space_research

 

​​

Космические исследования. Луна и планеты.

Метеоритика и космохимия

Начну с космических исследований.

         Не удалось осуществить два космических проекта. Это - проекты «Луна - Глоб» и «Фобос-Грунт». Главной целью проекта «Луна-Глоб» было изучение внутреннего строения Луны и исследование воз можного присутствия воды в полярных кратерах. Главной целью проекта «Фобос – Грунт» была доставка грунта с поверхности  Фобоса.  В  ГЕОХИ была разработана лабораторная схема исследования доставленного образца. Если бы эти проекты, инициированные ГЕОХИ, были осуществлены, мы занимали бы сегодня лидирующее положение в фундаментальных космических исследованиях в мире. Но этого не случилось. Я не буду останавливаться на разработках, которые были сделаны в прошедшие годы. Упомяну только, разработанные в ГЕОХИ оригинальные приборы, которые были поставлены на космический аппарат «Фобос-Грунт», неудачно запущенный в 2011 году.

​​Рис. 2

                  Это масс-анализатор МАЛ- 1Ф, включавший портативный хроматограф   и  масс- спектрометр с хорошим диапазоном масс и чувствительностью. Работа выполнена в  лаборатории геохимии планет (зав.  лабораторией  доктор Л.П. Москалева), и в лаборатории  химических   сенсоров (зав. лабораторией     доктор Б.К. Зуев) в сотрудничестве с ИКИ.

Рис. 3

        Это – общий вид космического аппарата  «Фобос-Грунт» в НПО Лавочкина перед  отправкой на Байконур. Указано место установки прибора МАЛ–1Ф.​

Рис. 4

              Другой прибор, который следует упомянуть – это детектор космической пыли. Знание плотности пылевых частиц в космическом пространстве важно, помимо всего прочего, с точки зрения безопасности полетов. Многочисленные аварии космических аппаратов, в окрестностях Марса, возможно, объясняются суще- ствованием  в  зоне  Марса  повышенной концентрации частиц, обусловленной пылением его спутников: Фо- боса и Деймоса.

Несмотря на неудачу с запуском космического аппарата, разработанные приборы и выполненные научные исследования не теряют своего значения, так как они могут быть использованы как в случае возобновления проекта «Фобос- Грунт», так и в других проектах с доставкой грунта.

Рис. 5

     В настоящее время в Федеральную Космическую Программу на 2020-2030гг. включено предложение ГЕОХИ по разработке лунохода следующего поколения «Робот-геолог» с буровой установкой на борту.

​Создание такой установки является одним из элементов концепции исследования Луны, разрабатывавшейся в ГЕОХИ в рамках договора с Роскосмосом.

Работа, связанная с обоснованием космических миссий и созданием приборов для космических аппаратов, является лишь одной стороной космической деятельности ГЕОХИ. Другая, не менее важная сторона, состоит в развитии планетологии, как науки.

Рис. 6

     В лаборатории термодинамического моделирования (зав. лабораторией член- корреспондент О.Л. Кусков) разработана программа, которая позволяет увязать чисто физические параметры, например сейсмику, с химическим и минералогическим составом пород.

Используя данные по сейсмическому зондированию Луны, полученные в экспедиции «Аполлон», удалось смоделировать химико-минералогическое строение нижней мантии Луны. Существуют разные интерпретации сейсмических профилей, но расчет во всех случаях приводит к выводу о высоком содержании тугоплавких элементов в Луне (например, Al2 O3 порядка 6,2 – 6,4%). Это гораздо выше, чем на Земле, где содержание оксида алюминия только около 4%. Вывод - важный для понимания происхождения Луны. Сделана ориентировочная оценка размера ядра Луны, порядка 300 – 320 км.

Рис. 7

     Аналогичный термоди​намический расчет был применен к оценке внутреннего строения  спутников  Юпитера​ и Сатурна. Было, в частности, ​показано, что  на спутнике ​Юпитера  Каллисто  под  толщей льда с большой вероятностью может присутствовать океан воды. Возможность присутствия океана воды или толщи льда было показано также для Титана, спутника Сатурна.​

​​Рис. 8

     Одна из центральных проблем современной планетологии – это происхождение системы Земля – Луна. Существующее объяснение состоит в том, что Луна образовалась в результате катастрофического столкновения Земли с другим телом планетного размера (гипотеза  мегаимпакта). Это достаточно обоснованная гипотеза.   Она  доминирует   в западной литературе, преподается в школах и университетах.

В последнее время, однако, эта гипотеза встречается с большими трудностями. Расчеты показывают, что по этой схеме Луна образуется из материала ударника. А измерения показали, что Земля и Луна абсолютно совпадают по изотопному составу элементов, что говорит об их генетическом родстве. Это не согласуется с образованием Луны из состава чужеродного планетного тела.

Рис. 9

     Мы показали, что Земля и Луна могут иметь совпадающий изотопный состав, если они образовались в результате сжатия и фрагментации общего газо-пылевого сгущения. При этом модель объясняет и дефицит железа на Луне, и обогащение ее тугоплавкими элементами: Al, Ca, Ti. Компьютерное моделирование иллюстрирует ди- намику процесса фрагментации.

Рис. 10

     В последнее время мы произвели анализ изотопных систем: Hf- W, Rb-Sr, J-Pu-Xe, U-Pb. Получены количественные параметры процесса.

Анализ 182Hf/184W и Rb/Sr систем показало, что фрагментация исходного облака, и образование основной  массы  Луны  произошло ко времени ~ 50-70 млн. лет от начала возникновения солнечной системы, а полная конденсация исходного облака завершилась к ~120 млн лет, когда планета Земля сформировалась окончательно как консолидированное тело. Наша концепция и вытекающие из нее геологические следствия изложены в книге, заказанной и выпущенной издательством De Gruyter в 2012 году (E.M.Galimov, A.M.Krivtsov "Origin of the Moon. New concept. Geochemistry and dynamics").

Модель хорошо работает, но она предполагает, что планеты образуются не путем соударения твердых тел, как это сейчас считается, а из облака частиц. Предстоит создать теорию аккумуляции исходного протопланетного сгущения. Над этим сегодня работают группа проф. А.М. Кривцова в Петербурге и акад. М.Я. Марова у нас. Есть определенные идеи и достижения. Если теория получит успешное завершение, мы будем, по-видимому, иметь дело с новым пониманием механизма формирования планет солнечной системы.

Рис. 11

     Наши специалисты подолгу работают в США и, благодаря этому, имеют доступ к первичным материалам американских съемок и иногда делают важные открытия, идущие в копилку не только американской, но и отечественной науки.

Как результат совместной работы ГЕОХИ и Университета Брауна  (США)  была  составлена и опубликована первая Геологическая карта Венеры. Она составлена на основе геологической интерпретации радарных изображений, полученных американским космическим аппаратом «Магеллан». Работа опубликована в 2011 году.​

Рис. 12

Это – еще одна российско-американская работа. На съемках, сделанных в разные дни видно, как возникает, увеличивается и затем исчезает пятно, фиксирующее тепловую аномалию. Наблюдение вулканической деятельности на Венере является совершенно новым фактом.

Подобные работы позволяют поддерживать нашу школу планетных космических исследований, несмотря на многолетнее отсутствие собственных космических проектов.

К счастью мы имеем богатую коллекцию внеземного вещества. В ГЕОХИ размещена Российская коллекция метеоритов.

Рис. 13

     Здесь хранится  также все вещество лунного  грунта, доставленного советскими космическими аппаратами Луна-16, Луна-20 и Луна-24. На базе ГЕОХИ функционирует Комитет по метеоритам РАН, работает лаборатория метеоритики.

В сложное время ГЕОХИ сохранил бесценную коллекцию   метеоритов   и   лунного грунта. Более того метеоритная коллекция продолжает увеличиваться. Около 750 новых метеоритов было добавлено в коллекцию за последние 15 лет.

Эти метеориты исследуются в лаборатории метеоритики (зав. лабораторией доктор М.А. Назаров). Были открыты и зарегистрированы новые минералы метеоритов.

Рис. 14

     15 февраля 2013 года произошло событие, привлекшее к себе общественное внимание, произошло паде- ние крупного метеорита в районе Челябинска.

Институт уже на следующий день командировал группу сотрудников для поиска метеорита.

Был исследован химический   состав,   изотопный   состав, выполнен петрологический анализ. Установлен петрологический тип (LL) и космическая история метеорита.

​Полученные результаты были представлены в Международный Номенклатурный комитет.

На основе анализа метеоритов в лаборатории космохимии (зав. лаб. доктор В.А. Алексеев) установлена закономерность в изменении плотности галактических космических лучей в околосолнечном пространстве.

Это сделано путем анализа в метеоритах короткоживущих изотопов 54Mn, 22Na, 26Al, возникающих в результате жесткого облучения галактическими космическими лучами. Всего исследовано 39 метеоритов, выпавших в разное время, последний в 2013 году.

Рис. 15

​

     В принципе галактическое излучение постоянно и изотропно. Но, в околосолнечном пространстве оно модулируется солнечной активностью. Солнечный ветер как бы выметает галактическое излучение из около- солнечного пространства. Действительно, пики изме​нения плотности галактических лучей совпадают с максимумами солнечной активности и обнаруживают приблизительно 11-летнюю периодичность.

Это – уникальная, построенная в ГЕОХИ закономерность, имеет фундаментально значение для оценки риска и выбора времени пилотируемых длительных межпланетных экспедиций, например, экспедиций к Марсу.

Рис. 16