Журнал Природа, 2005г. №9

Журнал Природа, 2005г. №9

Содержание
OCR
ПЛАНЕТОЛОГИЯ

в самом начале космической
эры. Впервые гаммаизлучение
с поверхности Луны было изме
рено в апреле 1966 г. с борта со
ветской станции «Луна10»
[1—3]. Впоследствии подобные
эксперименты проводились на
американских лунных миссиях
«Apollo» в 1971 и 1972 гг. Тогда
был получен большой объем
данных об элементном составе
поверхности Луны [4]. Приори
тетные измерения элементного
состава поверхности Марса вы
полнялись с помощью гамма
спектрометра на основе CsI(Tl),
установленного на космичес
ком орбитальном аппарате
«Марс5», а еще через 10 лет ин
формация о составе приповерх
ностных слоев Марса была по
лучена космическим аппаратом
«Фобос2» с орбиты над поверх
ностью Красной планеты [5, 6].
После этих миссий произошло
несколько неудачных попыток
полетов к Марсу в США и Рос
сии, при которых были потеря
ны
космические
аппараты,
имевшие на своем борту гамма
спектрометры и нейтронные
приборы. В апреле 2001 г. на
американском межпланетном
аппарате «Mars Odissey» ученые
получили возможность восп
роизвести часть приборов, по
гибших в предыдущих миссиях.
На аппарате «Mars Odissey» был
установлен комплекс научной
аппаратуры GRS [7], который
включает германиевый спект
рометр (GS), разработанный
в университете штата Аризона
(США), нейтронный спект
рометр низких энергий (NS),
разработанный в Национальной
лаборатории в ЛосАламосе
(США), а также российский при
бор HEND, созданный в Инс
титуте космических исследо
ваний РАН.
Возникновение вторичного
гаммаизлучения и нейтронно
го потока от поверхности Марса
связано с облучением вещества
потоком галактических кос
мических лучей. Плотная атмос
фера Земли полностью погло
щает гамма и нейтронное излу
чения. На Марсе же средняя тол
ПРИРОДА • №9 • 2005

щина атмосферы (поверхност
ная плотность) составляет всего
около 15 г/см 2, и она практичес
ки прозрачна для космических
лучей и возникающего на по
верхности ядерного излучения.
При взаимодействии высоко
энергетичных протонов косми
ческих лучей с веществом пове
рхности на глубине 1—2 м обра
зуются вторичные нейтроны вы
соких энергий 15—20 МэВ
(рис.3). Выходя на поверхность,
они сталкиваются с ядрами ос
новных породообразующих эле
ментов и возбуждают их. Спектр
гаммаизлучения возбужденных
ядер характеризует химический
состав поверхности планеты.
Нейтронная спектроскопия —
неотъемлемая часть ядерных из
мерений, необходимая для од
нозначного
восстановления
элементного состава вещества
по данным о потоках излучения
в ядерных гаммалиниях. Кроме
того, измерение потока нейт
ронного излучения планеты
представляет собой самостоя
тельную научную задачу, при ре
шении которой можно опреде
лить наличие в приповерхност
ном слое водородосодержащих
химических соединений.
Спектр вторичных нейтро
нов в зависимости от их энер
гии можно разделить на две
части. Тепловые нейтроны с
энергиями меньше 1 эВ подчи
няются равновесному распре

делению Максвелла, в то время
как спектры надтепловых час
тиц (энергия нейтронов в диа
пазоне 1 эВ — 100 кэВ) и быст
рых нейтронов (энергия нейт
ронов выше 100 кэВ) следуют
степенному закону (рис.4). Со
отношение потоков надтепло
вых, быстрых и тепловых нейт
ронов зависит от эффективнос
ти процесса замедления нейт
ронов, который, в свою оче
редь, определяется относитель
ным содержанием в веществе
легких элементов. Чем меньше
атомный вес ядер, тем эффек
тивней замедляются нейтроны
при столкновениях с ними.
Максимальный эффект достига
ется при столкновениях с ядра
ми водорода, масса которых
равна массе нейтрона. Присут
ствие в грунте даже относитель
но небольшого количества ато
мов водорода приводит к су
щественному ослаблению пото
ка надтепловых и быстрых
нейтронов и соответственно
к увеличению их потока в теп
ловой части спектра [8]. Расче
ты показывают, что добавление
0.1 % массовой доли водорода
в вещество приповерхностного
слоя планеты достаточно, что
бы понизить поток надтепло
вых нейтронов в два раза, а по
ток тепловых нейтронов увели
чить в 10 раз (рис.4). Ослабле
ние потока надтепловых нейт
ронов от участка поверхности

Рис.3. Схема возникновения ядерного излучения в приповерхностных
слоях планеты под воздействием космических лучей.
37