Kuun maskonit. Kuun painovoimakentän yksityiskohtainen tutkimus tuli mahdolliseksi sen jälkeen, kun avaruussatelliitit laukaistiin Kuun keinotekoisten satelliittien kiertoradalle. Satelliittiradat tarkkailtiin kolmen maa-aseman avulla.

Satelliittilähettimen taajuutta muuttamalla määritettiin ns. "radiaaliset kiihtyvyydet" - painovoiman kiihtyvyyden projektiot Maan - satelliitin suuntaan (Kuun näkyvän puolen keskiosalle nämä kiihtyvyydet vastasivat pystykomponenttia).

Ensimmäisen Kuun gravitaatiokentän kuvan rakentamisen suorittivat Neuvostoliiton tutkijat Luna-10-avaruusaluksen lennon tulosten perusteella, myöhemmin tietoja tarkennettiin havainnoimalla Lunar Orbitar -keinosatelliittien kiertoradat. sarjassa sekä niissä Apollo-avaruusaluksen raitojen osissa, joissa niiden kiertoradat Kuun ympäri määräytyivät vain sen painovoimakentän perusteella.

Kuun gravitaatiokenttä osoittautui Maan painovoimakenttää monimutkaisemmaksi ja epäyhtenäisemmäksi, tasaisen painovoimapotentiaalin pinta on epätasaisempi ja poikkeamien lähteet sijaitsevat lähempänä Kuun pintaa. Kuun painovoimakentän olennainen piirre oli suuret positiiviset poikkeavuudet, jotka rajoittuvat pyöreisiin meriin, joita kutsuttiin masconeiksi (englanniksi - "massakeskittymä"). Kun lähestyt maskonia, satelliitin nopeus kasvaa; ohituksen jälkeen satelliitti hidastuu hieman, kun taas kiertoradan korkeus muuttuu 60 - 100 m.

Aluksi maskoneja löydettiin näkyvän puolen meristä: sateet, selkeys, kriisejä, nektaria, kosteutta; niiden koot saavuttivat 50 - 200 km (ne sopivat merien muotoihin), ja poikkeavuuksien suuruus oli 100 - 200 mgal. Sademeren poikkeama vastasi massan ylimäärää, joka oli suuruusluokkaa (1,5–4,5) x 10 -5 koko Kuun massasta.

Myöhemmin löydettiin massiivisempia maskoneja näkyvän ja kaukaisen puolen rajalta idässä ja reunamerellä sekä valtava maskoni Kuun takapuolen keskustan päiväntasaajan vyöhykkeeltä. Tässä paikassa ei ole merta, joten naamio on nimeltään "Piilotettu". Sen halkaisija on yli 1000 km, sen massa on 5 kertaa Sademeren ylimääräinen massa. Piilotettu maskoni pystyy kääntämään 100 km:n korkeudessa lentävän satelliitin 1 km:llä. Positiivisia painovoimapoikkeamia vastaava ylimääräinen kokonaismassa. ylittää 10-4 kuun massaa. Monet negatiiviset poikkeavuudet osoittautuivat liittyvän kuun vuoriin: Jura, Kaukasus, Härkä, Altai.

Painovoiman anomaliat heijastavat ainemassojen jakautumisen erityispiirteitä Kuun sisäosissa. Jos esimerkiksi oletetaan, että maskonit syntyvät pistemassojen avulla, niin niiden esiintymissyvyyden tulisi olla noin 200 km Sademerellä, 280 km Selkeämerellä, 160 km Kriiseissä, 180 km Rauhallisuudessa, 100 km Runsaudessa ja 80 km Tunnetussa km:ssä, Myrskyjen valtameressä - 60 km. Siten painovoimamittaukset paljastivat epäyhtenäisen tiheysjakauman ylävaipassa.

Sähkönjohtavuus. Yksikään kuun tutkimusmatkoista ei tehnyt suoria mittauksia Kuun sähkökentästä. Se laskettiin Apollo 12-, -15-, -16- ja Lunokhod-2-asemien magnetometreillä tallentamien magneettikentän vaihteluista.

Kuu, jolla ei ole magnetosfääriä, löytää itsensä kiertäessään Maan ympäri ajoittain täysikuussa häiriöttömässä maan magnetosfäärissä, uudessa kuussa - aurinkotuulessa ja kahdesti 2 päivän ajan - siirtymävaiheessa. shokkikerros.

Ulkoisen planeettojen välisen magneettikentän vaihtelut tunkeutuvat kuuhun ja aiheuttavat siihen pyörrevirtakentän. Indusoidun kentän nousuaika riippuu sähkönjohtavuuden jakautumisesta kuun sisätiloissa. Kuun yläpuolella olevan ulkoisen vaihtokentän ja pinnalla olevan toisiokentän samanaikaiset mittaukset mahdollistavat kuun sähkönjohtavuuden laskemisen.

Kuu on järjestetty "kätevästi" magneettis-telluurista kuulostamista varten. Auringosta pidennetty planeettojen välinen magneettikenttä on homogeeninen, sen etuosaa voidaan pitää litteänä, joten tutkimus ei vaadi, kuten Maan päällä, laboratorioverkostoa. Koska Kuulla on korkeampi sähkövastus kuin Maan, sen luotamiseen riittää kaksi tunnin havainnointia, kun taas Maassa tarvitaan yksi vuosi.

Kuun ympärillä virtaava aurinkotuuli, jolla on korkea johtavuus, ikään kuin peittäisi Kuun kalvolla vapauttamatta suolistossa indusoituneita kenttiä pintaan. Siksi Kuun aurinkoisella puolella voidaan käyttää vain vaihtuvan magneettikentän vaakakomponenttia, kun taas yöpuolella, jossa myös pystykomponentti toimii, tilanne on samankaltainen kuin maan päällä.

Apollo-magnetometrit tallensivat Kuun reaktion aurinkotuulessa yön ja päivän puolella sekä geomagneettisessa pillussa, jossa aurinkotuulen plasmavaikutukset ovat minimoituja.

Kuun aurinkoisella puolella sijaitsevassa Lemonnierin kraatterissa Lunokhod-2 tallensi auringon magneettikentän vaihteluiden muodostumista ajassa. Tässä tapauksessa magneettikentän vaakasuora komponentti heijastaa Kuun syvää sähkönjohtavuutta, ja pystykomponentin arvo kuvasi pitkään kuun ulkoisen kentän voimakkuutta. Näennäisen ominaisvastuksen kokeellinen käyrä tulkittiin vertaamalla teoreettisiin käyriin.

Neuvostoliiton (L. L. Vanyan ym.) ja ulkomaiset (K. Sonet, P. Dayel ym.) tutkijat ovat rakentaneet erilaisia ​​malleja Kuun sähkönjohtavuudesta 200 km päässä on huonosti johtava kerros, jonka ominaisvastus on yli 106 ohmia m; syvemmällä on 150–200 km:n paksuinen alennetun resistanssin kerros (103 ohm m), 600 km:iin asti resistanssi kasvaa suuruusluokkaa ja laskee sitten taas 103 ohm m:iin 800 km:n syvyydessä (kuva 3). . 9).

Riisi. 9. Maan (paksut viivat) ja Kuun (ohut) syvärakenne geofysikaalisten tietojen mukaan:

1 - pitkittäisaallon nopeudet; 2 - poikittaisten aaltojen nopeus; 3 - sähkönjohtavuus. Pystyasteikko - syvyydet suhteessa vastaaviin maan ja kuun säteisiin

Tähän mennessä tehdyt Kuun sähköiset luotaukset paljastavat seuraavat pääpiirteet:

Kuulla kokonaisuudessaan on suurempi vastus kuin Maalla. Sen päällä on tehokas eristävä kerros; johtavuus kasvaa syvyyden myötä. Kuun säteittäinen kerrostuminen on havaittu, ja sähkövastuksen suhteen on hahmoteltu epähomogeenisuus vaakasuunnassa.

Sähkönjohtavuuden profiileista ja johtavuuden lämpötilariippuvuudesta arvioitiin Kuun sisälämpötila vaipan eri koostumuksille. Kaikissa tapauksissa lämpötila on 600–700 km:n syvyyteen asti basalttien sulamislämpötilan alapuolella ja suuremmissa syvyyksissä se saavuttaa tai ylittää sen.

Syvien lämpötilojen vertailu kivien sulamislämpötiloihin eri paineissa antoi tutkijoille mahdollisuuden arvioida niin tärkeän fysikaalisen parametrin kuin viskositeettikerroin. Se luonnehtii kivien kykyä liikkua jännitysten vaikutuksesta.

Kuun ylemmän 200-300 kilometrin kuoren viskositeettikerroin on erittäin korkea, 10 26 - 10 27 poise. Tämä on 2–3 suuruusluokkaa korkeampi kuin vastaavissa maan syvyyksissä, vaikka ottaisimme muinaisten kiteisten kilpien jäykimmät alueet. Viskositeetti laskee pinnasta Kuun keskustaan; syvemmällä kuin 500 km se pienenee kertoimella 100 - 1000, eli se tulee suhteutettuna maan vaipan viskositeettiin. Kuun astenosfäärissä viskositeetti laskee jyrkästi Maan astenosfäärille ominaisiin arvoihin (10 20 - 10 21 poise).

Lämpövirta. Ennen avaruusalusten lentoja uskottiin, että radioaktiivisten alkuaineiden 235 U, 238 U, 232 Th, 40 K pitoisuus Kuun sisällä on keskimäärin sama kuin kondriittimeteoriiteissa tai Maan vaipassa. Kuun suolistosta sen pinnan läpi tuleva lämmönvirtaus arvioitiin analogisesti Maan vastaavan virtauksen kanssa, jossa joka sekunti jokaisen 1 cm 2 pinnan läpi 1,5 - 10 -6 kal lämpöä "häviää" avaruuteen. Kuun säde on 3,6 kertaa pienempi kuin Maan, sen pinta-ala on 7,5 % ja tilavuus 2 % Maan sädeestä. Kun radioaktiivisten isotooppien pitoisuus tilavuusyksikköä kohti oli sama, Kuulle ennustettiin lämpövuon arvoksi 0,36 · 10 -6 kal/cm 2 s.

Vuonna 1964 Neuvostoliiton tähtitieteilijät V. S. Troitskyn johdolla mittasivat Kuun lämpösäteilyn aallonpituusalueella 1 mm - 3 cm ja saivat odottamattoman korkean keskimääräisen lämpövirran arvon (0,85 - 0,95) 10 -6 kcal / cm2s, melkein kolme kertaa laskettu arvo. Tämä voi viitata korkeampaan radioaktiivisten isotooppien pitoisuuteen tai lämmönlähteiden keskittymiseen lähellä pintaa.

Odottamaton tulos vahvistettiin Kuun lämpövirran suorilla mittauksilla. Kuun pinnan lämpövirran suoria mittauksia suoritettiin kahden astronautien retkikunnan aikana Kuuhun: heinäkuussa 1971 Hadley Rillin alueella Sademeren itäreunalla (Apollo 15) ja joulukuussa 1972 Taurus-Littrow'n alue kapealla lahdella Selkeämeren kaakkoon ("Apollo 17"). Astronautit porasivat kaivoja, asettivat lasikuituputkia ja asettivat niihin lämpöantureita mittaamaan lämpötilaa ja lämmönjohtavuutta. Jokainen koetin antoi mittauksia 11 syvyydessä ja koostui 8 platinavastuslämpömittarista ja 4 lämpöparista. Kaksi luotainta asennettiin 1 ja 1,4 metrin syvyyteen Apollo 15 -asemalle ja yksi 2,3 metrin syvyyteen Apollo 17:lle. Lukemat välitettiin Maahan 7 minuutin välein. Ensimmäisen aseman tiedot käsiteltiin 3,5 vuodelta ja toiselta asemalta 2 vuodelta. Signaaleja alettiin analysoida vasta kuukausi instrumenttien laukaisun jälkeen, kun niiden lämpötasapaino regoliitin kanssa saatiin aikaan. Huolimatta pinnan valtavista lämpökontrasteista (+130 °C päivällä, -170 °C yöllä), lämpötilanvaihtelut lähes sammuivat 0,8 metrin syvyydessä, kun taas vuotuiset lämpötilanvaihtelut tuntuivat kaikilla tutkituilla syvyyksillä. Kuun maaperän lämmönjohtavuuden mittaamiseksi sähkölämmittimet otettiin käyttöön 36 tunniksi maapallon käskystä. Lämpötilan noustessa määritettiin lämmönjohtavuuden arvo. Regolitin lämmönjohtavuus osoittautui erittäin alhaiseksi ja suuresti lämpötilasta riippuvaiseksi. Pinnalla se oli vain 0,3 10 -5 kcal (cm K) -1, syvemmälle tiivistyessään se nousi saavuttaen 1-2 m syvyydessä arvot ~ 0,24 10 -4 kcal (cm K) -1, 250 metrin ylemmässä kerroksessa lämmönjohtavuus pysyy ilmeisesti erittäin alhaisena, 2-3 suuruusluokkaa pienempi kuin kuun suolistossa, 10 kertaa pienempi kuin erinomaisessa lämmöneristeessä - ilmassa ja 40 kertaa vähemmän kuin vedessä. Siten Kuun regoliitti, joka muodostuu meteoriitin törmäysten aiheuttaman kivien kivien jauhamisen seurauksena, on eräänlainen "peitto", joka toimii Kuun termostaattina ja vähentää sen lämmön menetystä. Esimerkiksi Sademeren muodostumisen aikana laajat vierekkäiset alueet peittyivät klastisilla kivillä. Tästä johtuen viimeisen 100 miljoonan vuoden aikana lämpötilan olisi pitänyt nousta 25 kilometrin syvyydessä 300 astetta 480 asteeseen. Kuun pinnan läpi kulkeva lämpövirta laskettiin lämmönjohtavuuden ja lämpötilaeron arvosta. Sen arvot Apenniinien alueella ovat 0,53 10 -6 kcal (cm 2 s) -1, Descartesin alueella - 0,38 10 -6 kcal (cm 2 s) -1. Ero ylittää mittausvirheet 40 %:lla, paikallisen kohokuvion vaikutuksen ja luonnehtii kuunkuoren radioaktiivisten isotooppien pitoisuuden horisontaalista vaihtelua.

Massojen jakautumisen epähomogeenisuus heijastuu gravitaatiohäiriöinä. Gravitaatiopoikkeamat, eli painovoiman arvon poikkeamat "luonnollisesta", normaaliarvosta. Koska Kuu eroaa hyvin vähän pallosta, vakioarvoa voidaan pitää normaalina potentiaalina. Tämän pallon parametrit: keskimääräinen säde on 1738 km, keskimääräinen tiheys 3.3440.004 g/cm, dimensioton hitausmomentti .

Kuun gravitaatiopotentiaali kirjoitetaan yleensä kolmen termin muodossa

missä on vetopotentiaali, on keskipakopotentiaali, on vuorovesipotentiaali. Jälkimmäinen edistää merkittävästi Kuun gravitaatiopotentiaalia. Luennolla, joka oli omistettu planeetan tasaisen pinnan muodonmuutokselle vuorovesihäiriön vaikutuksesta, osoitimme, että tasainen pinta "venyy" kohti houkuttelevaa kappaletta. Kuuta voidaan arvioida kolmiakselisella ellipsoidilla, jonka puoliakselit , , m, suunnattu siten, että sen pääakseli on suunnattu Maata kohti.

Kuun hahmon yksityiskohtainen tutkimus tuli mahdolliseksi vasta kuun keinotekoisten satelliittien (ASL) laukaisun jälkeen. Kuuta tutkittiin kuitenkin kauan ennen ISL:n laukaisua. SAI:n työntekijät M.U. Sagitov ja N.P. Grushinsky saivat astrometrisia havaintoja käyttäen, että painovoima Kuun kolmiakseliseen ellipsoidiin vaihtelee lain mukaan

missä , . Tämä kaava osoittaa, että painovoima napaa kohti ei kasva, kuten maan päällä, vaan vähenee! Tämä on vastoin tervettä järkeä. Lisäksi geometrinen supistuminen on positiivinen:

Clairaut'n lauseen mukaan, jos Kuu on tasapainokappale, niin . Ehkä arvo on epätavallisen pieni? Todennäköisesti - Kuu ei ole tasapainokappale. Hän lopetti pyörimisensä saatuaan hydrostaattisen supistuksen ja jähmettyi sitten. Kaikki nämä kysymykset ovat sopusoinnussa Maa-Kuu -järjestelmän kosmogonian kanssa.

Satelliittien aikakaudella Kuun gravitaatiopotentiaali määritettiin toistuvasti. Ilmoitamme vain Ferrarin tuloksen

Kuten näette, painovoima napaa kohti ei kasva, vaan vähenee.

Ferrarin selenoidin kartta osoittaa selvästi pallon yläpuolella olevan tasapinnan korkeuden nousun Maata kohti 400 metriä ja yli 300 metriä Kuun kauempaa. Eli selenoidin venyminen Maata kohti on ilmeinen. Totta, laskelmat osoittavat, että Maan vuorovesipotentiaali on suuruusluokkaa pienempi! Fantasioidaan vähän. Tiedämme, että Kuu on siirtymässä pois meistä Maan vuorovesitoiminnan vuoksi. Kerran Kuu oli paljon lähempänä meitä, ja vuorovesivaikutus on paljon suurempi kuin nykyään. Jos Kuu olisi 2,7 kertaa lähempänä, selenoidin havaittu venyminen Maata kohti selittyy vuorovesivaikutuksella. Mutta sitten johtopäätös seuraa, että silloinkin Kuun pyöriminen ja sen kierros Maan ympäri olivat synkronisia!

ASL:n havainnot mahdollistivat Kuun gravitaatiokentän ja sen perusteella alueellisten (laaja alueita kattavien) poikkeamien määrittämisen. Paikallisten poikkeavuuksien määrittäminen edellyttää fyysisten kokeiden suorittamista. Kuten jo mainitsimme, amerikkalaiset astronautit tekivät gravitaatiomittauksia erityisillä kuun gravimetreillä, mutta näitä mittauksia oli hyvin vähän. Yksi universaaleista mittausmenetelmistä on vapaasti putoavan kappaleen havainnointi. Menetelmän toteuttamisen suurin vaikeus on varmistaa kehon vapaan pudotuksen kiihtyvyyden määrityksen tarkkuus.

Vuonna 1968, vuosi ennen ihmisen laskeutumista kuuhun, amerikkalaiset tutkijat P. Muller ja W. Sjögren tutkivat ASL:n säteiden kiihtyvyyttä. Lunar Orbiter 5. He löysivät mereltä missä heidän täytyy olla negatiivinen gravitaatiopoikkeavuuksia, itse asiassa on suuria positiivinen poikkeavuuksia, joita ei voi selittää millään muulla kuin raskaiden massojen keskittymisellä. He kutsuivat tällaisia ​​rakenteita masconeiksi (massapitoisuuksiksi). Satelliittilentokorkeudessa (100 km) gravitaatiopoikkeamat saavuttivat 200 mGal ja enemmän. Erityisesti Sademeren yli gravitaatiopoikkeama on 250 mGal, Selkeydenmeren yli -- 220 mGal, Kriisimeren yli - 130 mGal. Erilaisia ​​"skenaarioita" näiden poikkeavuuksien muodostumiselle on ehdotettu. Muller ja Sjögren itse uskoivat, että positiivisen poikkeaman aiheutti Kuuhun putoanut ja kuunkuoreen jäänyt rauta-nikkeli-meteoriitti. Myöhemmin tämä hypoteesi voitti. Asteroidin kokoinen kappale putoaa Kuuhun ja muodostaa "merihaudan". Tämä masennus luo pienen negatiivisen poikkeaman. Tuona tunnin aikana laavavuodot nousevat ylös ja täyttävät halkeamat täydelliseksi isostaattiseksi kompensoimiseksi. Kuori kovettuu, saa suuren lujuuden ja kestää lisäkuormituksia ilman muodonmuutoksia. Allas täytetään materiaalilla, syntyy ylimääräistä massaa, mikä antaa positiivisen gravitaatiopoikkeaman. Totta, nykyaikaiset tiedot osoittavat, että laavavuodot eivät tapahtuneet heti, vaan 0,5 miljardin vuoden kuluttua. Aluksi muodostunut negatiivinen poikkeama katoaa, kuori kompensoituu isostaattisesti. Syntyneet laavavuodot ovat riittävän vahvoja kestämään kuoren, ja isostaattisesti kompensoimattomassa kuoressa on 3 miljardin vuoden ajan positiivisia poikkeavuuksia, jotka johtuvat tiheämpien massojen tunkeutumisesta Kuun sisältä.