Глобальная фотометрия и физико-химическое районирование лунной поверхности Евсюков, Николай Николаевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Достигнутый к настоящему времени прогресс в изучении Луны качественно сблизил характер ее исследования с исследованиями Земли, базирующимися на аэрокосмической съемке поверхности.

Подробные данные о свойствах лунных пород, доставленных на Землю советскими АМС "Луна" и американскими КК "Аполлон", получены пока лишь для 9 небольших районов видимого полушария Луны. Распространение таких данных на большие площади при помощи прямых методов исследования затруднено, поэтому встал вопрос о разработке дистанционных методов анализа состава и других свойств лунных пород.

Один из таких методов базируется на глобальной фотометрии -картографировании комплекса оптических характеристик и типологическом оптическом районировании Луны. Переход от астрофизических данных к геологическим обеспечивается системой связей оптических и химико-минералогических характеристик пород. Этим и определяется актуальность проблемы комплексного оптического картографирования и районирования лунной поверхности.

Цель работы. Задача глобальной фотометрия лунной поверхности включает:

1. Построение карт отдельных оптических характеристик видимого - полушария Луны.

2. Кластерный анализ статистических распределений отдельных характеристик и их сочетаний и внявлешіе оптических типов поверхности по разним наборам характеристик.

3. Построение карт районирования,соответствующих выделенным оптическим типам поверхности.

4. Физико-химическую интерпретацию оптических характеристик.

5. Исследование закономерностей в распределении по видимому полушарию Луны и его регионам оптических характеристик.

Настоящая работа представляет собой разработку нового научного направления астрофизических исследований Луны - метода глобальной фотометрии, заключающегося в картографировании отдельных оптических характеристик, выявлении при помощи кластерного анализа оптических типов по отдельным характеристикам и их сочетаниям и типологическом оптическом районировании поверхности.

Метод реализован на примере трех наиболее важных оптических характеристик лунной поверхности - альбедо р(0,62 мкм) и ко-лор-индексов Cj(0,62/0,38 мкм) и 02(0,95/0,62 мкм), описывающих основные черты спектрального хода альбедо Душ в диапазоне спектра 0,35-0,95 мкм, включая полосу поглощения грунта вблизи 0,95 мкм. Построенный комплекс взаимосвязей опияеских и физико-химических параметров лунных пород позволил превратить глобальную фотометрию в метод дистанционного анализа химического состава и минералогических характеристик лунной поверхности.

Научная новизна работы. Среди новых результатов, полученных в работе, одним из важнейших является разработка и применение к Луне метода глобальной фотометрии безатмосферных космических тел.

Среди построенных карт отдельных оптических характеристик Луны карты колор-индексов Cj и Cg являются новыми, карта альбедо р(0,62 мкм) обладает большей детальностью в областях лунных морей, чем существующие аналоги.

Поляриметрическая Р(0,40 мкм) и фотометрическая р(0,50мкм) карты не имеют преимуществ перед существующими в настоящее время аналогами. Для районирования поверхности в полюй мере при-

годны лишь карты р(0,62 мкм), Cj и С, для однопараметричес-кого районирования мокет быть использована и карта р(0,50 мкм). Практически все результаты одно-, двух- и трехпараметричес-кого кластерного анализа оптических характеристик р. Ст и Со и соответствующего типологического районирования видимого полушария Луны являются новыми. Среди построенных семи систем оптических кластеров и соответственно семи карт типологического районирования имеется только один аналог - районирование по альбедо (В.В.Шевченко, ГАШІ при МГУ).

Степень новизны химико-минералогической интерпретации альбедо р и колор-индекса Cj следугацая. Связь Cj с содержанием в лунном грунте окиси титана ТіО^ получена одновременно с группой Т.Ь.Маккорда (СшА). Количественная связь альбедо р(0,62шсм) о содержанием в грунте окиси железа FeO получена впервые, хотя она до некоторой степени аналогична обнаруженной на КК "Аполлон" связи альбедо с геохимическим параметром AC/SI . По данным Т.Б.Маккорда эти связи справедливы только для зрелого грунта, в котором содержание стекол превышает 1Q%. Связь колор-индекса ^2 ^с возрастом поверхности и интенсивностью полосы поглощения грунта на 0,95 мкм получена Д.И.Шестопаловым, автором была поставлена задача исследования.

Комплекс взаимосвязей химических компонент AtjOj , СаО.МоО с содержанием ГеО, a 51 - с содержанием Ті0₂ построен впервые, однако, отдельные связи были получены ранее американскими исследователями безотносительно к интерпретации оптических свойств Луны. Эти связи являются основой дистанционного оптического анализа химического состава лунной поверхности.

Новол является минералогическая классификация лунных пород, по которой последние разделяются на две более общие группы, чем

деление на юрские и материковые породы. Этот результат важен для интерпретации карты колор-индекса С,.

Новыми являются и результаты численного моделирования ударной переработки и созревания лунных грунтов,выполненные в рамках интерпретации оптических характеристик незрелых грунтов Луни.

Закономерности, выявленные при анализе структуры материка, морей и лунных кратеров по оптическим характеристикам, в преобладающе:.! болышнстве также получены впервые.

Достоверность выводов и практическая значимость работы. Достоверность основных результатов и выводов работы определяется точностью и надежностью построенных карт оптических характеристик Луны.

Автором сделаны оценки внутренней точности карт и после их публикации проведено сравнение всех карт с независимыми картографическими и дискретными измерениями, выполненными в СССР и за рубежом. Кроме автора анализ точности карт проводили сотрудники Астрономической обсерватории Харьковского госушшерситета и-і.іІПІГЛиК'а.

В результате были оценены систематические погрешности и рассчитаны редуцированные калибровочные шкалы карт, получены оценки пх крупномасштабных и случайных ошибок. Последние составляют в относительных единицах: 6« 5Ї для карт альбедо и 6» 3,2 для колориметрических карт. Полученные значения погрешностей типичны для (іотогр&іическоіі фотометрии, но вполне приемлемы для обзорных оптических карт Луны. .

Надежность построения всей системы оптических кластеров подтверждена ее самосогласованностью: проекции трехмерной диаграмма р -Cj-C2 на координатные плоскости хорошо согласуются с со-

ответствующими двумерными диаграммами Р^-Сі>Р-С2> ^ст~^с2* *^и~ зико-хкмическая обоснованность системы оптических кластеров подтверждена тем, что большинству оптических последовательностей (кластеров) на диаграмме p-Cj соответствуют химические последовательности на диаграмме, связывающей содержания химических компонент ГеО- TLO_a.

Построенные автором карты альбедо и колор-индекса Ст(0,62/ 0,38 мкм) использованы в США при составлении карты базальтовых типов поверхности в лунных морях (К.Питере, Т.Б.Маккорд) и в ряде учреждений СССР для различных фотометрических и светотехнических расчетов, двухпараметрические карты использоваїш в ГИН АН СССР для поиска взаимосвязи оптического и геолого-морфологического районирования лунноіі поверхности.

Оптические карты могут быть использованы для геологического районирования Луны, распространения данных космических экспериментов на все ее видимое полушарие, для изучения оптической и геологической структуры лунного диска. Материалы по дистанционному оптическому анализу состава лунной поверхности могут быть использованы при выборе районов будущих исследований Луны космическими аппаратами.

Основные принципы глобальной фотометрии - оптическое карто-графирование и тішологическое районирование поверхности применимы для исследования природных ресурсов Земли из космоса и физического картографирования без атмосферных космических тел.

Публикация и апробация работы. По теме диссертации автором опубликованы 34 работы общим объемом около 20 печатных листов.

Из девяти построенных оптических карт Луни две - колориметрическая Co(0iS5/0,62 мкм) и поляриметрическая Р(0,40 мкм) -составлен!! совместно с-аспирантом Д.П.Шестопаловым. В соавтор-

стве с ним написаны также 8 статей. Постановка задачи всей этой работы принадлежала автору, вклад соавторов в ее выполнение можно считать равным. Это же относится и к 5 работам, выполненным в соавторстве со студентами и сотрудниками Харьковского госуниверситета. 21 работа выполнена автором самостоятельно.

Основные результаті исследовании докладывались на всесоюзном совещании по лунной топографии и гипсометрии (Киев, 1971), всесоюзном симпозиуме до физике Луны и планет (Киев, 1972), всесоюзной конференции по проблемам исследования природных ресурсов Земли и Мирового океана авиационно-космическими средствами (Москва, 1980), всесоюзном совещании по проблемам картографирования Луны (Москва, IS8I), всесоюзном совещании по дистанционным методам исследования Луны (Харьков, 1985), на семинарах отдела исследовании Луны ГАИШ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем работы - 271 страница, включая 196 страниц текста, 39 рисунков на 41 странице, 8 таблиц т 13 страницах. Список цитируемой литературы содержит 178 наименовании работ отечественных и зарубежных авторов и 33 работы автора (21 страница). В приложении представлены построенные оптические карты Луны.