Пылевое облако у луны

Учёные выяснили, откуда взялось пылевое облако вокруг Луны

18-05-2018, 12:09 | Наука и техника / Космические исследования | разместил: Редакция ОКО ПЛАНЕТЫ | комментариев: (0) | просмотров: (1 168)

Учёные выяснили, откуда взялось пылевое облако вокруг Луны

Исследователи НИУ ВШЭ совместно с коллегами из ИКИ, МФТИ и Университета штата Колорадо выяснили откуда берется плазменно-пылевое облако, окружающее Луну и простирающееся на нескольких сот километров над ней.

Межпланетное пространство Солнечной системы заполнено пылевыми частицами, они присутствуют в плазме ионосфер и магнитосфер планет, в окрестностях космических тел, не имеющих собственной атмосферы. Нет пыли только на Солнце и в непосредственной близости от него — из-за высоких температур.

Лунная пыль

«Во время космических миссий аппаратов «Surveyor» и кораблей «Apollo» к Луне было замечено, что солнечный свет рассеивается в области терминатора, а это в свою очередь приводит к формированию лунных зорь и стримеров над поверхностью (несмотря на отсутствие атмосферы). Рассеяние света наиболее вероятно происходит на заряженных пылевых частицах, источником которых служит поверхность Луны. Косвенные свидетельства о существовании лунного плазменно-пылевого облака были получены и во время советских экспедиций «Луна-19» и «Луна-22», — рассказывает один из авторов исследования Сергей Попель, доктор физико-математических наук, профессор факультета физики НИУ ВШЭ, заведующий лабораторией плазменно-пылевых процессов в космических объектах ИКИ РАН.

В своей работе авторы рассматривают возможность образования плазменно-пылевого облака над Луной вследствие ударов метеороидов о лунную поверхность. Данные, полученные на основе этой теории, соответствуют результатам экспериментальных исследований, выполненных в рамках американской миссии LADEE («Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer»). Вокруг Луны в радиусе нескольких сот километров присутствует облако субмикронной пыли. Измерения характеристик пыли проводились с помощью ударного ионизационного датчика пыли LDEX, он позволяет напрямую детектировать пылевые частицы на орбите космического аппарата. Цель эксперимента состояла в том, чтобы определить распределение пылевых частиц по высотам, размерам и концентрациям над различными участками лунной поверхности. Данные полученные во время эксперимента LADEE дали толчок для продолжения теоретических исследований, начатых сотрудниками ИКИ ранее. Специалисты получили возможность сравнить свои расчёты с экспериментальными данными. Оказалось, они согласуются, в частности, это касается скорости движения частиц и их концентрации.

Новая модель

«Концентрация частиц плазменно-пылевого облака в наших расчётах, не противоречит экспериментальным данным. На поверхность Луны обрушивается непрерывный поток метеороидов: микронных, миллиметровых размеров. Поэтому, с поверхности фактически непрерывно выбрасывается вещество, часть его находится в расплавленном состоянии. Поднимаясь над поверхностью Луны, жидкие капли расплава затвердевают и в результате взаимодействия, в частности, с электронами и ионами солнечного ветра, а также с солнечным излучением приобретают электрические заряды. Некоторые частицы покидают Луну и улетают в космос. А те частицы над лунной поверхностью, которым «не хватило скорости» и составляют плазменно-пылевое облако», — объясняет Сергей Попель.

Во время экспериментов LADEE было обнаружено скачкообразное возрастание концентрации пыли при взаимодействии некоторых ежегодных метеорных потоков с Луной. Особенно данный эффект проявлялся во время высокоскоростного метеорного потока Геминиды. Все это подтверждает связь между процессами формирования пылевого облака и соударениями метеороидов с поверхностью Луны. Теории, в которых говорится, что пылевые частицы поднимаются над поверхностью Луны за счет электростатических процессов, например, так называемая фонтанная модель, не могут объяснить факты подъема пыли на большие высоты и, соответственно, формирования наблюдаемого в рамках LADEE плазменно-пылевого облака. Новая статья, посвященная этому феномену, представлена в Journal of Physics: Conference Series.

Заключение

Автор работы добавляют, что потребуются дополнительные исследования, пока что представлена простая модель, которая требует доработки. Например, произвести расчёты учитывая рельеф поверхности — когда частицы поднимаются под разным углом. В ближайшее время в России планируется запуск лунных миссий, это Луна-25 и Луна-27, на них установят оборудование, которое будет исследовать пыль у поверхности Луны. Возможно, теоретические расчёты будут дополнены с учётом новых экспериментальных данных.

Источник

Лунные облака получили объяснение

Российские ученые вместе с американскими коллегами выяснили, откуда берется плазменно-пылевое облако, окружающее Луну и простирающееся на несколько сот километров над ней. Сверив теоретические расчеты и экспериментальные данные, ученые сделали вывод, что его с большой долей вероятности составляет вещество, поднявшееся с поверхности Луны в результате падения мини-астероидов — метеороидов. Статья представлена в Journal of Physics: Conference Series.

«Во время космических миссий аппаратов Surveyor и кораблей Apollo к Луне ученые заметили, что солнечный свет рассеивается в области терминатора (границы между освещенной и темной половинами небесного тела), а это, в свою очередь, приводит к формированию лунных зорь и стримеров (вытянутые яркие шлемообразные структуры с открытой вершиной, формирующиеся над поверхностью небесного тела, — прим. Indicator.Ru) над поверхностью, даже несмотря на отсутствие атмосферы, — рассказывает один из авторов исследования Сергей Попель из НИУ ВШЭ и ИКИ. — Рассеяние света наиболее вероятно происходит на заряженных пылевых частицах, источником которых служит поверхность Луны. Косвенные свидетельства о существовании лунного плазменно-пылевого облака были получены и во время советских экспедиций Луна-19 и Луна-22».

В своей работе авторы рассматривают, насколько возможно то, что плазменно-пылевое облако над Луной образовалось из-за того, что о лунную поверхность ударялись метеороиды, то есть тела существенно меньше астероидов, но гораздо больше пыли. Данные, полученные на основе этой теории, соответствуют результатам экспериментальных исследований, выполненных в рамках американской миссии LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer, исследователь лунной атмосферы и пылевого окружения, — прим. Indicator.Ru).

Вокруг Луны в радиусе нескольких сот километров присутствует облако пыли субмикронного размера. Характеристики пыли астрономы проводили с помощью ударного ионизационного датчика пыли LDEX, он позволяет напрямую выявлять пылевые частицы на орбите космического аппарата. Цель эксперимента состояла в том, чтобы определить распределение пылевых частиц по высотам, размерам и концентрациям над различными участками лунной поверхности. Данные, полученные во время эксперимента LADEE, дали толчок для того, чтобы продолжить ранее начатые теоретические исследования. Специалисты смогли сравнить свои расчеты с экспериментальными данными. Оказалось, что они согласуются, в частности, это касается скорости движения частиц и их концентрации.

«Концентрация частиц плазменно-пылевого облака в наших расчетах не противоречит экспериментальным данным. На поверхность Луны обрушивается непрерывный поток метеороидов: микронных, миллиметровых размеров, — объясняет Сергей Попель. — Поэтому с поверхности фактически непрерывно выбрасывается вещество, часть его находится в расплавленном состоянии. Поднимаясь над поверхностью Луны, жидкие капли расплава затвердевают и в результате взаимодействия, в частности, с электронами и ионами солнечного ветра, а также с солнечным излучением приобретают электрические заряды. Некоторые частицы покидают Луну и улетают в космос. А те частицы над лунной поверхностью, которым не хватило скорости, и составляют плазменно-пылевое облако».

Во время экспериментов LADEE астрономы обнаружили, что концентрация пыли скачкообразно возрастает при взаимодействии некоторых ежегодных метеорных потоков с Луной. Особенно этот эффект проявлялся во время высокоскоростного метеорного потока Геминиды. Все это подтверждает связь между процессами формирования пылевого облака и соударениями метеороидов с поверхностью Луны. Теории, в которых говорится, что пылевые частицы поднимаются над поверхностью Луны за счет электростатических процессов, например, так называемая фонтанная модель, не могут объяснить, почему пыль поднимается на большие высоты и, соответственно, почему формируется плазменно-пылевое облако.

Авторы работы добавляют, что потребуются дополнительные исследования, пока что представлена простая модель, которая требует доработки. В частности, необходимо произвести расчеты с учетом рельефа поверхности, из-за чего частицы поднимаются под разным углом. В ближайшее время в России планируется запуск лунных миссий, это Луна-25 и Луна-27, на них установят оборудование, которое будет исследовать пыль у поверхности Луны. Возможно, теоретические расчеты будут дополнены с учетом новых экспериментальных данных.

Источник

Журнал «Все о Космосе»

Учёные выяснили, откуда взялось пылевое облако вокруг Луны

Лунная пыль

Измерения характеристик пыли проводились с помощью ударного ионизационного датчика пыли LDEX, он позволяет напрямую детектировать пылевые частицы на орбите космического аппарата. Цель эксперимента состояла в том, чтобы определить распределение пылевых частиц по высотам, размерам и концентрациям над различными участками лунной поверхности. Данные полученные во время эксперимента LADEE дали толчок для продолжения теоретических исследований, начатых сотрудниками ИКИ ранее. Специалисты получили возможность сравнить свои расчёты с экспериментальными данными. Оказалось, они согласуются, в частности, это касается скорости движения частиц и их концентрации.

Новая модель

Заключение

Источник

Лунная пыль смертельно опасна для человека. Спутник Земли не подходит для колонизации?

Ученые выяснили, что лунная пыль смертельно опасна для человеческого организма. Вещества в ее составе могут спровоцировать развитие онкологического заболевания. Это значит, что спутник нельзя колонизировать? Рассказываем все, что известно о новом открытии.

Что такое лунная пыль?

Когда Нил Армстронг (Neil Armstrong) и Базз Олдрин (Buzz Aldrin) вернулись с Луны, в багаже у них было более 20 килограммов лунной почвы и камней, которые были упакованы в алюминиевый контейнер с уплотнителями.

Благодаря им внутри поддерживалось низкое давление — как на лунной поверхности. Но когда контейнер попал к ученым в космический центр Хьюстона, они обнаружили, что эти уплотнения разрушила лунная пыль.

Лунная пыль мелкая, как порошок, но она режет не хуже стекла. Пыль эта образуется при падении на лунную поверхность метеоритов. Они раскаляют и размельчают скальные породы и почву, которые содержат кварц и железо.

А поскольку на Луне нет ветра и воды, чтобы закруглить режущие края, крошечные крупинки очень острые и имеют зазубрины. И они прилипают почти ко всему.

Агрессивная природа лунной пыли представляет собой более серьезную проблему для инженеров и для здоровья поселенцев, чем радиация. Эта пыль пачкала скафандры и слоями снимала подошвы лунных ботинок. За шесть полетов «Аполлонов» низкое давление не удалось сохранить ни в одном контейнере с лунной породой. Пыль проникала вслед за астронавтами и вовнутрь космических кораблей. По словам Шмитта, она пахла порохом, и из-за нее было трудно дышать.

Гарриосн Шмитт, астронавт из экипажа «Аполлона-17»

Где находится лунная пыль?

Пыль не просто покрывает поверхность Луны, она поднимается почти на стокилометровую высоту над ней, составляя часть ее экзосферы, где частицы привязаны к Луне силой притяжения, но расположены настолько редко, что почти никогда не сталкиваются.

В 1960-е годы зонды Surveyor сняли сверкающее облако, которое во время восхода солнца плыло прямо над лунной поверхностью. Позднее астронавт «Аполлона-17» Джин Сернан (Gene Cernan), облетая Луну, зафиксировал аналогичное явление в области резкой линии, где лунный день встречается с ночью, назвав его «Терминатор». Сернан сделал несколько зарисовок, показав, как меняется пылевой ландшафт.

Сначала потоки пыли поднимались с поверхности и зависали, а потом образовавшееся облако стало видно отчетливее, когда космический корабль приблизился к зоне дневного света. А поскольку ветра для формирования облака не было, его происхождение осталось загадкой. Есть предположение, что такие облака состоят из пыли, но никто не понимает, как они формируются и почему.

Возможно, на линии дня и ночи образуется электрическое поле, когда солнечный свет встречается с тенью. Оно вполне может поднять частицы пыли вверх. Физик из Колорадского университета в Боулдере Михали Хораньи (Mihály Horányi) продемонстрировал, что лунная пыль действительно может реагировать на такие электрические поля.

Однако у него есть подозрения, что этот механизм недостаточно мощен, чтобы удерживать таинственные сверкающие облака в пространстве.

Откуда появляется лунная пыль?

Луна состоит из коры, мантии (астеносферы), свойства которой различны и образуют четыре слоя, кроме того, переходной зоны между мантией и ядром, а также самого ядра, которое имеет внешнюю жидкую и внутреннюю твердую части. Атмосфера и гидросфера практически отсутствуют.

Поверхность Луны покрыта реголитом — смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате столкновений метеоритов с лунной поверхностью. Ударно-взрывные процессы, сопровождающие метеоритную бомбардировку, способствуют взрыхлению и перемешиванию грунта, одновременно спекая и уплотняя частицы грунта. Толщина слоя реголита составляет от долей метра до десятков метров.

Состав почвы Луны

Состав лунного грунта существенно отличается в морских и материковых районах Луны. В лунных породах мало воды. Луна также обеднена железом и летучими компонентами.

В лунном реголите также очень много кислорода, входящего в состав оксидов, причем самым распространенным из последних является диоксид кремния— 42,8%. АМС «Луна-20» доставила грунт из материкового района, «Луна-16» из морского.

Поверхность Луны можно разделить на два типа:

очень старая гористая местность (лунные материки),
относительно гладкие и более молодые лунные моря.

Лунные «моря», которые составляют приблизительно 16% всей поверхности Луны, — это огромные кратеры, возникшие в результате столкновений с небесными телами, которые были позже затоплены жидкой лавой. Большая часть поверхности покрыта реголитом. Из-за влияния гравитационного момента при формировании Луны, ее «моря», под которыми лунными зондами обнаружены более плотные, тяжелые породы, сконцентрированы на обращенной к Земле стороне спутника.

Лунная пыль опасна?

Все свидетельствует о том, что да.

В рамках нескольких миссий космический корабль «Аполлон» смог доставить на Землю пыль, собранную с поверхности спутника нашей планеты. Специалисты провели исследования и установили, что лунный порошок вступает в негативную реакцию с клетками человеческого организма.

Ученые подвергли ткани сначала грызунов, а потом и людей воздействую аналога лунной пыли. Клеткам это очень не понравилось — примерно 90% в результате погибли.

Само по себе это довольно большая проблема: если в открытом космосе от пыли предохраняет герметичный скафандр, то в будущем, когда выходы станут массовыми, мелкие частицы неизбежно проникнут в искусственно созданную среду.

С учетом того, что мелкая вездесущая пыль доставляла немало проблем космонавтам, обычные люди могут оказаться под угрозой. Инженеры обещают, что в ближайшие годы будут активно работать над тем, чтобы предохранить человечество от этой угрозы.

У астронавтов лунная пыль вызывала раздражение глаз, а у некоторых — гайморит. По словам Юджина Сернана, командира экипажа «Аполлона-17». Она словно поселяется в каждом уголке, в каждой щелочке космического корабля и в каждой поре вашей кожи.

Евгений Слюта, заведующий лабораторией геохимии Луны и планет Института геохимии и аналитической химии РАН

Слюта отметил, что крупные частицы пыли откашливаются, а мелкодисперсная (размером менее 20 микрон) — остается внутри легких. С этим, например, связаны профессиональные заболевания у шахтеров.

Колонизация Луны

Луна является самым близким и лучше всего изученным небесным телом и рассматривается как кандидат для места создания человеческой колонии.

НАСА разрабатывала космическую программу «Созвездие», в рамках которой должна разрабатываться новая космическая техника и создаваться необходимая инфраструктура для обеспечения полетов нового космического корабля к МКС, а также полетов на Луну, создания постоянной базы на Луне и в перспективе полетов на Марс.

Однако по решению президента США Барака Обамы от 1 февраля 2010 года финансирование программы в 2011 году было прекращено.

Российские ученые определили 14 наиболее вероятных точек прилунения. Каждое из мест посадки имеет размеры 30×60 км. Будущие лунные базы находятся на стадии эксперимента, в частности уже проведены первые успешные испытания самозалатывания космических аппаратов в случае попадания в них метеоритов.

В будущем Россия собирается применить на полюсах Луны криогенное (низкотемпературное) бурение для доставки на Землю грунта с вкраплениями летучих органических веществ. Данный метод позволит органическим соединениям, которые заморожены на реголите, не испаряться.

В 2024 году американские астронавты сделают свои первые шаги к Южному полюсу Луны: к территории экстремального света, крайней темноты и замерзшей воды, которая может послужить питательной средой для лунной базы НАСА «Артемида».

Ученые и инженеры помогают НАСА определить точное местоположение концепции базового лагеря «Артемиды». Среди множества факторов, которые космическое агентство должно учитывать при выборе конкретного места, есть две ключевые особенности.

Во-первых, площадка должна находиться под постоянным солнечным светом для питания базы и умеренными резкими перепадами температуры. Во-вторых, она должна обеспечивать легкий доступ к затемненным зонам, в которых может находиться ледяная вода.

Однако новейшие открытия могут затруднить эту работу: астронавтам может понадобится большая защита во время исследования Луны. Кроме этого, к встрече с лунной пылью должен быть готов и корабль.

Источник