Новое в фотометрии Луны

Развитие космической техники способствовало появлению новых направлений исследования во многих отраслях астрономии и, в частности, планетоведении, а также эволюции некоторых «классических» разделов астрономии, имеющих едва ли не вековую историю. Например, фотометрические исследования лунной поверхности ведут свое начало еще с наблюдений Галилея, указавшего, что отсутствие потемнения лунного диска к краю свидетельствует о сильной неровности верхнего слоя Луны.

Фундаментальные исследования многих известных ученых превратили этот метод в один из основных при изучении структуры и свойств лунной поверхности. И, тем не менее, сопоставление косвенных данных о структуре и микроструктуре верхнего слоя с результатами прямых наблюдений расширяет возможности старого метода.

Известно, что наиболее четко структурные особенности лунной поверхности проявляются при исследовании изменений яркости в процессе лунации, т. е. при разных фазах и углах падения солнечных лучей. К настоящему времени изучены с различной подробностью отражательные свойства сотен дискретных участков не только видимого, но и обратного полушарий Луны. Разрешающая способность, при которой были выполнены эти наблюдения, позволила исследовать интегральную яркость участков лунной поверхности площадью в несколько квадратных километров.

На основании наблюдений было установлено, что закон отражения света от лунной поверхности является сложной функцией изменения угловых параметров: фазы, угла падения и угла отражения. Этот закон не соответствует закону отражения света от матового гладкого шара. Поэтому возникло предположение о влиянии на величину интегральной яркости лунных участков теней от многочисленных неровностей, не разрешаемых телескопом. Так появилось понятие «теневой функции», численно приравненной отклонению наблюдаемого хода яркости в процессе лунации от определяемого аналитически для идеальной сферы.

Вид «теневой функции» качественно характеризовал степень изрытости того или иного участка. Конкретные же составляющие ее можно было только предполагать и имитировать различными математическими моделями: бесконечной глубины трещинами, остроконечными неровностями, полусферическими и эллипсоидальными углублениями и пр.

Современные данные о рельефе лунной поверхности, полученные при помощи космических аппаратов с близких расстояний и непосредственно на Луне, открыли возможность для более подробного изучения теневой функции.

Прямые наблюдения показали, что на величину интегральной яркости участка площадью в несколько квадратных километров могут оказывать влияние самые различные формы рельефа. Например, для поверхности лунных морей определенным образом складываются яркости освещенных и наблюдаемых под разными углами площадок и тени микроструктуры поверхности, имеющей нерегулярный характер, и тени кратеров размером от долей метра до сотен метров.

Разделение этих влияний открыло бы новые пути фотометрических исследований. Однако общее решение задачи, по-видимому, принципиально возможное, пока еще не найдено. Частный случай был подробно рассмотрен в работе Ю. Н. Липского и В. В. Шевченко «О природе светлых лучей на Луне». Если исследуемая площадка характерна повышенной концентрацией кратеров определенного размера, то будет справедливым предположение о наибольшем влиянии на ее интегральную яркость сочетания светлых и затененных областей именно этих образований. Кратеры являются регулярной формой рельефа; которую приближенно можно интерпретировать геометрической фигурой. Поэтому существует параметр не только качественной, но и количественной характеристики подобного участка.

Как показали исследования, этот параметр тесно связан с теневой функцией. Ю. Н. Липский и В. В. Шевченко исследовали влияние теней внутри кратеров размером в сотни метров, т. е. относящихся к категории мезорельефа лунной поверхности. В соответствии с этим и выделенная теневая функция получила название «мезотеневой функции».

Так как микроструктура поверхности, согласно данным автоматических станций, однородна для морфологически различных областей, то сравнительные измерения яркости намеченного участка и соседнего с ним типичного морского района дают возможность выявить влияние аномального распределения кратеров определенного размера. При исследовании были выбраны участки светлых лучей.

Сравнительные измерения яркости лучей и окружающей местности обратной стороны Луны ученые провели по снимкам, полученным станцией «Зонд-З». Для участков лучей было принято распределение и форма кратеров, соответствующие снимкам района Моря Познанного, полученным с близкого расстояния космическим аппаратом «Рейнджер-7». Результаты измерений показали, что кривые разности яркости лучей и соседних участков имеют четко выраженный перегиб, приходящийся на моменты появления или исчезновения тени внутри кратеров заданных размеров и формы. Очевидно, что геометрическим путем указанные моменты можно с достаточной точностью предсказать. Надежное, наблюдавшееся во всех случаях совпадение реального и предсказываемого моментов резкого изменения хода яркости участка светлых лучей по сравнению с соседним, типичным для морской поверхности участком, подтверждает, что найденный параметр описывает действительно существующую особенность изучавшихся областей Луны.

Следствием изложенного метода разделения влияния теневой функции является вывод о структуре светлых лучей на Луне. Оказалось, что лучевые системы как видимого, так и обратного полушарий характеризуются повышенной концентрацией вторичных кратеров-лунок размером 1000—100 м, по форме близких к сферическому сегменту с отношением глубины к диаметру кратера 0,15—0,25. Таким образом, наиболее вероятной причиной появления светлых лучей можно считать выбросы достаточно крупных осколков из основного кратера — центра лучевой системы. Аналогичное строение и, по-видимому, происхождение имеют светлые пятна, не относимые к какой-либо системе лучей. Ранее эти образования также считались просто областями повышенного альбедо.

Автор: В. В. Шевченко.