Фізичні механізми й астрономічні прояви космічного вивітрювання

Abstract

Кваліфікаційна робота присвячена узагальненню фізичних механізмів космічного вивітрювання та їхнього впливу на хімічні, морфологічні й спектральні властивості поверхонь безатмосферних тіл Сонячної системи. Дослідження зосереджене на взаємодії сонячного вітру, мікрометеоритного потоку та галактичного космічного випромінювання, що разом визначають еволюцію верхніх шарів реголіту. Об’єктом дослідження є процеси космічного вивітрювання, предметом — механізми зміни мінерального складу, мікроструктури й оптичної відповіді реголіту. Мета роботи полягає у систематизації цих механізмів та визначенні їхньої синергії для коректної інтерпретації дистанційних спостережень. Методологія охоплює аналіз місячних й астероїдних зразків, лабораторні моделювання (іонне бомбардування, лазерні імпульси, УФ-опромінення у вакуумі), спектральні та зображувальні дані місій Galileo, Clementine, LRO, Hayabusa й OSIRIS-REx, а також теоретичні моделі. Установлено, що сонячний вітер спричинює аморфізацію та редукцію заліза, мікрометеоритні удари — локальне плавлення й утворення аглютинатів, а космічні промені — глибинну радіаційну модифікацію. Це приводить до формування «зрілого» реголіту зі зниженим альбедо, спектральним почервонінням і приглушеними силікатними смугами. Нанофазне залізо (npFe⁰) визначено головним чинником цих оптичних змін, тоді як реголітарний ґарденінг регулює темп їх накопичення. Наукова новизна полягає у створенні комплексної рамки, що поєднує мікрофізичні механізми й спектральні прояви та систематизує індикатори оптичної зрілості.

The qualification thesis is devoted to the generalization of the physical mechanisms of space weathering and their influence on the chemical, morphological, and spectral properties of the surfaces of airless bodies of the Solar System. The study focuses on the interaction of the solar wind, the micrometeoroid flux, and galactic cosmic radiation, which together determine the evolution of the upper layers of the regolith. The object of the research is the processes of space weathering, and the subject is the mechanisms of changes in the mineral composition, microstructure, and optical response of the regolith. The aim of the work is to systematize these mechanisms and to identify their synergy for the correct interpretation of remote observations. The methodology includes the analysis of lunar and asteroid samples, laboratory simulations (ion bombardment, laser pulses, UV irradiation in vacuum), spectral and imaging data from the Galileo, Clementine, LRO, Hayabusa, and OSIRIS-REx missions, as well as theoretical models. It has been established that the solar wind causes amorphization and iron reduction, micrometeoroid impacts cause localized melting and the formation of agglutinates, and cosmic rays cause deep radiation modification. This leads to the formation of “mature” regolith with reduced albedo, spectral reddening, and attenuated silicate bands. Nanophase iron (npFe⁰) is identified as the main factor behind these optical changes, while regolith “gardening” regulates the rate of their accumulation. The scientific novelty lies in the creation of a comprehensive framework that combines microphysical mechanisms and spectral manifestations and systematizes indicators of optical maturity.