Внешний вид гамма-спектрометра показан на рис. 58; прибор состоит из двух основных частей: сцинтилляционного датчика и многоканального амплитудного анализатора.
Для исключения фона от заряженных частиц в датчике спектрометра была применена электронная схема, использующая различное время высвечивания кристалла слоистого фосфора и пластмассового сцинтиллятора.
Тороидальный амплитудный анализатор (с внешним диаметром примерно 37 сантиметров), представляющий собой особую цифровую вычислительную машину, обеспечивал измерение дифференциального спектра в достаточно широком диапазоне энергий, что позволяло производить количественное определение как естественной, так и наведенной активности исследуемой части поверхности Луны.
Рис. 57. Общий вид ковша-захвата («землечерпалки») станции «Сервейер» с выносным устройством:
I – азимутальный двигатель; 2 – угломерный двигатель; 3 – двигатель обратного хода; 4 – двигатель ковша-захвата
Обработка измерений показала, что интенсивность общего гамма-излучения на поверхности Луны равна 20 – 30 микрорентгенам в час (существенного различия между «морями» и «материками» не отмечено); 90 процентов излучения обусловлено взаимодействием космических лучей с лунным веществом и 10 процентов – распадом радиоактивных элементов – калия, тория и урана, содержащихся в поверхностных слоях лунных пород.
На рис. 59 представлены спектры гамма-излучения лунных пород, зафиксированные на орбите спутника Луны, по измерениям автоматической станцией «Луна-10».
Спектры гамма-излучения, которые должны получаться на орбите спутника Луны от естественных радиоактивных элементов лунного грунта – калия, тория и урана, соответствующих по относительному содержанию главным типам земных пород, – даны на рис. 60.
Рис. 58. Общий вид гамма-спектрометра
Сопоставление спектров, приведенных на рис. 59 (кривая 3) и рис. 60, показывает, что лунный грунт близок по типу к базальтам (основные породы); возможно существование метеоритного (ультраосновного) вещества в поверхностных слоях Луны; наличие же гранитов (кислых пород) и пород с рудными концентрациями радиоактивных элементов – практически исключено, что подтверждено также исследованиями станциями «Сервейер» и «Луноход-1».
Небольшое различие в интенсивности гамма-излучения над лунными «морями» и «материками», по мнению академика А. П. Виноградова, может получить объяснение, приводящее к важным выводам. А именно: средняя интенсивность гамма-излучения естественных радиоактивных элементов над лунными «морями» соответствует базальтам, над «материками» – ультраосновным породам (каменным метеоритам); если полагать, что Луна формировалась аналогично Земле, как тело с поверхностным слоем типа каменных метеоритов, и в результате радиогенного разогрева из ее недр выплавились «моря», то лунные «моря» соответствуют земной коре. Однако на Земле аналогичный процесс протекал гораздо энергичнее; базальты и граниты, слагающие земную кору, покрывают мощным слоем всю поверхность Земли и, в отличие от лунных «материков», на Земле ультраосновные породы не выходят на поверхность планеты, а располагаются в ее недрах, под земной корой.
Рис. 59. Спектры гамма-излучения лунных пород на орбите спутника Луны, по измерениям автоматической станцией «Луна-10»:
1 – спектр гамма-излучения лунных пород после вычитания фона; 2 – спектр гамма-излучения, связанного с процессами взаимодействия космических лучей с лунными породами (мгновенное гамма-излучение и распад изотопов космического происхождения); 3 – спектр гамма-излучения, связанного с распадом естественных радиоактивных элементов – калия, тория и урана, содержащихся в лунном грунте
Энергия гамма-лучей, МэВ
Рис. 60. Спектры гамма-излучения, которые должны получиться на орбите спутника Луны от естественной радиоактивности элементов лунного грунта – калия, тория, урана, соответствующих по относительному содержанию главным типам земных пород
Для определения химического состава лунного грунта на аппаратах типа «Сервейер» применялся альфа-анализатор, использующий поток альфа-частиц от лунных пород при облучении их нейтронами.
В приведенной ниже таблице даны сводные результаты анализа химического состава лунного грунта, полученные с помощью автоматических станций «Сервейер-5» и «Сервейер-7» (совершивших посадку соответственно в Море Спокойствия и в районе кратера Тихо).