Нове у фотометрії Місяця

Розвиток космічної техніки сприяв появі нових напрямків дослідження в багатьох галузях астрономії і, зокрема, планетознавстві, а також еволюції деяких «класичних» розділів астрономії, що мають чи не вікову історію. Наприклад, фотометричні дослідження місячної поверхні ведуть свій початок ще з спостережень Галілея, який вказав, що відсутність потемніння місячного диска до краю свідчить про сильну нерівність верхнього шару Місяця.

Фундаментальні дослідження багатьох відомих вчених перетворили цей метод в один з основних при вивченні структури і властивостей місячної поверхні. І, тим не менш, зіставлення непрямих даних про структуру і мікроструктуру верхнього шару з результатами прямих спостережень розширює можливості старого методу.

Відомо, що найбільш чітко структурні особливості місячної поверхні проявляються при дослідженні змін яскравості в процесі лунації, тобто при різних фазах і кутах падіння сонячних променів. До теперішнього часу вивчені з різними подробицями відбивні властивості сотень дискретних ділянок не тільки видимої, але і зворотної півкуль Місяця. Роздільна здатність, при якій були виконані ці спостереження, дозволила досліджувати інтегральну яскравість ділянок місячної поверхні площею в кілька квадратних кілометрів.

На підставі спостережень було встановлено, що закон відбиття світла від місячної поверхні є складною функцією зміни кутових параметрів: фази, кута падіння і кута відбиття. Цей закон не відповідає закону відбиття світла від матової гладкої кулі. Тому виникло припущення про вплив на величину інтегральної яскравості місячних ділянок тіней від численних нерівностей, що не вирішуються телескопом. Так з’явилося поняття “тіньової функції”, чисельно прирівняної відхиленню спостережуваного ходу яскравості в процесі лунації від визначеної аналітично для ідеальної сфери.

Вид “тіньової функції” якісно характеризував ступінь виритості тієї чи іншої ділянки. Конкретні ж складові її можна було тільки припускати та імітувати різними математичними моделями: нескінченної глибини тріщинами, загостреними нерівностями, напівсферичними і еліпсоїдальними заглибленнями та ін.

Сучасні дані про рельєф місячної поверхні, отримані за допомогою космічних апаратів з близьких відстаней і безпосередньо на Місяці, відкрили можливість для більш докладного вивчення тіньової функції.

Прямі спостереження показали, що на величину інтегральної яскравості ділянки площею в кілька квадратних кілометрів можуть впливати найрізноманітніші форми рельєфу. Наприклад, для поверхні місячних морів певним чином складаються яскравості освітлених і спостережуваних під різними кутами майданчиків і тіні мікроструктури поверхні, що має нерегулярний характер, і тіні кратерів розміром від часток метра до сотень метрів.

Розділення цих впливів відкрило б нові шляхи фотометричних досліджень. Однак загальне рішення задачі, мабуть, принципово можливе, поки ще не знайдено. Окремий випадок був детально розглянутий в роботі Ю. М. Липського і В. В. Шевченка «про природу світлих променів на Місяці». Якщо досліджуваний майданчик характерний підвищеною концентрацією кратерів певного розміру, то буде справедливим припущення про найбільший вплив на її інтегральну яскравість поєднання світлих і затінених областей саме цих утворень. Кратери є регулярною формою рельєфу; яку наближено можна інтерпретувати геометричною фігурою. Тому існує параметр не тільки якісної, але і кількісної характеристики подібної ділянки.

Як показали дослідження, цей параметр тісно пов’язаний з тіньовою функцією. Ю. М. Липський і В. В. Шевченко досліджували вплив тіней всередині кратерів розміром в сотні метрів, тобто таких, що відносяться до категорії мезорельєфа місячної поверхні. Відповідно до цього і виділена тіньова функція отримала назву «мезотіньової функції».

Так як мікроструктура поверхні, згідно з даними автоматичних станцій, однорідна для морфологічно різних областей, то порівняльні вимірювання яскравості наміченої ділянки і сусіднього з ним типового морського району дають можливість виявити вплив аномального розподілу кратерів певного розміру. При дослідженні були обрані ділянки світлих променів.

Порівняльні вимірювання яскравості променів і навколишньої місцевості зворотного боку Місяця вчені провели по знімках, отриманим станцією «Зонд-З». Для ділянок променів було прийнято розподіл і форма кратерів, відповідні знімкам району моря Пізнаного, отриманим з близької відстані космічним апаратом «Рейнджер-7». Результати вимірювань показали, що криві різниці яскравості променів і сусідніх ділянок мають чітко виражений перегин, що припадає на моменти появи або зникнення тіні всередині кратерів заданих розмірів і форми. Очевидно, що геометричним шляхом зазначені моменти можна з достатньою точністю передбачити. Надійний, що спостерігався у всіх випадках збіг реального і передбачуваного моментів різкої зміни ходу яскравості ділянки світлих променів в порівнянні з сусідньою, типовою для морської поверхні ділянкою, підтверджує, що знайдений параметр описує дійсно існуючу особливість областей Місяця, що вивчаються.

Наслідком викладеного методу поділу впливу тіньової функції є висновок про структуру світлих променів на Місяці. Виявилося, що променеві системи як видимої, так і зворотної півкуль характеризуються підвищеною концентрацією вторинних кратерів-лунок розміром 1000-100 м, за формою близьких до сферичного сегменту з відношенням глибини до діаметру кратера 0,15—0,25. Таким чином, найбільш ймовірною причиною появи світлих променів можна вважати викиди досить великих осколків з основного кратера — центру променевої системи. Аналогічну будову і, мабуть, походження мають світлі плями, що не відносяться до будь-якої системи променів. Раніше ці утворення також вважалися просто областями підвищеного альбедо.

Автор: В. В. Шевченко.