Космическое выветривание - Space weathering

Не путать с Выветривание метеорита.

Космическое выветривание это тип выветривание что происходит с любым предметом, подвергающимся жесткому среда из космическое пространство. Тела без атмосферы (включая Луна, Меркурий, то астероиды, кометы, и большинство лун других планет) принимают на себя многие процессы выветривания:

Космическое выветривание важно, потому что эти процессы влияют на физическое и оптические свойства поверхности многих планетных тел. Поэтому очень важно понимать эффекты космического выветривания, чтобы правильно интерпретировать данные дистанционного зондирования.

Иллюстрация различных компонентов космического выветривания.

История

Большая часть наших знаний о процессе космического выветривания получена из исследований лунных образцов, возвращенных Программа Аполлон, особенно лунные почвы (или же реголит ). Постоянный поток частицы высоких энергий и микрометеориты вместе с более крупными метеоритами действуют на измельчать, таять, брызгать и испарять компоненты лунного грунта.

Первыми продуктами космического выветривания, обнаруженными в лунных почвах, были «агглютинаты». Они образуются, когда микрометеориты плавят небольшое количество материала, который включает окружающее стекло и минеральные фрагменты в сваренный стеклом агрегат размером от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Агглютинаты очень распространены в лунной почве, составляя от 60 до 70% зрелых почв.[1] Эти сложные частицы неправильной формы кажутся человеческому глазу черными, в основном из-за присутствия нанофаза утюг.

Космическое выветривание также производит коррелированные с поверхностью продукты на отдельных зернах почвы, такие как брызги стекла; имплантированный водород, гелий и другие газы; Солнечная вспышка треки; и сросшиеся компоненты, включая нанофазное железо. Только в 1990-х годах инструменты, в частности просвечивающие электронные микроскопы, а методы позволили открыть очень тонкие (60-200 нм) патины, или каймы, которые образуются на отдельных зернах лунного грунта в результате повторного осаждения пара от ударов ближайших микрометеоритов и повторного осаждения материала, распыленного из близлежащих зерен.[2]

Эти процессы выветривания имеют большое влияние на спектральные свойства лунного грунта, особенно в ультрафиолетовый, видимый, и ближний инфракрасный (УФ / Vis / NIR) длины волн. Эти спектральные изменения в значительной степени объясняются включениями «нанофазного железа», которое является повсеместным компонентом как агглютинатов, так и оторочек почвы.[3] Эти очень маленькие (от одного до нескольких сотен нанометров в диаметре) шарики металлического железа образуются, когда железосодержащие минералы (например, оливин и пироксен ) испаряются, а железо высвобождается и повторно осаждается в своей естественной форме.

ПЭМ-изображение обветренной границы космического пространства на зерне лунного грунта 10084

Влияние на спектральные свойства

На Луне спектральные эффекты космического выветривания тройственны: по мере созревания лунной поверхности она становится темнее ( альбедо уменьшается), краснее (коэффициент отражения увеличивается с увеличением длины волны), а глубина его диагностики полосы поглощения уменьшены[4] Эти эффекты во многом обусловлены наличием нанофаза железо как в агглютинатах, так и в сросшихся каймах отдельных зерен. Эффекты потемнения космического выветривания легко увидеть, изучив лунные кратеры. Молодые свежие кратеры имеют яркие лучевые системы, потому что они обнажили свежий, не выветрившийся материал, но со временем эти лучи исчезают, поскольку процесс выветривания затемняет материал.

Космическое выветривание астероидов

Считается, что космическое выветривание также происходит на астероидах,[5] хотя окружающая среда сильно отличается от Луны. Удары в поясе астероидов происходят медленнее и, следовательно, создают меньше расплава и пара. Кроме того, меньше частиц солнечного ветра достигает пояса астероидов. И, наконец, более высокая частота столкновений и меньшая сила тяжести меньших тел означает, что переворачивание больше, а возраст воздействия на поверхность должен быть меньше, чем лунная поверхность. Следовательно, космическое выветривание должно происходить медленнее и в меньшей степени на поверхности астероидов.

Однако мы действительно видим доказательства выветривания астероидов в космосе. В течение многих лет в сообществе ученых-планетологов существовала так называемая «загадка», потому что в целом спектры астероидов не соответствуют спектрам нашей коллекции метеоритов. В частности, спектры Астероиды S-типа, не соответствовали спектрам наиболее распространенного типа метеоритов, обыкновенные хондриты (OCs). Спектры астероидов имели тенденцию быть более красными с крутой кривизной в видимом диапазоне длин волн. Однако Binzel et al.[6] идентифицировали околоземные астероиды со спектральными свойствами, охватывающими диапазон от S-типа до спектров, аналогичных спектрам метеоритов OC, предполагая, что происходит продолжающийся процесс, который может изменить спектры материала OC, чтобы они выглядели как астероиды S-типа. Имеются также свидетельства изменения реголита из Галилео облетов Гаспра и Ида показывает спектральные различия в свежих кратерах. Со временем кажется, что спектры Иды и Гаспры краснеют и теряют спектральный контраст. Свидетельства из РЯДОМ Сапожник рентгеновские измерения Эрос указывают на обычный состав хондрита, несмотря на красный наклон спектра S-типа, что снова указывает на то, что какой-то процесс изменил оптические свойства поверхности. Результаты Хаябуса космический корабль на астероиде Итокава, также являющийся обычным хондритом по составу, демонстрирует спектральные признаки космического выветривания. Кроме того, неопровержимые доказательства изменения космического выветривания были обнаружены в зернах почвы, возвращаемых космическим кораблем Хаябуса. Поскольку Итокава настолько мал (диаметр 550 м), считалось, что низкая гравитация не позволит развиться зрелому реголиту, однако предварительное исследование возвращенных образцов показывает присутствие нанофазного железа и других эффектов космического выветривания на нескольких зерна.[7] Кроме того, есть свидетельства того, что патина выветривания может развиваться и действительно образуется на каменных поверхностях астероида. Такие покрытия, вероятно, похожи на патины на лунных скалах.[8]

Есть свидетельства того, что большая часть изменения цвета из-за выветривания происходит быстро, в первые сто тысяч лет, что ограничивает применимость спектральных измерений для определения возраста астероидов.[9]

Космическое выветривание на Меркурии

Окружающая среда на Меркурий также существенно отличается от Луны. Во-первых, днем ​​значительно жарче (дневной температура поверхности ~ 100 ° C для Луны, ~ 425 ° C для Меркурия) и более холодные ночью, что может изменить продукты космического выветривания. Кроме того, из-за своего местоположения в Солнечной системе Меркурий также подвергается немного большему потоку микрометеоритов, которые сталкиваются с гораздо более высокими скоростями, чем Луна. Сочетание этих факторов делает Меркурий намного более эффективным, чем Луна, в создании плавления и пара. Ожидается, что на единицу площади при ударах Меркурия будет в 13,5 раза больше расплава и в 19,5 раз больше пара, чем на Луне.[10] Агглютинитовые стекловидные отложения и покрытия из паровой фазы должны создаваться на Меркурии значительно быстрее и эффективнее, чем на Луне.

УФ / видимый спектр Меркурия, наблюдаемый в телескоп с Земли, является примерно линейным с красным наклоном. Полосы поглощения, связанные с железосодержащими минералами, такими как пироксен, отсутствуют. Это означает, что либо на поверхности Меркурия нет железа, либо железо в Fe-содержащих минералах выветрилось до нанофазного железа. Выветрившаяся поверхность могла бы объяснить покрасневший склон.[11]

Смотрите также

Рекомендации

Цитированные ссылки

  1. ^ Хайкен, Грант (1991). Лунный справочник: руководство пользователя по Луне (1-е изд.). Кембридж [u.a.]: Cambridge Univ. Нажмите. ISBN  978-0-521-33444-0.
  2. ^ Keller, L.P; Маккей, Д. С. (июнь 1997 г.). «Природа и происхождение кайм на зернах лунного грунта». Geochimica et Cosmochimica Acta. 61 (11): 2331–2341. Bibcode:1997GeCoA..61.2331K. Дои:10.1016 / S0016-7037 (97) 00085-9.
  3. ^ Благородный, Сара; Pieters C.M .; Келлер Л. П. (сентябрь 2007 г.). «Экспериментальный подход к пониманию оптических эффектов космического выветривания». Икар. 192 (2): 629–642. Bibcode:2007Icar..192..629N. Дои:10.1016 / j.icarus.2007.07.021. HDL:2060/20070019675.
  4. ^ Pieters, C.M .; Фишер, Э. М .; Rode, O .; Басу, А. (1993). «Оптические эффекты космического выветривания: роль тончайшей фракции». Журнал геофизических исследований. 98 (E11): 20, 817–20, 824. Bibcode:1993JGR .... 9820817P. Дои:10.1029 / 93JE02467. ISSN  0148-0227.
  5. ^ Подробный обзор современного состояния понимания космического выветривания на астероидах см. Чепмен, Кларк Р. (май 2004 г.). «Космическое выветривание поверхности астероидов». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах. 32: 539–567. Bibcode:2004AREPS..32..539C. Дои:10.1146 / annurev.earth.32.101802.120453..
  6. ^ Binzel, R.P .; Автобус, S.J .; Burbine, T.H .; Саншайн, Дж. М. (август 1996 г.). "Спектральные свойства астероидов, сближающихся с Землей: свидетельства источников обычных хондритовых метеоритов". Наука. 273 (5277): 946–948. Bibcode:1996Sci ... 273..946B. Дои:10.1126 / science.273.5277.946. PMID  8688076. S2CID  33807424.
  7. ^ Т. Ногучи; Т. Накамура; М. Кимура; Золенский М.Е. М. Танака; Т. Хашимото; М. Конно; А. Накато; и другие. (26 августа 2011 г.). «Начальное космическое выветривание наблюдается на поверхности частиц пыли Итокава». Наука. 333 (6046): 1121–1125. Bibcode:2011Научный ... 333.1121N. Дои:10.1126 / science.1207794. PMID  21868670. S2CID  5326244.
  8. ^ Хирои, Такахиро; Abe M .; К. Китазато; С. Абэ; Б. Кларк; С. Сасаки; М. Исигуро; О. Барнуин-Джа (7 сентября 2006 г.). «Развитие космического выветривания на астероиде 25143 Итокава». Природа. 443 (7107): 56–58. Bibcode:2006Натура 443 ... 56H. Дои:10.1038 / природа05073. PMID  16957724. S2CID  4353389.
  9. ^ Рэйчел Кортленд (30 апреля 2009 г.). "Солнечные повреждения скрывают истинный возраст астероидов". Новый ученый. Получено 27 февраля 2013.
  10. ^ Синтала, Марк Дж. (Январь 1992 г.). «Вызванные ударами тепловые эффекты в лунных и меркурианских реголитах». Журнал геофизических исследований. 97 (E1): 947–973. Bibcode:1992JGR .... 97..947C. Дои:10.1029 / 91JE02207. ISSN  0148-0227.
  11. ^ Хапке, Брюс (февраль 2001 г.). «Космическое выветривание от Меркурия до пояса астероидов». Журнал геофизических исследований. 106 (E5): 10, 039–10, 073. Bibcode:2001JGR ... 10610039H. Дои:10.1029 / 2000JE001338.

Общие ссылки