Астрономиялық әсерге ұшырау – ғарыш кеңістігіндегі кең таралған құбылыс. Ай, Меркурий сияқты атмосферасы жоқ денелердің беттік қабаттарына әсер етеді. 🚀🌕
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Көктемнің түрі
Type of weathering
Ғарыштық коктем – бұл сыртқы кеңістіктің қатал ортасына ұшыраған кез келген дененің бетінде болатын коктемнің түрі. Атмосферасы жоқ денелер (Ай, Меркурий, астероидтар, кометалар және басқа планеталардың көптеген серіктері сияқты) көптеген коктем процестеріне ұшырайды: галактикалық және күн сәулелерінің соқтығысуы, сәулелену, иондау және күн желiнен бөлшектердің шашырауы, сондай-ақ әртүрлі өлшемдегі метеориттер мен микрометеориттердің бомбалауы. Ғарыштық коктем маңызды, себебі бұл процестер көптеген планеталық денелердің бетінің физикалық және оптикалық қасиеттерін өзгертеді. Сондықтан, қашықтан алынған деректерді дұрыс интерпретациялау үшін ғарыштық коктемнің әсерін түсіну өте қажет.
Space weathering is the type of weathering that occurs to any object exposed to the harsh environment of outer space. Bodies without atmospheres (including the Moon, Mercury, the asteroids, comets, and most of the moons of other planets) take on many weathering processes:
collisions of galactic cosmic rays and solar cosmic rays,
irradiation, implantation, and sputtering from solar wind particles, and
bombardment by different sizes of meteorites and micrometeorites. Space weathering is important because these processes affect the physical and optical properties of the surface of many planetary bodies. Therefore, it is critical to understand the effects of space weathering in order to properly interpret remotely sensed data.
Тарих
Ғарыш ауа райы процесі туралы біліміміздің көп бөлігі Аполлон бағдарламасымен қайтарылған Ай үлгілерін, әсіресе Ай топырағын (немесе реголит) зерттеуден туындайды. Жоғары энергиялы бөлшектер мен микрометеориттердің тұрақты ағыны, сондай-ақ ірі метеориттер, Ай топырағының құраушыларын ұсақтап, ерітіп, шашыратып және буландырады. Ай топырағында ғарыш ауа райының алғашқы өнімдері ретінде "агглютинаттар" анықталды. Бұл микрометеориттердің аз мөлшерде материалды ерітуі нәтижесінде пайда болады, ол айналасындағы шыны мен минералды сынықтарды бірнеше микрометрден бірнеше миллиметрге дейінгі мөлшерде шынымен біріктірілген агрегатқа қосады. Агглютинаттар Ай топырағында кең таралған, пісіп жетілген топырақтардың 60-70% құрайды. Бұл күрделі және бейірленген пішіндегі бөлшектер адам көзіне қара түсті болып көрінеді, бұл негізінен нанофазалық темірдің болуына байланысты. Ғарыш ауа райы жеке топырақ түйіршіктерінде шыны шашыраулары, имплантацияланған сутек, гелий және басқа газдар, күн жарқылдарының іздері және нанофазалық темірді қоса алғанда, аккрециялық компоненттер сияқты беттік байланысқан өнімдерді де жасайды. 1990 жылдарға дейін жақсартылған құралдар, әсіресе трансляциялық электронды микроскоптар мен әдістер, айналасындағы микрометеорит соққыларынан будың қайта орналасуы және жақын маңдағы түйіршіктерден шашылған материалдың қайта орналасуы нәтижесінде жеке Ай топырағы түйіршіктерінде пайда болатын өте жұқа (60-200 нм) патиналар немесе жиектерді анықтауға мүмкіндік бермеді. Бұл ауа райы процестері Ай топырағының спектрлік қасиеттеріне, әсіресе ультракүлгін, көрінетін және жақын инфрақызыл (UV/Vis/NIR) толқын ұзындықтарына маңызды әсер етеді. Бұл спектрлік өзгерістер негізінен агглютинаттар мен топырақ жиектерінде кең таралған "нанофазалық темірдің" қосылуымен байланысты. Бұл өте кішкентай (диаметрі бірден бірнеше жүз нанометрге дейін) металл темірдің бөлшектері темірлі минералдардың (мысалы, оливин мен пироксен) булануы кезінде пайда болады, нәтижесінде темір босатылып, табиғи түрінде қайта орналасады.
Much of our knowledge of the space weathering process comes from studies of the lunar samples returned by the Apollo program, particularly the lunar soils (or regolith). The constant flux of high energy particles and micrometeorites, along with larger meteorites, act to comminute, melt, sputter and vaporize components of the lunar soil. The first products of space weathering that were recognized in lunar soils were "agglutinates". These are created when micrometeorites melt a small amount of material, which incorporates surrounding glass and mineral fragments into a glass welded aggregate ranging in size from a few micrometers to a few millimeters. Agglutinates are very common in lunar soil, accounting for as much as 60 to 70% of mature soils. These complex and irregularly shaped particles appear black to the human eye, largely due to the presence of nanophase iron. Space weathering also produces surface correlated products on individual soil grains, such as glass splashes; implanted hydrogen, helium and other gases; solar flare tracks; and accreted components, including nanophase iron. It wasn't until the 1990s that improved instruments, in particular transmission electron microscopes, and techniques allowed for the discovery of very thin (60 200 nm) patinas, or rims, which develop on individual lunar soil grains as a result of the redepositing of vapor from nearby micrometeorite impacts and the redeposition of material sputtered from nearby grains. These weathering processes have large effects on the spectral properties of lunar soil, particularly in the ultraviolet, visible, and near infrared (UV/Vis/NIR) wavelengths. These spectral changes have largely been attributed to the inclusions of "nanophase iron" which is a ubiquitous component of both agglutinates and soil rims. These very small (one to a few hundred nanometers in diameter) blebs of metallic iron are created when iron bearing minerals (e. g. olivine and pyroxene) are vaporized and the iron is liberated and redeposited in its native form.
Спектрлік қасиеттерге әсер ету
Айда ғарыш ауа райының спектрлік әсерлері үш түрлі: Ай бетінің қалыптасуымен ол қараңғырақ болады (албедосы төмендейді), қызыл түске ие болады (толқын ұзындығы ұлғайған сайын шағылысу артады) және оның анықтамалық сіңіру жолақтарының тереңдігі азаяды. Бұл әсерлердің көп бөлігі агглютинаттарда да, жеке түйірлердің жиналған шеттерінде де кездесетін нанофазалық темірдің болуына байланысты. Ғарыш ауа райының қараңғылату әсерін Ай кратерлерін зерттеу арқылы анықтауға болады. Жаңа, әлі тозаңнан тазаланбаған кратерлерде жарқын сәулелер жүйесі болады, өйткені олар жаңа, ауа райына ұшырамаған материалды көрсетеді, бірақ уақыт өте келе бұл сәулелер ауа райының әсерінен материалдың қараңғыруымен бірге жоғалады.
On the Moon, the spectral effects of space weathering are threefold: as the lunar surface matures it becomes darker (the albedo is reduced), redder (reflectance increases with increasing wavelength), and the depth of its diagnostic absorption bands are reduced These effects are largely due to the presence of nanophase iron in both the agglutinates and in the accreted rims on individual grains. The darkening effects of space weathering are readily seen by studying lunar craters. Young, fresh craters have bright ray systems, because they have exposed fresh, unweathered material, but over time those rays disappear as the weathering process darkens the material.
Астероидтердегі ғарыш ауа райы
Ғарыш ауа райы астероидтарда да пайда болады деп саналады, бірақ олардың ортасы Айдан мүлдем өзгеше. Астероид белдеуіндегі соқтығысулар баяурақ болады, сондықтан олар аз мөлшерде еру мен бу тудырады. Сондай-ақ, күн желi бөлшектерi астероид белдеуiне аз жетедi. Сонымен қатар, кіші денелердің төмен гравитациясы және соқтығыстардың жоғары деңгейі бетiнiң жиi ауысып тұруын бiлдiредi, ал беткi қабаттың пайда болу жасы Ай бетiнен жас болуы керек. Сондықтан, ғарыш ауа райы астероидтардың бетiнде баяу және аз дәрежеде пайда болуы керек. Дегенмен, астероидтiк ғарыш ауа райының бар екенiн көрсететiн дәлелдер бар. Ғалымдар қауымдастығында көп жылдар бойы "қиын мәселе" ретiнде талқыланған, себебi астероидтардың спектрлерi, әдетте, метеориттер жинағымыздың спектрлерiмен сәйкес келмейдi. Әсiресе, S типтi астероидтардың спектрлерi ең көп таралған метеориттер түрi – қарапайым хондриттердiң (ҚХ) спектрлерiмен сәйкес келмейдi. Астероид спектрлерi көрінетін толқын ұзындықтарында тік қисыққа ие қызыл түсті болып көрінеді. Алайда, Binzel және авторлар Жерге жақын астероидтарды анықтады, олардың спектрлік қасиеттерi S типтi спектрлерден ҚХ метеориттерiне ұқсас спектрлерді қамтиды, бұл ҚХ материалдарының спектрлерiн S типтi астероидтарға ұқсатуға болатын үнемі жүретін процесс бар екенін көрсетеді. Гаспра мен Ида астероидтарының Галилео ғарыш кемесімен жасаған ұшуларынан алынған реголит өзгеруiнiң жаңа кратерлердегi спектрлік айырмашылықтарын көрсететiн дәлелдер бар. Уақыт өте келе Ида мен Гаспраның спектрлерi қызарып, спектрлік контрасты жоғалтады. NEAR Shoemaker ғарыш кемесінiң Эрос астероидының рентгендiк өлшемдерi қызыл түстi, S типтi спектрге қарамастан, қарапайым хондрит құрамын көрсетеді, бұл бетiнiң оптикалық қасиеттерiн өзгертетiн бiр процесс болғанын көрсетеді. "Хаябуса" ғарыш кемесінiң Итокава астероидынан алған нәтижелерi, сонымен қатар құрамында қарапайым хондрит бар, ғарыш ауа райының спектрлік дәлелдерiн көрсетеді. Сонымен қатар, ғарыш кемесімен қайтарылған топырақ үлгілерiнде ғарыш ауа райының өзгеруiнiң нақты дәлелдерi анықталды. Итокаваның диаметрi 550 м болғандықтан, төмен гравитациясы ересек реголиттiң қалыптасуына мүмкiндiк бермейдi деп есептелген, алайда қайтарылған үлгілердi алдын ала зерттеу нəтижесiнде бiрнеше дəннiң құрамында нанофазалық темір және басқа да ғарыш ауа райының әсерлерi анықталды. Сонымен қатар, астероидтың тау жыныстары бетiнде ауа райының әсерiнен пайда болатын патиналардың қалыптасуы мүмкiн екенiн көрсететiн дәлелдер бар. Мұндай қаптамалар Ай тастарында кездесетiн патиналарға ұқсас болуы мүмкiн. Астероидтардың жасын анықтау үшiн спектрлік өлшемдердiң пайдалылығын шектейтiн, ауа райының әсерiнен түстiң өзгеруiнiң көпшiлiгi алғашқы жүз мың жылда тез жүредi деген дәлелдер бар.
Space weathering is also thought to occur on asteroids, though the environment is quite different from the Moon. Impacts in the asteroid belt are slower, and therefore create less melt and vapor. Also, fewer solar wind particles reach the asteroid belt. And finally, the higher rate of impactors and lower gravity of the smaller bodies means that there is more overturn and the surface exposure ages should be younger than the lunar surface. Therefore, space weathering should occur more slowly and to a lesser degree on the surfaces of asteroids. However, we do see evidence for asteroidal space weathering. For years there had been a so called "conundrum" in the planetary science community because, in general, the spectra of asteroids do not match the spectra of our collection of meteorites. Particularly, the spectra of S type asteroids, did not match the spectra of the most abundant type of meteorites, ordinary chondrites (OCs). The asteroid spectra tended to be redder with a steep curvature in the visible wavelengths. However, Binzel et al. have identified near Earth asteroids with spectral properties covering the range from S type to spectra similar to those of OC meteorites, suggesting an ongoing process is occurring that can alter the spectra of OC material to look like S type asteroids. There is also evidence of regolith alteration from Galileo's flybys of Gaspra and Ida showing spectral differences at fresh craters. With time, the spectra of Ida and Gaspra appear to redden and lose spectral contrast. Evidence from NEAR Shoemaker's x ray measurements of Eros indicate an ordinary chondrite composition despite a red sloped, S type spectrum, again suggesting that some process has altered the optical properties of the surface. Results from the Hayabusa spacecraft at the asteroid Itokawa, also ordinary chondrite in composition, shows spectral evidence of space weathering. In addition, definitive evidence of space weathering alteration has been identified in the grains of soil returned by the Hayabusa spacecraft. Because Itokawa is so small (550 m diameter), it was thought that the low gravity would not allow for the development of a mature regolith, however, preliminary examination of the returned samples reveals the presence of nanophase iron and other space weathering effects on several grains. In addition, there is evidence that weathering patinas can and do develop on rock surfaces on the asteroid. Such coatings are likely similar to the patinas found on lunar rocks. There is evidence to suggest most of the color change due to weathering occurs rapidly, in the first hundred thousands years, limiting the usefulness of spectral measurement for determining the age of asteroids.
Меркурийдегі ғарыш ауа райы
Меркурийдегі қоршаған орта да Айдан едәуір өзгеше. Біріншіден, күндізгі температурасы Айдан әлдеқайда жоғары (~100 °C Ай үшін, ~425 °C Меркурий үшін) және түнгі температурасы төмен, бұл ғарыштық әсердің тудырған өнімдерін өзгерте алады. Сонымен қатар, Күн жүйесіндегі орналасуына байланысты, Меркурийге Айға қарағанда жоғары жылдамдықпен соққы беретін микрометеориттердің сәл үлкен ағыны түседі. Бұл факторлардың жиынтығы Меркурийді Айға қарағанда ерітілген материал мен буды жасауда әлдеқайда тиімді етеді. Бірлік ауданы бойынша Меркурийге түсетін соққылар Айға қарағанда 13,5 есе көп ерітілген материалды және 19,5 есе көп буды құрайды деп күтілуде. Агглютиниттік шыны тәрізді шөгінділер мен бумен жабынған қаптамалар Меркурийде Айға қарағанда әлдеқайда жылдам және тиімдірек пайда болуы керек. Жерден телескоп арқылы байқалған Меркурийдің Көккөк/Көрнекі спектрі, қызыл еңіспен, шамамен түзу сызықты құрайды. Пироксен сияқты темір бар минералдармен байланысты сіңіру жолақтары жоқ. Бұл Меркурийдің бетінде темір жоқ дегенді, немесе темір бар минералдардағы темір нанофазалық темірге айналған дегенді білдіреді. Ауа райының әсерінен тозған беткейдің қызыл түсі осымен түсіндіріледі.
The environment on Mercury also differs substantially from the Moon. For one thing, it is significantly hotter in the day (diurnal surface temperature ~100 °C for the Moon, ~425 °C on Mercury) and colder at night, which may alter the products of space weathering. In addition, because of its location in the Solar System, Mercury is also subjected to a slightly larger flux of micrometeorites that impact at much higher velocities than the Moon. These factors combine to make Mercury much more efficient than the Moon at creating both melt and vapor. Per unit area, impacts on Mercury are expected to produce 13.5x the melt and 19.5x the vapor than is produced on the Moon. Agglutinitic glass like deposits and vapor deposited coatings should be created significantly faster and more efficiently on Mercury than on the Moon. The UV/Vis spectrum of Mercury, as observed telescopically from Earth, is roughly linear, with a red slope. There are no absorption bands related to Fe bearing minerals, such as pyroxene. This means that either there is no iron on the surface of Mercury, or else the iron in the Fe bearing minerals has been weathered to nanophase iron. A weathered surface would then explain the reddened slope.