Частица лунного грунта

На этом фото, сделанном при помощи сканирующего электронного микроскопа, показана стеклянная сферическая частица реголита — рыхлого лунного грунта. На Землю ее доставила в 1970 году советская автоматическая межпланетная станция «Луна-16» — в составе грунта массой 101 грамм. На поверхности этой частицы диаметром 0,5 мм виден кратер диаметром 0,1 мм. Его оставил метеорит, летевший на большой скорости. Микрометеорит, конечно. Или, другими словами, космическая пыль. Только представьте его размеры!

Образцы реголита, доставленные «Луной-16», в экспозиции Мемориального музея космонавтики в Москве. Фото Виталия Егорова с сайта zelenyikot.livejournal.com

Ежегодно Луну бомбардирует около 10⁶ кг микрометеоритов кометного и астероидного происхождения. Размер большинства из них составляет от 10 нм до 1 мм, они падают на Луну со скоростью 10–72 км/сек. Реголит, собственно, сформировался благодаря бомбардировке поверхности Луны метеоритами разных размеров, в том числе микрометеоритами. Он состоит из обломков раздробленных лунных горных пород и минералов, брекчий (крупнозернистая порода, состоящая из обломков горных пород, скрепленных минеральным цементом или мелкозернистыми породами), частиц стекла — продуктов плавления, вызванных ударами метеоритов, а также так называемых агглютинатов — мелких обломков, сцементированных стеклом.

Типичная частица агглютината лунного реголита. Форма и поверхность частицы обусловлены оплавлением и спеканием литических фрагментов, минеральных и стеклянных зерен лунного реголита в одну частицу при высокоскоростном метеоритном ударе. Частица доставлена аппаратом «Луна-16». Фото из статьи Е. Н. Слюта, 2014. Физико-механические свойства лунного грунта

Средняя скорость образования реголита очень мала — всего лишь 1,5 мм за один миллион лет. Поэтому средняя мощность слоя реголита колеблется от 4–5 м в геологически более молодых лунных морях до 10–15 м на древних материках.

Частицы реголита сильно отличаются от всевозможных земных частиц, например от песчинок. Поверхность мелких частиц реголита пористая и неоднородная, она постепенно изменяется под воздействием агглютинации (разбрызгивания и налипания стекла при ударе метеорита), а также эрозии за счет плавления и удаления вещества из микрократеров при ударе высокоскоростными микрометеоритами. Кроме того, происходит эрозия поверхности на атомном уровне из-за ионизирующего облучения ионами солнечного ветра и галактическими космическими лучами.

Разнообразные частицы реголита, доставленного «Аполлоном-17», в сканирующем электронном микроскопе. Фото из статьи Jae Sung Park et al., 2006. Micro-Morphology and Toxicological Effects of Lunar Dust

Реголит однороден по составу и представляет собой нечто среднее между всеми горными породами в радиусе нескольких сотен километров. То есть его состав определяется в основном составом пород района, где он находится. «Луна-16» прилунилась в Море Изобилия, а лунные моря покрыты базальтовыми породами. Поэтому привезенные ею образцы реголита содержат фрагменты этих пород и их основные минералы — пироксен и оливин. А, к примеру, «Луна-20» и «Аполлон-16» прилунились в гористой местности, поэтому в доставленных ими образцах преобладают анортозитовые породы и полевой шпат плагиоклаз.

Слева — частицы грунта «Аполлона-11», который прилунился в районе Море Спокойствия, фракции размером менее 0,09 мм. Видны обломки пород и минералов (зеленый полупрозрачный — оливин). Справа — частицы грунта «Луны-16» размером менее 0,45 мм. Кроме оливина и обломков других пород и минералов видны шарики стекла — застывшие в полете брызги ударного расплава. Фото НАСА и Института геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН) из статьи А. Т. Базилевкий, 2017. Были ли американцы на Луне?

Частицы реголита бывают разной формы: сферические, угловые блоки, осколки стекла, нерегулярной формы («швейцарский сыр»).

Частицы реголита разнообразной формы, сфотографированные при помощи сканирующего электронного микроскопа. Фото из статьи Xu-yan Hou et al., 2014. Experrmental study of particle removal with PLZT induced voltages

Острые выступы частиц реголита позволяют им удерживаться друг за друга, дополнительное сцепление придают силы Ван-дер-Ваальса, в результате грунт может комковаться и держать вертикальные стенки небольшой высоты. Именно поэтому следы астронавтов на поверхности Луны такие отчетливые.

Знаменитая фотография следа астронавта «Аполлона-11» Базза Олдрина в лунном реголите. Фото с сайта commons.wikimedia.org, 20 июля 1969 года

На сухом земном песке такие следы не получатся из-за большого размера песчинок и их округлой формы. На мокром песке следы получатся более четкими, но надолго не сохранятся — сила тяжести больше, чем на Луне.

Земной песок под оптическим микроскопом. Фото с сайта independent.co.uk

Частицы реголита размером меньше 100 мкм называют лунной пылью. Мелкая лунная пыль может влиять на производительность научных и жизнеобеспечивающих приборов на лунной поверхности. Во время экспедиций программы «Аполлон» пыль налипала на скафандры астронавтов, летала внутри жилого отсека лунного модуля, покрывала кожу, попадала в глаза и дыхательные пути, причиняя дискомфорт.

Слева — астронавт «Аполлона-17» Юджин Сернан в пыли после выхода на лунную поверхность. Справа — распределение размера гранул лунной пыли, извлеченной из скафандра астронавта «Аполлона-17» Харрисона Шмитта, средний размер — 10,7 мкм. Изображение из статьи D. Linnarsson et al., 2012. Toxicity of lunar dust

Поэтому ученые исследуют реголит не только для получения новых знаний о его свойствах, но для определения влияния на здоровье будущих астронавтов и функционирование космической техники.

Фото из статьи Е. Н. Слюта, 2014. Физико-механические свойства лунного грунта.

Юлия Михневич