Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
"Moondust" перенаправляется сюда. Чтобы узнать о видеоигре 1983 года, см. Moondust (видеоигра) . Об альбоме The Pillows см. Moondust (альбом) .

След Базза Олдрина на лунном грунте
Реголит, собранный во время миссии Аполлона 17

Лунный грунт является мелкой фракцией из реголита , найденного на поверхность на Луне . Его свойства могут существенно отличаться от земной грязи. Физические свойства лунного грунта в первую очередь являются результатом механического разрушения базальтовых и анортозитовых пород, вызванного постоянными ударами метеоров и бомбардировкой солнечными и межзвездными заряженными атомными частицами в течение многих лет. Этот процесс в основном представляет собой механическое выветривание, при котором частицы измельчаются до более мелкого и мелкого размера с течением времени. Эта ситуация принципиально отличается от земного образования грязи, опосредованного присутствием молекулярныхкислород (O 2 ), влажность, атмосферный ветер и множество способствующих биологических процессов.

Лунный грунт обычно относится только к более мелкой фракции лунного реголита , который состоит из зерен диаметром 1 см или меньше, но часто используется взаимозаменяемо. [1] Лунная пыль обычно означает даже более тонкие материалы, чем лунная почва . Официального определения того, какой размер фракции составляет «пыль», нет; у некоторых диаметр отсечки составляет менее 50 мкм, в то время как другие - менее 10 мкм. {{необходима ссылка}}

Процессы формирования [ править ]

Оранжевая грязь, обнаруженная на Аполлоне-17, образовалась в результате вулканических стеклянных бусин
Дополнительная информация: Геология Луны.

Основные процессы, вовлеченные в формирование лунного грунта: [ необходима цитата ]

Эти процессы продолжают со временем изменять физические и оптические свойства грязи, и это известно как космическое выветривание .

Кроме того, фонтан огня, при котором вулканическая лава поднимается и охлаждается, превращаясь в маленькие стеклянные бусинки, прежде чем упасть обратно на поверхность, может создавать небольшие, но важные отложения в некоторых местах, таких как оранжевая грязь, обнаруженная в кратере Шорти в долине Таурус-Литтроу . Apollo 17 , и зеленое стекло найдены в Hadley-Апеннинского от Apollo 15 . [ необходима цитата ] Отложения вулканических бусинок также считаются источником отложений Темной мантии (DMD) в других местах вокруг Луны. [2]

Минералогия и состав [ править ]

Лунный грунт состоит из различных типов частиц, включая обломки горных пород, мономинеральные фрагменты и различные виды стекол, включая частицы агглютината, вулканические и ударные сферулы. [ необходима цитата ] Агглютинаты образуются на поверхности Луны в результате ударов микрометеоритов, которые вызывают мелкомасштабное плавление, которое сплавляет соседние материалы вместе с крошечными частичками элементарного железа, встроенными в стеклянную оболочку каждой частицы пыли. [ необходима цитата ]Со временем материал перемешивается как по вертикали, так и по горизонтали (процесс, известный как «садоводство») с помощью ударных процессов. Однако вклад материала из внешних источников относительно невелик, так что состав грязи в любом данном месте в значительной степени отражает состав местной коренной породы.

Есть два существенных отличия в химическом составе лунного реголита и грязи от земных материалов. Во-первых, Луна очень сухая. В результате те минералы, в структуре которых есть вода ( гидратация минералов ), такие как глина , слюда и амфиболы , полностью отсутствуют на Луне. [ необходима цитата ] Второе отличие состоит в том, что лунный реголит и кора химически восстановлены , а не значительно окислены, как земная кора. [ необходима цитата ] В случае реголита это отчасти связано с постоянной бомбардировкой лунной поверхностипротоны солнечного ветра. Одним из следствий этого является то , что железо на Луне находится в элементарном (0) и катионных состояний (+2) окисления, [ править ] , тогда как на Земле железо находится в основном в степенях окисления +2 и +3.

  • Относительная концентрация различных элементов на поверхности Луны

  • Относительная концентрация (в% по массе) различных элементов на лунных нагорьях, лунных низинах и на Земле

  • Бета-ткань, загрязненная лунным грунтом (Аполлон-16)

Свойства [ править ]

Воспроизвести медиа
Короткое видео, на котором лунный движущийся аппарат поднимает лунный реголит ( Аполлон-16 , 1972 г.)

Большое значение имеет получение соответствующих знаний о свойствах лунного грунта. Возможности строительства сооружений [3], сетей наземного транспорта и систем удаления отходов, и это лишь несколько примеров, будут зависеть от реальных экспериментальных данных, полученных при испытании образцов лунного грунта. Несущая способность грунта - важный параметр при проектировании таких сооружений на Земле.

Из-за несметного числа ударов метеоритов (со скоростью порядка 20 км / с) поверхность Луны покрывается тонким слоем пыли. Пыль электрически заряжена и прилипает к любой поверхности, с которой соприкасается.

Плотность лунного реголита около 1,5 г / см 3 . [4] Под верхним слоем реголита грязь становится очень плотной.

Другие факторы , которые могут влиять на свойства лунного грунта включают большие температурные перепады , наличие жесткого вакуума , а также отсутствие значительного лунного магнитного поля , тем самым позволяя заряженные солнечные ветра частицы непрерывно ударяются о поверхность Луны.

Фонтаны из лунной пыли и электростатическая левитация [ править ]

Есть некоторые свидетельства того, что на Луне есть тонкий слой движущихся частиц пыли, постоянно поднимающихся с поверхности Луны и падающих на нее, создавая «пылевую атмосферу», которая выглядит статичной, но состоит из частиц пыли, находящихся в постоянном движении. Термин «Лунный фонтан» был использован для описания этого эффекта по аналогии с потоком молекул воды в фонтане, движущимся по баллистической траектории, но статичным из-за постоянства потока. Согласно модели , предложенной в 2005 году в лаборатории внеземной физики в НАСА «s Goddard Space Flight Center , [5] , это вызвано электростатическим левитации . На дневной стороне Луны солнечный жесткий ультрафиолет иРентгеновское излучение достаточно энергично, чтобы выбивать электроны из атомов и молекул в лунном грунте. Положительные заряды накапливаются до тех пор, пока мельчайшие частицы лунной пыли (размером 1 микрометр и меньше) отталкиваются от поверхности и поднимаются на высоту от нескольких метров до километров, при этом мельчайшие частицы достигают самых больших высот. В конце концов они падают обратно на поверхность, где процесс повторяется. С ночной стороны пыль заряжается отрицательно электронами солнечного ветра . Действительно, модель фонтана предполагает, что на ночной стороне будет большая разница в электрическом напряжении, чем на дневной стороне, что может привести к запуску частиц пыли на еще большие высоты. [6]Этот эффект может быть усилен на той части орбиты Луны, где она проходит через хвост магнитосферы Земли , часть магнитного поля Луны . [7] На терминаторе могут образовываться значительные горизонтальные электрические поля между дневной и ночной областями, что приводит к горизонтальному переносу пыли - форме «Лунной бури». [6] [8]

Лунные "сумеречные лучи", сделанные астронавтами Аполлона-17

Этот эффект был предвиден в 1956 году писателем-фантастом Хэлом Клементом в его рассказе «Пыльная тряпка», опубликованном в Astounding Science Fiction . [6]

Кусок реголита от Apollo 11 представлен в Советском Союзе и экспонируется в Мемориальном музее космонавтики в Москве

Есть некоторые свидетельства этого эффекта. В начале 1960-х годов Surveyor 7 [9] и несколько предыдущих космических кораблей Surveyor , совершивших мягкую посадку на Луну, вернули фотографии, показывающие безошибочное сумеречное свечение над лунным горизонтом, сохраняющееся после захода Солнца. [6] Более того, вопреки ожиданиям о безвоздушных условиях и отсутствии атмосферной дымки, далекий горизонт между землей и небом не выглядел острым. Астронавты Аполлона-17, вращавшиеся вокруг Луны в 1972 году, неоднократно видели и зарисовывали то, что они по-разному называли «полосами», «стримерами» или «сумеречными лучами», примерно за 10 секунд до лунного восхода или лунного заката. О таких лучах также сообщили астронавты на борту Аполлона 8, 10 и 15.Они могли быть похожи на сумеречные лучина земле. [6]

Аполлон-17 также разместил эксперимент на поверхности Луны под названием LEAM., сокращение от Lunar Ejecta и Meteorites. Он был разработан для поиска пыли, поднимаемой небольшими метеороидами, ударяющимися о поверхность Луны. У него было три датчика, которые могли регистрировать скорость, энергию и направление крошечных частиц: по одному, направленным вверх, на восток и запад. LEAM каждое утро видел большое количество частиц, в основном приходящих с востока или запада, а не сверху или снизу, и в основном медленнее, чем ожидалось для лунных выбросов. Кроме того, через несколько часов после каждого восхода Луны температура в эксперименте повышалась почти до 100 градусов по Цельсию, поэтому устройство пришлось временно выключить из-за его перегрева. Предполагается, что это могло быть результатом прилипания электрически заряженной лунной пыли к LEAM, затемняя его поверхность, так что экспериментальный пакет поглощал, а не отражал солнечный свет. [8]Однако ученые не смогли точно определить источник проблемы, поскольку LEAM проработал недолго до завершения программы Apollo. [10]

Возможно, эти штормы были замечены с Земли: на протяжении столетий были сообщения о странных светящихся огнях на Луне, известных как « временные лунные явления » или TLP. Некоторые TLP наблюдались как кратковременные вспышки, которые сейчас считаются видимыми свидетельствами столкновения метеороидов с лунной поверхностью. Но другие выглядели как аморфное красноватое или беловатое свечение или даже как темные туманные области, которые меняют форму или исчезают в течение секунд или минут. Это могло быть результатом отражения солнечного света от взвешенной лунной пыли. [8]

Вредное воздействие лунной пыли [ править ]

В исследовании НАСА 2005 года перечислено 20 рисков, требующих дальнейшего изучения, прежде чем люди решат отправиться в экспедицию на Марс, и «пыль» названа проблемой №1. В отчете содержится призыв изучить его механические свойства, коррозионную активность, песчанистость и влияние на электрические системы. Большинство ученых думают, что единственный способ окончательно ответить на вопросы - это вернуть на Землю образцы марсианской грязи и горных пород задолго до запуска каких-либо астронавтов. [10]

Хотя в этом отчете речь шла о марсианской пыли, беспокойство в равной степени справедливо и в отношении лунной пыли. Пыль, обнаруженная на поверхности Луны, может оказать вредное воздействие на любую технологию аванпоста человека и членов экипажа: [11] [12] [13]

  • Потемнение поверхностей, приводящее к значительному увеличению лучистой теплоотдачи ;
  • Абразивный характер частиц пыли может истирать и изнашивать поверхности за счет трения;
  • Негативное воздействие на покрытия, используемые на прокладках для герметизации оборудования из космоса, оптических линз, солнечных панелей и окон, а также на электропроводку;
  • Возможное повреждение легких, нервной и сердечно-сосудистой систем космонавта;
  • Возможный повышенный риск искрения скафандра из-за воздействия мелких пылинок на космическую среду.

Принципы космонавтической гигиены следует использовать для оценки рисков воздействия лунной пыли во время исследования поверхности Луны и, таким образом, определения наиболее подходящих мер по контролю воздействия. Они могут включать снятие скафандра в трехступенчатом воздушном шлюзе, «пропылесосить» скафандр с помощью магнита [14] перед удалением и использование местной вытяжной вентиляции с высокоэффективным фильтром твердых частиц для удаления пыли из атмосферы космического корабля. [15]

Вредные свойства лунной пыли малоизвестны. Однако, основываясь на исследованиях пыли, обнаруженной на Земле, ожидается, что воздействие лунной пыли приведет к большему риску для здоровья как от острого, так и от хронического воздействия. Это связано с тем, что лунная пыль более химически реактивна и имеет большую площадь поверхности, состоящую из более острых зазубренных краев, чем земная пыль. [16] Если химически активные частицы оседают в легких, они могут вызвать респираторное заболевание. Длительное воздействие пыли может вызвать более серьезное респираторное заболевание, подобное силикозу.. Во время исследования Луны скафандры космонавтов загрязняются лунной пылью. При снятии костюмов пыль будет выброшена в атмосферу. Методы, используемые для смягчения воздействия, будут включать обеспечение высокой скорости рециркуляции воздуха в воздушном шлюзе, использование "двойного скафандра", использование пылезащитных экранов, использование магнитной сепарации высокой степени и использование солнечного потока для спекания. и расплавить реголит. [17] [18] [19]

Текущая доступность [ править ]

Астронавты "Аполлона" привезли около 360 кг лунных камней с шести посадочных площадок. Хотя этот материал был изолирован в бутылках с вакуумной упаковкой, сейчас он непригоден для подробного химического или механического анализа - частицы песка повредили индиевые уплотнения острой кромки вакуумных бутылок; воздух медленно просачивался внутрь. Каждый образец, привезенный с Луны, был загрязнен земным воздухом и влажностью. Пыль приобрела патину ржавчины, и в результате соединения с земными молекулами воды и кислорода ее химическая активность давно исчезла. Химические и электростатические свойства грязи больше не соответствуют тому, с чем будущие астронавты столкнутся на Луне. [10]

Загрязненные лунной пылью предметы наконец стали доступны общественности в 2014 году, когда правительство США одобрило [20] продажу частных материалов, принадлежащих и собранных астронавтами. С тех пор на продажу был выпущен только один предмет из настоящей лунной пыли, собранной после того, как предмет провел на Луне более 32 часов. Ремешок для багажа, подвергшийся воздействию элементов Луны в течение 32 часов, часть скафандра Чарльза «Пита» Конрада во время миссии «Аполлон-12», был продан его имением частному покупателю на аукционе. [21] В 2017 году лунный грунт, собранный Нилом Армстронгом в 1969 году, был выставлен на аукцион. [22]В то время как многие производители ювелирных изделий и часов заявляют, что их продукция содержит «лунную пыль», изделия содержат только частицы или пыль от метеоритов, которые, как считается, произошли с Луны. 11 сентября 2020 года НАСА объявило о своем желании создать рынок лунного грунта, запросив предложения о его покупке у коммерческих поставщиков. [23]

Проект Чанъэ-5 [ править ]

16 декабря 2020 года китайская миссия Chang'e 5 вернулась на Землю с грузом около 2 килограммов камней и грязи, который она подняла с Луны. Это первый образец лунного реголита, вернувшийся на Землю с 1976 года. Китай - третья страна в мире, вернувшая такой материал на Землю. [24]

Chang'e-5 является частью первой фазы китайской программы исследования Луны . На этом этапе программы еще осталось 3 проекта (Чанъэ-6 в 2024 году, Чанъэ-7 в 2023 году и Чанъэ-8 в 2027 году). Второй этап программы - высадка китайских астронавтов на Луну в период с 2030 по 2039 год.

См. Также [ править ]

  • Имитатор лунного реголита
  • Лунные ресурсы
  • Лунная скала
  • Натриевый хвост Луны

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хайкен; Ванниман и французский (1991). Лунный справочник . Издательство Кембриджского университета . С.  756 . ISBN 978-0-521-33444-0.
  2. ^ "Взрывные извержения вулканов на Луне" .
  3. ^ Naeye, Роберт (6 апреля 2008). "Пионерский метод ученых НАСА для создания гигантских лунных телескопов" . Центр космических полетов Годдарда . Проверено 27 февраля 2011 года .
  4. ^ Лунный реголит @NASA
  5. ^ Стаббс, Тимоти Дж .; Ричард Р. Вондрак и Уильям М. Фаррелл (2005). «Модель динамического фонтана для лунной пыли» (PDF) . Луна и планетология XXXVI .
  6. ^ a b c d e Лунные фонтаны. Архивировано 19 марта 2010 г. в Wayback Machine.
  7. ^ НАСА - Луна и магнитохвост
  8. ^ a b c «НАСА - Лунные бури» . Архивировано из оригинала 6 января 2010 года . Проверено 12 июля 2017 года .
  9. ↑ Странные вещи происходят в полнолуние | LiveScience
  10. ^ a b c Труди Э. Белл, Stronger Than Dirt , Air & Space Smithsonian , август / сентябрь 2006 г., стр. 46–53
  11. ^ Brandon Specktor 17 мая 2018. «Лунная Пыль супер токсичны для клеток человека» . livescience.com . Проверено 4 января 2021 года .
  12. ^ "Не дышите лунной пылью | Управление научной миссии" . science.nasa.gov . Проверено 4 января 2021 года .
  13. ^ Джеймс, Джон; Кан-Мэйберри, Норин (январь 2009 г.). «Риск неблагоприятных последствий для здоровья от воздействия лунной пыли» (PDF) .
  14. ^ Профессор Ларри Тейлор, директор Института планетарных наук о Земле в Университете Теннесси
  15. ^ Д-р Дж. Р. Кейн - «Применение космонавтической гигиены для защиты здоровья космонавтов», Конференция Британской ассоциации космической биомедицины, 2009 г., Даунинг-колледж, Кембриджский университет
  16. ^ Д-р Джон Р. Кейн, "Лунная пыль - опасность для исследователей Луны", Spaceflight, Vol. 52, февраль 2010 г., стр. 60–65.
  17. ^ Д-р Джон Р. Кейн, «Лунная пыль: опасность и риски воздействия космонавтов», Земля, Луна, планеты doi : 10.1007 / s11038-010-9365-0 октябрь 2010 г.
  18. ^ Парк, JS; Ю. Лю; К.Д. Кихм; Л.А. Тейлор. «Микроморфология и токсикологические эффекты лунной пыли» (PDF) . Наука о Луне и планетах XXXVII (2006 г.) . Проверено 8 марта 2007 года . Гранулометрический состав лунной пыли из образца 77051 Аполлона 17 был определен с помощью анализа изображений SEM. Данные распределения по размерам показывают приблизительное гауссово распределение с одной модой на длине волны около 300 нм. Площадь реактивационной поверхности высокопористых частиц «швейцарского сыра» примерно на 26% больше, чем у сферы. Морфология пылинок классифицирована по четырем типам: 1) сферическая; 2) угловые блоки; 3) осколки стекла; и 4) нерегулярные (тесьма или швейцарский сыр). Эти данные помогут исследователям-медикам в их исследованиях токсикологического воздействия вдыхания лунной пыли человеком.
  19. ↑ Янг, Келли (6 марта 2007 г.). «Валики для ворса могут собирать опасную лунную пыль» . Новый ученый . Проверено 17 февраля 2008 года . Несмотря на то, что лунная пыль считается потенциальным источником кислорода и металлов, она вызывает беспокойство, потому что врачи опасаются, что мельчайшие зерна могут оседать в легких астронавтов, что может вызвать долгосрочные последствия для здоровья.
  20. ↑ Новый закон гласит, что астронавты могут хранить (или продавать) свои космические артефакты.
  21. ^ Аполлон - 12 космонавта сувениры вверх на аукцион 23 апреля 2014
  22. ^ «Лунная пыль, собранная астронавтом Нилом Армстронгом для продажи на аукционе» . Новости ITV . Проверено 13 июля 2017 года .
  23. ^ НАСА купит лунные камни и землю у частных компаний 11 сентября 2020 г.
  24. ^ "Китайская миссия Chang'e-5 возвращает образцы Луны" . BBC News . 16 декабря 2020 . Проверено 25 января 2021 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Геотехнические свойства лунного грунта
  • Параметры лунных почв Лунно-планетный институт
  • Обнаружено спустя 40 лет: опасность лунной пыли под влиянием возвышения Солнца