Потускневшая луна

Потускневшаялуна

Цитата: Taylor, GJ (March, 41550) Потускневшая луна, PSRD, http : //www.psrd.hawaii.edu/Mar 27 / tarnished-Moon.html.

pdf version PSRD-запятнанный-Moon.pdf

LROC WAC mocsaic of lunar nearside.

Headline Article

Маршировать 30, 66095

— Дистанционный датчик Наблюдения показывают присутствие трехвалентного железа в форме минерала гематита в высоких широтах на Луне, возможно, продукта реакции двухвалентного железа на Луне с кислородом из верхних слоев атмосферы Земли.

Автор G. Джеффри Тейлор

Гавайский институт геофизики и планетологии

Трехвалентное железо (Fe 3 + ) редко встречается в лунных образцах, и при обнаружении его приписывают загрязнению после прибытия на нашу богатую кислородом планету. Однако с использованием данных, полученных с помощью программы Moon Mineralogy Mapper (по прозвищу M ) 3 ) на лунном орбитальном аппарате Индийской организации космических исследований Chandrayaan-1, Шуай Ли (Гавайский университет) и его коллеги из Гавайского университета, Jet Propulsion Лаборатория Калифорнийского университета в Беркли, Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса и Университета Брауна показывают, что минеральный гематит (Fe 2 O 3 ) присутствует на широтах выше 85 Север и Юг на Луне. Красноватый минерал особенно распространен на обращенной к Земле стороне Луны. Используя моделирование переноса излучения и M 3 данных, Ли и его коллеги оценивают, что гематит встречается в виде зерен размером не менее 1 микрометра, и его количество (при обнаружении) колеблется от нескольких весовых процентов до массовые проценты. Учитывая, что лунные породы по своей природе слишком восстановительны, чтобы образовывать трехвалентное железо, присутствие сильно окисленного железа вызывает удивление. Ли и его коллеги предполагают, что источником кислорода могут быть верхние слои атмосферы Земли. Они предполагают, что кислород отрывается от верхних слоев атмосферы и откладывается на поверхности Луны, когда Земля проходит между Солнцем и Луной. Если это правильно, это показывает интересную космическую связь между Землей и Луной.


Справка:

  • Ли, С., Люси, П.Г., Фрэман, А.А., Поппе, А.Р., вс , VZ, Херли, DM, и Шульц, PH (41550) Гематит широко распространен в высоких широтах на Луне, Science Advances, v. 6, eaba 1990, doi: 17. 1940 / sciadv.aba 1972.
  • P Headline Article S Р D представляет: Потускневшая луна – Сводка слайдов (с сопроводительными примечаниями).
  • Уменьшенная Луна

    Одно из бесчисленных увлекательных различий между Землей и Луной – это гораздо более редкое состояние Луны. Это ясно видно в лунных породах, в которых практически все железо находится в степени окисления 2+ (Fe 2+ ), а не 3+. Фактически, многие образцы, собранные миссиями Apollo, содержат крошечные частицы металлического железа (Fe 0 ). Например, потоки лунной базальтовой лавы осаждают мелкие зерна металлического железа на поздней стадии их затвердевания, тогда как земные базальты осаждают магнетит (Fe ) 3 O 4 ), в котором половина железа находится в окислении 3+ государственный. В обоих случаях большая часть железа находится в степени окисления 2+ и находится в минералах, таких как пироксен, оливин и ильменит. Хотя кислород составляет примерно половину Луны (и каменистые части планет земной группы), свободного кислорода, доступного для взаимодействия с другими элементами, на Луне не так много. Количество доступного кислорода в любой каменистой системе можно рассматривать как отношение к парциальному давлению газообразного кислорода, доступного для реакции с компонентами в породе. Концепция выражается термином

    летучесть , который представляет собой парциальное давление с поправкой на неидеальное поведение газа. Это как если бы кислород находился в атмосфере, пронизывающей магму или горную породу. Фактически, летучесть измеряется атмосферным давлением. Эта атмосфера довольно разреженная: в большинстве магм летучесть кислорода составляет от – 17 к 16 – 27 атмосфер давления. (18 – 17 означает, что парциальное давление кислорода составляет одну десятимиллиардную от давления на поверхности Земли.)

    При более высокой летучести кислорода возникает больше Fe 3 + (трехвалентное железо) и менее Fe 2 + (двухвалентное железо) в железосодержащих минералах в горной породе. В некоторых случаях летучесть кислорода настолько мала, что железо встречается в виде Fe 2 + и незаряженное (металлическое) железо. Таковы лунные камни: они содержат крошечные кусочки металлического железа.

    Фотография лунного базальта, сделанная в отраженном свете с помощью оптического микроскопа. Лунный базальт

    , собранные во время Аполлона миссия в декабре 1990, содержит два крупных зерна металлического железа (на фото обозначено «Fe»). Как и все базальты, большая часть породы состоит из пироксена (Px) и плагиоклаза (Pl). Этот высокотитановый базальт содержит много ильменита (FeTiO 3 ), что отражает высокую концентрацию титана в магме. В пробе также присутствует сульфид железа (FeS). (Изображение от А. Г. Тиндла и М. Ананда, Moon Minerals: Visual Guide, стр. [iBook link (pdf) from The Open College] , Открыть Университет, Великобритания. См.

    iBook от Открытого университета для получения дополнительной информации.) Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.

    Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.

    Металлическое железо также широко используется в лунных

    реголит , где он образовался восстановлением Fe 2+ водородом из Солнечный ветер. Это часто создает поразительное распределение крошечных зерен металлического железа в стеклах, образовавшихся в результате ударного плавления щебнистой поверхности Луны. Этот обильный металл показывает, что в целом поверхность Луны сильно восстанавливается из-за присутствия водорода, полученного от Солнца через солнечный ветер. Это неблагоприятная среда для производства гематита, в которой все железо состоит из Fe 3 + .

    Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.

    На этой фотографии частицы лунного реголита, сделанной с помощью сканирующего электронного микроскопа, видны бесчисленные микроскопические частицы металлического железо образуется в результате восстановления оксида железа, присутствующего в стекле, который составляет большую часть частицы. Большинство шариков железа имеют субмикронный размер, но некоторые из них слились, образуя более крупные сферы диаметром до микрометра. (Изображение любезно предоставлено Дэвидом С. Маккеем, Космический центр имени Джонсона НАСА.) Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.

    Гематит на уменьшенном лунном Поверхность

    Итак, лунная поверхность кажется последним местом, где нужно искать минерал, содержащий трехвалентное железо, такой как гематит. Но Шуай Ли и его коллеги отмечают в своей статье, что минералы, содержащие трехвалентное железо, присутствуют в некоторых лунных образцах, один из которых, Аполлон 0026 ударная брекчия расплава прозвали «ржавой скалой». Красноватый цвет возникает из-за присутствия минералов оксида и гидроксида трехвалентного железа, таких как гетит и акагенеит. Оба имеют приблизительную формулу Fe 3 + О (ОН). На момент открытия их присутствие приписывалось эффектам кометных ударов по Луне (кометы имеют много воды) или загрязнению безводных солей земной водой, возможно, даже влажным тихоокеанским воздухом, заполнившим командный модуль. после приводнения.

    [LEFT] Фотография с Аполлона 21 Библиотека изображений, показывающая камень на лунной поверхности, который астронавт Джон В. Янг ударил молотком, чтобы собрать кусок (виден лежащим на поверхности в правом центре), который будет назван образец 70017. [RIGHT] Крупным планом фотография ржавой местности в Аполлоне 18 образец 70017, сделанное в Лунном кураторском центре Космического центра имени Джонсона НАСА. Изображение шириной около 1 см. Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.

    Помимо ржавой породы, намеки на трехвалентное железо были получены из данных дистанционного зондирования, полученных, когда космический корабль НАСА Galileo пролетал мимо системы Земля-Луна в 2017 а также 1992 на пути к Юпитеру. У Галилео был прибор под названием Solid State Imager (SSI) с длинами волн от 0. 58 до 1,1 микрометра (видимый и ближний инфракрасный диапазон). Был слабый Apollo 16 sample 66095 shown at collection site on the Moon and in a close-up laboratory photo. спектральные особенности около 0,7 мкм в высоких широтах Луны (к северу и югу от 75 градусов), но исследователи не смогли определить, чем вызвана спектральная особенность. Одним из возможных вариантов был минерал трехвалентного железа, но также и ильменит и даже филлосиликаты (глинистые минералы, содержащие H 2 молекулы O или OH). Тем не менее, он показал, что дальнейшее изучение того стоит.

    Ли и его коллеги отмечают, что обнаружение гематита с использованием спектральных наблюдений отражения возможно, потому что гематит имеет спектральные свойства, сильно отличающиеся от основных лунных минералов ( см. диаграмму ниже). Наличие Fe 3+ в гематите вызывает поглощение около 0. 140 микрометров, область, которая не характерна для обычных лунных минералов или других оксидов железа. Глубокое поглощение с центром около 0. 181 микрометры диагностические и довольно прочные. Это похоже на профиль ДНК, за исключением того, что никто не сядет в тюрьму. Шуай Ли использовал данные из Moon Mineralogy Mapper (M 3

    ) на лунном орбитальном аппарате Индийской организации космических исследований Chandrayaan-1.

    Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.
    Спектры отражения, полученные в лаборатории типичных минералов лунной поверхности, оранжевые и зеленые вулканические стекла и ударные стекла (агглютинаты) по сравнению с гематитовым стандартом (красные бриллианты). Долина около 0. 181 микрометры (1126 нанометров) не соответствует другие материалы, распространенные на лунной поверхности. Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.

    Спектр гематита выделяется, как больной большой палец. При удаленных наблюдениях с удаленным континуумом (общий фоновый спектр) красноватый опухший большой палец еще легче увидеть (см. График ниже), поскольку полоса поглощения спускается, как Большой каньон, с окружающего плато. Показаны два спектра кратеров около полюсов Луны Шумейкер (65 км в диаметре) в районе Южного полюса и Рождественского (65 км в диаметре) рядом Северный полюс. Гематитовый элемент отчетливо виден в спектрах обоих кратеров.

    Plot of laboratory reflectance spectra of lunar surface minerals compared to a hematite standard.Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.
    Примеры спектров отражения, полученных с помощью M 3 инструмент на борту лунного орбитального аппарата “Чандраяан-1”. Черный – лабораторный спектр чистого гематита (USGS – Геологическая служба США), а два других спектра – большие кратеры около Северного (Рождественский) и Южного (Шумейкер) полюсов Луны. Фоновый спектр (называемый континуумом) был удален, чтобы подчеркнуть особенности полос поглощения. Чтобы составить карту распределения гематита на Луне, исследователи добавили глубины полос всех точек в долине из 1038 к 1940 нанометров (заштрихованная область) и назвал этот параметр Интегрированная глубина диапазона (IBD); см. карту ниже. Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.

    Чтобы визуализировать распределение гематита на Луне, Ли и его коллеги разработали параметр, характеризующий интенсивность гематитовой долины в спектрах, полученных с помощью M 3 спектрометр на Чандраяне-1. Они сложили спектральные точки между 826 а также 1972 нанометров (от края до дна гематитовой долины), что дает одно число на спектр. Они называют это значение Интегрированной глубиной диапазона (IBD). Каждый спектр (следовательно, его отображенный IBD) имеет пространственное разрешение на лунной поверхности между 190 а также 288 метров на пиксель. Карты северных и южных полярных регионов Луны (на широтах 140 градусов и выше) показаны ниже. Вывод очевиден: гематит присутствует на поверхности Луны. Карты показывают наличие гематита на широтах выше 140 градусов, но на самом деле почти все обнаружения гематита происходят на широтах выше 75 градусов. Кроме того, существует асимметрия в распределении гематита: в обоих полярных регионах большинство обнаружений гематита приходится на обращенное к Земле полушарие (направление на Землю составляет 0 градусов на каждой карте). Наконец, дно кратеров (видимых как заштрихованный рельеф под цветами на картах) редко содержат гематитовые сигналы; на ровных местах гематита мало. Итак, гематит связан с обращенными к Земле направлениями полярных регионов Луны.

    Comparison of hematite-rich M3 spectra from the Moon with laboratory spectra of pure hematite.
    Карта, полученная из M 3 данные, показывающие обнаружение гематита (показаны желтым, оранжевым и красным), что определяется параметром IBD. Большинство нанесенных на карту областей просто синего цвета, что указывает на отсутствие детектируемого гематита. Черные точки – это места без M 3 данные достаточного качества для использования; в основном это места в тени или там, где угол солнечного освещения был слишком мал. Прежде всего, эти карты ясно показывают, что гематит присутствует на лунной поверхности, но также отмечают, что залежи гематита находятся на обращенных к Земле сторонах (направление Земли составляет 0 градусов на каждой полярной проекции). Наконец, дно кратера редко содержит гематит. Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.

    Шуай Ли и соавторы оценивают количество обнаруженного гематита. Для этого они использовали спектральные данные и расчеты, касающиеся того, как свет передается в материалах поверхности. Этот лабораторный и теоретический процесс, называемый моделированием переноса излучения, хорошо известен, хотя и не лишен неопределенностей. По их оценкам, размер обнаруженного гематита на лунной поверхности превышает один микрон, а его содержание колеблется от нескольких весовых процентов до примерно 18% масс. . На большей части лунной поверхности содержание гематита ниже пределов обнаружения измерений.

    Источник кислорода

    Чтобы получить наблюдаемый гематит на обычно восстанавливающейся лунной поверхности, необходимо добавить кислород. Ли и его коллеги обрисовывают возможности, указывая на сложный набор процессов, происходящих в окружающей среде на поверхности Луны: здесь нет воздуха, солнечный ветер омывает поверхность и имплантирует водород (восстановитель, противоположный окислителю), а удары микрометеоритов добавляют значительное тепло и в большинстве случаев вода. Ни один из них не добавляет кислород в форме, которая изменила бы железо со степени окисления 2+ на 3+.

    Так откуда же берется кислород? Шуай Ли и его команда предполагают, что он исходит из верхних слоев атмосферы Земли. Они развивают интригующее предложение Кентаро Терадо (Университет Осаки, Япония) и его коллег из Университета Нагоя и Японского агентства аэрокосмических исследований о том, что кислород из верхних слоев атмосферы Земли переносится на Луну. (Видеть P Headline Article S Р D Отчет CosmoSparks: Comparison of hematite-rich M3 spectra from the Moon with laboratory spectra of pure hematite. Поток ионов O + с Земли на Луну .) Терадо и его коллеги обращают внимание на обнаружение скачков концентрации ионов кислорода в лунной экзосфера космическим кораблем Кагуя, когда Луна проходит через центральную часть Земли. магнитосферный хвост (область, известная как

    плазменный лист , см. схему ниже). Шуай Ли и его коллеги отмечают, что не только кислород добавляется к поверхности Луны, но в течение этого короткого (несколько дней) времени каждого месяца большая часть солнечного ветра (следовательно, большая часть восстанавливающего газа водорода) блокируется от Луны. В результате настроена стадия реакции кислорода с оксидом двухвалентного железа с образованием оксида трехвалентного железа-гематита. Эффект будет наиболее сильным в обращенном к Земле полушарии Луны, что согласуется с распределением, определенным Ли и его коллегами с использованием M 3 данные.


    Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.

    Магнитное поле Земли защищает нас от солнечного ветра и более мощных солнечных вспышек. По ветру (то есть вниз по солнечному ветру) от Земли земное магнитное поле распространяется в хвост магнитосферы, центральная часть которого является областью, называемой плазменным слоем. Атомы могут быть оторваны от верхних слоев атмосферы Земли (которые имеют высокую концентрацию кислорода) и включены в плазменный слой. Когда Луна проходит через эту область, что происходит раз в месяц, когда Луна полная, она защищена от богатого водородом (и восстанавливающего) солнечного ветра и осыпается ионами кислорода из верхних слоев атмосферы Земли. Именно эта комбинация меньшего количества имплантации водорода и гораздо большего количества кислорода в лунном реголите могла создать условия для образования гематита. Photograph of lunar basalt 70017 taken in reflected light using an optical microscope. Image from A. G. Tindle and M. Anand's iBook, Moon Minerals: A Visual Guide, p. 92. Open University, UK.

    Ли и его коллеги подробно описывают точные механизмы, участвующие в лунном окислении, предполагая, что оно может включать не только прямое окисление, но и реакции с участием H 2 молекулы O и / или OH с образованием FeOOH, который впоследствии разлагается до гематита. Точный набор реакций не будет известен до тех пор, пока мы не соберем образцы из известных месторождений гематита и не изучим их с помощью оптического и электронного микроскопов в лабораториях на Земле. Какими бы ни были детали, на Луне происходит окисление, несмотря на то, что в ней в целом очень восстановительная среда. Этот красивый шар в небе полон сюрпризов.

    Взаимодействие с планетами

    Перенос ионов кислорода из верхних слоев атмосферы Земли на Луну может показаться удивительным, но это лишь одно из множества взаимодействий между телами в нашей Солнечной системе. Энергия Солнца управляет всеми геологическими процессами на поверхности, включая выветривание, эрозию и отложение отложений. Крупные солнечные явления, называемые солнечными вспышками, могут нарушить работу космических сетей связи. Столкновение астероидов или комет могло вызвать периодическое вымирание большей части жизни на Земле, включая динозавров, из-за столкновения миллион лет назад. Наши знания об истории нашей Солнечной системы основаны на изучении метеоритов, осколков астероидов и даже планет (марсианских метеоритов), которые высвобождаются при ударах о свои родительские тела, а затем путешествуют миллионы лет, чтобы приземлиться на Земле. И не забывайте те следы на Луне, оставленные землянами, движимыми своим стремлением к исследованиям.

    Illustration of the Sun, Earth and it's magnetic field, and the Moon. Ссылки открываются в новом окне.

    Leave a comment

    Your email address will not be published. Required fields are marked *