Hold por

Hold por

Szergej Popel,
Fizika és matematika doktora, az Orosz Tudományos Akadémia Űrkutató Intézete
"Kémia és élet" №5, 2018

Van-e port a holdon? Mit mondott az Azimov, Clark, Szergej Korolev erről? Mit mutatott a kísérlet? Van-e port a hold körül?

Amikor visszatértem a hajóhoz, az edényt egy tartályba dobtam, és most emlékszem, hogy finom porral borították. Valami furcsa por, az érintésre száraz és sekély, mint só; nehéz volt kiszáradni.

Stanislav Lem, "Béke a Földön"

Körülbelül – nem igazán vákuum

Nem sokkal ezelőtt az emberiség ünnepelte a térkorszak kezdetének 60. évfordulóját – 1957. október 4-én elindult a Föld első szovjet műholdas műholdja. Ezt követően sok értelmiség kezdett elgondolkodni a közelgő holdi küldetéseken. 1959-ben Isaac Asimov, az amerikai tudományos fikció és a tudomány népszerűsítője kiadta a népszerű tudományos cikket: "14 millió tonna por / év" a folyóiratban A tudomány megemésztése. Bár a "14 millió tonna" az év során a Föld egész felszínére eső por mennyiségére vonatkozott, ezek az adatok lehetővé tették számunkra, hogy becsüljük meg a több tíz méteres holdfelszínen lévő porréteg várható vastagságát. E feltételezések alapján 1961-ben írta le a brit sci-fi író, Arthur Clark, a "Moon Dust" című sci-fi regényt.A regény földrajzi feljegyzése szerint, a Holdon, melyet nagyon vastag porréteg borít, különleges hajók és porok folynak a települések között.

A Szovjetunióban hosszú távú, hosszú távra szóló település projektjei 1960 körül alakultak ki az általános mérnöki tervezőirodában V. P. Barmin vezetésével. Az ilyen települések létrehozását S. P. Korolev terjesztette elő, és az antarktiszi állomások felállítására használt modulokat modellként vették fel. Egyes szakemberek azt feltételezték, hogy a porréteg felszívja a lehajló berendezéseket, még inkább az építkezést. Van egy legenda, hogy maga SP Korolev véget vetett ennek a végtelen vitának. Az egyik találkozón írta egy jegyzetfüzetben: "A hold szilárd, S. Korolev", dátumot határozott meg, aláírta és egy lapot ad "ellenfelének". A legenda egy legenda, de a feljegyzését valami ilyesmi – a jelentés – szövegben megőrzi.

Korolevnek igaza volt. Már 1966-ban a "Luna-9" szovjet automata állomás, amely egy meglehetősen szilárd holdfeltétel (pl. Horog) feltételezésével készült, a felszínén landolt. Amerikai űrhajósok, akik 1969-1972-ben látogatták a holdat, úgy találták, hogy a holdfelszínréteg nem haladja meg a néhány centimétert vagy tízcentimétert.A tapadás miatt ez a por ragaszkodik az űrhajós öltözékekhez (1. ábra), az űrhajók felületéhez, az eszközökhöz és az eszközökhöz. A porral borított eszközök felületén a napsugárzás felszívódása drasztikusan megnő, ez túlhevülést okozhat; más bajok lehetségesek. Az űrruhákon a port a moonmodulba hozza, és az űrhajósok a levegőben felfüggesztett részecskéket súlytalan állapotban belélegzik a teljes háromnapos visszatérő útra a Földre. Így a holdpor jelentős kockázati tényező az űrhajósok egészségére nézve.

Ábra. 1. expedíció Apolló-17. Harrison Schmitt összegyűjti a holdfölddarabokat. A ruha alját porral borítják

A hajók űri küldetései során Apollo a holdra észlelték, hogy a napfény szóródik a terminátor régiójában: a "nap" és az "éjszakai" közötti zóna. Ez pedig a holdfények kialakulásához vezet (holdi horizont ragyog) és a holdfelszín feletti szalagok (2. A későbbi megfigyelések azt mutatták, hogy a fényszóródás valószínűleg olyan feltöltött porrészecskéknél fordul elő, amelyek forrása a hold felszíne. Űrhajó adatok felügyelő hogy a mikron porrészecskék a hold felszínéről körülbelül 10-30 cm-rel lebeghetnek. A missziókban Apollo Vizuális megfigyelések történtek a szubmikronos por létezésének bizonyítására a hold exoszférában 100 km-es magasságban. A szubmikronos por jelenlétét a Holdon keresztül erősíti az amerikai LADEE hold-orbiterLunar Atmosphere és Dust Environment Explorer). Kiderült, hogy a felhő folyamatosan jelen van a Hold körül, legalább 1 260 km-es tengerszint feletti magasságban.

Ábra. 2. Vázlat a napkelte a Holdon (kilátás a Hold pályán egy űrhajó Apolló-17), amelyet Eugene Cernan készített. A jobb oldalon az ábrán a szétszórt fény forrása látható: piros jelzett koronális és zodiákus fény; kék – Holdfények, esetleg a hold exoszféra porának köszönhetően; zöld – szalagok – szürkés sugarak, amelyeket árnyékolt és diffúz fény szolgáltat

Általában véve, a jelenlegi gondolatokkal ellentétben, a Hold feletti tér nem elég vákuum. Van egy ritka holdfényes légkör, köztük semleges atomok és molekulák, ionok, elektronok és töltött porrészecskék.Ezek például a napfelkeltés előtti gázkoncentrációk (LACE adatok, Lunáris légköri összetételű kísérlet): CO és CO2 – 1∙103 lát−3, N2 – 8∙102 lát−3, CH4 – 1∙104 lát−3és az inert gázok esetében He – 2 · 10 jelen van.3 lát−3 délután és 4 104 lát−3 éjjel, és Ar – 1 ∙ 105 lát−3 délután és 4 104 lát−3 éjjel

Úgy vélik, hogy a hold felülete feletti por nem önmagában él, hogy a plazma-porrendszer szerves része (3. A Hold felszínét a napból, a napszél plazmájából és a Föld magnetoszférájának farok plazmájából származó elektromágneses sugárzás hatására töltik fel. Amikor a sugárzással kölcsönhatásba lépnek, a holdkőzetek a fotoelektromos hatás miatt elektronokat bocsátanak ki; emellett a hold felszínén lebegő porrészecskék is szállítják, amelyek szintén elnyelik a napfényt. A Hold felszínén vagy a felszíni rétegben található porrészecskék azonban nemcsak emittálják, hanem felszívják a fotoelektronokat, valamint a napsugárzás fotonjait, a napszél-elektronokat és ionokat; ha a hold a Föld magnetoszférájának a farkában van, akkor a magnetoszféra plazma elektronjai és ionjai. Mindezek a folyamatok a porrészecskék feltöltéséhez vezetnek, kölcsönhatásban vannak a Hold feltöltött felületével, mozgással és esetleg emeléssel.

Ábra. 3. A plazma-porrendszer fő elemei: terminátor (én), fotoelektronok (II), a felszín közelében lévő por (III), por nagy magasságokban (IV), a napsugárzás fotonjai, a napsugárzás. Az is látható a leszálló jármű (V) jövőbeli holdi küldetés a déli féltekén a nagy szélességi területeken

Por és ideiglenes légkör

Ábra. 4. A meteoroid ütközésének kezdeti szakasza a holdfelszínnel és a tollak kialakulásával

A holdfelület feletti térben a porrészecskék fontos forrása az ún. Átmeneti légkör. Olyan kozmikus testekre, amelyeknek nincs saját légköre, mint például a Hold, a higany és az aszteroidák, ezek a légkörök meglehetősen nagy meteoroidokkal vagy űrhajókkal való összeütközés következtében keletkeznek. Ilyen ideiglenes légkört találtak a hold felszínén. A 20 km / s sebességgel mozgó 10 cm-es meteoroidra vonatkozó számítások azt mutatják, hogy amikor egy ilyen meteoroid a hold felszínére ütközik, egy kitörés keletkezik. toll – fáklya) kúpos alakú párolgott anyagból (4. 2,5 másodpercig a toll magassága eléri a 10 km-t, a sugár 5 km, és a jellemző sűrűség 10-re csökken-15 g / cm3. Ezután kezdődik az evolúció ütközés nélküli fázisa – az atomok és molekulák szabad terjeszkedése. Ebben az esetben a napsugár miatt az atomok és molekulák ionizálódnak és a plazma kialakul.

Az elektronokon, ionokon és neutrálisokon kívül mikroszemcsék vannak jelen a plumpa plazmában. Az első típusú részecskék kis cseppek, keletkeznek a kondenzáció következtében, amikor a habanyag kibővül, az anyagnak 20-30% -a ideje begyűjteni őket. Az ilyen cseppek körülbelül azonos méretűek – kb. 3 mikron, és 3-5 km / s sebességgel repülnek. Ez több, mint a második kozmikus sebesség a holdra (2,38 km / s), így elhagyják a holdat, és néhányuk eléri a Földet. A második típusú részecskéket – por – egy meteoroid és egy reguláris réteg (holdkő) hatásából kialakított tölcsérből kinyomják. A részecskék tipikus mérete 30 mikron, a sebesség 0,3-1 km / s. Ha a meteoroid 10 cm-es, akkor kb. 4 × 10 lesz11 részecskéket. Ezek a részecskék nem hagyják el a holdat, 0,3 km / s sebességgel, körülbelül 20 másodpercen belül visszaesnek; az emelkedésük maximális magassága 3 km. Egy ilyen meteoroid esetében a köpeny 500 km-re nő, majd összehasonlítjuk a plazma sűrűségét és a szolárplazma plazmáját, összeolvad a kozmikus háttérrel. Ez az ütközés után 250 másodperccel történik.

Ugyanakkor sok más folyamat zajlik (5. Az elektromágneses sugárzás különösen az optikai tartományban keletkezik, amely a meglehetősen nagy meteoroidok ütközéséig a Föld felszínétől is megfigyelhető; egy ütközés nélküli ütközési hullám elülsődik,a meteoroid plume plazmájában fellépő turbulencia gerjesztésével kapcsolatos; a bolygóközi mágneses mezőt kivesszük a köpeny területéről; mikroszkópos részecskék képzése és töltése; energiátranszfer elektronokra, a részecskék gyorsulása a plazma turbulenciával való kölcsönhatás eredményeként; ultraibolya és röntgen sugárzás következik be. E folyamatok súlyos számítási modelljei valahogy figyelembe veszik.

Ábra. 5. Folyamatok a nagy meteoroid ütközéskor a hold felszínével: hatásokból származó optikai fotonok; meteoroid toll és annak fejlődése; mikroszkópos részecskék képződése a tollban; a plazma turbulencia a napsugár és a toll által kölcsönhatásban; gyors elektronok, ultraibolya és röntgen fotonok keletkezését

Por felhő a hold felett

A nagy meteoroidok ütközése a Hold és az időbeli légkör kialakulásával, bár nem ritka, de még mindig szabálytalan jelenségek, nem képesek a Holdon keresztül állandó plazmafelhőképződést alkotni. És létezik. A LADEE adatai mellett számos közvetett bizonyíték is létezik. Például a szovjet eszközök Luna-19 és Luna-22, hogy meghatározzák az elektronok koncentrációját a Holdon keresztül, radio-occlusive méréseket végeztek – tanulmányozták a rádióhullámok áthaladását a holdi exoszférán keresztül.Kiderült, hogy a napsugárzás által megvilágított Nap felszínén 10-30 km tengerszint feletti magasságban az elektronok koncentrációja 500-1000 cm−3. Ezek az értékek megegyeznek a Crab Nebula rádió-okkultiziós mérései alapján kapott adatokkal, ami jelzi a megbízhatóságukat.

Meg lehet magyarázni a porfelhő létezését, ha figyelembe vesszük a kis meteoritok hatását a hold felszínére. A felhőben lévő porrészecskék koncentrációját a meteoroidok hatása és a holdfelszín felett emelkedő részecskék áramlása határozza meg. Az ütközések száma a 10-es méretű meteoroidok holdfalaival-5 cm és több – körülbelül 100 m−2 naponta. A legtöbb ütközésmérő szubmikron és mikrométer méretű, átlagos sebességük megközelítőleg 27 km / s.

Ábra. 6. Az anyag párolgási zónájának holdpiastage alatt kialakuló képződmény (én), az anyag olvadáspontja (II), a lunáris szabályzatot alkotó részecskék megsemmisítésének zónája és azok visszafordíthatatlan deformációi (III), a regulith anyag nemlineáris elasztikus deformációinak zónái (IV), a regulith anyag lineáris elasztikus deformációinak zónái (V). kerek az I. zónában – zavarmentes meteoroid. nyíl azt mutatja, hogy az I-V zónákon a Hold felszínéről nagy sebességgel felszabadul az anyag (beleértve a porrészecskéket is)

Ha a nagysebességű meteoroid ütközik a holdfelszínnel, az ütközésmérő anyaga és a célpont erősen összenyomódik és felmelegszik. A nagy nyomás miatt erős ütőhullám keletkezik, amely a hatás epicentrumából szaporodik és egyidejűleg gyengül. Ennek eredményeképpen lineáris hanghullámsá alakul át. Az anyag (I) anyagának párolgási zónája, az anyag (II) olvadáspontja, a holdrendet alkotó részecskék elpusztításának zónája és azok irreverzibilis deformációi (III), valamint a szabályith anyag nemlineáris elasztikus deformációinak zónája (IV ), amelyet a nemlineáris hanghullámban levő nyomás értékei jellemeznek, kisebb mint a dinamikus rugalmas határérték (6. Az IV zónán egy lineáris elasztikus deformáció (V) zóna van, amelyben a hanghullám lineárisnak tekinthető.

Ha a lökéshullám a meteorológiai ütközés epicentrumától távol eső holdfelszínen terjed, ritkuló hullám alakul ki a felszíni rétegben, és az anyag tömegsebességének függőleges összetevője jelenik meg a lengéscsillapító mögött, amely rendszerint egybeesik a sebességkomponenssel, nagyságrenddel pontossággala felszínre irányítva. Kiszámítása a mélység a Spall réteg, azaz a réteget, amelyben a töredékek a felületről Hold szikla elválasztott kölcsönhatása egy nyomáshullámot, és az átlagos meteoroid áramlási értéket a Hold felszínén, megtalálható az összeget a porszemcsék, hogy a nő egységnyi idő alatt a Hold felszínén egységnyi területen miatt meteoroidok sztrájkolnak.

Különböző területein eltérő mennyiségű részecskék zajlik, és másként viselkednek. Például, a tömege származó részecskéket V övezet lineáris rugalmas deformáció regolite anyagok és a Hold felszínén emelkedik a magassága több mint 10 m, nagyobb, mint a tömeg emelkedő származó anyagok egyéb zónák (I-IV), 80-szor. A tömege a porszemcsék a zónák IV és V rugalmas deformációk, amelyek fölé emelkedik a felszínen a hold magasságban nagyobb, mint 10 km, négyszer a súlya a hatóanyagnak a növekvő zónák I-III. De csak az anyag a bepáriási zónát anyag (I), az anyag az olvasztási zónában (II), valamint részecske törési zónát alkotó Hold regolith és visszafordíthatatlan deformáció (III) elérheti a magassága a 100 km-rel a felület a Hold és a fenti.Csak a párologtatási zóna (I) és az olvadási zóna (II) lökéshullám által kibocsátott anyag 700 km-re emelkedik.

A hold felszínén felhalmozódó porfelhő kialakulásának fontos szerepe a (II) anyag olvadási zónája. Először is, az e zónából származó részecskék jelentős hányada gyorsabb, mint a második kozmikus sebesség a hold számára, vagyis nem hagyja örökké, véges pályák mentén mozog, és végül visszatér a hold felszínére. Ezenkívül az anyag olvadási zónából való töredezettsége miatt a részecskék száma meglehetősen nagy.

Az olvasztási zónából származó részecskék képződése minőségi szempontból néz ki. A meteoroid hatása következtében a porózus szabályzást lökéshullám sűríti a szilárd anyag sűrűségére. Ha a lökéshullám szabad felületen érkezik, a hullámfront mögötti nyomás nagyobb, mint a teljes olvadási küszöbérték, de kisebb, mint a teljes párologtatási küszöbérték, az anyag teljesen megolvadt (II. Zóna). Miután a lökéshullám eléri a szabad felületet, a héj a szabad térbe dobja a mögötte lévő táguló gőzzel.A lökéshullám által a (II) anyag olvadási zónájába tartozó szabad térbe kibocsátott anyag egy töredékbe széteső folyadék. Az egyensúlyi cseppek képződnek, amikor cseppgőzáramban a gőz által elfoglalt térfogat összehasonlítható a folyadék térfogatával. A numerikus modell lehetővé teszi a cseppecskék koncentrációjának becslését, és az eredmény a LADEE küldetés keretében megfigyelt felhőben lévő porrészecskék koncentrációjának felel meg. A Hold felett emelkedve a folyékony olvadék csepp megszilárdul, és kölcsönhatásba lép az elektronokkal és a napsugár-ionokkal, valamint a napsugárzással, elektromos töltésekkel.

Mivel a meteoroidok (beleértve a mikrometeoridokat is) a holdfelszínhez mindig áramlanak, a hold feletti porfelhő folyamatosan létezik, ami szintén megfelel a LADEE adatoknak. Az a tény, hogy a porfelhő egy olyan anyag által képződött, amely a hold felszínéről emelkedik a meteoroidok sztrájkja miatt, kifejti a por koncentrációjának hirtelen növekedését az éves meteorzuhanyok egy része és a hold között, különösen a LADEE misszió által felfedezett nagysebességű meteorzuhany alatt.

Por a hold felett

A jövőbeni holdkutatások során a Luna-25 és a Luna-27 állomás leszállási moduljainak olyan berendezéseket kell elhelyezniük, amelyek közvetlenül érzékelik a por felszínét a Hold felett, és optikai méréseket végeznek.

A felszínrétegben a hold feletti por a saját tulajdonságokkal rendelkezik. Először is ott vannak az elektrosztatikus és plazmaporos folyamatok. A Hold felszínét a napból, a napszél plazmájából és a Föld magnetoszférájának farok plazmájából származó elektromágneses sugárzás hatására töltik fel. A napsugárzás hatásaival együtt a hold és a por részecskéi a fotoelektromos hatás miatt elektronokat bocsátanak ki, így a felszín felett egy fotoelektron réteg képződik. De ugyanakkor a porrészecskék és a felszín felszívja a fotoelektronokat, a napsugárzás fotonjait, a napsugárból származó elektronokat és ionokat, és ha a hold a Föld magnetoszféra farkában van, akkor a magnetoszféra plazma elektronjai és ionjai. Mindezek a folyamatok a porrészecskék töltéséhez vezetnek, kölcsönhatásuk a Hold feltöltött felületével, a por növekedésével és mozgásával.

A 90-es évek végén fokozódott a Hold közelében a plazma-porrendszer leírásának érdeke, amikor poros plazmák vizsgálatára szolgáló módszereket fejlesztettek ki.Különösen lehetséges volt megfigyelni a plazmapor rendszert a Hold megvilágított részének felszíni rétegében, beleértve a nagy földrajzi területeket is – a Luna-25 és a Luna-27 állomások leszálló moduljának feltételezett területét.

A hold megvilágított részének tanulmányozása fontos ezeknél a projekteknél, mivel a napelemek által működtetett állomások elsősorban a Hold Napján fognak működni. A 3. ábrán bemutatjuk. 7 ac A hisztogramok a hold felszínét feletti porrészecskék koncentrációinak kiszámítását a helyi normál és a nap irányába 77 °, 82 ° és 87 ° közötti szögek között számolják. Látható, hogy a részecskék viselkedése erősen ebből a szögből függ. Ábrán. 7 g Megmutatják, hogy a lehető legnagyobb magasságú porrészecskék hogyan emelkedhetnek. A kapott adatok megcáfolják a korábbi munkák megállapításait az úgynevezett halott zóna létezésére, ahol a porrészecskék nem emelkednek fel a felszínről, a holdfrekvencia szélességi körzetében, közel 80 ° -on – azon a ponton, ahol az állomásokat a holdra tervezik.

Ábra. 7. A porrészecskék eloszlása ​​a Hold felszínének felett a napsugárzás által 77 ° -os szögben megvilágítva (és), 82° (b), 87° (a), valamint a porrészecskék magasságának lehető legnagyobb értékeit (g)

A plazma-porrendszer paramétereinek kiszámításánál a hold regulitum kvantum-hozama fontos, vagyis a szabályozó felületéről egyetlen fotonnal kiütött elektronok száma. A rendelkezésre álló adatok még mindig nem megbízhatóak. Tehát még a küldetésekben szállított szabályitisz részecskék kísérleti vizsgálatával is Apollo-14, 15A nagy vákuumban tárolt mintákkal nem lehetett dolgozni. A részecskékkel való manipulációt inert atmoszférában végeztük, amely szennyeződéseket tartalmazott. A minták felületét idegen anyagnak tették ki, kvantumhozamának és munkamódjának megváltozhatott.

Ábra. 8. Kvanciális séma a kvantumhozam és a holdfüggvény munkamûködésének mérésére: és – sugárforrásból származó fényáram,b – tükör a – a tükör által átalakított fényáram, g – Holdfelület, d – Langmuir szonda, e – egy sáv, amelyen a mérőberendezés rögzítve van

Ezeket a paramétereket olyan módszerekkel kell meghatározni, amelyek kizárják a minták kölcsönhatását a talaj levegőjével. Azonban, hogy biztosítsuk a hold földet a föld légkörével való érintkezés nélkül igen nehéz. Az ideális megoldás lenne, ha közvetlenül a holdon kutatnánk. A kísérlet lehetséges sémáját az 1. ábrán mutatjuk be. 8.Az elektromágneses sugárzás forrása a Nap, a tükrök a sugárzás koncentrálására szolgálnak. Igaz, ebben az esetben az emissziós spektrum némileg változik, de intenzitásának növelése lehetővé teszi megbízhatóbb eredmények elérését. Lehet, hogy a LED-eket vagy a gázkisüléses lámpát sugárzás forrásaiként alkalmazzák, de spektrumuk sokkal erősebben különbözik a naptól. A plazma paramétereinek mérésére javasoljuk a Langmuir szondát a fotoelektronok fluxusának kimutatására mind a holdfelszín fényforrásának megvilágításával, mind hiányában, valamint az energiaspektrum rögzítéséhez. A kísérlet felszerelését a Luna-27 állomás leereszkedő moduljára lehet helyezni – a szórórúdon, amely lehetővé teszi, hogy eltávolítsák a leszálló modulból – ez csökkenti a modul által az eredményeken kibocsátott fotoelektronok hatását. Ugyanebből a célból a készüléknek a rúddal szomszédos alkatrészeit festékkel kell festeni, amely csökkenti a fotoelektronok képződését.

Vissza a holdhoz

A hold feltárásának határozott reneszánszára jelenleg is sor kerül – az Európai Unió, India, Kína, az Egyesült Államok és Japán bejelentette a 21. századi hold feltárásának terveit.Oroszország előkészíti a "Luna-25", "Luna-26" és a "Luna-27" küldetéseket. A NASA LADEE misszió keretében végzett kutatások. Az összes programban nagy figyelmet fordítanak a holdpor tanulmányozására. Ha az 1960-as és 1970-es évek küldetéseinek adatai csak a por exoszférájában való por jelenlétét tudták megítélni, akkor a modern küldetések a holdpor tulajdonságainak koncentrált tanulmányozására utalnak. A holdi küldetések elkészítését megfelelő elméleti tanulmányok kísérik, ezek közül néhányat a fentiekből adtunk meg. Továbbra is várni kell olyan adatokra, amelyek javítják elméletünket.

A holdporra vonatkozó tanulmányok különös jelentőséggel bírnak, ha emlékeztetünk arra a tervre, hogy egy lakható holdbázist hozzanak létre, amelyet elég aktívan tárgyalnak. Ahogy az űrhajós írta a küldetést Apolló-17 Harrison Schmitt: "A por az elsőszámú környezeti probléma a Holdon." Nyilvánvalóan nem hasznos, különösen akkor, amikor belép a tüdőbe. Az 1960-as és 1970-es évek expedíciói között a holdporral való kapcsolat rövid volt, de hosszú távú bázisok létrehozásakor a porproblémát meg kellett oldani annak érdekében, hogy elkerülhető legyen az expedíció résztvevőinek egészségi problémái. Igen, és ennek a pornak a felszerelése valószínűleg nem lesz hasznos.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: