Mascon bulan. Sebuah studi rinci tentang medan gravitasi Bulan menjadi mungkin setelah peluncuran satelit luar angkasa ke orbit satelit buatan Bulan. Orbit satelit diamati menggunakan tiga stasiun bumi.

Dengan mengubah frekuensi pemancar satelit, apa yang disebut "percepatan radial" ditentukan - proyeksi percepatan gravitasi pada arah Bumi - satelit (untuk bagian tengah sisi Bulan yang terlihat, ini percepatan sesuai dengan komponen vertikal).

Konstruksi pertama gambar medan gravitasi Bulan dilakukan oleh peneliti Soviet berdasarkan hasil penerbangan pesawat ruang angkasa Luna-10, kemudian data tersebut disempurnakan dengan pengamatan orbit satelit buatan Lunar Orbitar seri, serta di bagian-bagian trek pesawat ruang angkasa Apollo, di mana orbitnya di sekitar Bulan hanya ditentukan oleh medan gravitasinya.

Medan gravitasi Bulan ternyata lebih kompleks dan tidak seragam daripada Bumi, permukaan dengan potensi gravitasi yang sama lebih tidak merata, dan sumber anomali terletak lebih dekat ke permukaan Bulan. Fitur penting dari medan gravitasi bulan adalah anomali positif besar yang terbatas pada lautan bulat, yang disebut mascon (dari bahasa Inggris - "konsentrasi massa"). Saat mendekati mascon, kecepatan satelit meningkat; setelah lewat, satelit sedikit melambat, sementara ketinggian orbit berubah 60 - 100 m.

Pada awalnya, mascon ditemukan di lautan dari sisi yang terlihat: Hujan, Kejernihan, Krisis, Nektar, Kelembaban; ukurannya mencapai 50 - 200 km (sesuai dengan kontur laut), dan besarnya anomali adalah 100-200 mgal. Anomali Lautan Hujan berhubungan dengan kelebihan massa orde (1,5–4,5) x 10 -5 dari massa seluruh Bulan.

Selanjutnya, mascon yang lebih besar ditemukan di perbatasan sisi yang terlihat dan jauh di Laut Timur dan Marginal, serta mascon besar di zona khatulistiwa di tengah sisi jauh Bulan. Tidak ada laut di tempat ini, oleh karena itu topeng ini disebut "Tersembunyi". Diameternya lebih dari 1000 km, massanya 5 kali massa berlebih Lautan Hujan. Mascon tersembunyi mampu membelokkan satelit yang terbang pada ketinggian 100 km kali 1 km. Total kelebihan massa yang sesuai dengan anomali gravitasi positif. melebihi 10 -4 massa bulan. Sejumlah anomali negatif ternyata dikaitkan dengan pegunungan bulan: Jura, Kaukasus, Taurus, Altai.

Anomali gravitasi mencerminkan kekhasan distribusi massa materi di bagian dalam Bulan. Jika, misalnya, kita berasumsi bahwa mascon dibuat oleh massa titik, maka kedalaman kemunculannya harus sekitar 200 km di Lautan Hujan, 280 km di Laut Kejelasan, 160 km di Krisis, 180 km km di Tranquility, 100 km di Abundance, dan 80 km di Cognized km, Ocean of Storms - 60 km. Dengan demikian, pengukuran gravitasi mengungkapkan distribusi kepadatan yang tidak seragam di mantel atas.

Konduktivitas listrik. Tak satu pun dari ekspedisi bulan melakukan pengukuran langsung medan listrik Bulan. Itu dihitung dari variasi medan magnet yang direkam oleh magnetometer di stasiun Apollo 12, -15, -16 dan Lunokhod-2.

Bulan, tanpa magnetosfer, selama rotasinya di sekitar Bumi secara berkala menemukan dirinya di bulan purnama di magnetosfer bumi yang tidak terganggu, di bulan baru - di angin matahari, dan dua kali selama 2 hari - di bulan transisi. lapisan kejut.

Fluktuasi medan magnet antarplanet eksternal menembus ke Bulan dan menginduksi medan arus eddy di dalamnya. Waktu naik dari medan induksi tergantung pada distribusi konduktivitas listrik di interior bulan. Pengukuran simultan dari medan bolak-balik eksternal di atas Bulan dan medan sekunder di permukaan memungkinkan untuk menghitung konduktivitas listrik bulan.

Bulan diatur "dengan nyaman" untuk terdengar magnetik-telurik. Medan magnet antarplanet yang memanjang dari Matahari adalah homogen, bagian depannya dapat dianggap datar, dan oleh karena itu penelitian tidak memerlukan, seperti di Bumi, jaringan laboratorium. Karena Bulan memiliki hambatan listrik yang lebih tinggi daripada Bumi, pengamatan dua jam sudah cukup untuk membunyikannya, sedangkan di Bumi, pengamatan tahunan diperlukan.

Angin matahari yang mengalir di sekitar Bulan, yang memiliki konduktivitas tinggi, seolah-olah menyelubungi Bulan dengan kertas timah, tanpa melepaskan medan yang diinduksi dalam perut ke permukaan. Oleh karena itu, di sisi Bulan yang cerah, hanya komponen horizontal medan magnet bolak-balik yang dapat digunakan, sedangkan di sisi malam, di mana komponen vertikal juga berfungsi, situasinya lebih mirip dengan di Bumi.

Magnetometer Apollo merekam reaksi Bulan dalam angin matahari di sisi malam dan siang hari, serta di gumpalan geomagnetik, di mana efek plasma angin matahari diminimalkan.

Di kawah Lemonnier di sisi cerah Bulan, Lunokhod-2 mencatat pembentukan fluktuasi medan magnet matahari pada waktunya. Dalam hal ini, komponen horizontal medan magnet mencerminkan konduktivitas listrik dalam Bulan, dan nilai komponen vertikal dalam waktu yang lama mencirikan intensitas medan eksternal Bulan. Plot eksperimental resistivitas semu ditafsirkan dengan perbandingan dengan kurva teoritis.

Peneliti Soviet (L. L. Vanyan dan lainnya) dan peneliti asing (K. Sonet, P. Dayel, dan lain-lain) telah membangun berbagai model konduktivitas listrik Bulan.200 km terdapat lapisan penghantar yang buruk dengan resistivitas lebih dari 106 ohm m; lebih dalam terletak lapisan resistensi berkurang (103 ohm m) dengan ketebalan 150–200 km; hingga 600 km, resistensi meningkat dengan urutan besarnya dan kemudian menurun lagi menjadi 103 ohm m pada kedalaman 800 km (Gbr. .9)

Beras. 9. Struktur dalam Bumi (garis tebal) dan Bulan (tipis) menurut data geofisika:

1 - kecepatan gelombang longitudinal; 2 - kecepatan gelombang transversal; 3 - konduktivitas listrik. Skala vertikal - kedalaman dalam kaitannya dengan jari-jari Bumi dan Bulan yang sesuai

Pendengaran listrik Bulan yang dilakukan hingga saat ini mengungkapkan fitur-fitur utama berikut:

Bulan secara keseluruhan memiliki ketahanan yang lebih tinggi daripada Bumi. Di atasnya adalah lapisan isolasi yang kuat; konduktivitas meningkat dengan kedalaman. Stratifikasi radial Bulan telah ditemukan, dan ketidakhomogenan dalam arah horizontal dalam hal hambatan listrik diuraikan.

Dari profil konduktivitas listrik dan ketergantungan konduktivitas pada suhu, suhu di dalam Bulan diperkirakan untuk komposisi mantel yang berbeda. Dalam semua kasus, hingga kedalaman 600-700 km, suhunya berada di bawah suhu leleh basal, dan pada kedalaman yang lebih dalam mencapai atau melebihinya.

Perbandingan suhu dalam dengan suhu leleh batuan pada berbagai tekanan memungkinkan para ilmuwan untuk mengevaluasi parameter fisik penting seperti koefisien viskositas. Ini mencirikan kemampuan batuan untuk bergerak di bawah aksi tekanan.

Kulit Bulan bagian atas 200-300 kilometer memiliki koefisien viskositas yang sangat tinggi yaitu 10 26 - 10 27 poise. Ini 2-3 kali lipat lebih tinggi daripada di kedalaman Bumi yang sesuai, bahkan jika kita mengambil daerah yang paling kaku dari perisai kristal kuno. Dari permukaan ke pusat Bulan, viskositas turun; lebih dalam dari 500 km itu berkurang dengan faktor 100 - 1000, yaitu menjadi sepadan dengan viskositas mantel bumi. Di astenosfer Bulan, viskositas menurun tajam ke nilai karakteristik astenosfer Bumi (10 20 - 10 21 poise).

Aliran panas. Sebelum penerbangan pesawat ruang angkasa, diyakini bahwa kandungan unsur radioaktif 235 U, 238 U, 232 Th, 40 K di bagian dalam Bulan rata-rata sama dengan di meteorit chondrite atau di mantel bumi. Aliran panas yang datang dari perut Bulan melalui permukaannya diperkirakan dengan analogi dengan aliran yang sesuai dari Bumi, di mana setiap detik melalui setiap 1 cm 2 permukaan 1,5 - 10 -6 kal panas "menghilang" ke luar angkasa. Jari-jari Bulan 3,6 kali lebih kecil dari Bumi, permukaannya 7,5%, dan volumenya 2% dari Bumi. Di bawah kondisi konsentrasi isotop radioaktif yang sama per satuan volume, nilai fluks panas 0,36 · 10 -6 kal/cm 2 s diprediksi untuk Bulan.

Pada tahun 1964, astronom Soviet yang dipimpin oleh V. S. Troitsky mengukur radiasi termal Bulan dalam rentang panjang gelombang dari 1 mm hingga 3 cm dan memperoleh nilai fluks panas rata-rata yang sangat tinggi (0,85 - 0,95) 10 -6 kkal / cm2s, hampir tiga kali lipat dari nilai yang dihitung. Ini bisa menunjukkan kandungan isotop radioaktif yang lebih tinggi atau bahwa sumber panas terkonsentrasi di dekat permukaan.

Hasil tak terduga dikonfirmasi oleh pengukuran langsung fluks panas di Bulan. Pengukuran langsung fluks panas di permukaan bulan dilakukan selama dua ekspedisi astronot ke Bulan: pada Juli 1971 di wilayah Hadley Rill di tepi timur Laut Hujan (Apollo 15) dan pada Desember 1972 di wilayah Taurus-Littrow di teluk sempit di tenggara Laut Kejelasan ("Apollo 17"). Para astronot mengebor sumur, memasukkan tabung fiberglass dan menempatkan probe termal di dalamnya untuk mengukur suhu dan konduktivitas termal. Setiap probe memberikan pengukuran pada 11 kedalaman dan terdiri dari 8 termometer resistansi platinum dan 4 termokopel. Dua probe dipasang pada kedalaman 1 dan 1,4 m di stasiun Apollo 15 dan satu di 2,3 m di Apollo 17. Pembacaan ditransmisikan ke Bumi setiap 7 menit. Data selama 3,5 tahun untuk stasiun pertama dan 2 tahun untuk stasiun kedua diolah. Sinyal mulai dianalisis hanya sebulan setelah instrumen diluncurkan, ketika keseimbangan termal mereka dengan regolith terbentuk. Terlepas dari kontras termal yang sangat besar di permukaan (+130 °C pada siang hari, -170 °C pada malam hari), fluktuasi suhu hampir padam pada kedalaman 0,8 m, sementara fluktuasi suhu tahunan dirasakan di semua kedalaman yang dipelajari. Untuk mengukur konduktivitas termal tanah bulan, pemanas listrik dinyalakan selama 36 jam atas perintah dari Bumi. Dengan meningkatnya suhu, nilai konduktivitas termal ditentukan. Konduktivitas termal regolith ternyata sangat rendah dan sangat bergantung pada suhu. Di permukaan hanya 0,3 10 -5 kkal (cm K) -1, lebih dalam, karena dipadatkan, meningkat, mencapai nilai pada kedalaman 1-2 m ~ 0,24 10 -4 kkal (cm K) -1, di lapisan atas 250 meter, konduktivitas termal, tampaknya, tetap sangat rendah, 2-3 kali lipat lebih kecil daripada di perut Bulan, 10 kali lebih kecil daripada di insulator panas yang sangat baik - udara, dan 40 kali lebih sedikit daripada di air. Dengan demikian, regolit Bulan, yang terbentuk sebagai hasil penggilingan batuan klastik oleh tumbukan meteorit, adalah semacam "selimut" yang berperan sebagai termostat untuk Bulan dan mengurangi hilangnya panasnya. Misalnya, selama pembentukan Lautan Hujan, wilayah yang berdekatan yang luas ditutupi dengan batuan klastik. Karena itu, selama 100 juta tahun terakhir, suhu pada kedalaman 25 km seharusnya meningkat dari 300 menjadi 480 °C. Fluks panas yang melewati permukaan Bulan dihitung dari nilai konduktivitas termal dan perbedaan suhu. Nilainya untuk wilayah Apennines adalah 0,53 10 -6 kkal (cm 2 s) -1, di wilayah Descartes - 0,38 10 -6 kkal (cm 2 s) -1. Perbedaannya melebihi kesalahan pengukuran sebesar 40%, efek relief lokal dan mencirikan variabilitas horizontal kandungan isotop radioaktif di kerak bulan.

Ketidakhomogenan dalam distribusi massa tercermin dalam anomali gravitasi. Anomali gravitasi, yaitu penyimpangan nilai gravitasi dari nilai "alami", normal. Karena Bulan berbeda sangat sedikit dari bola, nilai konstan dapat dianggap sebagai potensial normal. Parameter bola ini: radius rata-rata adalah 1738 km, kepadatan rata-rata 3.3440.004 g/cm, momen inersia tak berdimensi .

Potensi gravitasi Bulan biasanya ditulis dalam bentuk tiga suku

di mana adalah potensi daya tarik, adalah potensi sentrifugal, adalah potensi pasang surut. Yang terakhir memberikan kontribusi yang signifikan terhadap potensi gravitasi Bulan. Dalam kuliah yang dikhususkan untuk deformasi permukaan datar planet di bawah aksi gangguan pasang surut, kami menunjukkan bahwa permukaan datar "membentang" ke arah benda yang menarik. Bulan dapat didekati dengan ellipsoid triaksial dengan semi-sumbu , , m, berorientasi sehingga sumbu utamanya diarahkan ke Bumi.

Studi terperinci tentang sosok bulan menjadi mungkin hanya setelah peluncuran satelit buatan bulan (ASL). Namun, studi tentang Bulan dilakukan jauh sebelum peluncuran ISL. Karyawan SAI M.U. Sagitov dan N.P. Grushinsky, menggunakan pengamatan astrometri, memperoleh bahwa gaya gravitasi pada ellipsoid triaksial bulan bervariasi sesuai dengan hukum

di mana , . Rumus ini menunjukkan bahwa gaya gravitasi ke arah kutub tidak bertambah, seperti halnya di Bumi, tetapi berkurang! Ini bertentangan dengan akal sehat. Selain itu, kontraksi geometris positif:

Menurut teorema Clairaut, jika Bulan adalah benda keseimbangan, maka . Mungkin nilainya sangat kecil? Kemungkinan besar - Bulan bukanlah benda keseimbangan. Dia menghentikan rotasinya setelah dia menerima kontraksi hidrostatiknya, lalu mengeras. Semua pertanyaan ini sejalan dengan kosmogoni sistem Bumi-Bulan.

Di era satelit, potensi gravitasi Bulan ditentukan berulang kali. Kami hanya menunjukkan hasil Ferrari

Seperti yang Anda lihat, sekali lagi, gaya gravitasi ke arah kutub tidak bertambah, tetapi berkurang.

Peta selenoid Ferrari dengan jelas menunjukkan peningkatan ketinggian permukaan rata di atas bola ke arah Bumi sebesar 400 meter dan lebih dari 300 meter dari sisi jauh Bulan. Artinya, pemanjangan selenoid ke arah Bumi terlihat jelas. Benar, perhitungan menunjukkan bahwa potensi pasang surut Bumi adalah urutan besarnya lebih kecil! Mari kita berfantasi sedikit. Kita tahu bahwa Bulan bergerak menjauh dari kita karena aksi pasang surut Bumi. Sekali waktu, Bulan jauh lebih dekat dengan kita, dan efek pasang surut jauh lebih besar daripada hari ini. Jika Bulan 2,7 kali lebih dekat, maka pemanjangan selenoid yang diamati terhadap Bumi dapat dijelaskan oleh pengaruh pasang surut. Tapi kemudian kesimpulannya mengikuti bahwa rotasi Bulan dan revolusinya mengelilingi Bumi itu sinkron!

Pengamatan ASL memungkinkan untuk menentukan medan gravitasi Bulan, dan berdasarkan itu, anomali regional (mencakup area yang luas). Penentuan anomali lokal membutuhkan kinerja eksperimen fisik. Seperti yang telah kami sebutkan, astronot Amerika melakukan pengukuran gravitasi dengan gravimeter bulan khusus, tetapi pengukuran ini sangat sedikit. Salah satu metode pengukuran universal adalah pengamatan benda jatuh bebas. Kesulitan utama dalam penerapan metode ini adalah untuk memastikan keakuratan penentuan percepatan jatuh bebas tubuh.

Pada tahun 1968, setahun sebelum pendaratan manusia di bulan, ilmuwan Amerika P. Muller dan W. Sjögren menyelidiki percepatan sinar ASL Pengorbit Bulan 5. Mereka menemukan di laut di mana mereka seharusnya berada negatif anomali gravitasi, sebenarnya ada yang besar positif anomali yang tidak dapat dijelaskan oleh apa pun selain konsentrasi massa berat. Mereka menyebut struktur seperti itu sebagai mascon (konsentrasi massa). Pada ketinggian penerbangan satelit (100 km) anomali gravitasi mencapai 200 mGal dan banyak lagi. Secara khusus, di atas Lautan Hujan, anomali gravitasi adalah 250 mGal, di atas Laut Kejernihan -- 220 mGal, di atas lautan Krisis - 130 mGal. Berbagai "skenario" untuk pembentukan anomali ini telah diusulkan. Muller dan Sjögren sendiri percaya bahwa anomali positif diciptakan oleh meteorit besi-nikel yang jatuh di Bulan dan tetap berada di kerak bulan. Belakangan hipotesis ini berlaku. Sebuah benda seukuran asteroid jatuh di Bulan dan membentuk "parit laut". Depresi ini menciptakan anomali negatif kecil. Saat itu, semburan lava naik dan mengisi celah-celah untuk menyelesaikan kompensasi isostatik. Kulit kayu mengeras, memperoleh kekuatan tinggi dan menahan beban tambahan tanpa deformasi. Kolam diisi dengan material, kelebihan massa dibuat, yang memberikan anomali gravitasi positif. Benar, data modern menunjukkan bahwa pencurahan lava tidak terjadi segera, tetapi setelah 0,5 miliar tahun. Anomali negatif yang awalnya terbentuk menghilang, kerak menjadi terkompensasi secara isostatik. Pencurahan lava yang dihasilkan cukup kuat untuk bertahan dan selama 3 miliar tahun kerak yang tidak terkompensasi secara isostatik memiliki anomali positif karena intrusi massa yang lebih padat dari bagian dalam Bulan.