Сотрудники лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН совместно с учеными из Объединённого института высоких температур РАН и Института космических исследований РАН провели экспериментальное исследование ударной сжимаемости аналога марсианского реголита (грунта) — рыхлого несцементированного материала, покрывающего поверхность планеты.

В качестве аналога был выбран песок с характеристиками, близкими к характеристикам марсианского грунта. В работе выявлена связь между параметрами частиц искусственного марсианского грунта и структурой ударной волны в нём при разных давлениях вплоть до ~11 тыс. атмосфер. Результаты исследования опубликованы в International Journal of Impact Engineering.

Изучение роли ударных процессов в формировании марсианской поверхности важно для понимания геологической истории планеты. В основе работы лежит идея о наличии связи между характерными размерами частиц реголита и структурой ударной волны, распространяющейся в этом веществе. В качестве аналога был выбран песок c плотностными и гранулометрическими характеристиками, близкими к некоторым типам приповерхностных слоёв марсианского реголита и подходящим для поиска связи между структурой ударной волны и характерными размерами частиц материала (рис. 1).

Рисунок 1. Морфология образца — аналога Марсианского реголита. (a) Макроскопическое изображение аналога. (б) Фотографии, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM)

В экспериментах на метательной установке образцы подвергались ударному сжатию. Были достигнуты давления, которые могут возникнуть в реголите при метеоритных ударах.

Регистрация профилей ударных волн методом лазерной интерферометрии с наносекундным временным разрешением позволила проанализировать тонкую структуру фронтов распространяющихся волн. Было продемонстрировано, как физическая толщина фронта меняется с увеличением давления (рис. 2).

Рисунок 2. Зависимость толщины фронта ударной волны в аналоге марсианского реголита, выраженной через средний (95 мкм), минимальный (20 мкм) и максимальный размеры частиц (180 мкм), от давления ударного сжатия

«Оказалось, что важный параметр гранулированной среды — средний размер частиц — подходит для описания толщины фронта только в узком диапазоне относительно небольших давлений 0,5–1,1 ГПа. Однако уже при давлении 1,7 ГПа и выше минимальный размер частиц лучше характеризует толщину фронта», — прокомментировала старший научный сотрудник лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов ГЕОХИ РАН кандидат химических наук Екатерина Кронрод.

Таким образом, в рамках исследования удалось показать связь между параметрами частиц аналога реголита и структурой ударной волны в нём при разных давлениях. Результаты работы могут быть использованы для верификации моделей распространения фронта ударной волны по марсианскому реголиту и в целом для оценки толщин фронтов в сыпучих геологических средах с известными распределениями частиц по размерам.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: ГЕОХИ РАН.