Характеристики ULnpFe0 на концах ударных стеклянных шариков. Кредит: Институт физики
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, профессора Шэнь Лайцюань, Бай Хайян и др. из группы профессора Ван Вэйхуа в Институте физики Китайской академии наук прояснили соответствующие эффекты облучения и воздействия на образование наночастиц металлического железа (npFe0).
Основываясь на точных наблюдениях за стеклянными шариками, возвращенными миссией «Чанъэ-5», они показали, что образование мелких и крупных npFe0 с различными оптическими эффектами независимо контролируется облучением солнечного ветра и воздействиями микрометеоритов.
npFe0 широко распространены на Луне, и их накопление со временем меняет оптический спектр лунной поверхности. Изменение цвета поверхности во многом зависит от размера npFe0: чем меньше npFe0, тем краснее спектры отражения, а чем больше, тем больше npFe0.
Результирующие изменения цвета значительно усложняют исследования дистанционного зондирования, создавая долгосрочные головоломки для астрономов. Более того, происхождение npFe0 разных размеров не было хорошо понято до этого исследования.
npFe0 известны как продукты космического выветривания, включающего в себя два основных агента: удары микрометеоритов и облучение солнечного ветра. Тем не менее, конкретная роль этих двух агентов в образовании npFe0 разного размера остается неясной, что затрудняет наше понимание цветовых вариаций лунной поверхности или астероидов в сложных космических условиях.
Распределение размеров трех различных типов npFe0. Кредит: Институт физики
«Мы обнаружили, что стеклянные шарики в лунном грунте Чанъэ-5 могут сохранять частицы железа разных размеров, примерно от 1 нанометра до 1 микрометра», — сказал профессор Бай.
«Как правило, трудно различить npFe0 различного происхождения, наблюдаемые вместе в отдельных образцах. Здесь мы использовали особенность вращения шариков ударного стекла, чтобы четко различать npFe0, образовавшийся до и после затвердевания основных стеклянных шариков».
В этом исследовании ученые обнаружили многочисленные дискретные крупные частицы npFe0 размером в десятки нанометров, которые имели тенденцию концентрироваться к краям стеклянных шариков. Этот эффект концентрации может привести к тому, что сверхбольшие npFe0 будут выступать из конечностей.
Такая особенность в точности согласуется с явлением миграции, возникающим во вращающихся стеклообразующих каплях, вызванным сверхскоростными воздействиями. В таких сценариях Fe0 с более высокой плотностью, чем матрица, мигрирует к краям под действием центробежных сил, что указывает на то, что эти большие npFe0 образовались в ударных расплавах до затвердевания стеклянных шариков.
Напротив, они также обнаружили большое количество мелких частиц npFe0 размером в несколько нанометров, плотно заселяющих поверхности стеклянных шариков. Эти небольшие npFe0 демонстрируют характеристики распределения, аналогичные повреждению везикул, вызванному облучением.
Вдоль направления глубины стеклянных шариков как небольшие npFe0, так и везикулы постепенно уменьшаются в размерах и распространенности, что соответствует уменьшению количества имплантированных ионов солнечного ветра с увеличением глубины.
Более того, когда размер лунных зерен меньше, чем удвоенная глубина проникновения ионов солнечного ветра, малый npFe0 может полностью заполнить крошечные зерна. Эти результаты подчеркивают, что облучение солнечным ветром является основным драйвером наблюдаемого малого npFe0.
Схема космического выветривания на Луне и соответствующее происхождение npFe0. Кредит: Институт физики
Исследование показывает, что облучение солнечным ветром и воздействие микрометеоритов играют важную, но разную роль в формировании npFe0. Независимый рост малых и больших npFe0, выявленный в этом исследовании, хорошо согласуется со многими измерениями дистанционного зондирования, предоставляя ценную информацию для понимания и прогнозирования оптических свойств безвоздушных тел, подвергающихся воздействию различных космических сред.
Информация от: Китайской академией наук
