mascões lunares. Um estudo detalhado do campo gravitacional da Lua tornou-se possível após o lançamento de satélites espaciais na órbita de satélites artificiais da Lua. As órbitas dos satélites foram observadas usando três estações terrestres.

Alterando a frequência do transmissor do satélite, determinavam-se as chamadas "acelerações radiais" - as projeções da aceleração da gravidade na direção da Terra - o satélite (para a parte central do lado visível da Lua, essas acelerações correspondiam à componente vertical).

A primeira construção de uma imagem do campo gravitacional da Lua foi realizada por pesquisadores soviéticos com base nos resultados do vôo da espaçonave Luna-10, posteriormente os dados foram refinados por observações das órbitas de satélites artificiais do Lunar Orbitar séries, bem como naquelas partes das trilhas da espaçonave Apollo, onde suas órbitas ao redor da Lua eram determinadas apenas por seu campo gravitacional.

O campo gravitacional da Lua acabou sendo mais complexo e não uniforme do que o da Terra, a superfície de igual potencial de gravidade é mais irregular e as fontes de anomalias estão localizadas mais próximas da superfície da Lua. Uma característica essencial do campo de gravidade lunar eram grandes anomalias positivas confinadas a mares redondos, que eram chamados de mascons (do inglês - "concentração de massa"). Ao se aproximar do mascon, a velocidade do satélite aumenta; após a passagem, o satélite desacelera ligeiramente, enquanto a altura orbital muda de 60 a 100 m.

A princípio, os mascons foram descobertos nos mares do lado visível: Chuvas, Clareza, Crises, Néctar, Umidade; seus tamanhos atingiram 50 a 200 km (eles se encaixam nos contornos dos mares) e a magnitude das anomalias foi de 100 a 200 mgal. A anomalia do Mar das Chuvas correspondia a um excesso de massa da ordem de (1,5–4,5) x 10 -5 da massa de toda a Lua.

Posteriormente, mascons mais massivos foram descobertos na fronteira dos lados visível e distante nos mares leste e marginal, bem como um enorme mascon na zona equatorial do centro do lado oculto da Lua. Não há mar neste lugar, portanto a máscara é chamada de "Escondida". Seu diâmetro é superior a 1000 km, sua massa é 5 vezes o excesso de massa do Mar das Chuvas. Um mascon escondido é capaz de desviar um satélite voando a uma altitude de 100 km por 1 km. O excesso de massa total correspondente a anomalias de gravidade positiva. excede 10 -4 massas lunares. Várias anomalias negativas acabaram associadas às montanhas lunares: o Jura, o Cáucaso, o Touro, Altai.

As anomalias gravitacionais refletem as peculiaridades da distribuição das massas de matéria no interior da Lua. Se, por exemplo, assumirmos que os mascons são criados por massas pontuais, as profundidades de sua ocorrência devem ser de cerca de 200 km no Sea of ​​Rains, 280 km no Sea of ​​Clarity, 160 km em Crises, 180 km em Tranquilidade, 100 km em Abundância e 80 km no km Conhecido, Oceano de Tempestades - 60 km. Assim, as medidas de gravidade revelaram uma distribuição de densidade não uniforme no manto superior.

Condutividade elétrica. Nenhuma das expedições lunares fez medições diretas do campo elétrico da Lua. Foi calculado a partir de variações no campo magnético registradas por magnetômetros nas estações Apollo 12, -15, -16 e Lunokhod-2.

A lua, desprovida de uma magnetosfera, durante sua rotação ao redor da Terra periodicamente se encontra na lua cheia na magnetosfera da terra não perturbada, na lua nova - no vento solar e duas vezes por 2 dias - na transicional. camada de choque.

As flutuações do campo magnético interplanetário externo penetram na Lua e induzem um campo de correntes parasitas nela. O tempo de subida do campo induzido depende da distribuição da condutividade elétrica no interior lunar. Medições simultâneas do campo alternado externo acima da Lua e do campo secundário na superfície tornam possível calcular a condutividade elétrica lunar.

A Lua está disposta "convenientemente" para sondagem magnética-telúrica. O campo magnético interplanetário alongado do Sol é homogêneo, sua frente pode ser considerada plana e, portanto, a pesquisa não requer, como na Terra, uma rede de laboratórios. Devido ao fato de a Lua ter uma resistência elétrica maior que a da Terra, duas observações horárias são suficientes para sua sondagem, enquanto na Terra são necessárias observações anuais.

O vento solar que flui ao redor da Lua, que tem uma alta condutividade, como se envolvesse a Lua com papel alumínio, sem liberar os campos induzidos nas entranhas para a superfície. Portanto, no lado ensolarado da Lua, apenas a componente horizontal do campo magnético alternado pode ser utilizada, enquanto no lado noturno, onde a componente vertical também funciona, a situação é mais semelhante à da Terra.

Os magnetômetros da Apollo registraram a reação da Lua no vento solar nos lados noturno e diurno, bem como na pluma geomagnética, onde os efeitos do plasma do vento solar são minimizados.

Na cratera Lemonnier no lado ensolarado da Lua, Lunokhod-2 registrou a formação de flutuações do campo magnético solar no tempo. Neste caso, a componente horizontal do campo magnético reflete a condutividade elétrica profunda da Lua, e a magnitude da componente vertical caracteriza a intensidade do campo externo da Lua ao longo do tempo. O gráfico experimental da resistividade aparente foi interpretado por comparação com as curvas teóricas.

Pesquisadores soviéticos (L. L. Vanyan e outros) e estrangeiros (K. Sonet, P. Dayel e outros) construíram vários modelos da condutividade elétrica da Lua. Diferindo em alguns detalhes, eles geralmente fornecem distribuições semelhantes das propriedades elétricas da Lua. material com 200 km existe uma camada pouco condutora com resistividade superior a 106 ohm m; mais profundo encontra-se uma camada de resistência reduzida (103 ohm m) com uma espessura de 150-200 km; até 600 km, a resistência aumenta em uma ordem de magnitude e depois diminui novamente para 103 ohm m a uma profundidade de 800 km (Fig. . 9).

Arroz. 9. Estrutura profunda da Terra (linhas grossas) e da Lua (fina) de acordo com dados geofísicos:

1 - velocidades de ondas longitudinais; 2 - velocidade das ondas transversais; 3 - condutividade elétrica. Escala vertical - profundidades em relação aos raios correspondentes da Terra e da Lua

As sondagens elétricas da Lua realizadas até hoje revelam as seguintes características principais:

A Lua como um todo tem uma resistência maior do que a Terra. Em cima dela há uma poderosa camada isolante; a condutividade aumenta com a profundidade. Uma estratificação radial da Lua foi descoberta e uma heterogeneidade na direção horizontal em termos de resistência elétrica é delineada.

A partir dos perfis de condutividade elétrica e da dependência da condutividade com a temperatura, estimou-se a temperatura no interior da Lua para diferentes composições do manto. Em todos os casos, até uma profundidade de 600 a 700 km, a temperatura fica abaixo da temperatura de fusão dos basaltos e, em profundidades maiores, atinge ou excede.

A comparação de temperaturas profundas com as temperaturas de fusão de rochas em várias pressões permitiu aos cientistas avaliar um parâmetro físico tão importante quanto o coeficiente de viscosidade. Caracteriza a capacidade das rochas de se moverem sob a ação de tensões.

A concha superior de 200-300 quilômetros da Lua tem um coeficiente de viscosidade muito alto de 10 26 - 10 27 poise. Isso é 2 a 3 ordens de magnitude maior do que nas profundidades correspondentes da Terra, mesmo se considerarmos as regiões mais rígidas dos antigos escudos cristalinos. Da superfície ao centro da Lua, a viscosidade cai; a profundidades superiores a 500 km diminui por um fator de 100 - 1000, ou seja, torna-se proporcional à viscosidade do manto da Terra. Na astenosfera da Lua, a viscosidade diminui drasticamente para valores característicos da astenosfera da Terra (10 20 - 10 21 poise).

Fluxo de calor. Antes dos voos das naves espaciais, acreditava-se que o conteúdo dos elementos radioativos 235 U, 238 U, 232 Th, 40 K no interior da Lua é em média o mesmo que em meteoritos condritos ou no manto da Terra. O fluxo de calor proveniente das entranhas da Lua através de sua superfície foi estimado por analogia com o fluxo correspondente da Terra, onde a cada segundo a cada 1 cm 2 da superfície 1,5 - 10 -6 kal de calor "desaparece" no espaço. O raio da Lua é 3,6 vezes menor que o da Terra, sua superfície é 7,5% e seu volume é 2% do da Terra. Sob a condição da mesma concentração de isótopos radioativos por unidade de volume, o valor do fluxo de calor de 0,36 · 10 -6 kal/cm 2 s foi previsto para a Lua.

Em 1964, astrônomos soviéticos liderados por V. S. Troitsky mediram a radiação térmica da Lua na faixa de comprimento de onda de 1 mm a 3 cm e obtiveram um valor inesperadamente alto do fluxo de calor médio (0,85 - 0,95) 10 -6 kcal / cm2s, quase três vezes o valor calculado. Isso pode indicar um maior teor de isótopos radioativos ou que as fontes de calor estão concentradas perto da superfície.

O resultado inesperado foi confirmado por medições diretas do fluxo de calor na Lua. As medições diretas do fluxo de calor na superfície lunar foram realizadas durante duas expedições de astronautas à Lua: em julho de 1971 na região de Hadley Rill na borda leste do Sea of ​​Rains (Apollo 15) e em dezembro de 1972 em a região de Taurus-Littrow na baía estreita no sudeste do Mar da Clareza ("Apollo 17"). Os astronautas perfuraram poços, inseriram tubos de fibra de vidro e colocaram sondas térmicas neles para medir a temperatura e a condutividade térmica. Cada sonda forneceu medições em 11 profundidades e consistiu em 8 termômetros de resistência de platina e 4 termopares. Duas sondas foram instaladas nas profundidades de 1 e 1,4 m na estação Apollo 15 e uma a 2,3 m na Apollo 17. As leituras foram transmitidas para a Terra a cada 7 minutos. Foram processados ​​dados de 3,5 anos para a primeira e 2 anos para a segunda estação. Os sinais começaram a ser analisados ​​apenas um mês após o lançamento dos instrumentos, quando foi estabelecido seu equilíbrio térmico com o regolito. Apesar dos enormes contrastes térmicos na superfície (+130 °C durante o dia, -170 °C à noite), as flutuações de temperatura quase desapareceram a uma profundidade de 0,8 m, enquanto as flutuações anuais de temperatura foram sentidas em todas as profundidades estudadas. Para medir a condutividade térmica do solo lunar, aquecedores elétricos foram ligados por 36 horas sob comando da Terra. À medida que a temperatura aumentou, o valor da condutividade térmica foi determinado. A condutividade térmica do regolito acabou sendo muito baixa e altamente dependente da temperatura. Na superfície, era apenas 0,3 10 -5 kcal (cm K) -1, mais profundo, à medida que compactava, aumentava, chegando a uma profundidade de 1 a 2 m valores ~ 0,24 10 -4 kcal (cm K) -1, na camada superior de 250 metros, a condutividade térmica, aparentemente, permanece muito baixa, 2-3 ordens de magnitude menor que nas entranhas da Lua, 10 vezes menor que no excelente isolante térmico - ar e 40 vezes menos do que na água. Assim, o regolito da Lua, formado como resultado da trituração de rochas clásticas por impactos de meteoritos, é uma espécie de “cobertor” que desempenha o papel de um termostato para a Lua e reduz a perda de seu calor. Por exemplo, durante a formação do Mar das Chuvas, vastos territórios adjacentes foram cobertos por rochas clásticas. Devido a isso, nos últimos 100 milhões de anos, a temperatura a uma profundidade de 25 km deve ter subido de 300 para 480°C. O fluxo de calor que passa pela superfície da Lua foi calculado a partir do valor da condutividade térmica e da diferença de temperatura. Seus valores para a região dos Apeninos são 0,53 10 -6 kcal (cm 2 s) -1, na região de Descartes - 0,38 10 -6 kcal (cm 2 s) -1. A diferença supera em 40% os erros de medição, efeito do relevo local e caracteriza a variabilidade horizontal do conteúdo de isótopos radioativos na crosta lunar.

As heterogeneidades na distribuição das massas refletem-se nas anomalias gravitacionais. Anomalias gravitacionais, ou seja, desvios do valor da gravidade do valor normal "natural". Como a Lua difere muito pouco de uma bola, um valor constante pode ser considerado um potencial normal. Os parâmetros desta bola: o raio médio é 1738 km, densidade média 3,3440,004 g/cm, momento de inércia adimensional .

O potencial gravitacional da Lua é geralmente escrito na forma de três termos

onde é o potencial de atração, é o potencial centrífugo, é o potencial de maré. Este último contribui significativamente para o potencial gravitacional da Lua. Na palestra dedicada à deformação da superfície plana do planeta sob a ação de uma perturbação de maré, mostramos que a superfície plana é "esticada" em direção ao corpo atrativo. A lua pode ser aproximada por um elipsóide triaxial com semi-eixos , , m, orientado de modo que seu eixo maior esteja voltado para a Terra.

Um estudo detalhado da figura da lua só foi possível após o lançamento de satélites artificiais da lua (ASL). No entanto, o estudo da Lua foi realizado muito antes do lançamento do ISL. Funcionários do SAI M.U. Sagitov e N.P. Grushinsky, usando observações astrométricas, obtiveram que a força da gravidade no elipsóide triaxial lunar varia de acordo com a lei

Onde , . Esta fórmula mostra que a força da gravidade em direção ao pólo não aumenta, como é o caso da Terra, mas diminui! Isso é contrário ao senso comum. Além disso, a contração geométrica é positiva:

De acordo com o teorema de Clairaut, se a Lua é um corpo em equilíbrio, então . Talvez o valor seja anormalmente pequeno? Muito provavelmente - a Lua não é um corpo de equilíbrio. Ela parou sua rotação depois de receber sua contração hidrostática, então solidificou. Todas essas questões estão alinhadas com a cosmogonia do sistema Terra-Lua.

Na era dos satélites, o potencial gravitacional da Lua foi determinado repetidamente. Indicamos apenas o resultado da Ferrari

Como você pode ver, novamente, a força da gravidade em direção ao pólo não aumenta, mas diminui.

O mapa do selenóide da Ferrari mostra claramente um aumento na altura da superfície plana acima da bola em direção à Terra em 400 metros e mais de 300 metros do lado mais distante da Lua. Ou seja, o alongamento do selenóide em direção à Terra é óbvio. É verdade que os cálculos mostram que o potencial de maré da Terra é uma ordem de magnitude menor! Vamos fantasiar um pouco. Sabemos que a Lua está se afastando de nós devido à ação das marés da Terra. Era uma vez, a Lua estava muito mais perto de nós, e o efeito de maré é muito maior do que hoje. Se a Lua estivesse 2,7 vezes mais próxima, então o alongamento observado do selenóide em direção à Terra poderia ser explicado pela influência das marés. Mas então a conclusão segue que mesmo assim a rotação da Lua e sua revolução ao redor da Terra eram síncronas!

As observações do ASL permitiram determinar o campo gravitacional da Lua e, com base nele, anomalias regionais (cobrindo grandes áreas). A determinação de anomalias locais requer a realização de experimentos físicos. Como já mencionamos, os astronautas americanos fizeram medições gravitacionais com gravímetros lunares especiais, mas essas medições foram muito poucas. Um dos métodos universais de medição é a observação de um corpo em queda livre. A principal dificuldade para a implementação do método é garantir a precisão da determinação da aceleração de queda livre do corpo.

Em 1968, um ano antes do pouso de um homem na Lua, os cientistas americanos P. Muller e W. Sjögren investigaram as acelerações dos raios de ASL Lunar Orbiter 5. Eles encontraram nos mares onde devem estar negativo anomalias gravitacionais, na verdade existem grandes positivo anomalias que não podem ser explicadas por nada além da concentração de massas pesadas. Eles chamaram tais estruturas de mascons (concentrações de massa). Na altitude de voo do satélite (100 km) as anomalias gravitacionais atingiram 200 mGal e mais. Em particular, sobre o Mar das Chuvas, a anomalia gravitacional é de 250 mGal, sobre o Mar de Clareza -- 220 mGal, sobre o mar de Crises - 130 mGal. Vários "cenários" para a formação dessas anomalias foram propostos. Os próprios Muller e Sjögren acreditavam que a anomalia positiva foi criada por um meteorito de ferro-níquel que caiu na Lua e permaneceu na crosta lunar. Mais tarde, esta hipótese prevaleceu. Um corpo do tamanho de um asteróide cai na Lua e forma uma "trincheira marítima". Essa depressão cria uma pequena anomalia negativa. Nessa hora, emanações de lava sobem e preenchem as rachaduras para completar a compensação isostática. A casca endurece, adquire alta resistência e suporta cargas adicionais sem deformação. A piscina é preenchida com material, é criado um excesso de massa, o que dá uma anomalia gravitacional positiva. É verdade que os dados modernos indicam que os derramamentos de lava não ocorreram imediatamente, mas depois de 0,5 bilhão de anos. A anomalia negativa inicialmente formada desaparece, a crosta torna-se isostaticamente compensada. Os derramamentos de lava resultantes são fortes o suficiente para resistir e por 3 bilhões de anos a crosta isostaticamente não compensada apresenta anomalias positivas devido à intrusão de massas mais densas do interior da Lua.