Цитата: Taylor, GJ (March, 41550) Потускневшая луна, PSRD, http : //www.psrd.hawaii.edu/Mar 27 / tarnished-Moon.html.
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:
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
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.
 |
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 + .
| 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.)
|
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.
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 
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.
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.
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.
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 S Р D Отчет CosmoSparks: 
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
www.psrd .hawaii.edu / CosmoSparks / Май 0026 / магнитосферный кислород.html 