Литвак М., Митрофанов И., Мокроусов М., Малахов А., Козырев А., Санин А., Третьяков В., Вареников А, Вострухин А., Головин Д., Федосов Ф.

Цикл работ "Первые результаты прибора ЛЕНД: изучение распространенности воды на лунных полюсах".

[1] M. L. Litvak, I. G. Mitrofanov, A. Sanin, A. Malakhov, W. V. Boynton, G. Chin, G. Droege, L. G. Evans, J. Garvin, D. V. Golovin, K. Harshman, T. P. McClanahan, M. I. Mokrousov, E. Mazarico, G. Milikh, G. Neumann, R. Sagdeev, D. E. Smith, R. Starr, and M. T. Zuber (2012), Global maps of lunar neutron fluxes from the LEND instrument, J. Geophys. Res., 117, E00H22, doi:10.1029/2011JE003949.

[2] I. Mitrofanov, M. Litvak, A. Sanin, A. Malakhov, D. Golovin, W. Boynton, G. Droege, G. Chin, L. Evans, K. Harshman, F. Fedosov, J. Garvin, A. Kozyrev, T. McClanahan, G. Milikh, M. Mokrousov, R. Starr, R. Sagdeev, V. Shevchenko, V. Shvetsov, V. Tret’yakov, J. Trombka, A. Varenikov, and A. Vostrukhin (2012), Testing polar spots of water-rich permafrost on the Moon: LEND observations onboard LRO, J. Geophys. Res., 117, E00H27, doi:10.1029/2011JE003956

[3] A. B. Sanin, I. G. Mitrofanov, M. L. Litvak, A. Malakhov, W. V. Boynton, G. Chin, G. Droege, L. G. Evans, J. Garvin, D. V. Golovin, K. Harshman, T. P. McClanahan,

M. I. Mokrousov, E. Mazarico, G. Milikh, G. Neumann, R. Sagdeev, D. E. Smith,

R. D. Starr, and M. T. Zuber (2012), Testing lunar permanently shadowed regions for water ice: LEND results from LRO, J. Geophys. Res., 117, E00H26, doi:10.1029/2011JE003971.

[4] W.V. Boynton, G.F. Droege, I.G. Mitrofanov, T.P. McClanahan, A.B. Sanin, M.L. Litvak,

M. Schaffner, G. Chin, L.G. Evans, J.B. Garvin, K. Harshman, A. Malakhov, G. Milikh, R.

Sagdeev, R. Starr High Spatial Resolution Studies of Epithermal Neutron Emission from the Lunar Poles: Constraints on Hydrogen Mobility, J. Geophys. Res

[5] M. L. Litvak, I. G. Mitrofanov, A. B. Sanin, D.V. Golovin, A.V. Malakhov, W.V. Boynton,

G. F. Droege, K. Harshman, R. D. Starr, LEND neutron data processing for the mapping of the Moon, J. Geophys. Res

Аннотация

    В цикле статей "Первые результаты прибора ЛЕНД: изучение распространенности воды на лунных полюсах" представлены результаты обработки данных картографирования нейтронного излучения Луны российским нейтронным телескопом ЛЕНД (Lunar Exploration Neutron Detector) с борта лунного спутника НАСА ЛРО. Основной особенностью этого прибора, разработанного авторами данного цикла, является высокое разрешение пространственной переменности нейтронного излучения поверхности Луны - при высоте орбиты около 50 км это разрешение составляет 10 км (FWHM). Такое разрешение соответствует требованию, вытекающему из важнейшей задачи проекта ЛРО - проверке гипотезы о присутствии водяного льда в реголите на дне постоянно затененных полярных кратеров. В статьях цикла опубликованы первые результаты исследований, направленных на решение этой задачи.

В первой статье [1] представлены глобальные карты нейтронного излучения Луны в различных энергетических диапазонах. Показано что поток эпитепловых нейтронов значительно понижается на высоких широтах в окрестности полюсов - это свидетельствует о среднем повышении содержания водорода в полярном реголите. Установлено, что имеется хорошее согласие нейтронных карт ЛЕНДа, полученных всенаправленными датчиками прибора, с аналогичными картами, построенными ранее в эксперименте LPNS проекта "Лунар Проспектор". Это сопоставление обеспечивает экспериментальную верификацию данных измерений ЛЕНДа на глобальном масштабе переменности и позволяет провести изучение локальной переменности на масштабе порядка 10 км.

В статье [2] представлены результаты поиска локальных полярных районов с повышенным содержанием воды на основе данных ЛЕНДа, полученных коллимированными датчиками нейтронов с высоким пространственным разрешением. Обнаружено, что на лунных полюсах имеются несколько локальных районов с пониженным потоком нейтронного излучения, что является признаком присутствия в реголите воды. Важно, что поверхность этих районов может полностью или частично освещаться Солнцем. Наиболее сильный эффект присутствия водяного льда наблюдается для южных кратеров Кабеус и Шумейкер. Показано что реголит в этих районах может содержать около 5% по массе водяного льда вечной мерзлоты под сухим слоем грунта толщиной несколько сантиметров.

В статье [3] представлены результаты экспериментальной проверки гипотезы о том, что на дне постоянно затененных полярных кратеров присутствуют залежи водяного льда. Высокое пространственное разрешение прибора ЛЕНД позволило измерить поток нейтронного излучения от всех крупных постоянно затененных кратеров с диаметром более 10 км и сравнить его с потоком нейтронов от регулярно освещаемой поверхности на той же широте. Границы областей постоянного затенения были получены на основе обработки данных лазерного альтиметра ЛОЛА, также установленного на борту ЛРО. Показано, что свойство постоянного затенения кратера не является обязательным условием для ослабления нейтронного потока с его поверхности, что могло бы свидетельствовать о наличии водяного льда. Эффект от возможного присутствия водяного льда был обнаружен только для трех крупных затененных кратеров на Луне: Кабеуса, Шумейкера и Рождественского.  

В статье [4] проводится анализ достоверности выводов о высоком пространственном разрешении полярных карт нейтронного излучения, полученных на основе данных коллимированных датчиков прибора ЛЕНД. Показано, что измеренные контуры яркости нейтронной эмиссии от поверхности кратера Шумейкер хорошо согласуются с его рельефом. Также показано, что данные прибора ЛЕНД с высоким пространственным разрешением согласуются, при соответствующем загрублении, с данными прибора LPNS. На основе анализа данных прибора ЛЕНД обсуждаются физические механизмы повышения концентрации водорода в полярном реголите. Показано, что уменьшение темпа теплового испарения летучих соединений из реголита при смещении в направлении к полюсам является основным фактором, который объясняет это повышение.

Статья [5] посвящена подробному описанию методики обработки данных прибора ЛЕНД, полученных с высоким пространственным разрешением. В статье шаг за шагом объясняется процедура обработки исходных сырых данных до получения окончательного физического продукта – карты переменности нейтронного излучения от поверхности Луны. Эта статья позволяет заинтересованным исследователям проводить самостоятельный анализ данных измерений прибора ЛЕНД, находящихся в открытом доступе.

Основные научные результаты, полученные в представленном цикле, сводятся к трем основным позициям:

(1) Выполнена верификация результатов измерений нейтронного излучения Луны прибором ЛЕНД на основе сравнения с данными других приборов, полученных при сопоставимых условиях наблюдений.

(2) Показано, что свойство постоянного затенения полярного кратера не является обязательным условием присутствия в нем ледников, которые могли бы проявиться в понижении нейтронного потока с поверхности кратера.

(3) Обнаружены несколько районов вечной мерзлоты с относительно высоким содержанием водяного льда (окрестности полярных кратеров Кабеус, Шумейкер и Рождественский), причем установлено, что части поверхностей этих районов могут регулярно освещаться Солнцем.

Обсуждение данного цикла статей на заседании НТС лаборатории не проводилось в связи с тем, что практически все научные сотрудники лаборатории являются соавторами представленных статей. Основные результаты цикла неоднократно докладывались на российских и международных конференциях.