.169 0.259 0.24 0.239 0.257 48.63 0.82 9.39 4.28 22.76 3.85 5.79 1.71 17.2 9.46 48.4 9.08 10.7
14163 0.061 0.102 0.094 0.094 0.101 56.44 0.97 9.71 5.76 26.41 4.88 6.43 15.4 11.5 47.1 11 10.2
14163 0.08 0.139 0.144 0.146 0.155 58.46 0.97 10.58 5.64 27.13 5.05 6.78 1.88 17 10.1 47.4 9.57 10.8
14259 0.049 0.081 0.082 0.083 0.088 60.53 0.91 11.62 5.55 28.17 5.07 7.26 1.99 15.8 11 47.1 10.7 10.5
14259 0.059 0.119 0.13 0.135 0.143 68.73 1.13 12.85 6.74 31.48 5.73 8.11 1.96 17.4 9.71 47.5 9.44 11
14 260 0.046 0.079 0.079 0.08 0.085 64.04 0.99 11.91 6.17 29.65 5.39 7.43 1.86 16.3 10.7 47.4 10.4 10.7
14 260 0.057 0.119 0.129 0.133 0.141 65.19 1.06 12.97 5.77 29.66 5.47 8.08 1.98 17.3 9.84 47.5 9.53 11
15041 0.042 0.076 0.079 0.079 0.083 56.68 0.8 9.52 6.46 26.7 5.54 6.52 1.908 13.7 14.61 46.88 10.96 10.35
15041 0.046 0.076 0.073 0.073 0.076 51.28 0.69 9.13 5.69 23.79 4.82 6.2 2.064 12.71 15.46 46.87 11.39 10.08
15071 0.047 0.088 0.088 0.088 0.092 49.17 0.78 8.06 6.05 22.72 5.11 5.65 1.905 13.07 15.6 46.31 11.15 10.34
15071 0.05 0.085 0.08 0.08 0.084 47.63 0.7 7.81 5.86 22.1 4.63 5.48 2.36 12.56 15.8 46.39 11.55 9.936
61141 0.076 0.127 0.135 0.139 0.145 50.08 0.53 11.77 3.59 22.14 3.77 7.16 0.58 26.1 5.15 44.5 6.56 15.2
61221 0.231 0.3 0.268 0.263 0.27 28.9
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.