АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2012, том 46, № 4, с. 271-281
УДК 523-34
ПОВЫШЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЖЕЛЕЗА В СКЛОНОВЫХ ОСЫПЯХ
НЕКОТОРЫХ ЛУННЫХ КРАТЕРОВ © 2012 г. Я. Лу, В. В. Шевченко
Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Москва Поступила в редакцию 14.07.2011 г.
На основании первых снимков отдельных участков лунной поверхности, полученных КА Chang'e-2, и материалов крупномасштабной съемки с борта КА LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), дополненных дистанционными спектральными измерениями, проведенными с борта КА Clementine, исследованы склоновые перемещения материала в лунных кратерах Даниель, Бюрг и Мори А. Установлено, что несмотря на существенно различный возраст формирования этих кратеров, склоновые образования имеют сходную структуру и отличаются повышенным содержанием железа в поверхностном слое грунта. Для всех объектов характерно увеличение содержания FeO до 20 вес. % на глубинах несколько сотен метров от поверхности. Материал склоновых структур отличается низкой степенью зрелости. По предварительным оценкам с использованием оптического параметра зрелости и спектрополяриметрического индекса зрелости наиболее свежие склоновые образования могут иметь экспозиционный возраст от нескольких десятков до нескольких лет.
ВВЕДЕНИЕ
Подробное изучение природы склоновых осыпей в лунных кратерах, которые можно отнести к современным процессам, наблюдаемым на Луне, было начато авторами в предыдущих работах (Shevchenko и др., 2007; 2011; Lu и др., 2011; Шевченко и др., 2012). В ходе изучения особенностей этих образований было установлено, что в ряде случаев происходит обнажение структур или подповерхностных слоев лунного реголита, отличающихся по содержанию железа.
Известно, что для лунных пород имеет место значительное влияние железа на отражательную способность как основного хромофорного компонента. В работе Shkuratov и др. (1999a) тесная корреляция содержания железа с оптическими характеристиками покровного вещества была подробно изучена в масштабах видимого полушария. В качестве тестовых участков авторы работы использовали районы посадок автоматических и пилотируемых космических аппаратов. Эти результаты получили свое дальнейшее развитие и подтверждение в работе Pieters и др. (2002), где с высокой точностью было показано, что обогащенные железом пироксены являются оптически наиболее активными компонентами лунного грунта. Согласно результатам этой работы было окончательно установлено, что спектральная полоса поглощения пироксенов около 1 мкм является надежным параметром при идентификации химического состава лунного поверхностного материала по дистанционным спектральным измерениям.
Подобная тенденция зависимости оптических свойств лунного грунта от наличия минералов, обогащенных железом, подтверждается и при сравнительном анализе данных, полученных с высоким разрешением, вплоть до изучения индивидуальных образцов тонкозернистой фракции реголита (Le Mouelic и др., 2000).
С другой стороны, в работах (Shevchenko и др., 2007; 2011; Lu и др., 2011; Шевченко и др., 2012) было отмечено, что в ряде случаев наблюдается уверенная корреляция между содержанием железа в склоновом материале и степенью его зрелости, которую количественно можно выразить также через величину экспозиционного возраста.
Таким образом, изучение аномалий повышенного содержания железа в склоновых осыпях лунных кратеров может послужить в качестве дальнейшего шага к более полному пониманию эволюционных процессов на поверхности Луне.
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В работе Shkuratov и др. (2003) приводятся фотокарты, моделирующие оптические характеристики, а также распределение железа и пироксе-нов в поверхностных породах и степень зрелости грунта в северо-западной части видимого полушария Луны по данным КА Clementine и результатам исследований образцов, доставленных на Землю. Авторы, в частности, отмечают, что выполненная систематизация данных приводит к выводу, что у молодых кратеров в окружающем их поле выбросов выявляется более высокое содержание пироксенов по сравнению с окружающей
Рис. 1. Северо-западная область видимого полушария Луны. Кратеры Даниель (Daniell) — 1, Бюрг (Buig) — 2, Мори А (Maury A) — 3. Мозаика снимков, полученных широкоругольной камерой КА LRO. Источник: http://wms.lroc.asu.edu/lroc.
поверхностью. Объяснение подобной особенности авторы видят в том, что в течение короткого времени возраста экспозиции сравнительно прозрачный материал выбросов (например, пироксе-ны) существенно менее подвержен воздействию процесса агглютинации, в результате чего замедляется рост реальных признаков зрелости.
Результаты работы Shkuratov и др. (2003) были получены на основе спектральных исследований с использованием изображений северо-западной части видимого полушария Луны по снимкам, полученным с борта КА Clementine с разрешением около 100 м/пиксель.
Авторы данной статьи получили возможность проанализировать процессы осыпания склонов некоторых кратеров примерно в той же области Луны по снимкам с разрешением лучше чем 7 м/пиксель, полученным в процессе выполнения орбитальных съемок с борта КА Chang'e-2 (http://moon.bao.ac.cn). На рис. 1 показан общий район исследований и конкретные объекты, подвергнутые детальному анализу.
Исследуемые кратеры относятся к различным эпохам формирования. Кратер Даниель (35.39° с.ш., 31.14° з.д.) имеет поперечник 28.2 км и, согласно геологическим признакам, относится к эратосфеновскому периоду истории Луны (Scott, 1972). Кратер Бюрг (44.99° с.ш., 28.20° з.д.) достигает размеров 40.7 км и относится по времени формирования к коперниковскому периоду лунной истории (Scott, 1972). Кратер Мори А (35.96° с.ш., 41.87° з.д.) имеет диаметр 21.1 км. Согласно геологической интерпретации, кратер возник на стадии наиболее поздних лавовых морских расплавов в имбрийский период истории Луны (Grolier, 1974).
ХАРАКТЕР СКЛОНОВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ В КРАТЕРЕ ДАНИЕЛЬ
В работе Шевченко и др. (2012) было обнаружено, что такие аномальные явления, как движение по склону внутри кратера тонкодисперсного материала, отличаются характером зависимости степени отражательной способности (альбедо) от содержания железа (пироксенов). Потоки материала на склонах кратера Рейнер, имеющие согласно спектральным дистанционным данным повышенное содержание железа, резко выделялись высокой яркостью покровного вещества, что не согласуется с общей закономерностью, наблюдаемой на Луне.
В данном исследовании авторы попытались продолжить анализ этого явления на основе новых исходных данных. Кратер Даниель, как было уже указано, так же как и кратер Рейнер, относится к эратосфеновскому периоду лунной истории. Разница между этими объектами состоит в том, что кратер Рейнер сформировался на фоне типично морского ландшафта в восточной части Океана Бурь. Кратер Даниель расположен в зоне переходного ландшафта. Окружающая кратер местность, согласно геологическим признакам, имеет значительные включения материкового материала, выброшенного в процессе формирования кратера Посидоний (Posidonius), расположенного к югу от кратера Даниель (Scott, 1972).
На рис. 2 отмечены образования на валу кратера Даниель (1—3), которые исследовались более подробно. Районы 1 и 2 по форме подобны обнаруженным ранее образованиям оползневого характера (Шевченко и др., 2012), которые, по-видимому, являются в известной степени распространенными в лунных кратерах.
Область 1 по морфологическим признакам идентична типичным образованиям склонового типа. В данном случае область 1 наблюдается при высоком Солнце (местный фазовый угол 28°).
На рис. 3 приводится фрагмент изображения, полученного КА LRO, содержащий большую
Рис. 2. Изображение кратера Даниель, полученное с борта КА СИа^'е-2 23.10.2010 г. с высоты 100 км. Разрешение изображения около 7 м/пиксель. Источник: http://moon.bao.ac.cn.
часть области 1. Следует отметить высокое альбедо покровного вещества и внешние признаки его сыпучести. Очевидным признаком сыпучести материала является протяженность потоков при сравнительно незначительном угле склона. Общая протяженность показанного на рис. 3 потока составляет более 5 км. Сравнительно тонкий слой мелкодисперсного материала, хотя и перекрывает нижележащие структуры, тем не менее, не скрывает рельеф подстилающей поверхности. Стрелкой указано направление склона вала кратера, средний уклон которого в данной области составляет 17°—18°.
Особый случай представляет область 2, наблюдаемая при очень низком Солнце, что позволяет выявить некоторые структурные особенности и интерпретировать их с точки зрения физико-механических свойств поверхностного вещества.
На рис. 4 приводится фрагмент изображения М106676104Я, полученного узкоугольной камерой КА LRO, 04.09.2009 г.
Угол склона в данной области вала составляет около 20° ^и и др., 2011). С учетом известных
условий съемки, местный фазовый угол равен 67°. Протяженность показанного яркого образования, распространяющегося вниз по склону, достигает 1720 м при максимальной ширине 520 м. Общая яркость снимка искусственно завышена с тем, чтобы различалась волнистая структура подложки.
Образование уверенно отождествляется на фоне практически затененного склона. Относительно высокая яркость изучаемого потока при местных значениях фазового угла 60°—70°, прежде всего, свидетельствует об отсутствии заметного влияния теневой функции. При данном разрешении снимка эта особенность яркого материала свидетельствует о его сравнительной мелкозернистости.
Иной характер, по-видимому, имеет область 3. Внешние признаки этой местности весьма напоминают зоны отрыва крупномасштабных оползней, в которых обрушение материала обнажает подповерхностные слои реголита.
С использованием спектральной съемки кратера Даниель, проведенной с борта КА Clementine, можно получить дистанционную оценку содержания железа (пироксенов) в поверхностном слое исследуемого материала. В данном случае был использован метод, разработанный Lucey и др. (2000a; 2000b), и успешно примененный Shku-ratov и др. (1999; 2003) для дистанционного анализа состава и зрелости поверхностных пород Луны.
Н
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.