УДК 523.3
КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ОТНОШЕНИЙ ПОКАЗАТЕЛЯ ЦВЕТА ДВУХ УЧАСТКОВ ВИДИМОГО ПОЛУШАРИЯ ЛУНЫ
© 2010 г. В. Г. Кайдаш1, С. Ю. Герасименко1, Ю. Г. Шкуратов1, Н. В. Опанасенко1, Ю. И. Великодский1, В. В. Корохин1, М. В. Кайдаш2
НИИ астрономии Харьковского национального университета им. В.Н. Каразина,
Харьков, Украина 2Харьковский национальный экономический университет, Харьков, Украина Поступила в редакцию 16.06.2009 г.
По данным наземной колориметрии для двух участков поверхности видимого полушария Луны построены изображения фазового отношения показателя цвета С(600 нм/470 нм) для углов фазы, лежащих в интервале от 2° до 95°. Найдено, что этот показатель цвета для материковых регионов растет с фазовым углом быстрее по сравнению с морскими районами вплоть до углов фаз а ~ 40°—50°. В диапазоне больших фазовых углов а > 50° наблюдается обратная ситуация. Данные лабораторной спектрофотометрии образцов лунного грунта подтверждают найденные особенности фазовой зависимости цвета. Обсуждается влияние многократного рассеяния на фазовую зависимость показателя цвета морских и материковых регионов Луны.
РАСЯ: 95.75.De, 96.20.-n
ВВЕДЕНИЕ
В оптических исследованиях безатмосферных небесных тел традиционной задачей является изучение зависимости яркости их поверхности от фазового угла в различных спектральных диапазонах. Такие данные, в частности, позволяют строить фазовую зависимость показателя цвета (колор-индек-са) С(а) = Я(Х1, а)/Я(^2, а), где Я — яркость для различных длин волн Х2 при некотором фазовом угле а. При использовании спектрофотометрических данных для прогнозирования химико-минералогического состава твердых поверхностей небесных тел обычно вариациями фазового хода С(а) пренебрегают. Однако это возможно только в первом приближении. Для повышения надежности дистанционного оптического зондирования зависимость С(а) необходимо изучать и учитывать в обработке и интерпретации данных. Следует также отметить, что вариации зависимости С(а) несут информацию о структурных свойствах верхнего слоя планетных реголитов и потому их исследование представляет самостоятельный интерес.
Изучение фазового хода показателя цвета Луны наземными и космическими средствами
Луна — самый наблюдаемый астрономический объект. Однако долгое время фазовую зависимость показателя цвета ее поверхности обнаружить не удавалось (Coyne, 1965). Американская
программа Apollo и советские лунные миссии в конце 1960-х начале 1970-х гг. вызвали интерес к изучению Луны наземными оптическими средствами. Различными авторами в то время были проведены спектрофотометрические наблюдения ее поверхности в видимом и ближнем ИК-диапазо-нах спектра. В работах тех лет (Peacock, 1968; Mc-Cord, 1969; Mikhail, 1970; Евсюков, 1975) фазовая зависимость показателя цвета поверхности Луны была установлена более или менее надежно. В частности, было показано, что лунная поверхность "краснеет" от полнолуния к четвертям, т.е. показатель цвета C(a) = R(X1, a)/R(^2, a) (здесь и далее будем считать, что > ^2) растет с углом фазы, и эти изменения, в среднем, составляют около 10% (McCord, 1969). Тогда же отмечалось, что при достаточно больших углах фазы показатель цвета начинает уменьшаться, т.е. возможен максимум зависимости C(a) при a « 40° (Евсюков, 1975). Впрочем, точность измерительной техники была тогда невысока, и требовались новые наблюдения с целью уточнения поведения лунных спектров с изменением угла фазы. Позднее, в начале 1990-х годов, появились сообщения о том, что зависимость C(a) для некоторых лунных деталей показывает на пределе точности измерений минимум при a « 10° (Jaumann и др., 1992). При активизации оптических космических исследований Луны в 1990-х гг. (миссии Galileo, 1990 г. и Clementine, 1994 г.) были получены новые спектрофотометрические данные высокого разре-
шения. В работе (Shkuratov и др., 1999) приведены фазовые зависимости нормированных показателей цвета в различных участках спектра (950/750 нм и 750/415 нм), построенные по данным КА Clementine. Для диапазона фазовых углов 3°—50° наблюдается монотонный рост показателей цвета Луны с увеличением фазового угла. Эти результаты находятся в согласии с ранними наземными наблюдениями Луны (Mikhail, 1970; Lane, Irvine, 1973). По данным (Shkuratov и др., 1999) относительное изменение показателя цвета (750/415 нм) в диапазоне фазовых углов 3°—50° составляет ~18%, а для показателя цвета (950/750 нм)--7%. Следует сказать,
что амплитуда фазового цветового эффекта невелика, и существует немного рядов спектрофотометри-ческих наблюдений Луны, выполненных с достаточной точностью в широком диапазоне углов фаз, позволяющих уверенно его проследить. Так, Коро-хин и др. (2007) выполнили новую калибровку старых данных интегральной спектрофотометрии Rougier (1933), а также Lane, Irvine (1973), что позволило оценить изменение наклона спектра в диапазоне длин волн 360—1060 нм от угла фазы для всего видимого полушария Луны. Эти данные подтверждают, что лунная поверхность краснеет с ростом фазового угла. Кроме этого, Корохин и др. (2007) указывают на немонотонное изменение наклона спектра: наличие у кривой минимума при фазовом угле ~10° и максимума в районе 55°. Измерения фазового хода показателя цвета по данным космической миссии SELENE были недавно проведены группой японских исследователей для материковых участков на обратной стороне Луны (Yokota и др., 2009). Получены синтетические зависимости показателей цвета 1000/750, 1250/750, 1550/750, 1680/750 нм в диапазоне 0°—85°. Амплитуда фазового хода показателя цвета 1000/750 нм согласуется с данными КА Clementine, также подтверждается немонотонность фазовой зависимости цвета с максимумом а « 65°.
Лабораторная колориметрия образцов лунного грунта и их аналогов
Одной из первых и основополагающих работ по лабораторному исследованию фазовой зависимости показателя цвета порошкообразных образцов различных силикатов, возможных аналогов грунта небесных тел, можно считать работу (Adams, Filice, 1967). В частности, указанными авторами было показано, что порошки базальта и некоторых других пород демонстрируют максимум показателя цвета С(600/400 нм) при больших фазовых углах. Немонотонный ход функции С(а) для малых фазовых углов был впервые обнаружен у образцов лунного грунта в работах (O'Leary, Briggs, 1970; 1973). Наличие минимума у зависимости С(600/400 нм) от а в диапазоне а « 5°—15° для морского грунта показано в рабо-
тах (Akimov и др., 1979; Акимов и др., 1980; Шкура-тов и др., 1996).
В работах (Gradie и др., 1980a; 1980b) изучалось влияние геометрии светорассеяния на поведение спектров отражения разнообразных порошкообразных образцов. Были исследованы метеориты-хондриты, базальт разного состава, пироксен и желтая сера. В частности, было показано, что колор-индекс образца пироксена по мере увеличения фазового угла от 4° до 60° увеличивается, примерно на 10%, а затем покраснение уменьшается и происходит существенное снижение контраста спектральных полос поглощения (особенно при очень больших углах фазы, например, при а = 120°). У базальта с альбедо 22% максимум показателя цвета наблюдается при фазовом угле 90°—100°. На основании данных (Gradie и др., 1980a, 1980b) была выявлена тенденция, что у более темных образцов максимум у фазовой зависимости С(700/400 нм) находится на больших а, чем у светлых, что также согласуется с работой (Adams, Filice, 1967).
Уточненные зависимости показателя цвета С(650/430 нм) от а для лунных образцов из мест посадок КА Луна-16, -20, -24 представлены в работе (Шкуратов и др., 1996). Авторы указывают на разные зависимости C(u) для образцов различного гранулометрического состава. Сравнение образцов морского (КА Луна-16) и материкового (КА Луна-20) грунта показывает разный ход C(а) как для малых (<15°), так и больших (>50°) углов фаз. Указывается, что максимум зависимости C(а) может наблюдаться для углов (а > 60°). В среднем при изменении а от 0° до 60° колор-индекс образцов изменяется на 5%—7%.
Лабораторные измерения спектров образцов грунта, доставленных в ходе миссий Apollo-11, -12, -14, -16, проведены для различной геометрии светорассеяния в работе (Pieters и др., 1991). Спектры измерялись в диапазоне от 350 до 2500 нм для фазовых углов 10°—110°. Тенденция увеличения наклона спектров этих образцов лунного грунта с увеличением фазового угла уверенно подтвердилась. У зависимости C(а) для длин волн видимого диапазона наблюдается широкий плоский максимум при а = 60°—100° (зависит от образца). Было отмечено, что при приближении к оппозиционной геометрии светорассеяния (а —0) уменьшается спектральный контраст в полосах поглощения на 1000 и 2000 нм.
Суммируя результаты лабораторных исследований фазового хода показателя цвета и данные телескопических и космических измерений Луны, отметим, что геометрия светорассеяния в эксперименте заметно влияет на спектральные кривые. Детальный вид функции C(а) несколько разный у образцов морского и материкового грунта. Вопрос о немонотонности функции C(а) для различных районов лунной поверхности остается открытым. Таким образом, необходимо дополнительно изучить распределение показателя цвета по лунной поверх-
ности при разных фазовых углах. Результаты такой работы будут, в частности, полезны при калибровке спектральных космических данных, полученных КА Change-1, SELENE, Chandrayaan-1 и LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter). В данной работе мы картографируем распределения фазовых отношений показателя цвета С(а1)/С(а2) для двух лунных регионов, используя данные телескопических наблюдений. Полученные распределения позволяют судить об относительных фазовых вариациях показателя цвета для разных типов поверхности Луны.
ИСХОДНЫЕ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И ИХ ОБРАБОТКА
Телескопические наблюдения Луны проводились с использованием цифровой фотокамеры; строились изображения фазовых отношений показателя цвета С(600/470 нм) для различных фазовых углов в интервале от 2° до 95°.
Наблюдательный материал. Наблюдения Луны были выполнены в сентябре—октябре 2006 г. на Майданакской высокогорной обсерватории (Узбекистан) с отличн
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.