Падения галактических комет как источник воды на Луне

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПАДЕНИЯ ГАЛАКТИЧЕСКИХ КОМЕТ КАК ИСТОЧНИК ВОДЫ НА ЛУНЕ

А.А. Баренбаум,

Институт проблем нефти и газа РАН, Москва

М.И. Шпекин,

Казанский федеральный университет, Казань

Введение. Исследованиями последних лет [Базилевский и др., 2012] на Луне установлено присутствие воды. В частности, следы воды обнаружены: 1) в доставленных с Луны на Землю магматических породах, 2) в лунном реголите по ИК-спектрам освещенных Солнцем участков поверхности Луны, и 3) в кратерах на полюсах Луны по измерениям эпитепловых нейтронов.

В настоящее время предложены три группы гипотез, объясняющих наличие на Луне воды.

1) Поступление ювенильной воды из недр в период пика лунного вулканизма 3.2-3.7 млрд. лет назад [Head, Wilson, 1979; Gaddis et al, 1985; и др.], а то и позже [Hiesinger et al.,2001]. По оценкам [Базилевский и др., 2012] при излиянии базальтов могло выделиться ~10¹¹-10¹² т воды.

2) Взаимодействие протонов солнечного ветра с реголитом и последующим превращением их в гидроксил ОН, а затем в Н₂О [McCord et al., 2010; McCord, Combe, 2011; Burke et al, 2011]. По данным [Housley et al, 1973, 1974; Arnold, 1979] солнечный ветер способен образовывать на поверхности Луны ежегодно 50 т воды. При этом лунная поверхность насыщается ОН за ~10³ лет. Отмечается, что протоны могут попадать на Луну также при ее попадании в хвост земной магнитосферы. В этом случае насыщение достигается за ~10⁴ лет.

3) Падения на Луну комет Солнечной системы [Шевченко, 1999; и др.], а также богатых водой астероидов С-типа [Ong et al, 2010; и др.]. По оценкам Шевченко для обеспечения массы наблюдаемых на Луне отложений льда требуется 6Ч10⁴ падений короткопериодических комет или 300 падений гигантских комет типа кометы Хейла-Боппа. А по расчетам Онга и др. за последний млрд. лет могло накопиться (0.13-4.3)Ч10⁹ т кометной и 2.7Ч10⁹ т астероидной воды. Что объясняет массу водяных льдов на полюсах, оцениваемую 2.1Ч10⁸ т [Feldman et al, 2001].

Задачи работы. В связи с открытием явления струйного истечения газопылевого вещества из центра Галактики [Баренбаум, 2002, 2010] главным источником воды на поверхности Луны необходимо признать падения комет галактического происхождения. Эти кометы возникают в зонах газоконденсации (звездообразования) галактических ветвей и поступают в Солнечную систему исключительно в эпохи пересечения движущимся по галактической орбите Солнцем струйных потоков и спиральных рукавов Галактики. Последняя такая эпоха имела место 5ч1 млн. лет назад и была обусловлена пребыванием Солнца в струйном потоке Ориона-Лебедя.

Согласно [Баренбаум, 2002], кометы этого струйного потока имели относительно Солнца скорость ~450 км/с. Состояли в основном из водяного льда плотностью 1 г/см³, имели диаметр 100ч3500 м, массу 10¹²ч10¹⁷ г и энергию 10²⁰ч10²⁵ Дж. В период последнего «кометного ливня» главным образом они бомбардировали южное полушарие Луны, а их плотность падений составляла 3-5 тел всех размеров на площадку 100100 км² [Баренбаум, 2012, 2013]. Такая частота падений галактических комет как минимум на 2 порядка больше, чем у комет Солнечной системы и астероидов тех же размеров. При средней массе галактических комет ~10¹⁴ г только в период последней бомбардировки 5ч0.6 млн. лет назад на Луну могло быть принесено ~10¹¹ т воды.

Проблема заключается в другом. Нужно оценить, какое количество кометной воды смогло сохраниться к настоящему времени в породах лунной поверхности. Эта задача, на наш взгляд, теоретически решается сегодня неудовлетворительно (см. [Базилевский и др., 2012]).

В настоящей работе показана возможность привлечения к ее решению снимков кратеров Циолковский (диаметр 180 км) и Эйткен (диаметр 130 км) на обратной стороне Луны (рис. 1).

Оба кратера имеют центральные горки, а их днища покрыты «свежей» базальтовой лавой. На рис. 1а стрелка указывает направление падения галактической кометы. В месте удара кометы (конец стрелки) на снимках сверхвысокого разрешения нами обнаружен [Shpekin, 2009; Баренбаум, Шпекин, 2011] изливающий лаву вулкан высотой 102 м, располагающийся на невысоком плоском овальном возвышении плюмовой природы диаметром 24-26 км (рис. 2).

Сочетание вулканов и плюмовых поднятий типично для неглубоких магматических камер, возникающих в месте падения галактических комет [Баренбаум, 2013]. Мы полагаем, что такая камера объемом ~10² км³ ныне существует под днищем кратера Циолковский.

По нашим данным кратеры Циолковский и Эйткен возникли при последней бомбардировке галактическими кометами. Кратер Циолковский образовался примерно ~1 млн. лет назад, а кратер Эйткен, вероятно, на ~1-2 млн. лет раньше. Судя по диаметрам кратеров, создавшие их кометы имели массы соответственно ~10¹⁰ т и ~3·10⁹ т. Если бы вся вода комет осталась в кратере, то слой льда на его днище составил в первом случае 40 см, а во втором - 20см.

Очевидно, что при образовании кратера галактическая комета полностью разрушается. Снимки сверхвысокого разрешения, однако, свидетельствуют, что вода, входящая в состав этих комет, покидает кратер не полностью. Часть воды захватывается и вмораживается в породы стенок и днища кратера. Со временем оттаивая, эти породы впоследствии выделяют воду, что приводит к явлениям, ранее в литературе не обсуждавшимся. Три таких явления рассмотрены ниже.

Фактические данные. Первое явление заключается в существовании на Луне подвижных ледников. На рис. 3 в качестве примеров показаны ледники, спускающиеся в виде языков с юго-западной крутой стенки центральных горок кратеров Циолковский и Эйткен.

Второй факт мы связываем со свидетельствами существования в приповерхностном слое Луны подвижной воды. Одним из таких свидетельств является вулкан в кратере Циолковский, изливающий, судя по рис. 2, «жидкую» лаву с большим количеством воды, которая замерзает и быстро сублимирует. На рис. 4 приведен другой пример. Это участок поверхности дна кратера Циолковский к северу центральной горки, на котором имеются овраги и «замерзшие реки». Очень похоже, что эти структуры могли возникнуть ранее с участием подвижной воды.

Рис. 5 иллюстрирует еще одно широко распространенное в кратере Циолковский явление, связанное со скатыванием камней с постепенно оттаивающих под реголитом склонов кратера. Заметим, что разрешение данного снимка позволяет видеть камни размером ~1 метр. Снимок не оставляет сомнений в том, что оттаивание покрытых слоем реголита пород с обнажением находящихся в них скальных обломков происходит и в наши дни. Освобождающиеся в этом процессе камни либо скатываются и съезжают по склонам вниз, заполняя низины и углубления в рельефе кратерного вала, либо остаются на возвышенных участках поверхности с нулевой крутизной. Примером тому может служить рис. 3 (см. В и С), где крупные камни в больших количествах концентрируются на вершине хребта, попавшего в поле рисунка. вода луна комета бомбардировка

Выводы

· Основным источником воды на Луне, как и вообще на всех планетах [Баренбаум, 2010], являются циклические бомбардировки Солнечной системы галактическими кометами.

· Количество воды на Луне можно объяснить падениями галактических комет в период от 5 до 0.6 млн. лет назад.

· Значительное, но пока трудноопределимое количество замерзшей воды присутствует под слоем реголита в породах дна и стенок крупных кометных кратеров.

· Эта вода освобождается в протекающих на Луне современных геологических процессах.

Два последних вопроса нуждаются в специальном изучении.

Литература

Базилевский А.Т., А.М. Абдрахимов, В.А. Дорофеева (2012) Вода и другие летучие на Луне (обзор). Астрономический вестник. Т.46. №2. С.99-118.

Баренбаум А.А. (2002) Галактика, Солнечная система, Земля. Соподчиненные процессы и эволюция. М.: ГЕОС. 393 с.

Баренбаум А.А. (2010) Галактоцентрическая парадигма в геологии и астрономии. М.: ЛИБРОКОМ. 544 с.

Баренбаум А.А. (2012) Об асимметричном строении поверхности планет земной группы, вызванном падениями галактических комет. Вестник ОНЗ РАН, Т.4, NZ9001, doi:10.2205/ 2012NZ_ASEMPG, 2012.

Баренбаум А.А. (2013) О происхождении новейших поднятий земной коры. Новая постановка проблем глобальной геодинамики. Уральский геологический журнал, №1 (91). С.3-26.

Баренбаум, А.А., М.И. Шпекин (2011) О возрасте поверхности Луны. Вестник ОНЗ РАН, Т.3, NZ6011, doi:10.2205/2011NZ000141.

Шевченко В.В. (1999) О кометном происхождении лунного льда. Астрономический вестник. Т.33, №5, С.400-408.

Arnold J.R. (1979) Ice in the lunar polar region. J. Gephys. Res. V.84. P.5659-5668.

Burke D.J., Dukes C.A., Kim J.H. et al. (2011). Solar wind contribution to surficial lunar water: Laboratory investigations. Icarus. V.211. P.1082-1088.

Feldman W.C., S. Maurice, D.J. Lawrence et al. (2001) Evidence for water ice near the lunar poles. J. Gephys. Res. V.106. E10. P.2321-23252.

Gaddis L.R., C.M. Pieters, B.R. Hawke (1985). Icarus. V.61. P.461-489.

Head J.W., L. Wilson, (1979) Alphonsus-type dark-halo craters: morphology, morphometry and eruption conditions. Proc. Lunar and Planet. Sci. Conf. V.10. P. 2861-2897.

Hiesinger H., J.W. Head, U. Wolf, G. Neukum (2001) New age determinations of lunar mare basalts in Mare Cognitum, Mare Nobium, Oceanus Procellarum and other nearside mare. Lunar and Planet. Sci. V.32. Abs. 1815.

Housley R.M., R.W. Grant, N.E. Paton (1973) Origin and characteristics of excess Fe metal in lunar glass welded aggregates. Proc. Lunar. Sci. Conf. V.4. P. 2737-2749.

Housley R.M., E.H.Cirlin, N.E. Paton, I.B. Goldberg (1974) Solar wind and micrometeorite alteration of the lunar regolit. Proc. Lunar. Sci. Conf. V.5. P. 2623-2642.

McCord T.B., J.Combe (2011) Relationships of widespread OH presence in the lunar surface materials with lunar physical properties. Lunar and Planet. Sci. V.42. Abs. 1843 pdf.

McCord T.B., L.A. Taylor, T.M. Orlando et al. (2010) Origin of OH/water on the lunar surface detected by the Moon Mineralogy Mapper. Lunar and Planet. Sci. V.41. Abs. 1860.

Ong L., E.I. Asphaug, D. Korycansky, R.F. Coker (2010) Volatile retention from cometary impacts on the Moon. Icarus. V.207. P.578-589.

Shpekin M.I. (2009) The Last «Apollo» Orbit Pass over the Tsiolkovsky Crater. Intern. Conf.: Astronomy and World Heritage: Across Time and Continents. Kazan. P.219-221. http://www.ksu.ru/f6/ k8/bin_files/ols138.pdf.

Shpekin M.I., R.A. Sitdikova (2007) Topographical survey of Aitken crater on the far side of the Moon. Microsymposium 46 Vernadsky-Brown 2-3 October 2007, Moscow, Russia, Abs. №46-64.

Shpekin M.I., R.A. Sitdikova, A.I. Khairullina (2008) Orbital photogrammetry and laser altimetry of the far side of the Moon in the Aitken crater region. 48-th Vernadsky-Brown Microsymposium October, 20-22, 2008. Moscow, Russia Abs. N150.

http://www.ipng.ru/files/_900f40e2-8f12-49d3-9310-1a1bc6502ff3-Galactic_Comet_Fall_as_a_Source_of_Water_on_the_Moon.pdf

Аннотация. Оценено количество воды, поступившее на Луну с галактическими кометами в период от 5 до 1 млн. лет назад. Падения этих комет количественно объясняют происхождение присутствующего на Луне водяного льда. С использованием снимков лунной поверхности высокого разрешения приведены доказательства наличия больших масс замерзшей воды в породах дна и стенок молодых кометных кратеров Циолковский и Эйткен. Получен вывод, что процесс выделения воды в кометных кратерах продолжается и сегодня.

Ключевые слова: вода на Луне, галактические кометы, кратеры.

Размещено на Allbest.ru