Badanie wykorzystujące dane z misji Chang’e-5 ujawniło, w jaki sposób promieniowanie wiatru słonecznego i uderzenia mikrometeorytów przyczyniają się do powstawania nanocząstek metalicznego żelaza (npFe0) o różnych rozmiarach na Księżycu. To zróżnicowanie procesów formowania jest kluczowe dla interpretacji różnych efektów optycznych obserwowanych na powierzchni Księżyca.
Na podstawie badań szklanych kuleczek pochodzących z Ksiżęyca zwróconych przez misję Chang’e-5, naukowcy z Instytutu Fizyki Chińskiej Akademii Nauk wykazali, że powstawanie małych i dużych cząsteczek npFe0 o różnych efektach optycznych jest niezależnie kontrolowane przez promieniowanie wiatru słonecznego i uderzenia mikrometeorytów.
Wpływ npFe0 na właściwości optyczne powierzchni Księżyca
npFe0 są szeroko rozpowszechnione na Księżycu, a ich akumulacja zmienia widmo optyczne powierzchni Księżyca w czasie. To, w jaki sposób zmienia się kolor powierzchni naszego satelity, zależy w dużej mierze od rozmiaru npFe0. Mniejsze npFe0 powodują zaczerwienienie widma odbicia, podczas gdy większe npFe0 powodują jego ciemnienie. Powstałe różnice w kolorze znacznie komplikują badania teledetekcyjne. Ponadto pochodzenie npFe0 o różnych rozmiarach nie było dobrze poznane przed tym badaniem.
Schemat procesu kosmicznego wietrzenia na Księżycu i odpowiadające mu pochodzenie npFe0. Źródło: Institute of Physics
Cząsteczki npFe0 są znane jako produkty kosmicznego wietrzenia, które obejmuje dwa główne czynniki: uderzenia mikrometeorytów i promieniowanie wiatru słonecznego. Jednak konkretne role tych dwóch czynników w tworzeniu npFe0 o różnych rozmiarach są niejasne, co utrudnia nam zrozumienie zmian koloru powierzchni Księżyca lub planetoid w złożonych środowiskach kosmicznych.
W cytowanym badaniu naukowcy odkryli liczne oddzielne duże cząsteczki npFe0, o wielkości dziesiątek nanometrów, które miały tendencję do koncentrowania się na końcach szklanych kulek. Ten efekt koncentracji może powodować, że ultraduże npFe0 wystają z końców. Taka cecha jest dokładnie zgodna ze zjawiskiem migracji występującym w obrotowych kroplach tworzących szkło, wyzwalanych przez uderzenia z hiperprędkością. W takich scenariuszach Fe0 o większej gęstości niż matryca migruje do końców napędzane siłami odśrodkowymi, co wskazuje, że te duże npFe0 powstały w stopach pochodzących z uderzenia, zanim szklane kulki zestaliły się.
Ultraduże cząsteczki ULnpFe0 na końcach szklanych kulek powstałych w procesach zderzeniowych. Źródło: Institute of Physics
Rola wiatru słonecznego w tworzeniu małych npFe0
Naukowcy zidentyfikowali również liczne małe cząsteczki npFe0, o wielkości kilku nanometrów, gęsto pokrywające powierzchnie szklanych kulek. Te małe npFe0 wykazują cechy dystrybucji podobne do uszkodzeń pęcherzyków wywołanych promieniowaniem. W kierunku wzrostu głębokości szklanych kulek, zarówno małe npFe0, jak i pęcherzyki stopniowo zmniejszają się pod względem wielkości i liczebności. Ponadto, gdy rozmiar ziaren księżycowych jest mniejszy niż dwukrotność głębokości penetracji jonów wiatru słonecznego, małe npFe0 mogą całkowicie wypełnić drobne ziarna. Wyniki te podkreślają, że promieniowanie wiatru słonecznego jest głównym motorem powstawania małych npFe0.
Rozkłądy wielkości trzech różnych typów npFe0. Źródło: Institute of Physics
Badanie to pokazuje, że promieniowanie wiatru słonecznego i uderzenia mikrometeorytów odgrywają ważne, ale odrębne role w formowaniu npFe0. Niezależny wzrost małych i dużych npFe0 dobrze pasuje do wielu pomiarów teledetekcyjnych, dostarczając cennych spostrzeżeń do zrozumienia i przewidywania właściwości optycznych ciał bez atmosfery, wystawionych na różne środowiska kosmiczne.
Więcej informacji: publikacja „Oddzielne skutki promieniowania i oddziaływania na powstawanie metalicznego żelaza na Księżycu zaobserwowane w próbkach Chang’e-5”: “Separate effects of irradiation and impacts on lunar metallic iron formation observed in Chang’e-5 samples” autorstwa Laiquan Shen i in., 2024, Nature Astronomy. DOI: 10.1038/s41550-024-02300-0
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Krater uderzeniowy na Księżycu. Źródło: SciTechDaily
