На поверхности различных космических тел существуют области "вечной тени". В них никогда нельзя увидеть Солнце на небе. Для их изучения космические аппараты используют технологии фотографирования с большими выдержками. Дело в том, что кроме прямого солнечного излучения существует рассеянное, вызванное переотражением солнечных лучей от различных препятствий, к примеру стен кратеров. О подобном фотографирование дна лунных и марсианских пещер я уже писал ранее здесь. Теперь пришло время рассказать о фотографирование полярных кратеров.
По-крайней мере у двух небесных тел (Луны и Меркурия) существуют зоны вечной тени. Области, где никогда прямые лучи не касаются поверхности. Предполагают, что кратеры в таких областях служат «холодной ловушкой» для накопления водного льда с периодически падающих комет. Наиболее крупной областью «вечной тени» на Луне является 20-км южный полярный кратер Шеклетон, возраст которого оценивается в 3 миллиарда лет.
В 2008 году японскому аппарату «Кагуя» удалось впервые заглянуть в него и увидеть его дно.
Несмотря на то, что глубина кратера оказалась равной 4.2 км, бликов от поверхностного льда на снимке увидеть не удалось. В тоже время более детальный анализ пяти миллионов отражений лазерного альтиметра LOLA аппарата LRO показал, что стенки и дно этого кратера отражают лазерные лучи значительно лучше, чем соседние кратеры. Это говорит о том, что поверхность внутри кратера может содержать до 22% водного льда.
Другим способом позволяющим заглянуть в теневые кратеры является радиолокация. Первые попытки радиолокации таких кратеров относятся к 1994 году. Космический аппарат «Клементина» провел бистатический радарный эксперимент по изучению радиолокационных свойств поверхностного слояЛуны. Бистатическая радиолокация проводилась с помощью бортового передатчика этого искусственного спутника Луны. Приемником прямого и отраженного сигнала был радиотелескоп в Аресибо. В районе южного полюса Луны на площади 6300 км2 был получен аномальный отраженный радиосигнал. Сходные радарные свойства имеют ледяные галилеевые спутники Юпитера. Авторы исследования интерпретируют результаты радарного эксперимента в рамках неординарной гипотезы строения поверхностного слоя реголита в полярных областях Луны — смеси льда с реголитом, причем концентрация льда составляет величину порядка 0,3-1% по массе. Оценивается масса лунных льдов — миллиард тонн. Эффект когерентного оппозиционного рассеяния может наблюдаться не только от смеси воды с реголитом, но и от случайно ориентированных граней реголита с различными показателями преломления радиоволн, поэтому радиолокационные измерения не доказывают наличия льда в полярных областях Луны. Данные наземной радиолокации с помощью радиотелескопа в Аресибо не подтвердили результаты «Клементины», так как в ходе проведения этого эксперимента аномальный радиосигнал был получен не только от постоянно затененных областей, но также и при радиолокации освещаемых Солнцем участков лунной поверхности, где заведомо исключается существование льда.
Следующий важный результат радиолокации полярных кратеров Луны был опубликован в 2010 году. Индийский зонд «Чандраян-1» провел радиолокацию северной полярной области. Анализ собранных данных показал, что около 40 небольших кратеров отражают радиоволны, как будто их стенки состоят из водного льда. Размеры кратеров составляют 2-15 км в диаметре. Был сделан вывод, что эти кратеры содержат, как минимум 400 миллионов тонн воды только в поверхностном слое.
Радиолокация северного полюса Луны. Зеленым кругами выделены кратеры, где вероятно есть водный лед. Источник.
Затем более детальную радиолокацию полярных кратеров провел аппарат LRO. В опубликованном анализе от 2013 года говорится, что у нескольких десятков полярных кратеров, отраженный радиосигнал говорит о вероятном наличие водного льда, общей массой в несколько сотен миллионов тонн только в верхнем слое грунта толщиной около двух метров.
Северная и южная полярная область Луны. Отмечены свежие ударные кратеры и кратеры, заподозренные в наличие воды в форме льда по данным радиолокации с аппарата LRO. Источник.
Так анализ отражения радиоволн от стенок уже упоминавшегося кратера Шеклетон показал, что они вероятно на 5-10 процентов состоят из водного льда.
Наблюдаемая картинка отражения радиоволн от стенок кратера Шеклетон, и теоретическое моделирование радиоотражения в зависимости от разного содержания водного льда в грунте. Источник.
И наконец, в 2009 году был проведен эксперимент по бомбардировке южного полярного кратера. Анализ его результатов показал, что лед в лунном грунте на полюсах действительно находится в форме льда. По этим измерениям, содержание воды в верхнем слое грунта было оценено по массе в 3-9 процентов. Окончательное подтверждение наличия льда на Луне должно случиться в ближайшие годы после реализации миссий по доставке оттуда лунного грунта на Землю. В настоящее время такие миссии запланированы Россией и Китаем.
Теперь перейдем к Меркурию. Первые свидетельства существования там полярных кратеров с вечной тенью появились ещё в 1991 году. Наземная радиолокация из Аресибо показала, что полярные области очень хорошо отражают радиоволны, что может говорить о наличие на их дне водного льда.
Снимок северной полярной области Меркурия, полученный радаром в Аресибо. Желтым цветом обозначены области очень хорошо отражающие радиоволны. Источник.
До прибытия «Мессенджера» были лишь немногочисленные свидетельства, что некоторые из эти областей совпадают с кратерами, сфотографированными «Маринером-10». Фотографии с первого спутника Меркурия окончательно доказали, что эти «радиояркие» области действительно лежат в областях «вечной тени».
Желтым цветом обозначены области «вечной тени» в северном полярном регионе Меркурия на снимках «Мессенджера» за 2011 год. Красным цветом обозначены области, хорошо отражающие радиосигналы земных радаров. Источник.
Лазерная локация с помощью альтиметра MLA также доказала связь между радиоотражающими свойствами кратеров и их глубиной.
Вверху топографический профиль лазерного альтиметра MLA. Внизу карта радиоотражающих свойств полярного региона Меркурия по данным обсерватории в Аресибо. Желтой стрелкой отмечен наиболее глубокий кратер на топографическом профиле. Источник.
Кроме того, лазерная локация показала, что на дне полярных кратеров встречаются области, как хорошо отражающие лазерные лучи, так и плохо (чередование светлых и темных полос). Это объясняется тем, что в них содержится вещество не только падающих комет, но и астероидов.
Результаты лазерной локации северной полярной области Меркурия. Красным цветом обозначены области, которые отражают лазерные лучи, как минимум на 50% лучше, чем в среднем. Синими кругами выделены "радиояркие" кратеры. Источник.
Более того, что данные нейтронного спектрометра также показали, что над полярными кратерами наблюдается повышенная концентрация нейтронов, говорящая о наличие там водорода, и соответственно воды.
Концентрация нейтронов над северной полярной областью Меркурия. Источник.
Сравнение количества медленных и быстрых нейтронов показывает, что большая часть массы льда покрыта сверху осадочным слоем пыли толщиной около 10-20 см.
Структура дна полярных кратеров. Источник.
Совсем недавно ученым удалось и непосредственно увидеть дно полярных кратеров, используя фотографирование с большими выдержками. Туже технологию, что ранее использовалась на Луне, используя рассеянный солнечный свет от стенок кратеров. На снимках действительно удалось увидеть дно кратеров, которое, как и ожидалось оказалось немного светлее, чем окружающая местность (но есть исключения). Это служит ещё одним доказательством наличия там водного льда.
Кратер Прокофьева. Под буквой А красным цветом обозначена область «вечной тени». Желтой линией обозначены области, где радиосигналы в среднем отражаются лучше. Под буквой B отмечены отражающие свойства поверхности при использование лазерного альтиметра. Под С и Dобозначены снимки, полученные с использованием технологии «рассеянного света». Источник.
Исключением стал кратер Берлиоз. Здесь радиоотражающий слой оказался наоборот темнее окружающей местности. Возможно, это связано с тем, что дно кратера покрыто органическими веществами.
Дно кратера Берлиоз. Красной линией обозначена область «вечной тени». Желтой линией обозначены области, где радиосигналы отражаются в среднем лучше. Источник.
Дно кратера Кандинский. Источник.
Дно очень глубокого безымянного кратера на 75 градусах северной широты. Источник.
Изображение дна четырех кратеров, которые расположены ближе других к Северному полюсу (А — Честертон (диаметр 37 км), B – Толкиен(диаметр 50 км, яркий блик в центре освещен прямыми лучами Солнца), С - Tryggvadottir (диаметр 31 км), D – Кандинский (диаметр 60 км)). Источник.
Общая картина радиоотражающих кратеров на Меркурии (выделены желтым цветом). Fig2 обозначает ближайшие кратеры к Северному полюсу, показанные выше. Fig1 — это кратер Прокофьева. Fig4 – это кратер Берлиоз. B - 17-км безымянный кратер, C - кратер Ремарк (диаметр 26 км), D - 16-км безымянный кратер, E - 17-км безымянный кратер, F - 27-км безымянный кратер, G - 28-км безымянный кратер. Источник.
Орбита «Мессенджера» является очень эллиптической, с перигеем над северным полюсом. Поэтому изучение южных полярных кратеров практически невозможно. В тоже время наземная радиолокация говорит об аналогичном нахождение там «радиоярких» областей, крупнейшая из которых связана с 167-км кратером Чжао Мэнфу. Поэтому их детальное изучение начнется лишь с 2021 года, когда европейский зонд Бепи Коломбо станет вторым искусственным спутником Меркурия. Меркурианская орбита этого космического зонда будет близка к круговой.
По оценкам ученых, в полярных кратерах Меркурия находится от 10 миллиардов до триллиона тонн воды. Этот объем сравним с озером Онтарио. Такое огромное количество воды позволяет серьезно задуматься о создание там в будущем земной колонии. По крайней мере для начала неплохо было бы доставить грунт оттуда на Землю для детальных научных исследований.
Комментариев нет:
Отправить комментарий