Введение к работе
Актуальность работы: В настоящее время почти единственный источник информации о веществе астероидов - оптические свойства их поверхности в видимом и ближнем ЙК диапазонах спектра. Метеориты, большинство из которых является осколками астероицов, изучены достаточно хорошо, но неизвестно, где именно d поясе астероидов, на кахом расстоянии от Солнца, данный конкретный метеорит образовался. Единственная возможность связать конкретные группы метеоритов с конкретными классами астероидов - сравнение оптических свойств астероидов с теми же параметрами метеоритов, земных минералов и их смесей. Несмотря на большой проіресс в этой области за последние годы, остается множество нерешенных проблем.
-
Известно, что среди падающих на Землю метеори ген резко преобладают обыкновенные хондриты. Во внутренней близкой к Земле части пояса астероидов преобладают объекты класса S. Но несмотря на некоторое сходство между спектрами отражения S-астероидов и обыкновенных хондритов, спектральные различия между ними настолько велики, что в настоящее время большинство исследователей отрицают связь между этими объектами и остается неясным, откуда же поступают обыкновенные хондриты. Этот вопрос остается открытым уже более 20 лет. Попытки объяснить спектральные различия между S-астероидами я обыкновенными хондритами воздействием процессов космического выветривания, изменяющих оптические свойства поверхности астероидов, цо сих пор не удавались. (Процессы космического выветривания безатмосферных тел включают переработку поверхности метеоритными ударами, а также солнечным ветром и космическим излучением. В результате на поверхности образуется рыхлый чехол переработанного эблбмочного материала - реголита). Однако ранее не изучалось влияние на этнические свойства такого фактора космического выветривания, кяк эыстрое плавление и закалка хондритового вещества в реголите при чикромстеоритной бомбардировке.
-
Для темных астероидов класса С характерны различные ліектральньїе вариации, в частности, вариации наклона спектральных
кривых. Традиционные спектральные аналоги С-астероидов - углистые хондрити. Однако спектральные особенности самих углистых хондритов изучены недостаточно хорошо. Например, неизвестно, чем объясняется положительный наклон ("покраснение") спектральных кривых порошков углистых хондритов СМ2. Предполагалось, что это может быть вызвано либо наличием органического вещества в матрице этих метеоритов, либо спектральным вкладом оливина, но никаких исследований по этому вопросу ранее не проводилось.
3) В течение последнего десятилетия получено множество спектральных данных, указывающих на то, что на поверхности многих темных малых тел Солнечной системы (астероидов, комет) присутствует органическое вещество. Состав его неизвестен. Для понимания химической природы этого органического вещества необходим набор спектров хорошо изученных органических вещестц для сравнения. До сих пор материалы для сравнения подбирались случайным образом, хотя очевидно, что для этого нужен эталонный ряд вешестн широкого диапазона составов с систематически меняющимися свойствами.
Задачи работы. Основная задача работы - спектроскопическое изучение изучение метеоритных и земных аналогов вещества астероидов с целью интерпретации спектров отражения поверхности этих тел. Конкретные задачи состояли в изучении возможного влияния микромстеоритной бомбардировки на оптические свойства поверхности S-астс|юидов; изучении природы спектрального покраснения углистых хондритов группы СМ2 в ближнем ИК диапазоне; спектроскопическом изучении специально подобранной коллекции твердых битумов как возможных аналогов внеземного органического вещества с целью интерпретации спектральных особенностей темных астероидов, содержащих органические компоненты.
Научная новизна работы: 1) Впервые экспериментально
продемонстрировано значительное влияние импульсного плавления и повторной кристаллизации мафических материалов - возможных аналогов вещества S-астероидов - на их оптические характеристики. Показано,' что в результате импульсного плавления и повторной кристаллизации -неизбежных эффектов метеоритной бомбардировки - спектры отражения обыкновенных хондритов по многим параметрам приближаются к спскграм поверхности S-нетсроидов. Это может быть решением проблемы родительских тел обыкновенных хондритов. 2) Показано, что
спектральное покраснение порошков углистых хондритов іруппьі СМ2 в ближней ИК области спектра связано с присутствием оливина, слагающего хондры и агрегаты. Впервые получены спектральные характеристики матрицы этих метеоритов. 3) Представлена эталонная серия спектров земного органического вещества широкого диапазона составов е широком спектральном диапазоне (0.3-25 мкм). На этой основе предложено объяснение постепенного изменения наклона спектральных кривых темных астероидов с удалением от Солнца изменением состава органического вещества.
Практическое значение работы: Полученный экспериментальный материал даст основу для минера логической интерпретации наземных и космических наблюдений астероидов и других безагмосферных малых тел Солнечной системы (комет, некоторых спутников планет). Полученные результаты важны для планирования и подготовки будущих космических экспериментов. Спектры отражения образцов нашей эталонной коллекции твердых битумов уже используются различными исследователями дпя сравнения со спектрами внеземных объектов, например, со спектрами низкоальбедного объекта 5145 Фол (Др. Д.Крукшенк с соавторами), с ИК-спектрами межзвездной среды (Др. И. Пенцлтон), для моделирования спектров спутника Марса - Фобоса (канд физ.-мат н. Л.В. Старухина). Предполагается также использовать эту коллекцию при подготовке эксперимента по оптической спектроскопии ядра кометы космическим аппаратом "Розетта" Европейского Космического Агенства.
Защищаемые положения:
1. Импульсное плавление и повторная кристаллизация вещества могут оказывать значительное влияние на оптические свойство реголита астероидов
а) Импульсное лазерное воздействие, как модель ударного
плавления, вызывает потемнение мафических материалов, снижение
спектрального контраста, заметный рост наклона спектральной кривой,
смещение некоторых полос поглощения ц спектре и изменение их
относительной интенсивности.
б) Быстрое остывание и повторная кристаллизация оливнн-
пироксенсодержащих расплавов приводят к частичному или полному
исчезновению полос поглощения пироксенов. В результате при
неизменности валовою состава растет рассчитанное по спектральным
параметрам отношение оливин/пироксен. Поэтому р&е«итанные по
спектрам астероидов отношения оливин/пироксен, возможно, отражают процесс космического выветривания, а не первичные отношения.
в) Если при ударных событиях на S-астероидах образуются ударные расплавы, то именно этот процесс может отвечать за спектральные различия между S-астероидами и обыкновенными хондритами. Родительские тела обыкновенных хондритов могут находиться среди покрытых реголитом S-астероидов главного пояса.
-
Спектральное "покраснение"в ближней ИК области, характерное для порошков углистых хондритов группы СМ2, связано с присутствием оливина в хондрах и агрегатах. Этим же определяется и рост степени покраснения с уменьшением размеров частиц порошка. Измеренные впервые спектры матрицы этих метеоритов имеют отрицательный наклон континуума и не зависят от размеров частиц порошка.
-
В представленной эталонной серии природных твердых битумоЕ (от асфальтитов до актраксолитов) спектральные характеристики закономерно меняются. В частности, падает наклон спектральных кривы* в ближнем И К диапазоне, что связано с потерей алифатических УВ, упорядочиванием структуры и ростом ароматических кристаллитов Полученные результаты используются для интерпретации спектральные вариаций среди темных астероидов:
а) Постепенное снижение степени спектрального покраенгни*
темных астероидов при переходе от класса D к классу С может бытг
вызвано и уменьшением содержания органического вещества, и снижение
отношения Н/С параллельно с падением доли алифатической фракции пс
срапкенню с ароматической в этом веществе.
б) На поверхности удаленного от Солнца темного объекта 5145
Фол в качестве компонента присутствует обогащенное алифатическимі
углеводородами органическое вещество, похожее на асфальтит наше?
эталонной коллекции.
Апробация работы: Основные результаты работы обсуждались у докладывались иа семинарах лаборатории сравнительной планетологии і метеоритики (Москва, ГЕОХИ РАН), на 12, 16, 18, 22 Российско-Американских рабочих встречах по планетологии (1990,1992,1993,1995 гг. Москва), на 3-м Всесоюзном совещании по геохимии углерода (1992 г Москва). Тезисы докладов представлены на XXII, XXIII, ХХ1\ Международные конференции по Луис и планетам (1991, 1992, 1993 гг. Хьюстон, США), на XVIII Генеральную Ассамблею Европейской
Геофизического Общества (Висбаден, ФРГ, 1993), на 25 и 27 ежегодные Заседания Американского Астрономического Общества (Боулдер, США, 1993, Гапайи. США 1995 гг.), на ежегодное заседание Американского Геофизического Союза (Сан-Франциско, США, 1993 г.).
По результатам исследопаний опубликовано 16 работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списки литературы; содержит 46 рисунков, 8 таблиц. Библиография включает 185 наименований.
Работа выполнена п Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (Москви).
Автор выражает глубокую признательность слоему научному руководителю А.Т. Базилевскому за творческую поддержку у, помощь в организации исследований. Вещество метеоритов для исследования было получено из коллекции КМЕТ РАН. Образцы твердых битумоз любезно предоставлены А.В. ІСорочанцевьім, 8.Ф. Пеньковым и Р.В. Лобзсвоч Автор выражает искреннюю благодарность С. Прэтту и К. Питере (Университет им. Брауна, США) и MB. Ахмановой (ГЕОХИ РАН) за помощь в измерении спектром отражения л пропускания, А.В. Фисенко и Л.Ф. Семенову за проведение эксперимента по облучению образцов импульсным лазером, Н.Н. Коротаевой, Н.Г. Зиновьевой и А.А. Ульянову (МГУ) за электронно-зондовыг анализы и фотографирование образцов в отраженных электронах. Автор искренне благодарит Н.К. Заславскую за оіромную помощь и творческую поддержку на начальных этапах работы, О.В. Николаеву за постоянное внимание, поддержку, консультации и плодотворные дискуссии на всех этапах работы. Автор выражает свою признательность А.В. Корочанцеву за помощь и консультации по геохимии органического . вещества, а также другим сотруднихам лаборатории сравнительной планетологии и метеоритики за помошь с работе. Автор благодарит Ю.Г. Шкуратова, Л.В. Старухину (АО ХГУ), Др. Д. Крукшенка (Центр Эймса НАСА, США) id ценные консультации и плодотворные дискуссии
