Авторы
Шандров Н.М.(1), Митрофанов И.Г.(1), Санин А.Б.(1)
Организации
(1) Институт космических исследований РАН
Секция
Исследование планет
Научный руководитель
Санин Антон Борисович
Место работы научного руководителя
Институт космических исследований РАН
Текст тезисов
Еще в 60-х годах XX в. была научно обоснована гипотеза о возможном существовании большого объема водяного льда в постоянно затененных областях (ПЗО) в окрестности лунных полюсов. Несмотря на многочисленные автоматические и пилотируемые миссии к Луне, до 10-х годов XXI в. данная гипотеза не была проверена.
Поэтому, в отделе Ядерной планетологии ИКИ РАН был предложен эксперимент ЛЕНД (от англ. Lunar Exploration Neutron Detector, LEND) с коллимированным нейтронным телескопом для картирования распределения водяного льда в грунте полярных районов [1-2]. Эксперимент основан на измерении нейтронного потока, образующегося в результате взаимодействия галактических космических лучей (ГКЛ) с верхним приповерхностным слоем лунного грунта. Спектр вылетающих нейтронов зависит от состава грунта, причём в диапазоне низких эпитепловых энергий (~1 эВ – ~100 кэВ) эта зависимость в основном определяется концентрацией водорода. Т.к. водород является наиболее эффективным замедлителем нейтронов, то, чем больше его содержится в грунте, тем меньше поток выходящих с поверхности эпитепловых нейтронов.
Российский нейтронный телескоп LEND был запущен к Луне на борту космического аппарата NASA LRO 23 июня 2009 г. и продолжает работать по настоящее время. Прибор измеряет нейтронный поток от поверхности Луны в диапазоне от тепловых энергий до ~15 МэВ с помощью 9 детекторов нейтронов. Четыре коллимированных детектора эпитепловых нейтронов позволяют строить карты распределения водорода в грунте с высоким пространственным разрешением ~10 км.
В результате обработки данных, измеренных российским телескопом LEND, были построены детальные карты нейтронного излучения поверхности Луны и было обнаружено наличие больших объёмов воды как в некоторых ПЗО, так и на освещаемых Солнцем территориях. Важным результатом стало то, что не все ПЗО демонстрируют повышенное содержание водяного льда в грунте. Другим, неожиданным результатом стало обнаружение водяного льда в грунте периодически освещаемых Солнцем районов, что означает его залегание на некоторой глубине под поверхностью [3].
Для уточнения полученных ранее в эксперименте ЛЕНД результатов, мы применили другой подход к поиску областей на лунной поверхности, демонстрирующих пониженный поток эпитепловых нейтронов. Данный метод основан на анализе групповой статистической значимости пикселей на карте нейтронного потока. Результат поиска и анализа таких районов и оценки концентрации водяного льда в их грунте будут представлены.
В дальнейшем, полученные результаты могут быть использованы для планирования и проведения научных миссий на поверхности нашего естественного спутника, включая построение первой научно-исследовательской станции, а также могут быть полезны для лучшего понимания причин и закономерностей распределения воды в приповерхностном слое реголита, что приведет к развитию знания об истории эволюции Луны и других небесных тел.
Литература:
[1] Experiment LEND of the NASA Lunar Reconnaissance Orbiter for High-Resolution Mapping of Neutron Emission of the Moon. I.G. Mitrofanov, A.B. Sanin, D.V. Golovin, M.L. Litvak, A.A. Konovalov, A.S. Kozyrev, A.V. Malakhov, M.I. Mokrousov, V.I. Tretyakov, V.S. Troshin, V.N. Uvarov, A.B. Varenikov, A.A. Vostrukhin, V.V. Shevchenko, V.N. Shvetsov, A.R. Krylov, G.N. Timoshenko, Y.I. Bobrovnitsky, T.M. Tomilina, A.S. Grebennikov, L.L. Kazakov, R.Z. Sagdeev, G.N. Milikh, A. Bartels, G. Chin, S. Floyd, J. Garvin, J. Keller, T. McClanahan, J. Trombka, W. Boynton, K. Harshman, R. Starr, and L. Evans Astrobiology 2008 8:4, 793-804 DOI:10.1089/ast.2007.0158
[2] Mitrofanov, I. G., Bartels, A., Bobrovnitsky, Y. I., Boynton, W., Chin, G., Enos, H., Evans, L., Floyd, S., Garvin, J., Golovin, D. V., Grebennikov, A. S., Harshman, K., Kazakov, L. L., Keller, J., Konovalov, A. A., Kozyrev, A. S., Krylov, A. R., Litvak, M. L., Malakhov, A. V., McClanahan, T., Milikh, G. M., Mokrousov, M. I., Ponomareva, S., Sagdeev, R. Z., Sanin, A. B., Shevchenko, V. V., Shvetsov, V. N., Starr, R., Timoshenko, G. N., Tomilina, T. M., Tretyakov, V. I., Trombka, J., Troshin, V. S., Uvarov, V. N., Varennikov, A. B., Vostrukhin, A. A., Lunar Exploration Neutron Detector for the NASA Lunar Reconnaissance Orbiter Space Science Reviews, 2010, 150, 183–207, DOI:10.1007/s11214-009-9608-4
[3] Sanin, A. B., Mitrofanov, I. G., Litvak, M. L., Bakhtin, B. N., Bodnarik, J. G., Boynton, W. V., Chin, G., Evans, L. G., Harshman, K., Fedosov, F., Golovin, D. V., Kozyrev, A. S., Livengood, T. A., Malakhov, A. V., McClanahan, T. P., Mokrousov, M. I., Starr, R. D., Sagdeev, R. Z., Tret’yakov, V. I., Vostrukhin, A. A. Hydrogen distribution in the lunar polar regions // Icarus. – 2017. – Vol. 283. – P. 20–30. – DOI: 10.1016/j.icarus.2016.06.002.
Поэтому, в отделе Ядерной планетологии ИКИ РАН был предложен эксперимент ЛЕНД (от англ. Lunar Exploration Neutron Detector, LEND) с коллимированным нейтронным телескопом для картирования распределения водяного льда в грунте полярных районов [1-2]. Эксперимент основан на измерении нейтронного потока, образующегося в результате взаимодействия галактических космических лучей (ГКЛ) с верхним приповерхностным слоем лунного грунта. Спектр вылетающих нейтронов зависит от состава грунта, причём в диапазоне низких эпитепловых энергий (~1 эВ – ~100 кэВ) эта зависимость в основном определяется концентрацией водорода. Т.к. водород является наиболее эффективным замедлителем нейтронов, то, чем больше его содержится в грунте, тем меньше поток выходящих с поверхности эпитепловых нейтронов.
Российский нейтронный телескоп LEND был запущен к Луне на борту космического аппарата NASA LRO 23 июня 2009 г. и продолжает работать по настоящее время. Прибор измеряет нейтронный поток от поверхности Луны в диапазоне от тепловых энергий до ~15 МэВ с помощью 9 детекторов нейтронов. Четыре коллимированных детектора эпитепловых нейтронов позволяют строить карты распределения водорода в грунте с высоким пространственным разрешением ~10 км.
В результате обработки данных, измеренных российским телескопом LEND, были построены детальные карты нейтронного излучения поверхности Луны и было обнаружено наличие больших объёмов воды как в некоторых ПЗО, так и на освещаемых Солнцем территориях. Важным результатом стало то, что не все ПЗО демонстрируют повышенное содержание водяного льда в грунте. Другим, неожиданным результатом стало обнаружение водяного льда в грунте периодически освещаемых Солнцем районов, что означает его залегание на некоторой глубине под поверхностью [3].
Для уточнения полученных ранее в эксперименте ЛЕНД результатов, мы применили другой подход к поиску областей на лунной поверхности, демонстрирующих пониженный поток эпитепловых нейтронов. Данный метод основан на анализе групповой статистической значимости пикселей на карте нейтронного потока. Результат поиска и анализа таких районов и оценки концентрации водяного льда в их грунте будут представлены.
В дальнейшем, полученные результаты могут быть использованы для планирования и проведения научных миссий на поверхности нашего естественного спутника, включая построение первой научно-исследовательской станции, а также могут быть полезны для лучшего понимания причин и закономерностей распределения воды в приповерхностном слое реголита, что приведет к развитию знания об истории эволюции Луны и других небесных тел.
Литература:
[1] Experiment LEND of the NASA Lunar Reconnaissance Orbiter for High-Resolution Mapping of Neutron Emission of the Moon. I.G. Mitrofanov, A.B. Sanin, D.V. Golovin, M.L. Litvak, A.A. Konovalov, A.S. Kozyrev, A.V. Malakhov, M.I. Mokrousov, V.I. Tretyakov, V.S. Troshin, V.N. Uvarov, A.B. Varenikov, A.A. Vostrukhin, V.V. Shevchenko, V.N. Shvetsov, A.R. Krylov, G.N. Timoshenko, Y.I. Bobrovnitsky, T.M. Tomilina, A.S. Grebennikov, L.L. Kazakov, R.Z. Sagdeev, G.N. Milikh, A. Bartels, G. Chin, S. Floyd, J. Garvin, J. Keller, T. McClanahan, J. Trombka, W. Boynton, K. Harshman, R. Starr, and L. Evans Astrobiology 2008 8:4, 793-804 DOI:10.1089/ast.2007.0158
[2] Mitrofanov, I. G., Bartels, A., Bobrovnitsky, Y. I., Boynton, W., Chin, G., Enos, H., Evans, L., Floyd, S., Garvin, J., Golovin, D. V., Grebennikov, A. S., Harshman, K., Kazakov, L. L., Keller, J., Konovalov, A. A., Kozyrev, A. S., Krylov, A. R., Litvak, M. L., Malakhov, A. V., McClanahan, T., Milikh, G. M., Mokrousov, M. I., Ponomareva, S., Sagdeev, R. Z., Sanin, A. B., Shevchenko, V. V., Shvetsov, V. N., Starr, R., Timoshenko, G. N., Tomilina, T. M., Tretyakov, V. I., Trombka, J., Troshin, V. S., Uvarov, V. N., Varennikov, A. B., Vostrukhin, A. A., Lunar Exploration Neutron Detector for the NASA Lunar Reconnaissance Orbiter Space Science Reviews, 2010, 150, 183–207, DOI:10.1007/s11214-009-9608-4
[3] Sanin, A. B., Mitrofanov, I. G., Litvak, M. L., Bakhtin, B. N., Bodnarik, J. G., Boynton, W. V., Chin, G., Evans, L. G., Harshman, K., Fedosov, F., Golovin, D. V., Kozyrev, A. S., Livengood, T. A., Malakhov, A. V., McClanahan, T. P., Mokrousov, M. I., Starr, R. D., Sagdeev, R. Z., Tret’yakov, V. I., Vostrukhin, A. A. Hydrogen distribution in the lunar polar regions // Icarus. – 2017. – Vol. 283. – P. 20–30. – DOI: 10.1016/j.icarus.2016.06.002.