Исследование Луны и ее взаимодействия с солнечным ветром на космическом аппарате Луна- Ресурс с помощью панорамного энерго-масс- спектрометра Ариес-Л. - презентация

1 Исследование Луны и ее взаимодействия с солнечным ветром на космическом аппарате Луна- Ресурс с помощью панорамного энерго-масс- спектрометра Ариес-Л. Вайсберг О.Л. 1, Койнаш Г.В. 1, Моисеев П.П. 2, Летуновский В.В. 3, Тоньшев А.К. 3, Журавлев Р.Н. 1, Шестаков А.Ю. 1, Подколзин С.Н. 1, Долгоносов М.С. 1, Моисеев С.П. 2, Горн Л.С. 4, Шаманов А.А. 5, Лихтенштейн В.Х. 6, Стяжкин В.А. 7, Berthelier J.J. 8, Becker J ИКИ РАН 2. Астрон-Электроника 3. СКБ ИКИ РАН 4. СНИИП НИЦ " Курчатовский институт" 7. ИЗМИРАН 8. LATMOS, Франция «Физика плазмы в солнечной системе» 15 февраля 2011 г., ИКИ РАН

2 Существо изучаемой проблемы и задача проекта Исследование состава и структуры Лунной поверхности является важной частью исследования происхождения, эволюции и структуры Луны Реголит, покрывающий поверхность Луны, сформировался в результате бомбардировки поверхности Луны метеоритами. Поверхностный слой реголита насыщен атомами солнечного ветра. Состав реголита, в основном, определяется составом Луны. Реголит, доставленный на Землю астронавтами программы Аполлон и АМС Луна-16, -20 и -24, был исследован в различных лабораториях. Исследование реголита является важной частью программы проекта Луна- Ресурс Основной задачей эксперимента является исследование взаимодействия солнечного ветра с поверхностью Луны, десорбции поверхностного слоя, и состава поверхностного слоя на различных масштабах. «Физика плазмы в солнечной системе» 15 февраля 2011 г., ИКИ РАН

3 Научные задачи Задачи эксперимента: Вторичная ионная эмиссия и другие факторы десорбции Состав, коэффициент вторичной эмиссии, влияние величины потока и угла падения, функция распределения, влияние альфа- частиц Десорбция вещества реголита солнечным ультрафиолетовым излучением, солнечным ветром и другими факторами Отражение/рассеяние солнечного ветра поверхностью Коэффициент отражения, функция распределения Экзосфера Луны и ионы, захваченные солнечным ветром Состав реголита на больших масштабах Вклад атмосферных ионов, характеристики атмосферы Исследования хвоста магнитосферы Земли АРИЕС-Л «Физика плазмы в солнечной системе» 15 февраля 2011 г., ИКИ РАН

4 Вторичная ионная масс-спектрометрия (ВИМС) неразрушающий метод анализа состава материалов широко используется в промышленности и в научных исследованиях один из наиболее чувствительных аналитических методов (лучше, чем % по содержанию) в принципе, неселективен, но эффективность ионизации различных элементов различна выход вторичных ионов зависит от материала и его структуры, а также от энергии и массы ионов первичного пучка и угла его падения на поверхность использование рассеянного первичного пучка для исследования структуры и состава поверхностного слоя (СРМИ - спектроскопия рассеяния медленных ионов, ИРС – ионно-рассеивающая спектроскопия) «Физика плазмы в солнечной системе» 15 февраля 2011 г., ИКИ РАН

5 Особенности метода ВИМС при исследовании поверхности тел солнечной системы наличие естественного первичного пучка (солнечный ветер) нет необходимости в дополнительном оборудовании энергия солнечного ветра (1-10 кэВ) находится в диапазоне, обычно используемом в ВИМС естественно обеспечивается широкий диапазон условий эксперимента изменяемая энергия ионов изменяемый угол падения ионов на поверхность изменяемый угол вылета ионов возможность использования первичных протонов и α-частиц (более высокий коэффициент вторичной эмиссии ионов) изучение летучих изучение ионов солнечного ветра, имплантированных в поверхностный слой потенциальная возможность регистрации ударов микрометеоритов (4х10 6 ионов/см 2 сек при ударе микрометеорита г [Nagel et al., 1975, Eichhorn, 1976, Dalman et al., 1977]) возможность изучения ионов, захваченных солнечным ветром «Физика плазмы в солнечной системе» 15 февраля 2011 г., ИКИ РАН

6 Состояние проблемы в настоящее время Обоснование метода исследования поверхности твердых тел солнечной системы по измерениям ионных компонентов в их окрестностях было дано в работах [Сагдеев и др., 1986, Манагадзе и Сагдеев, 1987]. Предлагалось исследовать отраженные Луной ионы солнечного ветра и нейтральные частицы, распыляемые солнечным ветром ионы с поверхности. Использование метода ВИМС для анализа аналогов лунного грунта выявило ионы Na +, Mg +, Al +, K +, Ca +, Ti +, Mn +, Fe + [Elphic et al., 1991] Недавно на спутниках Луны Kaguya и Chandrayaan-1 были обнаружены отраженные от поверхности Луны протоны солнечного ветра (0.1-1%). На спутнике Kaguya зарегистрированы ионы He +, C +, O +, Na +, K + /Ar + [Saito et al., 2008, Holmstrom et al., 2010]. «Физика плазмы в солнечной системе» 15 февраля 2011 г., ИКИ РАН

7 Методика исследования и требования к эксперименту Вторично-ионая масс-спектрометрия (ВИМС) позволят провести анализ поверхности при облучении этой поверхности известным ионным пучком. В нашем эксперименте роль этого пучка играет солнечный ветер. Солнечный ветер облучает поверхность Луны и выбивает из поверхностного слоя ионы и нейтральные атомы. Прибор должен проводить измерения: Функции распределения ионов в пространстве скоростей с разделением по массе, характеристики солнечного ветра и ионов с поверхности Луны, и их вариации в различных условиях. «Физика плазмы в солнечной системе» 15 февраля 2011 г., ИКИ РАН

8 Исследования магнитосферы Земли Предполагается проведение наблюдений геомагнитного хвоста и магнитослоя: структура и динамика хвоста, характеристики и состав плазмы. «Физика плазмы в солнечной системе» 15 февраля 2011 г., ИКИ РАН

9 Энерго – масс - анализатор АРИЕС-Л входное окно, 2 - электростатическое зеркало, 3 - электростатический затвор (гейт), 4 - входное окно электростатического анализатора, 5 - тороидальный электростатический анализатор, 6 – выходное окно анализатора, 7 -отклоняющее зеркало, 8 - изображающий детектор Прототип – прибор ДИ для проекта Фобос-Грунт Энергетический диапазон 5 эВ-5 кэВ Диапазон масс Массовое разрешение М/ΔМ ~ 50 Угол зрения 2π Вес 2 кг «Физика плазмы в солнечной системе» 15 февраля 2011 г., ИКИ РАН

10 Спасибо за внимание «Физика плазмы в солнечной системе» 15 февраля 2011 г., ИКИ РАН