Badanie wykorzystujące dane z misji Chang’e-5 ujawniło, w jaki sposób napromieniowanie wiatru słonecznego i uderzenia mikrometeorytów niezależnie przyczyniają się do powstawania nanocząstek metalicznego żelaza o różnej wielkości na Księżycu.
To zróżnicowanie procesów formowania ma kluczowe znaczenie dla interpretacji różnych efektów optycznych obserwowanych na powierzchni Księżyca.
Metaliczne nanocząsteczki żelaza na Księżycu
W badaniu opublikowanym w Astronomia przyrodniczaprof. Laiquan Shen, Haiyang Bai, i in. z grupy prof. Weihua Wanga w Instytucie Fizyki Chińskiej Akademii Nauk wyjaśnili odpowiednie skutki napromieniowania i wpływ na powstawanie nanocząstek metalicznego żelaza (npFe0).
Na podstawie precyzyjnych obserwacji paciorków szklanych zwróconych przez misję Chang’e-5 wykazano, że powstawanie małych i dużych npFe0 z wyraźnymi efektami optycznymi, jest niezależnie kontrolowany przez napromieniowanie wiatru słonecznego i uderzenia mikrometeorytów.
Wpływ npFe0 na temat właściwości optycznych powierzchni Księżyca
npFe0 są szeroko rozpowszechnione na Księżycu, a ich akumulacja zmienia z czasem widmo optyczne powierzchni Księżyca. To, jak zmienia się kolor powierzchni, zależy w dużej mierze od wielkości npFe0: Mniejszy npFe0 zaczerwienić widma odbicia, natomiast większe npFe0 powodować ciemnienie. Powstałe w ten sposób różnice w kolorach znacznie komplikują badania teledetekcyjne, stwarzając dla astronomów długoterminowe zagadki. Ponadto pochodzenie npFe0 różnych rozmiarach nie były dobrze poznane przed tym badaniem.
npFe0 są znane jako produkty wietrzenia kosmicznego, na które składają się dwa główne czynniki: uderzenia mikrometeorytów i napromieniowanie wiatrem słonecznym. Jednak specyficzna rola tych dwóch czynników w tworzeniu npFe o różnej wielkości0 były niejasne, co utrudniało nam zrozumienie różnic kolorystycznych powierzchni Księżyca lub asteroid w złożonych środowiskach kosmicznych.
Wyróżnianie npFe0 Początki w glebie księżycowej
„Odkryliśmy, że szklane koraliki w księżycowej glebie Chang’e-5 mogą zachować cząstki żelaza o różnych rozmiarach, od około 1 nanometra do 1 mikrometra” – powiedział prof. Bai. „Na ogół trudno jest rozróżnić npFe0 różnego pochodzenia, obserwowane łącznie w pojedynczych próbkach. Tutaj wykorzystaliśmy funkcję rotacji szklanych kulek udarowych, aby wyraźnie rozróżnić npFe0 utworzone przed i po zestaleniu kulek szklanych macierzystych.”
W tym badaniu naukowcy odkryli liczne dyskretne duże npFe0wielkości kilkudziesięciu nanometrów, które zwykle skupiały się w kierunku końców kulek szklanych. Ten efekt koncentracji może powodować bardzo duże npFe0 wystawać z kończyn. Cecha taka jest dokładnie zgodna ze zjawiskiem migracji zachodzącym w rotacyjnych kropelkach szklotwórczych wywołanych uderzeniami z hiperprędkością. W takich scenariuszach Fe0 o większej gęstości niż matryca migruje do końcówek pod wpływem sił odśrodkowych, co wskazuje, że te duże npFe0 powstały w stopionych materiałach udarowych przed zestaleniem kulek szklanych.
Rola wiatru słonecznego w kształtowaniu małych npFe0
Dla kontrastu zidentyfikowali również obfite małe npFe0wielkości kilku nanometrów, gęsto zasiedlających powierzchnie szklanych kulek. Te małe npFe0 wykazują charakterystykę dystrybucji podobną do uszkodzeń pęcherzyków wywołanych napromienianiem. Wzdłuż kierunku głębokości koralików szklanych, oba małe npFe0 a pęcherzyki stopniowo zmniejszają się pod względem wielkości i liczebności, co odpowiada malejącej ilości wszczepionych jonów wiatru słonecznego wraz ze wzrostem głębokości. Co więcej, gdy wielkość ziaren księżycowych jest mniejsza niż dwukrotność głębokości penetracji jonów wiatru słonecznego, małe npFe0 może całkowicie wypełnić drobne ziarna. Wyniki te podkreślają, że napromieniowanie wiatrem słonecznym jest głównym czynnikiem powodującym obserwowane małe npFe0.
Implikacje dla badań środowiska kosmicznego
Badanie pokazuje, że napromieniowanie wiatrem słonecznym i uderzenia mikrometeorytów odgrywają ważną, ale odrębną rolę w npFe0 tworzenie. Niezależny rozwój małych i dużych npFe0 Ujawnione w tych badaniach dobrze pasują do wielu pomiarów teledetekcyjnych, dostarczając cennych informacji pozwalających zrozumieć i przewidzieć właściwości optyczne ciał pozbawionych powietrza wystawionych na działanie różnych środowisk kosmicznych.
Odniesienie: „Oddzielne skutki napromieniowania i wpływ na księżycowe powstawanie metalicznego żelaza zaobserwowane w próbkach Chang’e-5” autorstwa Laiquan Shen, Rui Zhao, Chao Chang, Jihao Yu, Dongdong Xiao, Haiyang Bai, Zhigang Zou, Mengfei Yang i Weihua Wang , 20 czerwca 2024 r., Astronomia przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02300-0
Badanie wsparły między innymi Chińska Narodowa Fundacja Nauk Przyrodniczych, Chińska Akademia Nauk i Narodowa Fundacja Nauk Przyrodniczych prowincji Guangdong.
