Химически состав веществ луны

ХИМИЯ ЛУНЫ И ЛУН

Из чего сделана Луна

ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЙ (1610)

Начало нового этапа в изучении Луны датируется вторым января 1959 года. В этот день к Луне ринулась первая советская ракета. Началось изучение Луны средствами космонавтики. Вспомним главные события, предшествующие рождению селенохимии.

В феврале 1966 г. советская автоматическая станция «Луна-9» впервые в истории совершила мягкую посадку на лунную поверхность. Изображения, переданные станцией на Землю, показали, что поверхность Луны состоит из мелких частиц твердого вещества и что на этой сравнительно плотной поверхности рассеяны камни до 10-20 см в поперечнике.

Химический анализ лунного грунта произвела в марте 1966 г. советская станция «Луна-10». С помощью бортового гамма-спектрометра станция измерила гамма-излучения лунных пород и установила, что лунные моря сложены из базальтов. Станция «Луна-12» с орбиты искусственного спутника Луны обнаружила рентгеновское излучение магния и алюминия, входящих в состав лунного грунта.

Достаточно полный химический анализ лунных пород (по рассеянию а-частиц) провели американские станции типа «Сервейор». Вот какие были получены результаты (в %):

Из этих данных видно, что материковый грунт содержит меньше железа и больше алюминия, чем морской.

Годы 1969 и 1970 отмечены в истории человечества двумя важнейшими событиями — первой высадкой людей на Луку («Аполлон-11», 20 июня 1969 г.) и первой доставкой с Луны на Землю проб лунного грунта, взятого космическим автоматом («Луна-16», 20 сентября 1970 г.). Эти великие свершения положили начало непосредственному изучению соседнего небесного тела.

В последующие годы с Луны на Землю людьми и автоматами было доставлено лунное вещество из восьми районов. Пять из них приходятся на лунные моря, три — на материки. Следует заметить, что в феврале 1972 г. автоматическая станция «Луна-20» успешно взяла пробы в труднодоступном для космонавтов горном районе Луны. Немалую роль в изучении лунного мира и состава лунного грунта сыграли советские «луноходы» (1970, 1973 гг.).

Чем же обогатило науку изучение образцов лунного вещества, доставленного в земные лаборатории? Прежде всего отметим, что лунный грунт (иначе называемый реголитом) — материал рыхлый, переработанный при падении на Луну и взрывах множества мелких и крупных метеоритов. Толщина реголита в разных районах неодинакова и в целом составляет от 3 до 6 метров. Материковый грунт светлее, грунт морских территорий темнее, что объясняется различием пород, его составляющих. Повсюду на поверхности Луны встречаются камни и глыбы, иногда исполинских размеров (до 2 км в поперечнике). Эта особенность лунного рельефа свидетельствует о процессах дробления лунной поверхности, сопровождающих всю историю Луны. Часть лунных камней — это вулканические бомбы, состоящие из изверженных пород. Они представлены двумя типами: базальтами на морских впадинах и анортозитами на материках.

Районы Луны, в которых были взяты пробы грунта (отмечены косыми крестами)

Лунные базальты — вулканические кристаллические образования со средней плотностью 3,19 г/см3. Они имеют сложный минералогический состав (полевой шпат, оливин, пироксены и другие минералы). При ударах метеоритов о лунную поверхность развиваются весьма высокие температуры, за счет чего образуются куски разноцветных стекол, найденных в лунном веществе.

Анортозиты состоят главным образом из минерала анортита, имеющего более светлую окраску, чем базальты. В анортозитах также встречаются следы метеоритной бомбардировки в виде примеси всевозможных стекол.

Следует отметить, что лунные пробы содержат много минералов, обогащенных такими тугоплавкими элементами, как хром, титан и цирконий. Некоторые из минералов привнесены в лунный грунт метеоритами. Для наглядности приведен минералогический состав и плотность (в г/см3) наиболее типичных лунных пород, доставленных с трех морских территорий (по А. Л. Туркевичу, 1971):

Любопытно, что в лунном веществе удалось обнаружить такие минералы, какие не встречаются ни на Земле, ни в метеоритах. К ним относится армолколит (Fe, Mg)Ti2O5, названный так в честь Нейла Армстронга, первого человека, ступившего на Луну; транквиллитит Fe3(Zr,Y)2Ti3Si3О24 и другие экзотические минералы.

Химический состав морских и материковых проб, как уже отмечалось, различен. В первых больше железа, хрома, титана, кальция, марганца, но меньше алюминия. По сравнению с метеоритами лунный грунт значительно обогащен такими, например, элементами, как стронций, цирконий, кадмий, углерод (графит), тантал, уран,и обеднен такими легколетучими элементами, как медь, цинк, никель, кобальт. По-видимому, это указывает на то, что первичная эволюция лунного мира происходила при высоких температурах. Судя по наиболее древним лунным пробам, возраст Луны как космического тела близок к 4,5 млрд. лет.

Хотя вода в лунном грунте практически не найдена, выяснилось, что лунное вещество содержит органогенные элементы, которые, в принципе, могли бы служить химической основой для формирования в условиях космоса более сложных органических соединений. К таким органогенным элементам относятся прежде всего углерод, водород и азот. Их содержание в пробах незначительно (сотые доли процента). Тем не менее с помощью высокоточных методов химического анализа в лунном веществе обнаружены (правда, в очень малом количестве) аминокислоты и другие важные для жизни химические соединения.

Так как содержание углерода в лунных образцах оказалось весьма низким, вряд ли на Луне когда-либо существовали какие-либо формы жизни. Примечательно, однако, что лунный грунт неожиданно оказался плодородной почвой для земных растений. На лунном веществе высеивались бобы, томаты, пшеница, сосна и другие земные растения. Все они не только выжили, но в ряде случаев росли даже лучше, чем контрольные образцы на обычной земной почве. Означает ли это, что на Луне все же могут существовать какие-то формы растительности?

Повременим с окончательным ответом. Ведь лунные пробы взяты пока только из восьми точек Луны. Среди них нет ни одной, где наблюдались бы загадочные изменения цвета поверхности, как, скажем, на дне кратера Платон. Может быть, новые пробы опровергнут общепринятые ныне представления о полной безжизненности Луны?

Мощная кора — характерная особенность Луны. Не исключено, что в некоторых районах толщина коры превосходит 100 км. По уточненной модели Луны, приводимой В. Н. Жариковым ( В. Н. Жариков. Внутреннее строение Земли и планет. М., Наука, 1978), лунная мантия делится на верхнюю, среднюю и нижнюю. Первая, непосредственно подстилающая кору, имеет толщину 250 км и, видимо, состоит в основном из двух минералов — оливина и пироксена. Средняя мантия (глубиной от 300 до 800 км), вероятно, состоит из веществ, близких к веществу Луны в первичные эпохи ее существования. Кора, верхняя и средняя мантии составляют твердую литосферу Луны. Ниже, с глубины около 1000 км, начинается нижняя мантия, называемая иначе астеносферой. Здесь при температурах около 1500°С лунное вещество частично находится в расплавленном состоянии. Наконец, в центре Луны имеется расплавленное или полурасплавленное небольшое ядро с радиусом в несколько сотен километров. Судя по многим данным, оно состоит из раствора Fe — FeS.

Несомненно, что эта схема строения лунных недр в дальнейшем по мере изучения Луны будет уточняться. Однако общие черты внутреннего строения лунного мира в ней все же уловлены.

Источник

Луна, лунный грунт и химический состав лунных пород

Луна — спутник Земли, вращающийся от нее на расстоянии 384 тыс. км, чьи размеры и строение приближают его к планетам. Периоды осевого и сидерического вращения вокруг Земли почти равны, из-за чего Луна обращена к нам всегда одной стороной. Вид Луны для земного наблюдателя постоянно меняется в соответствии с ее фазами — новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть. Период полной смены лунных фаз называется синодическим месяцем, который в среднем равен 29,53 земных суток. Он не совпадает с сидерическим (звездным) месяцем, составляющим 27,32 суток, за который Луна делает полный оборот вокруг Земли и одновременно — оборот вокруг своей оси по отношению к Солнцу. В новолуние Луна находится между Землей и Солнцем и не видна с Земли. В полнолуние Земля находится между Луной и Солнцем и Луна видна как полный диск. С позициями Солнца, Земли и Луны связаны солнечные и лунные затмения — положения светил, при которых тень, отбрасываемая Луной, падает на поверхность Земли (солнечное затмение), или тень, отбрасываемая Землей, падает на поверхность Луны (лунное затмение).

Лунная поверхность представляет собой чередование темных участков — «морей», соответствующих плоским равнинам, и светлых участков — «материков», образованных возвышенностями. Перепады высот достигают 12-13 км, самые высокие вершины (до 8 км) расположены у Южного полюса. Многочисленные кратеры размером от нескольких метров до сотен километров имеют метеоритное или вулканическое происхождение (в кратере Альфонс в 1958 г. было обнаружено свечение центральной горки и выделение углерода). Интенсивные вулканические процессы, свойственные Луне на ранних этапах развития, сейчас ослаблены.

Образцы верхнего слоя лунного грунта — реголита, взятые космическими аппаратами и астронавтами, показали, что на поверхность Луны выходят магматические породы основного состава — базальты и анортозиты. Первые характерны для «морей», вторые — для «материков». Низкая плотность реголита (0,8-1,5 г/см3) объясняется его большой пористостью (до 50%). Средняя плотность более темных «морских» базальтов составляет 3,9 г/см3, а более светлых «континентальных» анортозитов — 2,9 г/см3, что выше средней плотности горных пород земной коры (2,67 г/см3). Средняя плотность пород Луны (3,34 г/см3) ниже средней плотности пород Земли (5,52 г/см3). Предполагают однородное строение ее недр и, по-видимому, отсутствие значительного металлического ядра. До глубины 60 км лунная кора сложена теми же породами, что и поверхность. У Луны не обнаружено собственного дипольного магнитного поля.

По химическому составу лунные породы близки к земным и характеризуются следующими показателями (%): SiO2 — 49,1 — 46,1; MgO — 6,6-7,0; FeO — 12,1-2,5; А12О3 — 14,7-22,3; CaO -12,9- 18,3; Na2O — 0,6-0,7; ТiO2 — 3,5-0,1 (первые цифры для грунта лунных «морей», вторые — для материкового грунта). Близкое сходство пород Земли и Луны может указывать на то, что оба небесных тела образовались на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга — pppa.ru. Луна формировалась в околоземном «спутниковом рое» примерно 4,66 млрд. лет назад. Основная масса железа и легкоплавких элементов в это время уже была захвачена Землей, что, вероятно, и определило отсутствие у Луны железного ядра.

Небольшая масса позволяет Луне удерживать лишь очень разреженную атмосферу, состоящую из гелия и аргона. Атмосферное давление на Луне равно 10 -7 атм. в дневное и

10 -9 атм. в ночное время. Отсутствие атмосферы определяет большие суточные колебания температуры поверхности — от -130 до 180 С.

Исследование Луны началось 2 января 1959 г., когда в сторону Луны стартовала первая советская автоматическая станция «Луна-1». Первыми людьми были американские астронавты Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин, прилунившиеся 21 июля 1969 г. на космическом корабле «Аполлон-11».

Источник

Не вызывает сомнения химический состав поверхности Луны

Кажется удивительным, что люди знают из чего состоят планеты , их спутники, астероиды и кометы в наблюдаемой Вселенной, несмотря на тот факт, что они физически посетили только одно место во Вселенной – Луну. Химический состав поверхности Луны также не оказался особенным.

Состав Луны похож на нашу планету:

Кислород составляет 60% коры по весу, а затем 16-17% кремния, 6-10% алюминия, 4-6% кальция, 3-6% магния, 2-5% железа и 1-2% титана.

Все остальные элементы присутствуют в количествах гораздо меньших, чем 1% по весу.

Содержание титана на Луне заметно повышено по сравнению с Землей, в то время как щелочные металлы менее распространены, как углерод и азот.

Известно что наша Земля состоит в основном из железа (32,1 %), кислорода (30,1 %), кремния (15,1 %), магния (13,9 %), серы (2,9 %), никеля (1,8 %), кальция (1,5 %) и алюминия (1,4 %).

Физическая текстура лунных пород представляет еще больший интерес, чем химический состав, потому что текстура раскрывает происхождение лунных поверхностных образований. Особое значение имеет тот факт, что от 85 до 90% массы материала, импортируемого с лунных континентов, составляют брекчии – горная порода из угловатых обломков.

Исследование лунного состава

21 июля 1969 года Нил Армстронг и Базз Олдрин стали первыми людьми, которые ступили на поверхность другого мира. Они ходили по поверхности Луны 2 часа 36 минут и 40 секунд, и только последние полчаса они провели за решением одной из самых важных научных задач – добыче лунного вещества чтобы определить химический состав поверхности Луны.

Используя базовые геологические инструменты, Базз Олдрин вкопал две трубки в лунную поверхность для сбора самых знаменитых в истории проб породы. К тому времени, как они закончили копать и черпать образцы, были собраны 22 килограмма лунных сокровищ. После того как при помощи системы шкивов бесценный научный груз был поднят на борт, они закрыли люк и легли спать. Пока два астронавта спали вместе с драгоценными лунными породами, Соединенные Штаты могли уже обоснованно утверждать, что одержали самую большую и, возможно, самую славную победу в своей истории. В этот момент определение химического состава поверхности Луны стало вполне реальным практически.

Тем не менее, существует один не слишком известный факт: когда лунный модуль «Аполлон-11» отдыхал на спутнике, советский космический корабль плыл по лунной орбите. Беспилотный аппарат «Луна-15» был третьей попыткой Советского Союза высадиться на Луне и собрать образцы лунных пород. Запущенный за три дня до «Аполлона-11», «Луна-15» была последней попыткой одержать верх в научной гонке и вернуться из другого мира с образцами горных пород. И хотя «Луна-15» успешно начала свой спуск на Луну она, к сожалению, вскоре после этого врезалась в её поверхность. И только «Аполлон-11» вернулся с Луны с породами, которые по сегодняшний день изучаются в хорошо защищенной лаборатории лунных образцов в Хьюстоне (штат Техас).

Советский Союз не прекратил программу и первым советским автоматическим аппаратом, доставившим лунное вещество для определения химического состава поверхности Луны (после Аполлона-11, Аполлона-12) стала «Луна-16» (12—24 сентября 1970 года).

Несмотря на пятьдесят лет исследований, одно было ясно почти с самого начала: по этим бесценным образцам чужой породы стало ясным что химический состав поверхности Луны чрезвычайно похож на тот, который можно собрать на Земле в любое время.

В основном состоят из общих породообразующих элементов: кислорода, кремния, магния, железа, кальция и алюминия.

И на поверхности Луны нет абсолютно ничего такого, чего не удалось найти здесь, на Земле.

После успешной миссии «Аполлона-11» и «Луны-16» непилотируемые космические аппараты опускались на Марс и Венеру, забрасывались с парашютом в атмосферу Юпитера, «приземлялись» на спутнике Сатурна Титане, а также посетили астероиды Эрос, Итокава, комету Темпеля, осуществили посадку на комету 67P (Чурюмова -Герасименко).

В результате этих мероприятий космического состава мы знаем из чего состоит Луна и небесные тела в целом.

Состав планет

Состав повторяется: вся Солнечная система и химический состав метеоритов подтверждает что всё состоит из того же материала, что и Земля.

На сегодняшний день восемь посадок на ближайшую к нам планету Марс позволили изучить «геологию» планеты в мельчайших подробностях. Теперь люди знают из чего состоит Марс: он богат железом, которое окисляется и образует знакомый нам ржаво красный цвет, и что марсианский грунт слегка щелочной и содержит магний, натрий, калий и хлориды.

Люди знают из чего состоят другие планеты: толстая атмосфера Венеры полна серы, а Меркурий — большой металлический шар из железа с тонкой коркой, состоящей в основном из кремния.

Даже на самом краю Солнечной системы, за миллиарды километров от Земли, люди обнаружили, что Нептун богат органическими молекулами, такими как метан — вещество, которым изобилует Земля.

Снова и снова мы находим так много всего в Солнечной системе, достойного быть открытым, но мы никогда не находим новых элементов. С научной точки зрения это неудивительно, потому что уже давно таблица Менделеева показала, что для других легких элементов в природе не осталось места — мы обнаружили полный их набор.

Потребуется изменение законов физики, чтобы обнаружить нечто на поверхности другого мира, не вписывающееся в таблицу Менделеева из химического состава поверхности Луны и других небесных объектов.

Источник