Lunárny maskoni. Detailné štúdium gravitačného poľa Mesiaca bolo možné po vypustení vesmírnych satelitov na obežnú dráhu umelých satelitov Mesiaca. Dráhy satelitov boli pozorované pomocou troch pozemných staníc.

Zmenou frekvencie satelitného vysielača sa určovali takzvané "radiálne zrýchlenia" - projekcie gravitačného zrýchlenia na smer Zem - satelit (pre centrálnu časť viditeľnej strany Mesiaca tieto zrýchlenia zodpovedali vertikálnej zložke).

Prvú konštrukciu obrazu gravitačného poľa Mesiaca uskutočnili sovietski výskumníci na základe výsledkov letu kozmickej lode Luna-10, neskôr boli údaje spresnené pozorovaním obežných dráh umelých družíc Lunar Orbitar. série, ako aj na tých častiach dráh kozmickej lode Apollo, kde ich dráhy okolo Mesiaca určovalo iba jeho gravitačné pole.

Ukázalo sa, že gravitačné pole Mesiaca je zložitejšie a nerovnomernejšie ako zemské, povrch s rovnakým potenciálom gravitácie je nerovnomernejší a zdroje anomálií sa nachádzajú bližšie k povrchu Mesiaca. Podstatnou črtou lunárneho gravitačného poľa boli veľké pozitívne anomálie obmedzené na okrúhle moria, ktoré sa nazývali maskony (z angličtiny - "hromadná koncentrácia"). Pri približovaní sa k maskonu sa rýchlosť satelitu zvyšuje; po prelete družica mierne spomalí, pričom výška obežnej dráhy sa zmení o 60 - 100 m.

Najprv boli v moriach viditeľnej strany objavené maskóny: Dážď, Jasnosť, Kríza, Nektár, Vlhkosť; ich veľkosti dosahovali 50 - 200 km (zapadajú do obrysov morí) a veľkosť anomálií bola 100 - 200 mgal. Anomália Mora dažďov zodpovedala prebytku hmotnosti rádovo (1,5–4,5) x 10-5 hmotnosti celého Mesiaca.

Následne boli objavené masívnejšie maskóny na hranici viditeľnej a odvrátenej strany vo Východnom a Marginálnom mori, ako aj obrovský maskon v rovníkovej zóne stredu odvrátenej strany Mesiaca. Na tomto mieste nie je more, preto sa maska ​​nazýva „Skrytá“. Jeho priemer je viac ako 1000 km, jeho hmotnosť je 5-krát väčšia ako hmotnosť mora dažďov. Skrytý maskon je schopný vychýliť satelit letiaci vo výške 100 km o 1 km. Celková nadmerná hmotnosť zodpovedajúca kladným gravitačným anomáliám. presahuje 10 -4 mesačných hmotností. Ukázalo sa, že s lunárnymi horami súvisí množstvo negatívnych anomálií: Jura, Kaukaz, Taurus, Altaj.

Gravitačné anomálie odrážajú zvláštnosti rozloženia hmoty hmoty vo vnútri Mesiaca. Ak napríklad predpokladáme, že maskony sú tvorené bodovými hmotami, hĺbka ich výskytu by mala byť asi 200 km v mori dažďov, 280 km v mori jasnosti, 160 km v krízach, 180 km v Pokoji, 100 km v Hojnosti a 80 km v Poznanom km, Ocean of Storms - 60 km. Gravitačné merania teda odhalili nerovnomerné rozloženie hustoty v hornom plášti.

Elektrická vodivosť.Žiadna z lunárnych expedícií nerobila priame merania elektrického poľa Mesiaca. Vypočítalo sa zo zmien magnetického poľa zaznamenaných magnetometrami na staniciach Apollo 12, -15, -16 a Lunochod-2.

Mesiac bez magnetosféry sa počas svojej rotácie okolo Zeme pravidelne ocitne v splne v nenarušenej zemskej magnetosfére, v novom mesiaci - v slnečnom vetre a dvakrát na 2 dni - v prechodnom. šoková vrstva.

Výkyvy vonkajšieho medziplanetárneho magnetického poľa prenikajú do Mesiaca a vyvolávajú v ňom pole vírivých prúdov. Doba nábehu indukovaného poľa závisí od rozloženia elektrickej vodivosti v lunárnom interiéri. Simultánne merania vonkajšieho striedavého poľa nad Mesiacom a sekundárneho poľa na povrchu umožňujú vypočítať mesačnú elektrickú vodivosť.

Mesiac je usporiadaný „pohodlne“ na magneticko-telurické ozvučenie. Medziplanetárne magnetické pole pretiahnuté od Slnka je homogénne, jeho prednú stranu možno považovať za plochú, a preto výskum nevyžaduje, ako na Zemi, sieť laboratórií. Vzhľadom na to, že Mesiac má vyšší elektrický odpor ako Zem, postačia na jeho ozvučenie dve hodinové pozorovania, pričom na Zemi sú potrebné ročné pozorovania.

Slnečný vietor prúdiaci okolo Mesiaca, ktorý má vysokú vodivosť, akoby obalil Mesiac fóliou, bez toho, aby uvoľnil polia indukované v útrobách na povrch. Na slnečnej strane Mesiaca sa teda dá využiť len horizontálna zložka striedavého magnetického poľa, kým na nočnej strane, kde funguje aj vertikálna zložka, je situácia podobná skôr ako na Zemi.

Magnetometre Apollo zaznamenali reakciu Mesiaca v slnečnom vetre na nočnej a dennej strane, ako aj v geomagnetickom oblaku, kde sú plazmové efekty slnečného vetra minimalizované.

V kráteri Lemonnier na slnečnej strane Mesiaca zaznamenal Lunokhod-2 vznik kolísania slnečného magnetického poľa v čase. V tomto prípade horizontálna zložka magnetického poľa odráža hlbokú elektrickú vodivosť Mesiaca a hodnota vertikálnej zložky dlhodobo charakterizuje intenzitu vonkajšieho poľa Mesiaca. Experimentálny graf zdanlivého odporu sa interpretoval porovnaním s teoretickými krivkami.

Sovietski (L. L. Vanyan a ďalší) a zahraniční (K. Sonet, P. Dayel a ďalší) výskumníci skonštruovali rôzne modely elektrickej vodivosti Mesiaca. m; hlbšie je vrstva so zníženým odporom (103 ohm m) s hrúbkou 150–200 km, do 600 km sa odpor rádovo zvyšuje a potom opäť klesá na 103 ohm m v hĺbke 800 km (obr. 9).

Ryža. 9. Hlboká štruktúra Zeme (hrubé čiary) a Mesiaca (tenké) podľa geofyzikálnych údajov:

1 - pozdĺžne vlnové rýchlosti; 2 - rýchlosť priečnych vĺn; 3 - elektrická vodivosť. Vertikálna mierka - hĺbky vo vzťahu k zodpovedajúcim polomerom Zeme a Mesiaca

Doteraz uskutočnené elektrické sondy Mesiaca odhaľujú tieto hlavné črty:

Mesiac ako celok má vyšší odpor ako Zem. Na vrchu je silná izolačná vrstva; vodivosť sa zvyšuje s hĺbkou. Bola objavená radiálna stratifikácia Mesiaca a je načrtnutá nehomogenita v horizontálnom smere z hľadiska elektrického odporu.

Z profilov elektrickej vodivosti a závislosti vodivosti od teploty bola pre rôzne zloženie plášťa odhadnutá teplota vo vnútri Mesiaca. Vo všetkých prípadoch až do hĺbky 600–700 km leží teplota pod teplotou topenia čadičov a vo väčších hĺbkach ju dosahuje alebo prekračuje.

Porovnanie hlbokých teplôt s teplotami topenia hornín pri rôznych tlakoch umožnilo vedcom vyhodnotiť taký dôležitý fyzikálny parameter, akým je koeficient viskozity. Charakterizuje schopnosť hornín pohybovať sa pri pôsobení napätí.

Vrchná 200- až 300-kilometrová škrupina Mesiaca má veľmi vysoký koeficient viskozity 10 26 - 10 27 poise. To je o 2 až 3 rády vyššie ako v zodpovedajúcich hĺbkach Zeme, aj keď vezmeme najpevnejšie oblasti starých kryštalických štítov. Od povrchu do stredu Mesiaca viskozita klesá; hlbšie ako 500 km klesá 100 - 1000, t.j. stáva sa úmernou viskozite zemského plášťa. V astenosfére Mesiaca viskozita prudko klesá na hodnoty charakteristické pre astenosféru Zeme (10 20 - 10 21 poise).

Tepelný tok. Pred letmi kozmických lodí sa verilo, že obsah rádioaktívnych prvkov 235 U, 238 U, 232 Th, 40 K vo vnútri Mesiaca je v priemere rovnaký ako v chondritových meteoritoch alebo v zemskom plášti. Tepelný tok prichádzajúci z útrob Mesiaca cez jeho povrch bol odhadnutý analogicky so zodpovedajúcim prúdením Zeme, kde každú sekundu cez každý 1 cm 2 povrchu "mizne" do vesmíru 1,5 - 10 -6 kal tepla. Polomer Mesiaca je 3,6-krát menší ako polomer Zeme, jeho povrch je 7,5% a jeho objem je 2% zemského. Pri rovnakej koncentrácii rádioaktívnych izotopov na jednotku objemu bola pre Mesiac predpovedaná hodnota tepelného toku 0,36 · 10 -6 kal/cm 2 s.

V roku 1964 sovietski astronómovia pod vedením V. S. Troitského zmerali tepelné žiarenie Mesiaca v rozsahu vlnových dĺžok od 1 mm do 3 cm a získali neočakávane vysokú hodnotu priemerného tepelného toku (0,85 - 0,95) 10 -6 kcal / cm2s, takmer trojnásobok vypočítanej hodnoty. To by mohlo naznačovať vyšší obsah rádioaktívnych izotopov alebo to, že zdroje tepla sú sústredené blízko povrchu.

Nečakaný výsledok potvrdili priame merania tepelného toku na Mesiaci. Priame merania tepelného toku na mesačnom povrchu sa uskutočnili počas dvoch expedícií astronautov na Mesiac: v júli 1971 v oblasti Hadley Rill na východnom okraji Ražného mora (Apollo 15) a v decembri 1972 v r. región Taurus-Littrow v úzkej zátoke na juhovýchode mora Jasnosti („Apollo 17“). Astronauti vyvŕtali studne, vložili do nich trubice zo sklenených vlákien a umiestnili do nich tepelné sondy na meranie teploty a tepelnej vodivosti. Každá sonda poskytovala merania v 11 hĺbkach a pozostávala z 8 platinových odporových teplomerov a 4 termočlánkov. Dve sondy boli inštalované v hĺbkach 1 a 1,4 m na stanici Apollo 15 a jedna v hĺbke 2,3 m na Apollo 17. Údaje boli prenášané na Zem každých 7 minút. Spracované boli údaje za 3,5 roka pre prvú a 2 roky pre druhú stanicu. Signály sa začali analyzovať až mesiac po spustení prístrojov, keď sa ustálila ich tepelná rovnováha s regolitom. Napriek obrovským teplotným kontrastom na povrchu (+130 °C cez deň, -170 °C v noci) kolísanie teplôt v hĺbke 0,8 m takmer pominulo, pričom ročné teplotné výkyvy bolo cítiť vo všetkých skúmaných hĺbkach. Na meranie tepelnej vodivosti lunárnej pôdy sa na príkaz zo Zeme na 36 hodín zapli elektrické ohrievače. Pri zvyšovaní teploty sa určovala hodnota tepelnej vodivosti. Tepelná vodivosť regolitu sa ukázala byť veľmi nízka a vysoko závislá od teploty. Na povrchu bola len 0,3 10 -5 kcal (cm K) -1, hlbšie, keď sa zhutňovala, rástla a v hĺbke 1–2 m dosahovala hodnoty ~ 0,24 10 -4 kcal (cm K) -1, v 250-metrovej hornej vrstve zostáva tepelná vodivosť zjavne veľmi nízka, o 2 až 3 rády menšia ako v útrobách Mesiaca, 10-krát menšia ako vo vynikajúcom tepelnom izolátore - vzduchu a 40 krát menej ako vo vode. Regolit Mesiaca, ktorý vznikol obrúsením klastických hornín nárazmi meteoritu, je teda akousi „prikrývkou“, ktorá plní úlohu termostatu Mesiaca a znižuje straty jeho tepla. Napríklad počas formovania Mora dažďov boli rozsiahle priľahlé územia pokryté klastickými horninami. Vďaka tomu mala za posledných 100 miliónov rokov stúpnuť teplota v hĺbke 25 km z 300 na 480 °C. Tepelný tok prechádzajúci povrchom Mesiaca bol vypočítaný z hodnoty tepelnej vodivosti a teplotného rozdielu. Jeho hodnoty pre oblasť Apenín sú 0,53 10 -6 kcal (cm 2 s) -1, v oblasti Descartes - 0,38 10 -6 kcal (cm 2 s) -1. Rozdiel prevyšuje chyby merania o 40 %, vplyv miestneho reliéfu a charakterizuje horizontálnu variabilitu obsahu rádioaktívnych izotopov v mesačnej kôre.

Nehomogenity v rozložení hmotností sa prejavujú v gravitačných anomáliách. Gravitačné anomálie, teda odchýlky hodnoty gravitácie od „prirodzenej“, normálnej hodnoty. Keďže Mesiac sa od lopty veľmi málo líši, konštantnú hodnotu možno považovať za normálny potenciál. Parametre tejto gule: priemerný polomer je 1738 km, priemerná hustota 3,3440,004 g/cm, bezrozmerný moment zotrvačnosti .

Gravitačný potenciál Mesiaca sa zvyčajne píše vo forme troch pojmov

kde je príťažlivý potenciál, je odstredivý potenciál, je prílivový potenciál. Ten výrazne prispieva ku gravitačnému potenciálu Mesiaca. V prednáške venovanej deformácii rovného povrchu planéty pôsobením slapovej poruchy sme ukázali, že rovný povrch sa „naťahuje“ smerom k priťahujúcemu sa telesu. Mesiac sa dá aproximovať trojosovým elipsoidom s poloosami , , m, orientovaný tak, že jeho hlavná os smeruje k Zemi.

Podrobné štúdium postavy Mesiaca bolo možné až po vypustení umelých satelitov Mesiaca (ASL). Štúdium Mesiaca sa však uskutočnilo dlho pred spustením ISL. Zamestnanci SAI M.U. Sagitov a N.P. Grushinsky pomocou astrometrických pozorovaní zistili, že sila gravitácie na lunárnom trojosovom elipsoide sa mení podľa zákona.

kde , . Tento vzorec ukazuje, že gravitačná sila smerom k pólu sa nezväčšuje, ako je tomu na Zemi, ale klesá! To je v rozpore so zdravým rozumom. Okrem toho je geometrická kontrakcia pozitívna:

Ak je Mesiac podľa Clairautovej vety rovnovážnym telesom, potom . Možno je hodnota abnormálne nízka? S najväčšou pravdepodobnosťou - Mesiac nie je rovnovážne teleso. Zastavila rotáciu po tom, čo dostala hydrostatickú kontrakciu, potom stuhla. Všetky tieto otázky sú v súlade s kozmogóniou systému Zem-Mesiac.

V satelitnej ére sa gravitačný potenciál Mesiaca určoval opakovane. Naznačujeme len výsledok Ferrari

Ako vidíte, opäť gravitačná sila smerom k pólu nerastie, ale klesá.

Na mape Ferrariho selenoidu je zreteľne vidieť zväčšenie výšky zarovnanej plochy nad loptou smerom k Zemi o 400 metrov a viac ako 300 metrov od odvrátenej strany Mesiaca. To znamená, že predĺženie selenoidu smerom k Zemi je zrejmé. Pravda, výpočty ukazujú, že slapový potenciál Zeme je rádovo menší! Poďme trochu fantazírovať. Vieme, že Mesiac sa od nás vzďaľuje v dôsledku slapovej činnosti Zeme. Kedysi bol Mesiac oveľa bližšie k nám a slapový efekt je oveľa väčší ako dnes. Ak by bol Mesiac 2,7-krát bližšie, potom by sa pozorované predĺženie selenoidu smerom k Zemi dalo vysvetliť vplyvom prílivu a odlivu. Potom však nasleduje záver, že už vtedy boli rotácia Mesiaca a jeho otáčanie okolo Zeme synchrónne!

Pozorovania ASL umožnili určiť gravitačné pole Mesiaca a na jeho základe regionálne (pokrývajúce veľké plochy) anomálie. Určenie lokálnych anomálií si vyžaduje vykonanie fyzikálnych experimentov. Ako sme už spomenuli, americkí astronauti robili gravitačné merania pomocou špeciálnych lunárnych gravimetrov, ale týchto meraní bolo veľmi málo. Jednou z univerzálnych metód merania je pozorovanie voľne padajúceho telesa. Hlavným problémom implementácie metódy je zabezpečiť presnosť určenia zrýchlenia voľného pádu tela.

V roku 1968, rok pred pristátím človeka na Mesiaci, americkí vedci P. Muller a W. Sjögren skúmali zrýchlenie lúčov ASL Lunar Orbiter 5. Našli na moriach, kde musia byť negatívne gravitačné anomálie, v skutočnosti sú veľké pozitívne anomálie, ktoré sa nedajú vysvetliť ničím iným ako koncentráciou ťažkých más. Takéto štruktúry nazývali mascony (koncentrácie hmoty). Vo výške satelitného letu (100 km) gravitačné anomálie dosiahli 200 mGal a viac. Najmä nad morom dažďov je gravitačná anomália 250 mGal, nad morom jasnosti - 220 mGal, nad morom krízy - 130 mGal. Boli navrhnuté rôzne „scenáre“ na vznik týchto anomálií. Muller a Sjögren sami verili, že pozitívnu anomáliu vytvoril železo-niklový meteorit, ktorý dopadol na Mesiac a zostal v mesačnej kôre. Neskôr táto hypotéza prevládla. Teleso veľkosti asteroidu dopadá na Mesiac a vytvára „morskú priekopu“. Táto depresia vytvára malú negatívnu anomáliu. V tú hodinu stúpajú výlevy lávy a vypĺňajú trhliny na úplnú izostatickú kompenzáciu. Kôra tvrdne, získava vysokú pevnosť a odoláva dodatočným zaťaženiam bez deformácie. Bazén je naplnený materiálom, vytvára sa nadbytočná hmota, ktorá dáva pozitívnu gravitačnú anomáliu. Je pravda, že moderné údaje naznačujú, že výlevy lávy nenastali okamžite, ale po 0,5 miliarde rokov. Pôvodne vytvorená negatívna anomália zmizne, kôra sa izostaticky kompenzuje. Výsledné výlevy lávy sú dostatočne silné, aby odolali a 3 miliardy rokov má izostaticky nekompenzovaná kôra pozitívne anomálie v dôsledku prenikania hustejších hmôt z vnútra Mesiaca.