Корреляция между рельефом и потоком эпитермальных нейтронов

Отчётливой корреляции между распределением водородсодержащих аномалий по данным нейтронной съемки, степенью освещенности и рельефом визуально не наблюдается [1, 2]. Тем не менее, аномалии с наиболее высокой концентрацией водорода все-таки имеют тенденцию к расположению на дне крупных постоянно затенённых депрессий (кратеров) [2].
Нейтронный детектор ЛЕНД, созданный в ИКИ РАН, измеряет поток вторичных нейтронов, излучаемых поверхностью Луны (нейтронное альбедо) [3]. Увеличение содержания водорода в лунном грунте снижает скорость счета эпитермальных нейтронов. Зарегистрированное подавление нейтронов связано с водородосодержащими летучими веществами, в основном с водяным льдом в верхнем слое лунного реголита на глубине до 1 м. Средняя скорость счета детекторов CSETN1-4 составляет 2.36±0.04 имп/с, что равно примерно 46% от общей скорости счета за исключением нейтронов, создаваемых Галактическими космическими лучами в теле КА "LRO" и самим прибором LEND [4].
После обработки массива данных, предоставленных ИКИ РАН с нейтронных сенсоров CSETN1-4, нами была построена цифровая модель с разрешением 625м/пикс [5]. Созданная карта интенсивности потока эпитермальных нейтронов от поверхности Луны охватывает широты от -60 до -90 градусов широты.
Для количественного моделирования связи между рельефом Южной полярной области и интенсивностью отраженного эпитермального нейтронного потока была создана регулярная сеть точек с интервалом 0.1 градуса широты и долготы. В результате собран массив из более чем 1 миллиона точек, где каждая точка содержит информацию об абсолютной высоте и значении интенсивности нейтронного потока в пределах от 60° до 90° южной широты.
В целом широтное распределение водородсодержащих летучих (уменьшение счета эпитермальных нейтронов) коррелирует с моделью распределения потока солнечного ветра - степенью освещенности и изменением температуры поверхности [6].
Зависимость счета нейтронного потока от степени освещенности [7] в интервале 65°-80° ю.ш. практически отсутствует. В интервале широт с 81° по 87° ю.ш. указанная зависимость постепенно возрастает и на широте 87° ю.ш. она становится максимальной, а в интервале 89°-90° ю.ш. рассматриваемая зависимость снова уменьшается.
Зависимость счета нейтронного потока от температуры [8] в интервале 80°-90° южной широты в районе Южного полюса, как и ожидалось, аналогична зависимости от степени освещенности - с 81° по 87° ю.ш. она также возрастает и на широте около 87° ю.ш. становится максимальной, а в интервале 89°-90° ю.ш. зависимость постепенно уменьшается.
Распределение зависимости счета интенсивности потока нейтронов от высоты рельефа анализировалось вдоль широты с интервалами в 1 градус по долготе. При анализе графиков распределения рассматриваемой зависимости обнаружилось явное отличие поведения счета интенсивности потока нейтронов в зависимости от рельефа в пределах бассейна Южный Полюс – Эйткен (ЮПЭ) [9] и за его пределами. Следует отметить, что подобное различие от остальной области в значениях интенсивности потока нейтронов и, соответственно, в содержании водяного эквивалента водорода в зависимости от высоты рельефа, наблюдается на всей площади ЮПЭ от 60° ю.ш. до его южной границы 83° ю.ш.
В результате анализа распределения счета интенсивности потока нейтронов от высоты рельефа в Южной полярной области южнее 60° ю.ш. отчетливо различаются две обширных геоморфологических провинции – бассейн Южного Полюса – Эйткен с возрастом образования около 4.3 млрд. лет и вся остальная область за пределами этого древнего бассейна. Очевидно, что дальнейшее исследование распределения интенсивности счета потока нейтронов и, соответственно, содержания водяного эквивалента водорода в зависимости от геоморфологических структур (кратеры и валы кратеров – возвышенности), от состава пород по данным спектрального картирования, и от возраста их образования необходимо проводить на основе сравнительного анализа отдельно в каждой из выделенных провинций.
Список литературы:
[1]Andreas E. L. New estimates for the sublimation rate for ice on the Moon // Icarus. 2007. V. 186. P. 24-30. [2]Arnold J.R. Ice in the lunar polar region // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. P. 5659– 5668. [3]Starr R.D., Litvak M.L., Petro N.E. Crater age and hydrogen content in lunar regolith from LEND neutron data. Planetary and Space Science. 2018. V. 162. P. 105–112. [4]Starukhina L.V. Polar regions of the moon as a potential repository of solar-windimplanted gases// Advances in Space Research. 2006. V. 37. P. 50-58. [5] Turchinskaya O. I., Slyuta E. N., Sanin A. B., Mitrofanov I. G., Litvak M. L. The correlation between the relief and epithermal neutron flux// 55rd Lunar and Planetary Science Conference, Texas, March 11-15, 2024. Abstract # 1924 [6]Шкуратов Ю.Г., Старухина Л. В., Кайдаш В.Г., Бондаренко Н.В. Распределение содержания ЗНе по видимому полушарию луны. Астрон. вестник. 1999. Т.33, №5. С. 466-478. [7]Mazarico, E. M., G. A. Neumann, D. E. Smith, M. T. Zuber, and M. H. Torrence. 2011. "Illumination Conditions of the Lunar Polar Regions Using LOLA Topography." Icarus 211 1066 [10.1016/j.icarus.2010.10.030]. [8]Williams, J.-P., B. T. Greenhagen, D. A. Paige, N. Schorghofer, E. Sefton-Nash, P. O. Hayne, P. G. Lucey, M. A. Siegler, and K.-Michael Aye (2019) Seasonal polar temperatures on the Moon, Journal of Geophysical Research, 124, 2505-2521. [9]Garrick-Bethell, I., & Zuber, M. T. (2009). Elliptical structure of the lunar South PoleAitken basin. Icarus, 204(2), 399–408. doi:10.1016/j.icarus.2009.05.032. [10]Michael G., Basilevsky A.T., Neukum G. On the history of the early meteoritic bombardment of the Moon: Was there a terminal lunar cataclysm? Icarus 2018. V. 302. P. 80– 103.