Der Mond kann die stärksten Erdbeben der Welt „auslösen“. Gravitationsfeld der Erde. Gravitationsfeld des Mondes

Diese Karte zeigt das Gravitationsfeld des Mondes, gemessen von der GRAIL-Mission der NASA. Bildnachweis: NASA/ARC/MIT.

Die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse der beiden Mondorbiter GRAIL liefern unglaubliche Details des Mondinneren und die höchstaufgelöste Karte des Gravitationsfeldes aller astronomischen Körper, einschließlich der Erde.

Die Daten des Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) enthüllen antike innere Strukturen, die bisher unbekannt waren, liefern Details, die um fünf Größenordnungen besser sind als frühere Studien, und liefern beispiellose Informationen über die Oberfläche und das Gravitationsfeld des Mondes.

Instrumente der Raumsonde GRAIL können das Innere des Planeten untersuchen. Die unglaublichen Videos enthüllen eine Fülle von Details, die das Team nach eigenen Angaben gerade erst zu erforschen beginnt.

Durch Subtrahieren der Schwerkraft von Oberflächenmerkmalen erhält man eine sogenannte Bouguer-Schwerkraftkarte. Was bleibt, ist eine Art Massenanomalie innerhalb des Mondes, die entweder auf Veränderungen in der Krustendicke oder der Manteldichte zurückzuführen ist. Im Video oben weisen die markanten kreisförmigen Bereiche (in Rot) auf bekannte Massenkonzentrationen oder „Mascons“ hin, aber viele ähnliche neu entdeckte Merkmale auf der anderen Seite des Mondes sind ebenfalls sichtbar.

„98 % der lokalen Schwerkraft sind auf die Topographie zurückzuführen, während 2 % auf andere Gravitationsmerkmale zurückzuführen sind“, sagte Zuber. „Vielleicht sehen Sie das Volltreffer der Mondmaskottchen, aber ansonsten sehen Sie eine glatte Innenfläche. Dies kann nur passieren, wenn frühe Mondeinschläge die Innenfläche erodiert haben.“

Diese Karten des Mondes zeigen Bouguer-Gravitationsanomalien, die von der GRAIL-Mission der NASA gemessen wurden. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/CSM.

Die Bouguer-Schwerkraftkarte zeigte auch Hinweise auf uralte vulkanische Aktivität unter der Mondoberfläche und seltsame lineare Schwerkraftanomalien.

„Die Gradienten der Bouguer-Schwerkraftkarte zeigen Merkmale, die wir nicht erwartet hatten“, sagte Jeff Andrews-Hanna, Co-Ermittler bei GRAIL. „Wir haben eine große Population linearer Schwerkraftanomalien identifiziert. Wir sehen keinen Ausdruck davon auf topografischen Karten und kommen daher zu dem Schluss, dass es sich um alte interne Strukturen handelt.“

Eine lineare Gravitationsanomalie, die das Crisium-Becken auf der linken Seite des Mondes durchquert, wurde von der NASA-Mission GRAIL entdeckt. Auf der linken Seite werden GRAIL-Schwerkraftgradientendaten mit der Position der angegebenen Anomalie angezeigt. Rot und Blau entsprechen stärkeren Schwerkraftgradienten. Rechts sind Topographiedaten über dieselbe Region vom Lunar Orbiter Laser Altimeter des Lunar Reconnaissance Orbiters dargestellt. Diese Daten zeigen keine Anzeichen einer Gravitationsanomalie. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/CSM.

Auf diesem Foto des Crisium-Beckens, das eines der Augen des „Mannes auf dem Mond“ bildet, zeigen Schwerkraftkarten beispielsweise ein lineares Merkmal über das Becken, während topografische Karten keine derartigen korrelierenden Merkmale zeigen. „Dies deutet darauf hin, dass sich vor den Einschlägen eine Gravitationsanomalie gebildet hat“, sagte Andrews-Hanna.

Diese Karten der nahen und fernen Seite des Mondes zeigen Gravitationsgradienten, die von der GRAIL-Mission der NASA gemessen wurden, und verdeutlichen eine Population linearer Gravitationsanomalien. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/CSM.

Weitere Beweise zeigen, dass die innere Kruste des Mondes fast vollständig pulverisiert ist.

Andere Beweise zeigen, dass die Mondkruste dünner ist als bisher angenommen.

„Anhand der GRAIL-Schwerkraftdaten haben wir eine durchschnittliche Krustendicke von 32–34 km ermittelt, was 10 km weniger als in früheren Studien ist“, sagte Mark Wieczorek, Co-Forscher bei GRAIL. „Wir haben herausgefunden, dass das meiste Aluminium auf dem Mond fast das gleiche ist wie auf der Erde. Dies hängt mit der aktuellen Hypothese zusammen, dass der Mond aus Material von der Erde stammte, als er während eines riesigen Einschlags entstand.“

Die GRAIL-Mission der NASA hat ein Video aufgenommen, als sie über das Becken flog Mare Orientale auf dem Mond. Das Video wurde mit erhalten MoonKAM an Bord der Raumsonde GRAIL's Ebbe vom 7. bis 8. April 2012. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Sally Ride Science.

Während der Hauptmission befanden sich die beiden GRAIL-Raumschiffe im Orbit 55 km über der Mondoberfläche. Dieser geringe Abstand war darauf zurückzuführen, dass GRAIL die besten Gravitationsfelddaten für jeden Planeten, einschließlich der Erde, liefert.

„GRACE sammelt immer noch Daten, aber da sich GRACE in einer Umlaufbahn in einer Höhe von 500 km befinden muss“, sagte Zuber. „Nichts geht über eine niedrige Umlaufbahn.“

Zuber sagte, das GRAIL-Team habe von GRACE gelernt und sei in der Lage, „einige vernünftige Verbesserungen“ vorzunehmen. Sie schlugen auch vor, diese Technologie für jeden Planetenkörper im Sonnensystem zu verwenden, und brachten eine verlockende Idee vor: „Visualisierung und Kartierung der darunter liegenden Strömungen.“

GRAIL beendet seine primäre wissenschaftliche Mission im Mai 2013 und führt derzeit eine erweiterte Mission durch, bei der die Höhe der Raumsonde auf 23 km über der Oberfläche gesenkt wurde. „Wir öffnen ein Fenster in Bezug auf die Geophysik, und daher werden Sie bald Ergebnisse aus dem neuen Datensatz hören“, sagte Sami Asmar, ein Mitglied des GRAIL-Teams.

Auf der Konferenz der Astronomical Geophysical Union sagte Zuber, dass das Team das Raumschiff am 6. Dezember 2012 auf 11 km über der Mondoberfläche absenken werde.

Künstlerisches Konzept der GRAIL-Mission, bei der zwei Raumschiffe im Tandem den Mond umkreisen, um das Gravitationsfeld in beispielloser Detailgenauigkeit zu messen. Bildnachweis: NASA/JPL.

Die verlängerte Mission endet bald, Mitte Dezember, und kurz darauf werden die beiden Raumschiffe auf der Mondoberfläche gezielt zerstört. Das Team sagte, dass es immer noch Ideen für das Angriffsszenario formuliert und die Möglichkeit prüft, die Angriffe gezielt durchzuführen, da sie sich im Sichtfeld der Instrumente auf befinden.

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Der Mond und seine Beziehung zur Erde und zur Sonne wurden von der Menschheit seit der Antike bis in die Gegenwart immer intensiver und erfolgreicher erforscht. Die Ergebnisse dieser Forschung bis in die letzten Jahre hinein werden in zahlreichen Monographien und Lehrbüchern dargestellt. Es würde den Rahmen dieser Arbeit sprengen, frühere Studien zu besprechen, und in dieser Diskussion werden wir den Leser auf sie verweisen, ohne ins Detail zu gehen, und nur, wenn die neuesten Daten besprochen werden. Die Mondoberfläche besteht hauptsächlich aus vielen Kratern, die durch Kollisionen mit riesigen Meteoriten entstanden sind. Dies gilt insbesondere für die unsichtbare Seite des Mondes und die Kontinentalregionen auf seiner sichtbaren Seite. Dadurch entstehen die großen kreisförmigen Meere: das Meer des Regens, das Meer der Klarheit, das Meer der Krise, das Meer des Nektars, das Meer der Feuchtigkeit und das Ostmeer Kollisionen mit riesigen Meteoriten, und die flachen, unregelmäßigen Meere bestehen aus überfluteten Gebieten mit magmatischem Material, das Protokontinente ähnlich den Regionen moderner Kontinente bedeckt. Diese flachen Meere weisen Gebirgsketten auf, die durch das dunkle, geglättete Material hervortreten und möglicherweise Gebiete bedecken, bei denen es sich um „Einschlagsmeere“ handelt, deren Umrisse durch nachfolgende Ereignisse gelöscht wurden. Wenn es auf der Erde zu solchen Kollisionen kommen würde (was unvermeidlich scheint), würden sich alle vor der Kollision existierenden terrestrischen Gesteine ​​in Klastik verwandeln. Da magmatisches Gestein und Sedimentgestein seit 3,5 Äonen auf der Erdoberfläche konserviert sind, müssen derart zahlreiche Kollisionen zu einem früheren Zeitpunkt stattgefunden haben. Bestrahlte Krater (oft von kleiner Größe) und eine Reihe großer Krater ohne Strahlen entstanden zweifellos in allen geologischen Zeitepochen. Große Meere haben die Form von Lavaströmen, Vulkanasche oder Wasserseen.

Das stimmt natürlich nicht, wie das Fehlen von Wasser im Mondgestein beweist, aber die Wahl zwischen anderen Möglichkeiten bleibt offen. Es gibt auch endogene Explosionskrater, und einige Wissenschaftler glauben, dass es auf dem Mond Calderas gibt. Der Autor dieses Kapitels bezweifelt das Vorhandensein großer Calderas auf dem Mond. Die physikalischen Konstanten des Mondes und seiner Umlaufbahn sind gut bekannt. Einige davon sind in der Tabelle aufgeführt.

GRAVITATIONSFELD DES MONDES

Das Gravitationsfeld des Mondes wurde mithilfe von Mondumlaufsatelliten eingehend untersucht. Es wurde festgestellt, dass dieses Feld nur bei Verwendung einer großen Anzahl von Termen durch gewöhnliche Reihen in sphärischen Harmonischen dargestellt werden kann. Michael und Mitarbeiter haben die detailliertesten Tabellen für die in Gleichung enthaltenen Konstanten zusammengestellt.

Die Autoren weisen darauf hin, dass für eine mathematische Beschreibung des Gravitationsfeldes Terme bis zur 13. Ordnung benötigt werden und selbst in diesem Fall die Konstanten nicht abnehmen, was darauf hindeutet, dass das Gravitationsfeld des Mondes weit von unseren Erwartungen entfernt ist erhalten Sie durch die Untersuchung der Bewegung eines kleinen Körpers im Feld der Gravitationskräfte der Erde, des Mondes und der Sonne unter Berücksichtigung der Zentrifugalkräfte der Rotation. Im letzteren Fall sollten die Terme nach C 2.0 gleich Null sein, was nicht stimmt. Daraus folgt, dass die Massenverteilung im Inneren des Mondes sehr ungleichmäßig ist.

wobei A, B und C die Trägheitsmomente sind: A – relativ zur zur Erde gerichteten Achse, B – relativ zur Ost-West-Achse und C – relativ zur Polarachse, wurden von Koziel sorgfältig untersucht, der laut auf Mondlibrationen ergaben, dass sie jeweils 3,984 * 10 -4 , 6,294 * 10 -4 und 2,310 * 10 -4 betragen. Kopal erhielt für die gleichen Konstanten sehr ähnliche Werte. Theoretische Werte für einen plastischen Mond unter dem Einfluss von Gezeiten- und Zentrifugalkräften betragen 0,94 * 10 -5, 3,75 * 10 -5 und 2,81 * 10 -5. Dies deutet wiederum darauf hin, dass der Mond ein sehr fester Körper ist und das schon seit der Antike. Schätzungen der Werte der Trägheitsmomente zeigen, dass sie nahe bei 0,4 Ma 2 liegen, wobei M und a die Masse und der Radius des Mondes sind. Dieser Wert ist typisch für eine Kugel gleichmäßiger Dichte. Natürlich bestehen die Oberflächenbereiche des Mondes bis zu einer gewissen Tiefe aus Materie geringer Dichte und sollten die Werte der Trägheitsmomente etwas reduzieren. Diese Gebiete mit geringer Dichte befinden sich hauptsächlich auf der anderen Seite (mögliche Mächtigkeit 30 km) und sind für die unregelmäßige Form des Mondes, Trägheitsmomente und eine Verschiebung des Massenschwerpunkts um 2-3 km relativ zum Mittelpunkt verantwortlich die Figur.

Die dreiachsige ellipsoide Nichtgleichgewichtsform des Mondes ist Wissenschaftlern seit langem ein Rätsel. Für dieses Phänomen wurden verschiedene Erklärungen vorgeschlagen.

1) Der Mond mag ein ziemlich fester Körper sein, der in der Lage ist, eine nicht im Gleichgewicht befindliche Form beizubehalten, aber das erklärt nicht seinen Ursprung.

2) Niedrigere Temperaturen an den Polen würden zu einer höheren Materiedichte und kleineren Radien in diesen Regionen führen, was jedoch nicht den Unterschied zwischen den Trägheitsmomenten A und B erklärt.

3) Konvektive Strömungen im Mond, die an den Polen aufsteigen und am Äquator abfallen, hätten zu einer Abnahme der Masse an den Polen und einer Zunahme der Masse am Äquator führen sollen, aber auch in diesem Fall die Trägheitsmomente A und B sollte gleich sein. Es ist möglich, dass eine bestimmte Kombination der zweiten und dritten Hypothese einer ganz bestimmten Art verwirklicht wird.

4) Der Mond besteht aus Körpern unterschiedlicher Dichte, was die Unterschiede in den Trägheitsmomenten erklärt. Wenn konvektive Prozesse stattgefunden hätten, müsste der Mond zu einem bestimmten Zeitpunkt seiner Entstehung fast vollständig geschmolzen sein, da laut Chandrasekhar eine Zwei-Zellen-Konvektion nur mit einem kleinen Kern möglich ist. Die Konvektion auf dem Mond muss so stark sein, dass sich auf ihm im Gegensatz zur Erde keine gefalteten Berge bilden. Booker befürwortet die Einzelzellenkonvektion, die zu einer höheren Höhe auf der unsichtbaren Seite des Mondes führen würde, wenn der Aufwind auf der sichtbaren Hemisphäre wäre.

Müller und Sjögren zeigten, dass es in verschiedenen Regionen der sichtbaren Seite des Mondes erhebliche Ansammlungen von Massen, sogenannte Mascons, gibt, die in den meisten Fällen mit kreisförmigen Marias mit Einschlagursprung und wahrscheinlich in allen Fällen mit der Existenz bestimmter lokalisierter Massen verbunden sind . Diese Mascons wurden auf der Grundlage von Beobachtungen künstlicher Mondsatelliten und durch direkte Messung ihrer Geschwindigkeit entdeckt und kartiert. Müller und Sjögren glauben, dass die Beobachtungen für Längengrade zwischen 100 und -100° und für Breitengrade zwischen -50 und 50° zuverlässig sind. Auffällige Anomalien der positiven Schwerkraft in den Meeren des Regens, der Klarheit, der Krise, des Nektars und der Luftfeuchtigkeit sind zuverlässig, ebenso wie eine positive Anomalie, die etwas nordwestlich der Mitte der Mondscheibe festgestellt wurde. Das Ostmeer ist ein Beispiel für eine teils positive, teils negative Anomalie. Andere positive und negative Anomalien liegen wahrscheinlich im Rahmen des Beobachtungsfehlers. Die negative Anomalie in Rainbow Bay wird von den Autoren als reales Phänomen angesehen. Sie entdeckten auch negative Anomalien in den Ptolemäer- und Al-Batani-Karen mit einer Stärke von 87 Milligal, wie sie von der Raumsonde Apollo 12 beobachtet wurden, als sie sich dem Landeplatz näherte. Booker und andere haben die erforderliche Überschussmasse auf etwa 100 bar geschätzt. Da diese Formationen uralt sind, sollten Gravitationsanomalien mehrere Äonen lang auf dem Mond bestehen bleiben, was darauf hindeutet, dass der Mond ein Körper von sehr hoher Härte ist und war. Zur Erklärung dieser Phänomene wurden zwei Möglichkeiten vorgeschlagen.

1) Es wird angenommen, dass die Substanz des Mondinneren aufgrund verschiedener Prozesse in Vertiefungen an die Oberfläche stieg, die durch die Wechselwirkung mit Objekten entstanden sind, die für die Bildung von Meeren verantwortlich sind.

2) Es wird angenommen, dass Mascons aus den Überresten der kollidierenden Fremdkörper selbst bestehen, zusammen mit der Hauptsubstanz, die die durch den Aufprall entstandenen Vertiefungen füllt.

Betrachtet man Lavaströme aus den Tiefen des Mondes als Grundlage für die Bildung von Mascons, so muss berücksichtigt werden, dass zur Entstehung solcher Ablagerungen ein Überdruck von etwa 50-100 bar erforderlich ist. Auf dem Mond gibt es keine solchen Druckquellen. Es ist möglich, dass die Substanz in die riesigen Vertiefungen geflossen ist, die durch gewaltige Kollisionen aus der Umgebung entstanden sind. Es ist wahrscheinlich, dass Van-Dorn-Wellen in der stark zerkleinerten Oberflächenschicht des Mondes einen solchen Prozess verursachen könnten, doch dann sind spezielle Annahmen erforderlich, um die überschüssige Masse pro Oberflächeneinheit zu erklären. Die überschüssige Masse kann dadurch erklärt werden, dass Lava von unterhalb benachbarter Gebiete in Meeresgebiete fließt. Kürzlich kam Sjögren zu dem Schluss, dass die zusätzliche Masse des Meeres der Gelassenheit in einer oberflächennahen Platte enthalten ist, die durch solche Lavaströme entstanden sein könnte.

Einer anderen Hypothese zufolge bewegten sich die Gesteine ​​des Mondinneren als feste Materie in gigantische Hohlräume, die im Moment des Erscheinens der Meere entstanden; Die Gesteine ​​hatten eine höhere Dichte als die meisten Oberflächengesteine. Würden sie sich bewegen, bis das isostatische Gleichgewicht erreicht wäre, gäbe es keine Gravitationsanomalien. Wenn das isostatische Gleichgewicht nicht erreicht wird, würden negative Anomalien auftreten. Wenn die Grenze des isostatischen Gleichgewichts infolge einer starken Bewegung aufsteigender Materie überschritten würde oder die Masse durch einen Lavastrom oder fragmentiertes Gestein zunimmt, würde eine positive Anomalie auftreten. In diesem Fall ist von einer äußerst fragmentierten Lage auszugehen

Im darunter liegenden Gestein würden enorme Spannungen entstehen. Diese Erklärung ist möglich, aber unwahrscheinlich.

Es ist allgemein anerkannt, dass die äußeren Teile des Mondes erheblichen Belastungen ausgesetzt sind und dass die Erwärmung im Mondinneren zur Bildung einer geschmolzenen Masse führt, die in die Meeresbecken gedrückt wird. Durch dieses teilweise Schmelzen auf der Erde entstehen Gesteine, die im erstarrten Zustand weniger dicht (und im flüssigen Zustand sogar noch weniger dicht) sind als die Gesteine, aus denen sie gebildet sind. Auf der Erde bilden Lavaströme Gebirgszüge mit positiven Schwerkraftanomalien. Auf dem Mond füllen sich die Tiefebenen der Meere. Möglicherweise könnte hochdichter Titan-Eisen-Basalt eine solche Substanz sein. Zahlreiche Risse und Rillen auf der Mondoberfläche stützen jedoch nicht die Hypothese, dass die äußere Hülle des Mondes großen Belastungen standhalten kann.

Ein solcher Mechanismus der Gesteinsbildung auf der Mondoberfläche beinhaltet einen Nettoauswurf von Gesteinen, deren Volumen dem Produkt der Meeresfläche in einer Tiefe von etwa 50 km entspricht, und dies sollte unweigerlich zur Bildung von a führen Schicht aus ausgeworfenem Gestein von 1/10 dieser Dicke auf einer Fläche, die zehnmal größer ist als die Fläche des Mare Monsim und der Seas of Tranquility. Der Autor dieses Kapitels bezweifelt aufgrund der verfügbaren Fotos der Mondoberfläche die Gültigkeit dieser Sichtweise.

Die Hypothese, dass Mascons die Überreste von Fremdkörpern sind, die mit dem Mond kollidierten, basiert auf einer Reihe von Annahmen, nämlich dass der Aufprall mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die nur geringfügig größer ist als die Fluchtgeschwindigkeit des Mondes, und dass die Eigenschaften des Aufpralls unterschiedlich sein können basierend auf den Energieparametern der Kernexplosionen und im Fall von Mondmaria extrapoliert, und dass das Volumen des Netto-„Auswurfs“ von Mondgestein gleich dem Volumen des Objekts ist, das mit dem Mond kollidiert. Diese Erklärung impliziert eine Art „Ausfüllen“. Aufgrund der Schwierigkeit, Mascons zu konservieren, wird angenommen, dass die Füllung während des Einschlags durch die von Van Dorn beschriebenen Prozesse erfolgte, wenn sich das Innere des Mondes am Schmelzpunkt der Gesteine ​​befindet. Es ist wichtig, dass eine ungefähre Übereinstimmung zwischen den Massen, die zur Bildung von Mascons erforderlich sind, und den Massen, die zur Bildung von Meeren erforderlich sind, besteht. Die große überschüssige Masse des Mare Mons-Mascons und der Mascons anderer Meere sowie deren Fortbestehen über Äonen (wahrscheinlich 4,0 * 10 9 Jahre) deuten darauf hin, dass der Mond ein festerer Körper ist und war und niedrigere Temperaturen als die Erde hatte wobei sich innerhalb von ca. 10 7 Jahren ein isostatisches Gleichgewicht einstellt. Es scheint, dass die Hypothese kolossaler Lavaströme und sehr großer Materiebewegungen aus der inneren Zone des Mondes nicht mit der Erhaltung dieser massiven Strukturen über mehrere Äonen hinweg vereinbar ist.

Interessanterweise zeigte der Laserhöhenmesser der Raumsonde Apollo 15, dass es für verschiedene Teile der Mondoberfläche große Höhenunterschiede gab. Die Bereiche der sichtbaren Hemisphäre liegen im Allgemeinen um etwa 2 km tiefer, und die unsichtbare Hemisphäre ist im Vergleich zu der Kugel, deren Mittelpunkt im Massenmittelpunkt liegt, erhöht. Darüber hinaus liegen die bisher identifizierten tieferen Punkte in kreisförmigen Meeren, was natürlich bedeutet, dass einige Massen hochdichter Materie unter der Oberfläche dieser Regionen liegen müssen. Auf der unsichtbaren Seite des Mondes gibt es auch einen sehr tiefen Van-de-Graaff-Krater mit unregelmäßigen Umrissen, und es stellt sich natürlich die Frage nach der Existenz eines Mascons in diesem Bereich.

OBERFLÄCHE DES MONDES

Die Mondoberfläche ist mit Kratern und ausgedehnten, flachen Flächen bedeckt. Die Krater sind überwiegend Einschlagkrater, es gibt aber natürlich auch vulkanische Krater. Die Größe der Einschlagskrater reicht von mikroskopisch kleinen bis hin zu gigantischen Mond-Maria-Gebieten mit einem Durchmesser von mehreren hundert Kilometern. Die Gebiete sind unterschiedlich alt. Die alten, sehr dicht mit Kratern übersäten Gebiete sind vermutlich zwischen 4,0 und 4,6 Milliarden Jahre alt. Isolierte, seltene Krater bedecken Gebiete, die im Laufe der Erdgeschichte entstanden sind. Diese Krater wurden von vielen Forschern mit großer Sorgfalt untersucht. Allerdings stellen sie meist zufällige Ereignisse dar und verraten wenig über die Geschichte des Mondes. Ptolemy und Al-Batani weisen negative Schwerkraftanomalien von etwa 87 Milligal auf und deuten somit darauf hin, dass diese alten Krater auf dem festen Mond zu Beginn seiner Geschichte entstanden sind und dass der feste Zustand bis zum heutigen Tag erhalten geblieben ist. Leider ist es schwierig, genau zu sagen, welches Temperaturregime mit dieser Tatsache übereinstimmt. Große Krater haben zentrale Gipfel, was darauf hindeutet, dass es zu einem „Abprall“ von Material gekommen ist oder dass ein Fragment eines Fremdkörpers den Mond getroffen hat. Wahrscheinlich ist die erste Erklärung korrekter.

Auch auf dem Mond gibt es vulkanähnliche Krater. Dazu gehören von dunklen Bereichen umgebene Krater und eine Reihe von Kratern entlang gewundener Abgründe. Die Davy-Spalte besteht aus einer nahezu geraden Linie von Kratern, die endogen sein können oder Einschlagskrater, die durch Einschläge mit Objekten wie dem Kopf eines Kometen entstanden sind und durch das Gravitationsfeld des Mondes in viele Fragmente zerbrochen wurden. In vielen Fällen ist es schwierig zu sagen, ob andere kleine Krater zu dieser Klasse gehören. Die Lösung dieses Problems erforderte erhebliche Anstrengungen. Viele dieser Krater haben weite Mündungen, als wären sie durch das Ausströmen von Gasen entstanden. (Dampf ist das charakteristischste vulkanische Gas auf der Erde! Was sind das für Gase auf dem sehr trockenen Mond? Hat Wasser irgendwo in der inneren Zone mit Eisen reagiert und Wasserstoff freigesetzt, oder war es Kohlenmonoxid oder etwas anderes?) In einigen lokalen Strukturen Stellenweise werden Lavaströme beobachtet, insbesondere im Mare Monsim und im Meer der Gelassenheit. Darüber hinaus scheinen die Maria Hills in der westlichen Äquatorregion Anzeichen von Vulkanismus aufzuweisen.

Große Meere sind riesige Quellen, von denen man gemeinhin annimmt, dass es sich um Lava handelt, bei denen es sich jedoch möglicherweise um Vulkanasche oder pyrogenes Gestein handelt. Lavaströme, die auf der Erdoberfläche austreten, sind normalerweise schaumig, und Ströme, die auf der Mondoberfläche austreten, wo zumindest derzeit ein tiefes Vakuum herrscht, sollten das gleiche sein, auch wenn die geschmolzenen Massen weniger flüchtige Stoffe enthalten. Was man heute beobachtet, sind Böden, die aus fein zerkleinerten kristallinen und glasigen Partikeln bestehen, in denen Fragmente kristalliner Gesteine ​​eingetaucht sind. Diese Fragmente weisen manchmal Hohlräume mit glatten Wänden auf, die bei der Kristallisation einer geschmolzenen Masse mit makroskopischen Gasblasen entstehen sollten. Sie wirken, als wären sie in einer gewissen Tiefe unter der isolierenden Oberflächenschicht ausgehärtet. Kollisionen von Mikrometeoriten mit Erde und Steinen spielten bei der Entstehung des Bodens eine Rolle, obwohl dieser vermutlich teilweise pyrogenen Ursprungs ist.

Große flache Meere – das Meer der Stürme, das Meer der Ruhe, das Meer der Fülle und das Meer der Wolken – weisen keine auffälligen Gravitationsanomalien auf, die mit ihnen zusammenfallen. Somit befinden sich die Ströme in einem Zustand des isostatischen Gleichgewichts, was darauf hindeutet, dass das Material der Ströme wahrscheinlich von unterhalb der Oberfläche stammt, wo es lag, oder dass das isostatische Gleichgewicht für große Bereiche der Oberfläche hergestellt wurde, nicht jedoch für auf einigen liegende Gesteinsbrocken Tiefe unter der Oberfläche. Diese Schicht aus dunklem Gestein muss sehr dick sein, in der Größenordnung von mehreren Kilometern, da die ursprünglich in diesen Gebieten gelegenen Einschlagsberge größtenteils von den erwähnten Strömen bedeckt sind. Diese Gesteinsformationen könnten durch starke Einschlagprozesse, die zur Entstehung großer Meere führten, teilweise zerstört worden sein, doch in flachen Meeren muss es auch tiefe „Taschen“ und flache Bereiche geben. Viele Jahre lang galt die Hypothese, dass diese dunklen Meere durch Lavaströme aus dem Inneren des Mondes entstanden seien; Diese Hypothese ist bis heute beliebt. Allerdings unterscheiden sich seismische Daten so stark von den auf der Erde aufgezeichneten Daten, dass zur Erklärung dieser Diskrepanzen deutliche Unterschiede in der Oberflächenstruktur postuliert werden müssen. Die beste Erklärung, die zum Zeitpunkt des Schreibens vorgeschlagen wurde, ist, dass die Mondoberfläche aus extrem fragmentiertem Material besteht und aus Erde mit darin verstreuten Steinen besteht (siehe Diskussion unten).

Die Schätzungen zur Mächtigkeit des Regoliths variieren erheblich. Shoemaker et al. geben kleine Werte dieses Wertes an, die zwischen 3 und 6 m Tiefe in einem Krater in der Nähe des Landeplatzes des Mondabteils von Apollo 11 liegen. Kopal besteht aufgrund der Tiefe der Rillen auf einer Dicke von mehreren hundert Metern, und Seeger geht aufgrund einer Untersuchung der Strukturen des Davy-Kraters davon aus, dass die Dicke der Schicht an dieser Stelle 1 km beträgt. Gold und Souter gehen davon aus, dass die Tiefe der Schicht aus fragmentierter Materie 6–9 km beträgt. Diese Schätzungen beziehen sich auf die Oberflächenschicht der Meere. Intensive Einschlagprozesse auf der Oberfläche der Kontinente hätten auch zur Bildung stark fragmentierter Materie führen sollen, und natürlich war die Oberfläche der Kontinente dem gleichen Bombardement von Mikro- und Makrometeoritenobjekten ausgesetzt (wie die Oberfläche von die Meere) vom Moment ihrer Entstehung an.

Durch Kollisionen mit massiven Körpern entstanden große Meere. Van Dorn wandte die Wellentheorie an, um solche Aufprallkollisionen zu untersuchen, und stellte insbesondere im Fall des Ostmeeres eine gute Übereinstimmung zwischen den berechneten und tatsächlichen Radien wellenartiger Strukturen rund um dieses und andere Meere fest, vorausgesetzt, dass eine Flüssigkeitsschicht vorhanden ist 50 km dick. Es ist jedoch unmöglich, gleichzeitig die Existenz einer flüssigen Schicht in einer Tiefe von 50 km und gleichzeitig einer festen Kruste anzunehmen, die die bestehenden Gebirgszüge trägt. Es ist möglich, dass sich eine stark fragmentierte Schicht aus festem Material wie eine unvollkommene Flüssigkeit verhält und bei hochenergetischen Prozessen Wellen bildet, die sich verfestigen, sobald die Energiedichte auf niedrigere Werte sinkt.

Kaula et al. zeigten, dass die andere Seite des Mondes etwa 3–4 km höher als die sichtbare Seite ist und dass das Zentrum der Figur um 2–3 km auf den Längengrad 25° E verschoben ist. Dies deutet wahrscheinlich auf eine Krustendicke von etwa 30 km auf der anderen Seite hin und darauf, dass die Kruste aus Mineralien besteht, die reich an CaO, Al2O3 und SiO2 sind und etwas FeO enthält.

Physikalische Daten der Mondoberfläche deuten darauf hin, dass sich auf der Oberfläche der Meere und Kontinente eine stark fragmentierte Silikatschicht befindet und dass der Körper des Mondes bis in erhebliche Tiefen sehr fest ist und dies auch die meiste Zeit seines Bestehens war.

SEISMISCHE BEOBACHTUNGEN

Seismische Instrumente wurden von Mitgliedern der Apollo-Raumschiffbesatzungen auf der Mondoberfläche installiert, und die mit ihrer Hilfe gewonnenen Informationen sind von großem Wert für das Verständnis der inneren Struktur des Mondes. Die erste und überraschendste Entdeckung war, dass die Dämpfungsrate seismischer Signale auf dem Mond viel geringer war als die Dämpfungsrate auf der Erde. Das Mondabteil der Raumsonde Apollo 12 stürzte mit einer Geschwindigkeit von 1,68 km/s auf die Mondoberfläche. Die Aufprallenergie betrug 3,36 * 10 16 Erg. Die Entfernung zwischen der Absturzstelle und dem nächsten Seismometer beträgt 73 km. Es wurde ein Signal aufgezeichnet, das nach etwa 7 Minuten ein Maximum erreichte. nach dem Aufprall und verschwand dann langsam

für 54 Min. Beim Abwurf der Trägerrakete der Raumsonde Apollo 13 auf den Mond (Geschwindigkeit im Moment des Aufpralls 2,58 km/s, Aufprallenergie 4,63 * 10 17 Erg, Entfernung vom Seismometer 135 km) wurde ein ähnliches Phänomen registriert, das über einen längeren Zeitraum anhielt 200 Min. Bei einer Schallgeschwindigkeit von 6 km/s würden die Schallwellen in einer Stunde 21.600 km oder das Sechsfache des Monddurchmessers zurücklegen. Es wurden sowohl P- als auch S-Wellen aufgezeichnet (sowohl eine Kompressionswelle als auch eine Scherwelle). Ähnliche Phänomene wurden bei den jüngsten Flügen beobachtet.

Diese Ergebnisse unterscheiden sich erheblich von Beobachtungen auf der Erde, wo die Signale innerhalb von Minuten verschwinden würden. Andere, schwächere Signale fast ähnlicher Art wurden beobachtet, wahrscheinlich als Folge von Meteoritenkörpern, die auf die Mondoberfläche fielen. Darüber hinaus wurden andere Signalgruppen empfangen, bei denen sich das Registrierungsmuster sehr genau wiederholte, was darauf hindeutet, dass die Mitglieder der Signalgruppe von derselben Quelle stammten und auf denselben Wegen zu den Seismometern gelangten. Die Wellen und die Energie langperiodischer Schwingungen sind in einem sehr kleinen Volumen konzentriert, wahrscheinlich in der Oberflächenschicht, hauptsächlich in unmittelbarer Nähe der Quelle. Ein derart langsamer Signalabfall wird auf der Erde nicht beobachtet, weshalb es erhebliche Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften der beiden Planeten geben muss. Das offensichtlichste davon ist die stärker fragmentierte Beschaffenheit der Mondoberfläche. Es ist wahrscheinlich, dass sowohl der Ozean der Stürme als auch das Meer der Ruhe eine stark fragmentierte Schicht aufweisen, ähnlich der, die man in Teilen der Kontinente findet, die unter der dunklen Erd- und Felsschicht der Meere liegen. Latham et al. diskutierten seine Struktur, und Gold und Sauter führten Berechnungen anhand eines Modells einer mehrere Kilometer dicken Staubschicht durch, deren Schallgeschwindigkeit linear mit der Tiefe und mit Reflexionen von der äußeren Schicht der Meeresoberfläche zunimmt. Die beiden Modelle sind ähnlich, wenn man bedenkt, dass Gesteine, die kleiner als die Wellenlänge sind, kaum einen Einfluss auf die Ausbreitung und Reflexion von Schallwellen haben. Es ist wahrscheinlich, dass sich feste Silikatschichten anders verhalten würden.

Eine Reihe von Signalen werden mit hoher Genauigkeit reproduziert und können nicht Meteoriten zugeordnet werden; sie sind daher endogener Natur. Sie werden häufiger im Perigäum registriert und werden offenbar durch den Gezeiteneffekt „angeschaltet“. Es sollten Reflexionen von verschiedenen Massen und Oberflächen auftreten. Daher müssen auch umfangreiche Strukturinhomogenitäten vorliegen. Diese „Mondbeben“ bedeuten, dass mechanische oder potenzielle Energie aus verschiedenen Quellen in Form von Schwingungsenergie und Wärme abgegeben wird. Man kann sich mehrere Quellen solcher Energie vorstellen.

1) Mascons tauchen in tiefere Schichten ein.

2) Die unregelmäßige Form des Mondes verwandelt sich in eine regelmäßigere Kugelform.

3) Die ellipsoide Mondbahn wird mit abnehmender Hauptachse immer kreisförmiger. Dieser Effekt könnte aus anderen Gründen auf andere Orbitaländerungen überlagert sein.

4) Konvektive Prozesse im Inneren des Mondes oder Lavaströme verursachen „erdähnliche“ Mondbeben.

5) Wenn sich der Mond aufgrund von Gezeiteneffekten von der Erde entfernt, verringert er seine Rotationsgeschwindigkeit, während er eine der Erde zugewandte Halbkugel bleibt, was wahrscheinlich Mondbeben verursacht, und die Rotationsenergie ist eine Quelle seismischer Energie.

6) Aufgrund von Temperaturänderungen auf dem Mond kommt es zu einer leichten Kontraktion und Expansion.

7) Steinrutschen. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass dieser Prozess Milliarden von Jahren gedauert hat.

„Mondbeben“ scheinen in Tiefen von etwa 800 km aufzutreten, und in solchen Tiefen auftretende Reflexionen weisen darauf hin, dass in diesen Tiefen eine gewisse Schichtstruktur vorhanden ist. Es gibt jedoch noch keinen sicheren Beweis für die Existenz eines metallischen Kerns. Möglicherweise gibt es eine basaltische 20 km lange Regolithschicht; bis zu einer Tiefe von 60 km - eine Schicht mit einer Kompressionswellengeschwindigkeit, die der Schallgeschwindigkeit in Anorthosit entspricht, und. Tiefer, in einer unbestimmten Tiefe, befindet sich ein Material mit der für Dunit charakteristischen Schallgeschwindigkeit. Somit besteht die Schichtstruktur wahrscheinlich aus einer 20 km langen Schicht fragmentierten Basalts, einer 40 km langen Anorthositschicht und dann einer Dunitschicht unbekannter Tiefe mit einer Mondbebenquelle und schwacher Reflexion in einer Tiefe von etwa 800 km; Es gibt keine Hinweise auf das Vorhandensein eines Metallkerns. Aktuelle Daten zeigen, dass es eine zentrale Region gibt, die keine S"-Wellen leitet

und besteht wahrscheinlich aus teilweise geschmolzenen Silikaten. Dieser zentrale „Kern“ hat einen Radius von etwa 700 km.

Der Mond ist viel ruhiger als die Erde mit ihren unerschöpflichen Energiequellen, deren wichtigste die durch radioaktive Erwärmung verursachte Konvektion im Erdmantel ist. Dadurch entstehen riesige Gebirgsketten, positive und negative Gravitationsanomalien, große Vulkane und Lavaströme entstehen und Kontinente werden verschoben. Wenn Konvektion auf dem Mond existiert oder existierte, dürften ihre Auswirkungen im Vergleich zu dem, was auf der Erde beobachtet wird, sehr gering sein.

Die Erklärung seismischer Phänomene als Folge einer fragmentierten Schicht an der Oberfläche widerspricht grundsätzlich der Vorstellung einer Schicht erstarrter Lava unter der Oberfläche. Im Gegensatz dazu enthält der Mondboden Gesteine, die durch Schmelzen entstanden sind, und komplexe und sorgfältig untersuchte Muster von „Mondbeben“ weisen auf die Existenz komplexer Strukturen unter der Mondoberfläche hin.

CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG

Die jüngsten Messungen des Mondradius ermöglichten es, die durchschnittliche Dichte seines Bodens auf 3,36 g/cm 3 zu ermitteln, und die stark fragmentierte Beschaffenheit der Oberflächenschicht zeigt, dass bei der Schätzung der Materiedichte für den gesamten Mond Der Einfluss von Hohlräumen muss berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann die Dichte des Untergrunds durch hohe Temperaturen stärker abnehmen als durch hohe Drücke zunehmen. Dies deutet erneut darauf hin, dass die Mineraldichten unter Laborbedingungen höher sein können. Möglicherweise ist der Wert von 3,4 g/cm 3 eine akzeptable Schätzung für den Durchschnittswert dieses Parameters. Die durchschnittliche Dichte von Chondriten vom Typ L und H liegt unter Niederdruckbedingungen im Bereich von 3,57 und 3,76 g/cm 3 bzw. 3,68 und 3,85 g/cm 3, wenn schwere Mineralien vorhanden sind. Die Dichte des Erdbodens kann bei niedrigen Temperaturen und Drücken etwa 4 g/cm3 betragen. Folglich enthält der Mond entweder weniger Eisen oder größere Mengen an Wasser und Kohlenstoffverbindungen als die Gesteine ​​der Erde. Die geringen Gehalte an Wasser und Kohlenstoffverbindungen im Oberflächenmaterial widersprechen der zweiten Hypothese. Silikate könnten, wie Analysen von Meteoriten zeigten, mit einem Eisengehalt von maximal 10 Gewichtsprozent die erforderliche Dichte liefern. Auch kohlenstoffhaltige Chondrite vom Typ III weisen diese Dichte auf. Die Kaliumkonzentration in diesen Meteoriten ist geringer als in anderen Chondriten und beträgt etwa 360 ppm statt 850 ppm. Diese geringere relative Häufigkeit von Kalium und vergleichbare Konzentrationen von Uran und Thorium hätten es dem anfänglich kalten Mond ermöglicht, während der gesamten geologischen Epoche unter dem Silikatschmelzpunkt zu bleiben.

Wencke kam in einer sehr umfassenden Übersicht über die Chemie des Mondes zu dem Schluss, dass das Oberflächenmaterial des Mondes als eine Mischung aus zwei Komponenten betrachtet werden kann: eine bei hoher Temperatur kondensierte und die andere eine durchschnittliche meteoritische Zusammensetzung aufweist. Das Verhältnis von K zu U beträgt etwa 2000, während es in chondritischen Meteoriten 60 oder 80.000 erreicht. Dies ist auf die deutlich erhöhte Konzentration von U und anderen Elementen zurückzuführen, die bei hohen Temperaturen kondensieren. Interessanterweise beträgt dieses Verhältnis für terrestrische Gesteine ​​etwa 10.000, was auf einen erhöhten Anteil an Hochtemperaturkondensat in der Erde hinweist.

Die ersten Daten zur chemischen Zusammensetzung von Mondgesteinen, die Turkevich et al. auf der Grundlage von Beobachtungen mit der Raumsonde Surveyor 5 – Surveyor 7 erhalten haben, weisen darauf hin, dass die Meeresoberfläche Basalt mit einem hohen Titangehalt enthält und dass die Kontinente einen hohen Titangehalt aufweisen Konzentrationen von Aluminium und Kalzium und niedrige Konzentrationen von Eisen. Diese Ergebnisse wurden später durch eine detailliertere Untersuchung der Zusammensetzung von Mondgesteinsproben, die von den Besatzungen der Apollo-Raumsonde zur Erde geliefert wurden, vollständig bestätigt. Auf der Mondoberfläche gibt es verschiedene Gesteinsarten. Die Meeresgebiete scheinen überwiegend aus basaltartigem Gestein und fein zerkleinertem Material zu bestehen. Kontinentale Gebiete bestehen aus Gesteinen, die durch hohe Konzentrationen an Kalziumfeldspat, Substanzen wie Anorthosit, gekennzeichnet sind. Darüber hinaus besteht das Gebiet in der Nähe des Kraters Fra Mauro, in dem die Besatzung der Raumsonde Apollo 14 „landete“, aus dem, was wir KREEP nennen, d. h. einer Substanz, die sich durch einen hohen Gehalt an Kalium, einer seltenen Erde, auszeichnet

Elemente und Phosphor. Meteoriten vom Typ Anorthosite oder KREEP wurden nie beobachtet, und unter den Meteoriten wurden keine anderen Mondgesteine ​​gefunden. Es wurden auch andere Gesteinsarten entdeckt, die offenbar selten sind.

Es gibt einige bemerkenswerte Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung von Mond-, Erd- und Meteoritensubstanzen.

Ein sehr merkwürdiger Unterschied in der chemischen Zusammensetzung betrifft Europium. Dieses Element ist in stark reduzierenden Umgebungen zweiwertig und in weniger reduzierenden Bedingungen dreiwertig. In Gesteinen der Mondoberfläche zeigt Europium eine deutliche Tendenz, dem zweiwertigen Strontium zu folgen, und eine abgeschwächte Tendenz, sich wie andere dreiwertige Seltenerdelemente zu verhalten. Dies zeigt, dass sich die Gesteine ​​der Mondoberfläche unter stark reduzierenden Bedingungen gebildet haben. Es wurden nur kleine metallische Einschlüsse von Eisen und Nickel nachgewiesen, und es ist noch unklar, ob sie vom Mond stammen oder Fragmente von Meteoriten sind. Eisensulfid kommt nur in geringen Mengen vor. Am überraschendsten ist die Tatsache, dass die Titankonzentration in einigen Mondbasalten viel höher ist als in terrestrischen Basalten.

Die physikalischen Eigenschaften dieser Silikatgesteine ​​sind interessant. Basaltböden bestehen aus sehr kleinen kristallinen und glasigen Fragmenten. Die Brekzien scheinen gesinterter Boden zu sein. Es gibt Gesteine, die aus einer flüssigen Schmelze kristallisiert sind und manchmal glatte Blasen enthalten, was darauf hindeutet, dass während des Erstarrungsprozesses Gasblasen vorhanden waren. „Creation Specimen“ 15.415 besteht vollständig aus verglasten Kalziumfeldspatkügelchen. Mondgestein enthält häufig runde Silikateinschlüsse, die ähnliche physikalische Eigenschaften wie Meteoritenchondreln aufweisen, jedoch eine andere chemische Zusammensetzung aufweisen. Es wurden jedoch keine identifizierten Meteoritenfragmente gefunden, was darauf hindeutet, dass Meteoriten, die auf dem Mond einschlagen, in extrem kleine Fragmente zerbrochen sind. Darüber hinaus unterscheiden sich Mondgesteine ​​in ihrer chemischen Zusammensetzung von Meteoritengesteinen.

Da der Mond keine Atmosphäre hat, kann hochenergetische Strahlung beobachtet werden, die von radioaktiven Elementen in großen Höhen über der Mondoberfläche emittiert wird. Solche Beobachtungen wurden von Arnold bei der Erstellung des Flugprogramms zum Mond geplant und kürzlich erfolgreich von Besatzungsmitgliedern der Raumsonden Apollo 15 – Apollo 17 durchgeführt. Diese Studien deuten darauf hin, dass Meeresgebiete höhere Konzentrationen an Kalium, Uran und Thorium aufweisen als kontinentale Gebiete und dass über große Bereiche der Meeresoberfläche unterschiedliche Konzentrationen dieser Elemente gemessen werden. Darüber hinaus ist das Konzentrationsverhältnis von Kalium zu Uran immer niedriger als in terrestrischen Gesteinen. Diese Daten werden durch die Analyse von auf die Erde gebrachtem Mondgestein bestätigt und zeigen, dass große Bereiche der Mondoberfläche durch chemische Unterschiede gekennzeichnet sind. Adler et al. untersuchten die Röntgenfluoreszenz von Mondgesteinen bei Beleuchtung durch Sonnenröntgenstrahlen und zeigten, dass kontinentale Gebiete im Allgemeinen mehr Elemente enthalten, die für anorthotische Gesteine ​​charakteristisch sind. Detailliertere und umfassendere Studien dieser Art, die die gesamte Mondoberfläche abdecken, wurden leider noch nicht durchgeführt.

Es scheint wahrscheinlich, dass es vom frühesten Stadium der Existenz des Mondes an kontinuierliches Schmelzen in begrenztem Umfang gab; Dies scheint sich mit der Ausweitung der Untersuchung von Mondproben zu bestätigen. An verschiedenen Orten gefundene kleine Lavaströme könnten neueren Ursprungs sein. Wenn sie aus dem tiefen Inneren des Mondes auftauchen, können sie Informationen über die chemische Zusammensetzung des tiefen Inneren des Mondes liefern, die sehr wertvoll sein werden. Es wurde angenommen, dass die Besatzung der Raumsonde Apollo 16, die in der Nähe des Descartes-Kraters landete, neueres Vulkangestein finden würde, doch es stellte sich heraus, dass die Stelle mit altem Anorthosit-Gestein bedeckt war. Die Besatzung der Raumsonde Apollo 17 muss in einer dunklen Bucht im Mare Serenity in der Nähe des Littrow-Kraters landen, wo es sehr deutliche Anzeichen eines Lavastroms gibt. Wenn dieser Strom aus geringer Tiefe austritt, stellt sich die Frage: Wie konnte ein großer Mascon im Meer der Klarheit überleben, da die Eingeweide des Mondes in diesem Fall ausgehend von dem eine hohe Temperatur gehabt haben müssten lokale Quelle des angegebenen dunklen Gesteins und in große Tiefen? Daraus folgt, dass der vulkanische Strom, falls es einen solchen gibt, tief im Inneren kam und dass der Mond eine sehr harte äußere Hülle hat. Von dieser Stätte gelieferte Gesteinsproben werden Aufschluss über die Zusammensetzung des Mondinneren geben.

KOHLENSTOFFE

Es wurden keine Beweise für die Existenz lebender oder fossiler biologischer Formen auf dem Mond gefunden. Die gesamten Kohlenstoffkonzentrationen in allen untersuchten Mondgesteinsproben liegen zwischen 30 und 230 Teilen pro Million, wobei die Kohlenstoffkonzentrationen im Boden höher sind als in kristallinen Gesteinen. Die Konzentration von Stickstoff ist etwas geringer als die von Kohlenstoff.

Die chemische Analyse bestätigte das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen, Verbindungen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff, jedoch im Allgemeinen in so geringen Konzentrationen, dass es schwierig ist, sicher zu sein, dass es sich um endogene Substanzen und nicht um eine Folge der terrestrischen Verschmutzung handelt. Der Gaschromatograph und das Massenspektrometer sind so empfindlich, dass sie einige Schadstoffe bereits im Konzentrationsbereich von 10 -9 erkennen können. Alle Forscher fanden verschiedene Kohlenwasserstoffverbindungen mit bis zu sechs oder mehr Kohlenstoffatomen sowie die häufigeren und einfacheren Verbindungen von Kohlenstoff mit Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Die aus Sicht der Existenz biologischer Materieformen interessantesten Verbindungen wurden von einigen Forschern identifiziert. Nagy et al. entdeckten neben Harnstoff und Ammoniak auch Glycin, Alanin und Ethanolamin. Fox et al. fanden Glycin und Alanin in nicht hydrolysierten wässrigen Extrakten und fanden darüber hinaus das Vorhandensein von Glutaminsäure, Asparaginsäure, Serin und Threonin in Extrakten nach der Hydrolyse. Die Konzentrationen dieser Substanzen betrugen etwa 50 Teile pro 10 9 . Hodgson et al. identifizierten Porphyrin, brachten sein Vorkommen jedoch mit der Kontamination von Mondgestein durch Düsengase von Raketentriebwerken in Verbindung. Angesichts der sehr geringen Mengen der nachgewiesenen Substanzen ist es notwendig, den Gehalt dieser Verbindungen in anderen Mondbodenproben nachzuweisen und die Proben zur Analyse mit besonderer Sorgfalt zu entnehmen, um eine Kontamination zu vermeiden. Es ist wahrscheinlich, dass viele Verbindungen durch Zugabe chemischer Lösungen zu den untersuchten Mondgesteinsproben gebildet wurden, da Mondgestein aktivierte Kohlenstoffatome und andere Elemente enthält, die mit dem Sonnenwind auf die Mondoberfläche fielen. Insbesondere Abell et al. haben die Bildung von Deuteriummethan C D 4 nachgewiesen, wenn Deuteriumwasser D 2 0 anstelle von gewöhnlichem Wasser H 2 0 verwendet wurde. Wasser in Mondproben

des Bodens ist in so geringen Konzentrationen enthalten, dass es äußerst schwierig ist, zwischen endogenem Wasser und terrestrischer Verschmutzung zu unterscheiden.

ALTER DES MONDES

Bei der Untersuchung des Alters von Mondgesteinen werden zwei Bestimmungsmethoden verwendet. Unter der Annahme, dass die Mondgesteine ​​aus meteoritenähnlichen Substanzen entstanden sind, wird der Zeitpunkt bestimmt, zu dem die Gesteine ​​der Mondoberfläche von der Substanz meteoritenähnlichen Ursprungs getrennt wurden. Diese Zeit wird als „Modellzeitalter“ bezeichnet. Bei der Berechnung des Rb 87 - Sr 87-Alters bzw. Uran-Blei- und Thorium-Blei-Alters wird davon ausgegangen, dass sich die Konzentrationsverhältnisse von Rubidium zu Strontium bzw. Uran und Thorium zu Blei seit der Trennung nicht verändert haben. Die zweite Methode zur Bestimmung des Alters von Gesteinen bestimmt den Zeitpunkt, zu dem sich die untersuchte Probe zuletzt in einem geschmolzenen Zustand befand oder zu dem die Isotope der Elemente zuletzt gleichmäßig zwischen den Mineralien der untersuchten Gesteinsprobe verteilt waren. Es handelt sich um ein „isochrones Zeitalter“. Das Modellalter von Rb 87 – Sr 87 beträgt für die meisten untersuchten Mondbodenproben etwa 4,6 Äonen (4,6 · 10 9 Jahre); Dies ist die Zeit, die für die Bildung von Sr 87 in den meisten Proben aus ursprünglichem Strontium in 4,6 Äonen erforderlich ist, wie Untersuchungen an basaltischen Achondrit-Meteoriten zeigen. Das isochrone Alter der Gesteine ​​variiert zwischen 3,3 und 4,1 Äonen. Dies bedeutet, dass die allgemeine Zusammensetzung der Gesteine ​​in Bezug auf Rubidium und Strontium in dieser Form vor 4,6 Äonen entstanden ist und sich während des Prozesses der wiederholten Erwärmung, die zu späteren isochronen Zeitpunkten stattfand, nicht verändert hat. Ascheströme in diesen späteren Perioden führten nicht zur Trennung von flüssiger Schmelze und festen Rückständen, was wahrscheinlich auf das schwache Gravitationsfeld des Mondes zurückzuführen war, in dem sich Taschen teilweise geschmolzener Massen nicht in Schichten aus flüssigen und festen Phasen trennten oder durch vollständiges Aufschmelzen von Basalttaschen verursacht wurde, so dass es nicht zu einer Fraktionierung kam. Bei 40 -Ar 40 stimmt das Alter im Allgemeinen mit dem isochronen Alter von Rb 87 - Sr 87 überein, da Argon in der allerletzten Heizphase verflüchtigt wurde. Das Uran-Blei- und Thorium-Blei-Alter der Gesteine ​​ergibt ein komplexeres Bild und stimmt nicht mit dem Alter von Rb 87 – Sr 87 überein, was offenbar auf den Verlust von Blei in den umgebenden Raum zurückzuführen ist, wahrscheinlich aufgrund von Verflüchtigung. Es ist interessant festzustellen, dass das Isochronenalter einer großen Anzahl der untersuchten Bodenproben und vieler kristalliner Proben Werte im Bereich von 4,3 bis 4,6 Zonen aufweist.

Da die Bodenproben und Gesteine ​​unterschiedliche Zusammensetzungen haben, dürften sich aus isolierten Taschen ausbrechende Vulkanströme in der Zeitspanne von vor 4,6 Äonen vor der Entstehung der Ströme, d. h. vor 3,3–4,0 Äonen, nicht miteinander vermischt haben. Ob die Ausbrüche vor 4,0 Äonen oder nach 3,3 Äonen stattfanden, ist unbekannt. Die entgegengesetzte Hypothese besagt, dass die Basaltkomponenten durch gewöhnliche terrestrische Strömungen entstanden sind, bei denen die Basaltschmelze von der in der Tiefe verbliebenen festen Fraktion getrennt wurde, und dass aus einigen Teilen später Uran-Blei, Thorium-Blei, Rubidium und Strontium in unterschiedlichen Mengen hinzugefügt wurden Urmaterie entstand vor 4,6 Äonen. Dabei ist davon auszugehen, dass diese ursprünglichen Basaltgesteine ​​mit geringen Gehalten dieser Elemente durch Schmelzprozesse entstanden sind, bei denen bei terrestrischen Gesteinen in der Regel Basalte mit den genannten Elementen entstehen. Dies ist jedoch völlig unglaublich und eine zuverlässigere Erklärung ist offenbar, dass die Ursache der Diskrepanzen das Schmelzen begrenzter Systeme in Gegenwart eines schwachen Gravitationsfeldes war.

Von Interesse sind zwei Altersindikatoren: bestimmt durch das Verhältnis K 40 - Ar 40 (von Turner entwickelte Methode) und bestimmt durch das Verhältnis Rb 87 - Sr 87 (von Schaefer et al. entwickelte Methode). Die Schöpfungsprobe 15415 und das von der Besatzung der Raumsonde Apollo 16 mitgebrachte Anorthositgestein sind etwa 4,1 Äonen alt. Es wurde angenommen, dass das Alter einiger anorthositischer Gesteine ​​4,6 Äonen betragen sollte, da die früheste Schmelzperiode zu dieser Zeit stattfand und die anorthositischen Gesteine ​​damals entstanden. Was hat die Uhr des Zyklus K 40 - Ar 40 verschoben? Eine heiße Sonne, Kollisionen im Asteroidengürtel oder beides oder etwas anderes Unbekanntes?

GESCHICHTE DES MONDES

Mittlerweile ist bekannt, dass die kontinentalen Regionen des Mondes aus Gesteinen des Anorthosit-Typs bestehen und dass diese Gesteine ​​und Titan-Eisen-Basalt ihre Zusammensetzung durch Schmelzprozesse vor 4,6 ± 0,1 Äonen erhielten. Später kam es zu Schmelzen, was zur Bildung der Felsen des Meeres der Ruhe und des Ozeans der Stürme führte. Durch einige Prozesse in dieser Zeit entstanden Mascons, die aufgrund der Härte des Gesteins bis heute erhalten geblieben sind. Die maximalen Untergrundtemperaturen, die zur Erhaltung der Mascons erforderlich sind, sind nicht bekannt, aber die Untergrundtemperaturen der Erde scheinen zu hoch zu sein. Ein genauer Vergleich wird durch das größere Gravitationsfeld der Erde und den höheren Druck in ihren äußeren Schichten erschwert. Wenn es keine Hinweise auf ein Schmelzen gäbe, könnte man annehmen, dass der Mond im Laufe der Geschichte kalt war. Wenn es möglich wäre, die Mascons zu ignorieren, würde dies natürlich dazu führen, dass die Hochtemperaturhypothese akzeptiert wird und die Trägheitsmomente ignoriert oder eine andere Erklärung dafür gefunden werden. Wenn alle Umstände berücksichtigt werden, wird es unumgänglich, die Notwendigkeit einer komplexen Geschichte des Mondes zu erkennen. Magnetische Steine ​​sind eher geheimnisvoll.

Wenn der Mond ursprünglich vollständig geschmolzen war, muss er sich vor 4,5 bis 4,7 Äonen verfestigt und differenziert haben. Die Anorthosit-Schicht verhärtete sich und schwamm an die Oberfläche, die Pyroxen-Olivin-Schicht sank in die Tiefe und zwischen ihnen oder gemischt mit anderen Schichten entstand die Schicht aus Titan-Eisen-Basalt, die später beim anschließenden Schmelzen einzelner Volumina freigesetzt wurde. Die äußeren Teile müssen so weit abgekühlt sein, dass die Anomalien der negativen Schwerkraft im Ptolemäus fortbestehen

Al-Batani und wahrscheinlich in solchen Kratern auf der gesamten Oberfläche. Dies geschah, als die Konzentrationen radioaktiver Elemente ihren Höhepunkt erreichten. Im Laufe seiner geologischen Geschichte wurde viel über das thermische Regime des Mondes geforscht. Solche Studien zeigen, wie schwierig es ist, den geschmolzenen Körper des Mondes innerhalb eines Äons abzukühlen, selbst wenn keine radioaktiven Elemente vorhanden sind. Vielleicht spielte, wie Tozer betont, die Konvektion die größte Rolle. Im Fall der Erde hat es seit 4,6 Äonen keine Abkühlung gegeben, und positive Gravitationsanomalien werden nur durch riesige Konvektionszellen aufrechterhalten. Während des Auftretens von Lavaströmen muss das Innere des Mondes eine hohe Temperatur aufrechterhalten haben, und nur in der äußeren Hülle war die Existenz von festem Gestein möglich, wie es bei der Erde der Fall ist. Es scheint unwahrscheinlich, wenn nicht sogar unmöglich, die Beobachtungen auf diese Weise zu erklären. Selbst ohne den Rückgriff auf Mascons würde eine solche hypothetische Mondgeschichte zahlreichere Lavaströme erzeugen, als tatsächlich beobachtet werden, und insbesondere würde eine solche Hochtemperaturhypothese ein viel umfassenderes Schmelzen der Mondoberfläche mit sich bringen. Das Fehlen mariner Gebiete weist darauf hin, dass die Schmelzprozesse nur in geringem Ausmaß erfolgten.

Wenn die mit künstlichen Mondsatelliten und astronomischen Beobachtungen ermittelten Werte der Trägheitsmomente korrekt sind, dann sind eine ausgedehnte Schicht aus anorthosischen Gesteinen geringer Dichte, ein kleiner Eisenkern und dichte Siliziumgesteine ​​im Inneren des Mondes ohne sie undenkbar Existenz einer Schicht hochdichter Materie nahe der Oberfläche. Und es scheint unglaublich, dass sich eine solche Gesteinsschicht mit hoher Materiedichte gebildet und erhalten hätte, wenn der Mond in einem frühen Stadium seiner Existenz ein vollständig geschmolzener Körper gewesen wäre. Aber vielleicht sind die Angaben zu den Trägheitsmomenten falsch!

Es wurde vermutet, dass das anfängliche Schmelzen vor 4,5–4,7 Äonen auf die äußere Schicht des anfänglich kalten Mondes beschränkt war und dass die Mascons durch das kalte Innere und die negativen Schwerkraftanomalien der Krater Ptolemäus und Al-Batani und anderer unterstützt wurden Krater – die äußere Schicht, die ziemlich schnell abkühlte. Dieses Modell geht davon aus, dass die folgenden Faktoren die Heizquellen waren.

1) Oberflächenerwärmung in einer großen Gaskugel oder während des Akkumulationsprozesses in einer solchen Kugel.

2) Oberflächenerwärmung aufgrund von Gezeiteneffekten während der Mondeinfangphase.

3) Die Bewegung magnetischer Felder entlang der Mondoberfläche und die Anregung elektrischer Ströme in Silikaten, die bereits durch einige zuvor wirkende Mechanismen erhitzt wurden.

4) Erwärmung während des Akkumulationsprozesses, bei dem es in den letzten Phasen zu einer schnellen Anreicherung von Feststoffen kam. Beim Abkühlen trennte es sich in mehrere Schichten, wobei der Titan-Eisen-Basalt zuletzt irgendwo unter der Oberfläche erstarrte. Anscheinend würde Option 4) zur Schaffung sehr dynamischer Bedingungen führen, die für die Trennung von Gesteinen in die verschiedenen Schichten, die durch chemische Forschung identifiziert wurden, schlecht geeignet sind. Der Basalt schmolz später und wurde aus tieferen Schichten nach oben gedrückt. Aufgrund der sehr geringen Wärmeleitfähigkeit der Staubschicht an der Oberfläche und ihrer hohen Wärmedämmeigenschaften könnte es zu einer radioaktiven Erwärmung gekommen sein. „Flache“ Meere, die aus Ascheströmen auf einer sehr unregelmäßigen Oberfläche bestehen, hätten mehrere tief liegende Schichten sowie Oberflächenschichten. Die tiefen Schichten müssen sich über Zeiträume von Hunderten von Millionen bis zu einer Milliarde Jahren merklich erwärmt haben, auch wenn sie zunächst niedrige Temperaturen (ca. 0 °C) hatten, was allerdings keineswegs notwendig ist. Der Autor dieser Arbeit teilt diese Ideen.

Früher wurde angenommen, dass die ersten Krater, Maria und Mascons als Folge von Kollisionen in den frühen Stadien der geologischen Geschichte des Mondes entstanden sind. Wenn wir jedoch davon ausgehen, dass es vor etwa 4 Äonen zu einer katastrophalen Kollision im Asteroidengürtel kam, führt dies dazu Aufgrund der Bildung vieler großer und kleiner Fragmente, die über mehrere hundert Millionen Jahre auf die Erde, den Mond und andere Planeten fielen, lässt sich eine andere Geschichte der Mondoberfläche konstruieren. Es gibt keine Spuren solcher Kollisionen auf der Erde, wenn sie vor der Entstehung der ältesten Gesteine ​​der Erde stattfanden. Wir müssen akzeptieren, dass die Mascons durch einen „Abprall“ von Mondgestein entstanden sind und dass Gravitationsanomalien trotz umfangreicher und energischer Verschiebungen von Gesteinen bestehen blieben, da Kollisionen dieser Art bei hohen Geschwindigkeiten stattgefunden haben müssen.

Um Gravitationsanomalien zu erklären, müssen daher die Massen von Objekten, die mit solch hohen Geschwindigkeiten kollidieren, extrem klein sein. Mit dieser Annahme können wir leicht davon ausgehen, dass die Oberfläche des Mondes kalt genug ist, um das Vorhandensein von Gravitationsanomalien vom Typ Ptolemäer und Al-Batani zu unterstützen, aber das Problem der Existenz von Mascons bleibt ungelöst, wenn wir annehmen, dass darauf Titan-eisenhaltige Basaltgesteine ​​gegossen wurden Die Oberfläche stammt aus einer unterirdischen Schmelze, was angesichts dieses Verständnisses der frühen Geschichte des Mondes eine akzeptable Hypothese zu sein scheint.

Ein teilweises Schmelzen des Mondinneren vor 3,1 bis 3,0 Äonen, wie von einigen Forschern angenommen, würde mit ziemlicher Sicherheit zur Trennung von Rubidium und Strontium voneinander führen, was im Modellzeitalter der Titan-Eisen-Basalte daher mit ziemlicher Sicherheit nicht der Fall war etwa 4,6 Äonen betragen. Dies ist ein gewichtiges Argument gegen die Entstehung dieser Gesteine ​​als Folge des teilweisen Schmelzens des Mondinneren.

Daraus können wir schließen, dass sich der Mond bei relativ niedrigen Temperaturen gebildet hat, durch externe Wärmequellen erhitzt, ausreichend und bis zu einer ausreichenden Tiefe abgekühlt wurde, um großen Kratern (150 km Durchmesser) die Aufrechterhaltung negativer Gravitationsanomalien zu ermöglichen, und dank seiner Fester Innenraum, der Massenkonzentrationen aufrechterhalten kann. Während des Abkühlungsprozesses kam es zur Differenzierung von Anorthosit, Titan-Eisen-Basalt und anderen Fraktionen. Der Boden entstand hauptsächlich aus einem Aschestrom und schmolz aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der Oberflächenschichten des Bodens in begrenzten Mengen durch radioaktive Erwärmung. Diese angebliche Geschichte ist komplex und wird wahrscheinlich revidiert, wenn sich Beweise häufen.

Wie oben erläutert, haben Seismologen Daten erhalten, die die Existenz einer Anorthositschicht bestätigen, die sich bis zu einer Tiefe von etwa 60 km unter der Oberfläche erstreckt, sowie einer inneren Zone unter dieser Schicht, die aus dunitartigen Gesteinen besteht, die reich an Pyroxen und Olivin sind. Mondbeben sind im Vergleich zu Erdbeben sehr mäßig und treten zum Teil wiederholt an Stellen in einer Tiefe von etwa 700–800 km auf. Dabei kommt es zu Reflexionen an Strukturen, die sich in etwa gleicher Tiefe befinden. Sie können nicht durch die Existenz eines metallischen Kerns verursacht werden, sondern können durch die Grenzflächen von Strukturen anderer Art entstehen. Dies stützt die Hypothese eines sehr tiefen oder vollständigen Schmelzens zu Beginn der Mondgeschichte. Die Beweise sind jedoch nicht schlüssig. Die Beobachtungen wurden in begrenzten Bereichen der Mondoberfläche und in Gebieten durchgeführt, die relativ nahe an den Zonen großer Mascons und Einschlagsmeere liegen.

MAGNETISCHE STEINE DES MONDES

Auf dem Mond wurde kein Dipolfeld entdeckt, aber an den Apollo-Landeplätzen befinden sich magnetisierte Gesteine, die zwischen 4 und 3,1 Äonen alt sind. Daher müssen vor diesem oder einem späteren Zeitpunkt Magnetfelder auf dem Mond vorhanden gewesen sein und die Gesteine ​​in diesen Magnetfeldern müssen auf Temperaturen unter dem Curie-Punkt abgekühlt sein. Es gibt auch recht große magnetisierte Bereiche. Der Ursprung der Magnetfelder, die für die Bildung magnetisierter Steine ​​verantwortlich sind, bleibt allen Forschern dieses Phänomens ein Rätsel. Diese Frage ist wichtig für das Problem der Entstehung des Mondes.

Nachdem das Erdmagnetfeld und das mögliche Feld der Sonne verworfen wurden, wandten wir uns einem möglichen Monddipolfeld zu, das frühestens vor 3,1 Äonen hätte verschwinden dürfen. Ein Vorschlag, insbesondere von Runcorn, sah die Existenz eines Eisenkerns vor, der kleiner als der der Erde ist und sich daher sehr schnell drehen müsste, um das erforderliche Feld zu erzeugen. Dies erscheint unwahrscheinlich, da seismische Beobachtungen keinen Kern entdeckt haben, obwohl sie möglicherweise nicht ganz schlüssig sind. Wenn ein solcher rotierender Eisenkern schon früh vorhanden war, vor mehr als 3,1 Äonen, würde dies darauf hinweisen, dass er abgekühlt war und das Feld daher heute möglicherweise nicht mehr vorhanden ist. In einem anderen Fall geht man davon aus, dass sich das Mondinnere bei niedrigen Temperaturen anreicherte und sich magnetisierbare Partikel, nämlich Eisen, im Urmagnetfeld der Sonne ansammelten, was zur Bildung eines permanenten magnetischen Dipolfeldes führte, das bis zur radioaktiven Erwärmung anhielt führte zu einem Temperaturanstieg über Curie-Punkte. Allerdings müssen in diesem Fall die Oberflächenbereiche geschmolzen werden, um hochdifferenzierte Bereiche zu schaffen, in denen Lava an die Oberfläche fließt.

Die populäre Ansicht ist wie folgt. Der Mond sammelte sich aufgrund der geringen Gravitationsenergie und Akkumulationsrate zunächst bei niedrigen Temperaturen aus Festkörpern an und später bei hoher Gravitationsenergie und Akkumulationsrate. Dadurch entstand ein fester Innenraum und eine geschmolzene Oberfläche. Es wird geschätzt, dass die Ansammlung trotz Strahlungsverlusten über einen Zeitraum von etwa 2000 Jahren oder weniger stattgefunden hat, um eine geschmolzene Oberfläche zu bilden. Folglich hätte ein solches Bombardement ziemlich abrupt enden müssen. Es ist schwierig, den Ort im Sonnennebel zu bestimmen, an dem dies passieren könnte. Eine Alternative sind Ureys Gassphären (1972). In diesem Fall lagern sich Feststoffe im inneren Teil der Kugel ab, wenn es kalt ist, aber wenn die Kugel komprimiert wird, steigt die Temperatur im Inneren und somit wird der innere Teil kalt, und die Oberfläche sammelt sich bei höheren Temperaturen an. Der Mond kühlte ab, nachdem sich die heiße Sonne von der Gassphäre entfernt hatte, und unabhängig von der Art der Akkumulation des Mondes magnetisierte das vom kalten Inneren ausgehende Magnetfeld das abgekühlte Oberflächengestein und verschwand, als die Temperatur aufgrund der radioaktiven Erwärmung anstieg des kalten Innenraums den Curie-Punkt überschritten. Wie oben erwähnt, ist dies das interessanteste Problem, das viele Menschen, die den Mond studiert haben, in Erstaunen versetzt hat.

Theorien über den Ursprung des Mondes

Um Theorien über den Ursprung des Mondes zu diskutieren, ist es notwendig, die Theorie über den Ursprung der Planeten und ihrer Satelliten, im Wesentlichen den Ursprung des Sonnensystems, zu berücksichtigen. Jupiter und das System seiner inneren Satelliten ähneln in ihren Umlaufbahneigenschaften der Sonne und den Planeten; die Rotationsachse des Jupiter steht ungefähr senkrecht zur Ekliptikebene. Wenn andere Planeten und ihre Satelliten dieselbe Struktur reproduzieren würden, gäbe es keine großen Meinungsverschiedenheiten über den Ursprung. Man könnte annehmen, dass die Planeten und ihre Satelliten aus Ansammlungen kleiner Gas- und Staubobjekte entstanden sind. Allerdings haben Erde, Venus, Mars und die großen Planeten außer Jupiter Rotationsachsen, die nicht senkrecht zur Ekliptikebene stehen, sodass Kollisionen sehr massereicher Körper erforderlich sind, um Planeten zu bilden. Dies allein weist auf die Anwesenheit massiver Körper zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems hin.

Wenn alle terrestrischen Planeten große Satelliten hätten, wie die Erde, könnte man annehmen, dass diese Planeten und ihre Satelliten als Doppelplaneten entstanden wären, das heißt, sie hätten sich aus festen und flüssigen Silikaten in unmittelbarer Nähe zueinander angesammelt. In diesem Fall wäre die Frage nach der Herkunft von Satelliten nicht Gegenstand von Kontroversen und Diskussionen, wie es seit vielen Jahrzehnten der Fall ist. Es ist die Einzigartigkeit des Mondes als einziger sehr großer Satellit, die Wissenschaftler vor ein interessantes und kontroverses Problem seiner Entstehung stellt. Denn wenn die Bildung von Doppelplaneten die Regel ist, wird das Fehlen eines großen Mondes für Venus und der gleichen Satelliten für Merkur und Mars zu einem neuen Rätsel. Sowjetische Wissenschaftler, insbesondere O. Yu. Shmidt, V. S. Safronov und B. Yu. Levin, unterstützen eine Theorie, die die Anhäufung vieler kleiner Satelliten nahelegt, die die Erde während ihrer Entstehung über einen Zeitraum von etwa 100 Millionen Jahren umgaben.

Cameron und Ringwood vertreten die Ansicht, dass sich Erde und Mond in kurzer Zeit, von 10 3 bis 10 4 Jahren, bei sehr hohen Temperaturen und in Form eines Doppelkörpers angesammelt haben. Der Mond sammelte eine flüchtige Substanz mit hoher Temperatur, die einen Ring um die Erde bildete. Die Masse der Erde plus ihr entsprechender Anteil an Sonnengasen muss eine Masse erreicht haben, die ungefähr der Masse des Jupiters entsprach, der ursprünglich in der die Sonne umgebenden Scheibe verteilt war. Es ist notwendig, dass sich irgendwann 0,3 % des Feststoffes, der Feststoffe bilden soll, von den 99,7 % der Gasmasse trennen und sich in einem begrenzten Volumen ansammeln. Es kann davon ausgegangen werden, dass dies nur dann passieren kann, wenn die Temperatur des Stoffes niedrig genug ist, um zu einer Flüssigkeit oder einem Feststoff zu kondensieren. Es ist möglich, dass dies passieren könnte, wenn sich Partikel in Richtung der Mittelebene der Wolke ablagern. Das beschriebene Modell hat etwas gemeinsam und ist in gewisser Weise identisch mit der Kuiper-Theorie der Protoplaneten, deren Schwachstelle die Erklärung für den Verlust der Gasmasse gleich der Masse des Jupiters war. Urey wies darauf hin, dass dies unmöglich sei und dass bislang keine zufriedenstellende Erklärung für den Gasverlust gefunden werden könne. Es ist möglich (aber nicht bewiesen), dass die Magnetfelder des rotierenden Magsit-Dipols von Solptz die Freisetzung von Gas ermöglichen könnten.

Basierend auf der Tatsache, dass der Verlust flüchtiger Stoffe so charakteristisch für die Substanz der Mondoberfläche ist, weist Ringwood darauf hin, dass der Mond aus Gasen hoher Temperatur freigesetzt worden sein muss. Dies ist ein sehr starkes Argument, insbesondere wenn die Menge dieser Elemente im gesamten Mondkörper abnimmt, was immer noch eine unbestätigte Annahme ist. Die Häufigkeit der häufigsten Elemente in Mondgesteinen ähnelt so sehr dem, was theoretisch bei der Fraktionierung geschmolzener Silikate zu erwarten ist, dass es möglich erscheint, die Hypothese über die große Rolle der Verflüchtigung aufzugeben. Darüber hinaus ist ein Mechanismus erforderlich, der die Neigung der Erdachse und eine gewisse Änderung der Mondbahn gewährleistet, da Goldreich darauf hinweist, dass die moderne Umlaufbahn des Mondes ursprünglich nicht in der Ebene der Erdbahn gelegen haben konnte. Beide Phänomene erfordern die Anwesenheit anderer ausreichend großer Körper, die durch die Kollision mit der Erde und dem Mond die genannten Veränderungen verursachten. Wenn dies wahr wäre, würden ähnliche Objekte, die mit anderen Planeten kollidieren, zu ähnlichen Effekten führen. Die Tatsache, dass die Venus keinen Satelliten hat und sich in die entgegengesetzte Richtung dreht, ist vielleicht der überzeugendste Beweis gegen die gegebene Theorie über den Ursprung von Erde und Mond. Marcus und V. S. Safronov betonten, dass solche Kollisionen notwendig seien, und Urey gab eine Erklärung für die Entstehung solcher Objekte. Kürzlich wurde vermutet, dass große präplanetare Körper existierten und während der Bildung der Erde unter Hochtemperaturbedingungen kollidierten, und dem Ringwood-Modell zufolge „verdampfte“ der Mond von der Erde. Elemente, die sich bei Temperaturen von 1500° K und darunter verflüchtigen, sind von der Mondoberfläche verschwunden, es gibt jedoch keinen Grund zu der Annahme, dass es einen signifikanten Unterschied zwischen Silizium einerseits und Aluminium, Magnesium, Kalzium andererseits gibt. auch wenn es große Unterschiede in der Volatilität gibt. Der Autor dieser Arbeit bezweifelt die Richtigkeit von Ringwoods Hypothese über die Atmosphäre aus Gas, Silizium, Aluminium usw., die den Mond hervorgebracht hat. Wenn es möglich wäre, Gesteine ​​​​aus tieferen Schichten zu gewinnen und sie einen geringen Gehalt an flüchtigen Stoffen aufwiesen, könnte dies möglicherweise als Hinweis darauf dienen, dass die Substanz des Mondes in stark fragmentierter Form auf eine Temperatur von 1000–1500 ° C erhitzt wurde dass die flüchtigen Stoffe durch Restgase mitgerissen wurden. Diejenigen, die dazu neigen zu glauben, dass Titan-Eisen-Basalte im Wesentlichen Lavaströme aus der Tiefe sind, halten diese Aussage für bereits bewiesen. Der Autor dieser Arbeit möchte Gesteinsproben untersuchen, die zu den sogenannten lokalen Lavaströmen gehören, die möglicherweise aus tieferen Schichten hervorgegangen sind, bevor er sich dieser Sichtweise zuwendet.

Sir George Darwin stellte die Hypothese auf, dass sich der Mond von der Erde trennte, und diese Idee wurde in diesem Jahrhundert sowohl von seinen Befürwortern als auch von seinen Gegnern viele Male diskutiert. Wise und O'Keefe haben diese Debatte kürzlich überprüft. Die Dichte des Mondgesteins liegt nahe an der Dichte des Erdmantelgesteins, und diese mysteriöse Frage lässt sich mit dieser Hypothese leicht lösen. Es wurden große Anstrengungen unternommen, um die Möglichkeit einer solchen Trennung nachzuweisen. In den letzten Jahren wurde diese Hypothese teilweise, vielleicht sogar vollständig, durch Untersuchungen der chemischen Zusammensetzung von Gesteinen auf der Mondoberfläche erschüttert. Mondbasalte weisen deutlich höhere Konzentrationen an Eisen und Titan und deutlich geringere Konzentrationen an flüchtigen Elementen auf als Basalte auf der Erde. Natürlich ist es nicht völlig auszuschließen, dass solche Unterschiede im komplexen Prozess der Hochtemperaturtrennung entstanden sein könnten, aber das scheint unwahrscheinlich. Das Alter der Mondgesteine ​​verschiebt den Zeitpunkt der Trennung um 4,5 Äonen. Ein Umstand ist wichtig, der aus den alten Daten ersichtlich ist. Wenn Erde und Venus als Ergebnis ähnlicher Prozesse in vergleichbaren Abständen von der Sonne entstanden sind, warum hat das Erde-Mond-System dann einen sehr großen positiven Drehimpuls relativ zum Bahnimpuls, während Venus einen kleinen und negativen Wert hat? die gleiche Menge? Warum wurde die Venus nicht zu einem Planeten mit hoher Dynamik und zu einem Doppelplaneten? Diese Fragen hätten schon vor vielen Jahren gestellt werden können. Die Hypothese einer Trennung des Mondes von der Erde erscheint derzeit unwahrscheinlich.

Die Capture-Hypothese erfreut sich besonders großer Beliebtheit, seit Gerstenkorn dieses Problem untersucht hat. Es wurde von MacDonald, Alfven und anderen diskutiert.

Diese Hypothese hat den offensichtlichen Vorteil, dass sie die zufällige Natur des Ursprungs des Mondes betont, und in diesem Fall besteht keine Notwendigkeit, das Fehlen von Satelliten anderer terrestrischer Planeten zu erklären. Um viele unwahrscheinliche Annahmen zu vermeiden, muss jedoch davon ausgegangen werden, dass es in der frühen Entwicklung des Sonnensystems viele Monde gleichzeitig gab. Die Wahrscheinlichkeit, dass der Mond in einer Umlaufbahn um die Erde eingefangen wird, ist geringer als die Wahrscheinlichkeit, eingefangen zu werden, wenn er mit der Erde kollidiert. Diese Fragen wurden in der Arbeit von Urey und MacDonald ausführlich erörtert. Gerstenkorn kam zu dem Schluss, dass die Erfassung in einer Umlaufbahn mit einer Rückwärtsbewegung erfolgte, die sich dann drehte und über die Erdgürtel hinwegzog, sodass die Bewegung direkt wurde. Es wurde angenommen, dass die minimale Umlaufbahn nahe der Roche-Grenze in einer Entfernung von 2,9 Erdradien für einen Körper mit der Dichte des Mondes lag. Beim Einfangvorgang muss eine große Energiemenge in Form von Wärme abgegeben worden sein, nämlich in der Größenordnung von 10 11 Erg pro Gramm Mondmaterial. Ein Teil dieser Energie hätte im Mond zerstreut werden sollen, wahrscheinlich in den Oberflächenschichten, und könnte die Bildung seiner geschmolzenen Oberflächenschicht verursacht haben, wie oben diskutiert. Ein solcher Schmelzprozess wäre auf der der Erde zugewandten Mondhalbkugel intensiver und könnte zur Entstehung größerer Meeresflächen auf der Oberfläche dieser Halbkugel führen. Wenn eine solche Erwärmung den gesamten Mondkörper erfassen würde, wäre die Existenz von Mascons sehr zweifelhaft. Urey und MacDonald neigen dazu, zu glauben, dass Kollisionen mit anderen Körpern, die die Erde umkreisen, zum Einfangen beigetragen haben und dass die anfänglichen Umlaufbahnen viel größer gewesen sein könnten, wodurch Probleme bei der Erwärmung beseitigt worden wären. Darüber hinaus fällt unter dieser Annahme die Drehimpulsdichte der anfänglichen Akkumulation der Erde auf die empirische Kurve von MacDonald, der zeigte, dass der Logarithmus der Drehimpulsdichte von Planeten, grafisch dargestellt als Funktion des Logarithmus der Masse, hat die Form einer Geraden mit einer Steigung von etwa 0,82.

Dieses hypothetische Modell für den Ursprung des Mondes geht davon aus, dass sich der Mond an einem anderen Ort angesammelt hat. Wenn wir die Einfanghypothese akzeptieren, bleiben die Probleme der Akkumulationsart und der gesamten chemischen Zusammensetzung offen. Bisher wurde nur ein Modell der Gassphäre vorgeschlagen, es sind jedoch auch andere Modelle möglich, deren plausible Berechnung jedoch schwierig ist. In diesem Fall wird angenommen, dass gemäß der von Jeans vorgeschlagenen und von Chandrasekhar verfeinerten Formel zweidimensionale Gravitationsinstabilitäten in der flachen Scheibe des Nebels entstanden sind. Bei der Anwendung auf dieses Problem sollten die Formeln als Näherungsformeln betrachtet werden, da das Vorhandensein fester Partikel zu einer Erhöhung der Instabilität führt.

Die für die Bildung mondgroßer Körper im Nebel erforderlichen Temperaturen sind sehr niedrig und die Masse der Wolke muss einen erheblichen Bruchteil der Sonnenmasse ausmachen. Wie Alfvén in seiner magnetfeldgestützten Hypothese andeutet, muss Masse dieser Größenordnung von der Protosonne verloren gegangen sein, um ihren Drehimpuls zu verringern, und Herbig glaubt, dass T-Tauri-Sterne Staubwolken von etwa der Sonnenmasse haben müssen.

Die Ansammlung von Mondmassen im Zentrum solcher Gasformationen infolge des Einflusses der Schwerkraft mit von einer großen Gasmasse absorbierter Ansammlungsenergie könnte bei niedrigen Temperaturen auftreten, wenn die Radien groß wären. Würde die Gasmasse anschließend komprimiert, könnten sich die Oberflächenschichten des zentralen Mondobjekts auf hohe Temperaturen erhitzen, das reduzierte flüssige Eisen würde siderophile Elemente austragen und flüssiges Eisensulfid - chalkophile Elemente. Mit dem langsamen Zerfall der Gaskugeln würde es zu einer langsamen Abkühlung der Zentralmasse kommen, und mit dem vollständigen Verschwinden der Gase würde es zu einer schnelleren Abkühlung auf tiefe Temperaturen kommen. Die chemische Zusammensetzung bleibt ein schwieriges Problem. Im Falle eines niedrigen relativen Eisengehalts in der Sonne, wie viele Jahre lang angenommen wurde, besteht der Mond aus primärer, nichtflüchtiger Sonnenmaterie, aber mit einer Revision der relativen Konzentrationen von Elementen in der Sonnenmaterie, der Dichte der primären, nichtflüchtigen Die flüchtige Sonnenmaterie erreicht etwa 4 g/cm 3 und entspricht nicht der Dichte des Mondes. Wenn die Capture-Hypothese ernst genommen werden soll, muss dieses Problem gelöst werden. Kohlenstoffhaltige Chondrite sind laut Einschlagsbeobachtungen eine sehr häufige Art von Meteoriten, und unter ihnen hat Typ III (Vigarano-Gruppe) die entsprechende Dichte und den niedrigen Kaliumgehalt, so dass ein fester Mond erzeugt werden kann, wenn der Zentralkörper diese oder eine ähnliche Chemikalie hätte Komposition. Diese Meteoriten enthalten Wasser und große Mengen Kohlenstoff. Der niedrige Wasser- und Kohlenstoffgehalt in Oberflächenproben widerspricht dieser Annahme stark, schließt sie aber nicht aus. Marcus V. S. Safronov und Hartman erwogen andere Möglichkeiten, große Körper aus kleineren Festkörpern in Abwesenheit von Gas anzusammeln, was sicherlich notwendig ist, wenn die flüchtigeren Elemente aus dem Inneren des Mondes entfernt werden. In diesem Fall hätte die Abfolge der Ereignisse zum Verlust flüchtiger Stoffe bei einer Temperatur in der Größenordnung von 1500 °K führen müssen und sie hätten aus der Region verschwinden müssen, in der sich Mond und Erde angesammelt hatten, bevor die Ansammlung begann. Wenn im Inneren des Mondes flüchtige Stoffe enthalten sind, deutet dies auf die Entstehung des Mondes in der Gassphäre hin, und die Erde muss aus den Trümmern solcher Objekte entstanden sein. Cameron schlug kürzlich vor, dass der Mond aus einem gasförmigen Sonnennebel innerhalb der Umlaufbahn von Merkur kondensierte, in dem die am wenigsten flüchtigen Bestandteile, nämlich CaO und Al 2 0 3, kondensierten. Sie bildeten den Mond, der von Merkur in eine Umlaufbahn geschleudert wurde, die die Umlaufbahnen von Venus und Erde kreuzte, und dann von der Erde eingefangen wurde. So entstand der Mond im Bereich des Sonnennebels, wo Eisen größtenteils in gasförmiger Form verblieb. Dies erklärt die geringe Dichte des Mondes und möglicherweise seine chemische Zusammensetzung. Beide mechanischen Ereignisse erscheinen unglaublich, obwohl sie nicht vollständig abgelehnt werden können. Wenn der Mond eingefangen worden wäre, hätte er sich unabhängig von der Erde als separater Urplanet gebildet und wäre in diesem Fall wahrscheinlich älter als die Erde gewesen. Derzeit bekannte Altersindikatoren deuten darauf hin, dass der Mond als eigenständiger Körper etwa zur Zeit der Meteoritenentstehung existierte. Die Möglichkeit, das Alter der Erde mit derselben Methode zu bestimmen, ist verloren gegangen.

Wie oben erwähnt, ähneln Jupiter und seine Monde einem „kleinen“ Sonnensystem, und man hat den Eindruck, dass diese Satelliten in unmittelbarer Nähe des Planeten entstanden sind. Die Tatsache, dass es im Sonnensystem sieben Satelliten gibt, die genauso groß sind wie der Erdmond, und dass die durchschnittliche Masse anderer Satelliten und Asteroiden etwa ein Viertel der Masse des Erdmondes beträgt, weist darauf hin, dass mondgroße Objekte im Sonnensystem bevorzugt sind System. Axiale Neigungen Die Rotationen der Planeten geben Anlass zu der Annahme, dass sich in der Nähe große Objekte befanden, die im letzten Stadium ihrer Anhäufung mit den sich bildenden Planeten kollidierten. Es ist möglich, dass unser Mond kein so einzigartiger Körper ist, wie oft angenommen wird!

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In diesem Kapitel schauen wir uns an, wie der Mond mit seinem Gravitationsfeld auf die Erde selbst einwirkt, d.h. auf ihren Körper und ihre Orbitalbewegung. Die Folgen dieses Einflusses für verschiedene terrestrische Sphären – Lithosphäre, Hydrosphäre, Kern, Atmosphäre, Magnetosphäre usw. sowie für die Biosphäre – werden in den folgenden Kapiteln diskutiert.

AUFMERKSAMKEIT!
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MONDFAKTOR

Berechnungsverhältnisse und Konstanten

Um den Gravitationseinfluss des Mondes zu berechnen, verwenden wir die Formel der klassischen Physik, die die Kraft F der gegenseitigen Anziehung zweier Körper mit den Massen M1 und M2 bestimmt, deren Massenschwerpunkte im Abstand R voneinander liegen andere:

(1) F (n) = (G x M1 x M2) / R 2,

wobei G = 6,67384 x 10 -11 die Gravitationskonstante ist.

Diese Formel gibt den Wert der Anziehungskraft in SI-Einheiten an – Newton (n). Für die Zwecke unserer Abhandlung wird es bequemer und klarer sein, mit der Kraft in Kilogramm (kgf) zu arbeiten, die man durch Division von F durch den Faktor 9,81 erhält, d. h.:

(2) F (kgf) = (G x M1 x M2) / (9,81 x R 2)

Für weitere Berechnungen benötigen wir folgende Konstanten:

1. Mondmasse - 7,35 x 10 22 kg;
2. die durchschnittliche Entfernung von der Erde zum Mond beträgt 384.400 km;
3. der durchschnittliche Radius der Erde beträgt 6371 km;
4. Masse der Sonne - 1,99 x 10 30 kg;
5. die durchschnittliche Entfernung von der Erde zur Sonne beträgt 149,6 Millionen km;

Die Kraft der Mondgravitation auf der Erde

Gemäß Formel (2) ist die Anziehungskraft des Mondes auf einen Körper mit einem Gewicht von 1 kg, der sich im Mittelpunkt der Erde befindet und dessen Abstand zwischen Mond und Erde seinem Durchschnittswert entspricht, gleich:

(3) F = (6,67 x 10 -11 x 7,35 x 10 22 x 1) / (9,81 x 384400000 2) = 0,000003382 kgf

diese. nur 3,382 Mikrogramm. Berechnen wir zum Vergleich die Anziehungskraft desselben Körpers durch die Sonne (auch für eine durchschnittliche Entfernung):

(4) F = (6,67 x 10 -11 x 1,99 x 10 30 x 1) / (9,81 x 149600000000 2) = 0,000604570 kgf,

diese. 604.570 Mikrogramm, was fast 200 (zweihundert!) Mal größer ist als die Gravitationskraft des Mondes.

Darüber hinaus schwankt das Gewicht eines auf der Erdoberfläche befindlichen Körpers aufgrund der Abweichung der Erdform vom Ideal, ungleichmäßigem Relief und Dichte sowie dem Einfluss von Zentrifugalkräften in viel größeren Grenzen. Beispielsweise ist das Gewicht eines Körpers mit einem Gewicht von 1 kg an den Polen etwa 5,3 Gramm größer als das Gewicht am Äquator. Ein Drittel dieses Unterschieds ist auf die Abplattung der Erde an den Polen zurückzuführen, und zwei Drittel sind darauf zurückzuführen zur Zentrifugalkraft am Äquator, die der Schwerkraft entgegengerichtet ist.

Wie Sie sehen, ist die direkte Gravitationswirkung des Mondes auf einen bestimmten Körper auf der Erde buchstäblich mikroskopisch klein und gleichzeitig der Gravitationswirkung der Sonne und geophysikalischen Anomalien deutlich unterlegen.

Mondgravitationsgradient

Wenden wir uns Abb. 3.1 zu. Für den Durchschnittswert des Abstands Erde-Mond beträgt die Anziehungskraft des Mondes auf einen 1 kg schweren Körper, der sich auf der Erdoberfläche am mondnächsten Punkt befindet, 3,495 Mikrogramm, das sind 0,113 Mikrogramm mehr als die Kraft Anziehungskraft desselben Körpers, der sich jedoch im Mittelpunkt der Erde befindet. Die Anziehungskraft eines auf der Erdoberfläche befindlichen Körpers durch die Sonne (auch für die durchschnittliche Entfernung) beträgt 604,622 Mikrogramm, was 0,052 Mikrogramm größer ist als die Anziehungskraft desselben Körpers, der sich jedoch im Zentrum befindet die Erde.

Abb.3.1 Mond- und Sonnengravitation

Somit ist der Gradient seiner Gravitationskraft in der Erdumlaufbahn trotz der im Vergleich zur Sonne unermesslich geringeren Masse des Mondes im Durchschnitt mehr als doppelt so groß wie der Gradient der Gravitationskraft der Sonne.

Um die Wirkung des Gravitationsfeldes des Mondes auf den Erdkörper zu veranschaulichen, wenden wir uns Abb. zu. 3.2.

Abb. 3.2 Der Einfluss des Gravitationsfeldes des Mondes auf den Erdkörper.

Diese Abbildung stellt ein sehr, sehr vereinfachtes Bild der Reaktion des Erdkörpers auf den Einfluss der Mondgravitation dar, spiegelt jedoch zuverlässig das Wesen des Prozesses wider – eine Veränderung der Form des Globus unter dem Einfluss der sogenannten. Gezeitenkräfte (oder gezeitenbildende Kräfte), die entlang der Erde-Mond-Achse gerichtet sind, und die ihnen entgegenwirkenden elastischen Kräfte des Erdkörpers. Gezeitenkräfte entstehen, weil Punkte auf der Erde, die näher am Mond liegen, stärker von ihm angezogen werden als Punkte, die weiter von ihm entfernt sind. Mit anderen Worten: Die Verformung des Erdkörpers ist eine Folge des Gradienten der Gravitationskraft des Mondes und der diesem entgegenwirkenden elastischen Kräfte des Erdkörpers. Durch die Wirkung dieser Kräfte nimmt die Größe der Erde in Wirkungsrichtung der Gezeitenkräfte zu und in Querrichtung ab, wodurch sich an der Oberfläche eine Welle bildet, die Flutwelle genannt wird. Diese Welle hat zwei Maxima, die auf der Erde-Mond-Achse liegen und sich entlang der Erdoberfläche entgegen ihrer Rotationsrichtung bewegen. Die Amplitude der Welle hängt vom Breitengrad des Gebiets und den aktuellen Parametern der Mondumlaufbahn ab und kann mehrere zehn Zentimeter erreichen. Seinen maximalen Wert erreicht er am Äquator, wenn der Mond sein Perigäum passiert.

Auch die Sonne verursacht eine Flutwelle im Erdkörper, allerdings deutlich kleiner aufgrund des geringeren Gradienten ihrer Gravitationskraft. Der gemeinsame gravitative Einfluss von Mond und Sonne auf den Erdkörper hängt von ihrer relativen Position ab. Der maximale Wert der Gezeitenkräfte und damit die maximale Amplitude der Flutwelle wird erreicht, wenn sich alle drei Objekte auf derselben Achse befinden, d.h. in einem Zustand der sogenannten Syzygie(Ausrichtung), die bei Neumond (Mond und Sonne in „Konjunktion“) oder bei Vollmond (Mond und Sonne in „Opposition“) auftritt. Die Konfigurationsdaten sind in Abb. dargestellt. 3.3 und 3.4.

Abb. 3.3 Der kombinierte Einfluss der Gravitationsfelder von Mond und Sonne auf den Erdkörper
in „Konjunktion“ (bei Neumond).

Abb. 3.4 Der kombinierte Einfluss der Gravitationsfelder von Mond und Sonne auf den Erdkörper
in „Opposition“ (bei Vollmond).

Wenn Mond und Sonne von der Syzygielinie abweichen, beginnen die von ihnen verursachten Gezeitenkräfte und dementsprechend die Gezeitenwellen einen unabhängigen Charakter anzunehmen, ihre Summe nimmt ab und der Grad ihrer Opposition zueinander nimmt zu. Die Opposition erreicht ihr Maximum, wenn der Winkel zwischen den Himmelsrichtungen zum Mond und zur Sonne vom Mittelpunkt der Erde aus 90° beträgt, d. h. Diese Körper befinden sich in einem „Quadrat“ und der Mond befindet sich dementsprechend in einer Viertelphase (erste oder letzte). In dieser Konfiguration wirken die Gezeitenkräfte von Mond und Sonne genau entgegengesetzt auf die Form des Erdkörpers, die entsprechenden Gezeitenwellen auf der Oberfläche sind maximal voneinander getrennt und ihre Amplitude ist minimal, wie in Abb. 3.5.

Abb. 3.5 Der kombinierte Einfluss der Gravitationsfelder von Mond und Sonne auf den Erdkörper in einem „Quadrat“.

Die Physik der Gezeitenprozesse auf der Erde unter dem Einfluss der Gravitationsfelder von Mond und Sonne ist sehr komplex und erfordert die Berücksichtigung einer Vielzahl von Parametern. Zu diesem Thema wurde eine Vielzahl unterschiedlicher Theorien entwickelt, viele experimentelle Studien durchgeführt und eine Vielzahl von Artikeln, Monographien und Dissertationen verfasst. Auch heute noch gibt es in diesem Bereich viele „weiße“ Flecken, widersprüchliche Standpunkte und alternative Ansätze. Wer tiefer in die Problematik der Gezeiten der Erde eintauchen möchte, dem sei die Grundlagenstudie von P. Melchior „Earth's Tide“ (übersetzt aus dem Englischen, M., „Mir“, 1968, 483 Seiten) empfohlen.

Die Wirkung der Mondgravitation auf die Erde führt zu zwei grundlegenden Phänomenen:

1. Mondgezeiten auf der Erdoberfläche sind periodische Veränderungen des Niveaus der Erdoberfläche, synchronisiert mit der täglichen Rotation der Erde und der Bewegung des Mondes im Orbit.
2. Das Auferlegen einer variablen Komponente auf die Erdumlaufbahn, synchronisiert mit der Rotation des Erde-Mond-Systems um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt.

Diese Phänomene sind die Hauptmechanismen des Einflusses des Mondes auf die Sphären der Erde – die Lithosphäre, Hydrosphäre, Erdkern, Atmosphäre, Magnetosphäre usw. Mehr dazu im nächsten Kapitel.

Erdbeben sind ein häufiges Phänomen und gleichzeitig eine der unerklärlichsten und mysteriösesten Naturkatastrophen. Wissenschaftler können nicht immer mit Sicherheit sagen, was genau sie verursacht, ganz zu schweigen von rechtzeitigen Prognosen und vorbeugenden Maßnahmen.

Gravitationsfeld des Mondes

Wir sind uns bewusst, dass die Anziehungskraft des Mondes zusammen mit dem Gravitationsfeld der Sonne und der Trägheit durch die Rotation der Erde die Bildung von Gezeiten beeinflusst. In anderen Regionen des Sonnensystems führt die Gravitationsbeziehung von Planeten und Satelliten zu starken tektonischen Phänomenen.

Seismologen fragen sich seit langem über den möglichen Einfluss des unterschätzten Gravitationsfeldes unseres eigenen Satelliten. Natürlich ist die Gezeitenwirkung des Mondes nicht stark genug, um Steine ​​auf der Erde in heiße Lava zu verwandeln, aber sie könnte ausreichen, um Schwachstellen in tektonischen Plattenverbindungen zu beeinflussen.

Tektonische Störungen

In der Erdkruste gibt es Subduktionszonen – Orte, an denen ein Teil der tektonischen Platte in den Erdmantel eintaucht und unter einen anderen Teil der Erdkruste geht. Diese Subduktionszonen sind eine Art „Schwachstellen“ der tektonischen Aktivität, und in deren Nähe kommt es am häufigsten zu starken Erdbeben.

Basierend auf diesen Daten schlug eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität Tokio die folgende Hypothese vor: Da es sich bei Subduktionszonen meist um tiefe Verwerfungen handelt, reicht möglicherweise die Gravitationskraft des Mondes aus, um die Divergenz tektonischer Platten zu beeinflussen. Auch wenn die Gezeitenblockierung auf dem Mond möglicherweise nicht ausreicht, um eine Bewegung der gesamten Platte auszulösen, kann sie zu kleinen Rissen führen, die wiederum einen Schneeballeffekt erzeugen und zu starken Erschütterungen führen.

Mondzyklen

Um die Hypothese zu bestätigen, untersuchten japanische Wissenschaftler seismische Messwerte der letzten zwanzig Jahre und verglichen sie mit Syzygien – der Ausrichtung von Mond, Erde und Sonne in einer geraden Linie. Wenn der Längengrad des Mondes mit dem Längengrad der Sonne übereinstimmt, wird auf der Erde ein Neumond beobachtet, und die Gravitationsfelder von Mond und Sonne vereinen sich und „ziehen“ eine der Erdhalbkugeln zu sich. Wenn der Längengrad des Mondes dem Längengrad der Sonne entgegengesetzt ist, beobachten wir einen Vollmond, und das Gravitationsfeld des Satelliten „zieht“ eine Erdhalbkugel zu sich heran, und das Gravitationsfeld der Sonne zieht an das andere. In beiden Fällen erreicht der Einfluss der äußeren Schwerkraft auf die Erdoberfläche sein Maximum und kann zu tektonischen Bewegungen führen.

Durch den Vergleich von Erdbebendaten mit Syzygies erhielten Wissenschaftler interessante Daten. Während der Vollmonde kam es 2004 zu verheerenden Erdbeben im Indischen Ozean und zu einem der stärksten Erdbeben in der Geschichte – im Februar 2010 in Chile.

Während des Neumondes könnte das kombinierte Gravitationsfeld von Mond und Sonne die Ursachen des großen Erdbebens in Ostjapan erklären, das im März 2011 verheerende Auswirkungen auf die Region Tohoku hatte.

Schlussfolgerungen

Diese Studie reicht nicht aus, um den Zusammenhang zwischen Syzygien und Erdbeben schlüssig zu beweisen. Indirekte Beweise zeichnen jedoch ein völlig überzeugendes Bild davon, wie der Mond zusammen mit Ebbe und Flut von Zeit zu Zeit nicht nur Wasser, sondern auch die Erdoberfläche anziehen kann.

In den letzten Jahrzehnten stellte sich zunehmend die Frage nach dem möglichen Einfluss von Mond und Sonne auf die auf der Erde ablaufenden tektonischen Prozesse, die die Mechanismen zur Entstehung von Erdbeben auslösen. Beispielsweise wurde die berühmte San-Andreas-Verwerfung zum Ort der Entstehung von etwa 80.000 kleinen Erdstößen, die mit Mondsyzygien in Zusammenhang standen.

Mondmaskottchen. Eine detaillierte Untersuchung des Schwerefeldes des Mondes wurde möglich, nachdem Weltraumsatelliten in die Umlaufbahn künstlicher Mondsatelliten gebracht wurden. Die Beobachtungen der Satellitenbahnen wurden mithilfe von drei Bodenstationen durchgeführt.

Durch Änderung der Frequenz des Satellitensenders wurden die sogenannten „Radialbeschleunigungen“ ermittelt – Projektionen der Erdbeschleunigung auf die Erd-Satelliten-Richtung (für den zentralen Teil der sichtbaren Seite des Mondes entsprachen diese Beschleunigungen der vertikale Komponente).

Die ersten Konstruktionen des Bildes des Gravitationsfeldes des Mondes wurden von sowjetischen Forschern auf der Grundlage der Ergebnisse des Fluges der Raumsonde Luna-10 durchgeführt; die Daten wurden später durch Beobachtungen der Umlaufbahnen künstlicher Satelliten der Mondumlaufbahn verfeinert Serie, sowie auf jenen Abschnitten der Apollo-Raumschiffrouten, wo ihre Umlaufbahnen um den Mond nur durch sein Schwerefeld bestimmt wurden.

Das Gravitationsfeld des Mondes erwies sich als komplexer und heterogener als das der Erde, die Oberfläche mit gleichem Schwerkraftpotential ist unebener und die Anomalienquellen liegen näher an der Mondoberfläche. Ein wesentliches Merkmal des lunaren Schwerkraftfeldes waren große positive Anomalien, die auf kreisförmige Meere beschränkt waren und Mascons (aus dem Englischen – „Massenkonzentration“) genannt wurden. Bei Annäherung an den Mascon erhöht sich die Geschwindigkeit des Satelliten; Nach dem Flug wird der Satellit etwas langsamer und die Umlaufhöhe ändert sich um 60 - 100 m.

Zunächst wurden Mascons in den Meeren der sichtbaren Seite entdeckt: Regen, Klarheit, Krisen, Nektar, Feuchtigkeit; Ihre Größe erreichte 50–200 km (sie passten in die Konturen der Meere), und die Größe der Anomalien betrug 100–200 mgal. Die Mare-Mons-Anomalie entsprach einer Übermasse in der Größenordnung von (1,5–4,5) x 10 -5 der Masse des gesamten Mondes.

Anschließend wurden an der Grenze zwischen der sichtbaren und der Rückseite des Ost- und Randmeeres weitere massive Mondsteine ​​entdeckt, sowie ein riesiger Mondstein in der äquatorialen Zone des Zentrums der Mondrückseite. Da es an diesem Ort kein Meer gibt, nannte die Maske ihn „Versteckt“. Sein Durchmesser beträgt mehr als 1000 km, seine Masse ist fünfmal größer als die überschüssige Masse des Regenmeeres. Der versteckte Mascon ist in der Lage, einen in einer Höhe von 100 km fliegenden Satelliten um 1 km abzulenken. Gesamtüberschussmasse, die Anomalien der positiven Schwerkraft entspricht. übersteigt 10 -4 Mondmassen. Es stellte sich heraus, dass eine Reihe negativer Anomalien mit den Mondbergen in Verbindung gebracht wurden: Jura, Kaukasus, Stier, Altai.

Schwerkraftanomalien spiegeln die Besonderheiten der Massenverteilung im Mondinneren wider. Wenn wir beispielsweise davon ausgehen, dass Mascons durch Punktmassen entstehen, dann sollten ihre Tiefen im Meer des Regens etwa 200 km, im Meer der Klarheit - 280 km und im Meer der Krise - betragen. 160 km, im Meer der Ruhe – 180 km, im Meer des Überflusses – 100 km, im Meer von Posen – 80 km, im Ozean der Stürme – 60 km. So ergaben Schwerkraftmessungen eine heterogene Dichteverteilung im oberen Erdmantel.

Elektrische Leitfähigkeit. Keine der Mondexpeditionen führte direkte Messungen des elektrischen Feldes des Mondes durch. Sie wurde aus Schwankungen des Magnetfelds berechnet, die von Magnetometern an den Stationen Apollo 12, -15, -16 und Lunokhod 2 aufgezeichnet wurden.

Der Mond, dem die Magnetosphäre entzogen ist, befindet sich während seiner Rotation um die Erde periodisch bei Vollmond in der ungestörten Magnetosphäre der Erde, bei Neumond im Sonnenwind und bei einem Übergangsmond zweimal für zwei Tage. Schockschicht.

Schwankungen des äußeren interplanetaren Magnetfeldes dringen in den Mond ein und induzieren dort ein Wirbelstromfeld. Die Anstiegszeit des induzierten Feldes hängt von der Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit im Mondinneren ab. Gleichzeitige Messungen des äußeren Wechselfeldes über dem Mond und des Sekundärfeldes auf der Oberfläche ermöglichen die Berechnung der elektrischen Leitfähigkeit des Mondes.

Der Mond ist „praktisch“ für magnetisch-tellurische Sondierungen ausgelegt. Das von der Sonne ausgehende interplanetare Magnetfeld ist gleichmäßig, seine Vorderseite kann als flach betrachtet werden und daher ist für die Forschung kein Labornetzwerk wie auf der Erde erforderlich. Da der Mond einen höheren elektrischen Widerstand als die Erde hat, genügen zwei stündliche Beobachtungen zur Sondierung, während auf der Erde jährliche Beobachtungen erforderlich sind.

Der Sonnenwind, der über eine hohe Leitfähigkeit verfügt, umströmt den Mond, als würde er ihn in Folie einhüllen, ohne die in der Tiefe induzierten Felder an die Oberfläche abzugeben. Daher kann auf der Sonnenseite des Mondes nur die horizontale Komponente des magnetischen Wechselfelds genutzt werden, während auf der Nachtseite, wo auch die vertikale Komponente funktioniert, die Situation eher der auf der Erde ähnelt.

Die Apollo-Magnetometer zeichneten die Reaktion des Mondes im Sonnenwind auf der Nacht- und Tagseite sowie in der geomagnetischen Wolke auf, wo die Plasmaeffekte des Sonnenwinds minimiert sind.

Im Lemonier-Krater auf der Sonnenseite des Mondes zeichnete Lunokhod 2 die Entstehung von Schwankungen des solaren Magnetfelds im Laufe der Zeit auf. In diesem Fall spiegelt die horizontale Komponente des Magnetfelds die tiefe elektrische Leitfähigkeit des Mondes wider, und der Wert der vertikalen Komponente über einen langen Zeitraum charakterisiert die Stärke des äußeren Feldes des Mondes. Die experimentelle Darstellung des scheinbaren Widerstands wurde durch Vergleich mit den theoretischen Kurven interpretiert.

Sowjetische (L.L. Vanyan und andere) und ausländische (K. Sonet, P. Dayel und andere) Forscher haben verschiedene Modelle der elektrischen Leitfähigkeit des Mondes konstruiert. Obwohl sie sich in einigen Details unterscheiden, liefern sie im Allgemeinen ähnliche Verteilungen der elektrischen Eigenschaften von Mondmaterial mit Tiefe: In den oberen 200 km Entfernung befindet sich eine schlecht leitende Schicht mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 106 Ohm m; tiefer liegt eine Schicht geringen Widerstands (103 Ohm·m) mit einer Dicke von 150–200 km; bis zu 600 km nimmt der Widerstand um eine Größenordnung zu und nimmt dann in einer Tiefe von 800 km wieder auf 103 Ohm·m ab (Abb . 9).

Reis. 9. Tiefenstruktur der Erde (dicke Linien) und des Mondes (dünn) nach geophysikalischen Daten:

1 - Longitudinalwellengeschwindigkeiten; 2 - Scherwellengeschwindigkeiten; 3 - elektrische Leitfähigkeit. Vertikale Skala – Tiefen im Verhältnis zu den entsprechenden Radien von Erde und Mond

Bisher durchgeführte elektrische Sondierungen des Mondes zeigen folgende Hauptmerkmale:

Der Mond hat im Allgemeinen einen höheren Widerstand als die Erde. Darüber befindet sich eine leistungsstarke Isolierschicht; Die elektrische Leitfähigkeit nimmt mit der Tiefe zu. Es wurde eine radiale Schichtung des Mondes entdeckt und eine Inhomogenität des elektrischen Widerstands in horizontaler Richtung festgestellt.

Basierend auf den Profilen der elektrischen Leitfähigkeit und der Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Temperatur wurde die Temperatur im Inneren des Mondes für verschiedene Mantelzusammensetzungen geschätzt. In allen Fällen liegt die Temperatur bis zu einer Tiefe von 600–700 km unter dem Schmelzpunkt von Basalten, in größeren Tiefen erreicht oder überschreitet sie diesen.

Durch den Vergleich der Tiefentemperaturen mit den Schmelztemperaturen von Gesteinen bei unterschiedlichen Drücken konnten Wissenschaftler einen so wichtigen physikalischen Parameter wie den Viskositätskoeffizienten abschätzen. Es charakterisiert die Fähigkeit von Gesteinen, sich unter Belastung zu bewegen.

Die obere 200–300 km große Hülle des Mondes hat einen sehr hohen Viskositätskoeffizienten von 10 26–10 27 Poise. Dies ist 2–3 Größenordnungen höher als in den entsprechenden Tiefen der Erde, selbst wenn wir die härtesten Regionen alter Kristallschilde berücksichtigen. Von der Oberfläche zum Zentrum des Mondes nimmt die Viskosität ab; tiefer als 500 km nimmt sie um das 100- bis 1000-fache ab, d. h. sie wird vergleichbar mit der Viskosität des Erdmantels. In der Asthenosphäre des Mondes nimmt die Viskosität stark auf Werte ab, die für die Asthenosphäre der Erde charakteristisch sind (10 20 - 10 21 Poise).

Wärmefluss. Vor den Flügen von Raumfahrzeugen glaubte man, dass der Gehalt an radioaktiven Elementen 235 U, 238 U, 232 Th, 40 K im Inneren des Mondes im Durchschnitt derselbe sei wie in chondritischen Meteoriten oder im Erdmantel. Der Wärmefluss, der aus den Tiefen des Mondes durch seine Oberfläche kommt, wurde in Analogie zum entsprechenden Fluss der Erde geschätzt, wo jede Sekunde und jeder 1 cm 2 der Oberfläche 1,5 - 10 -6 cal Wärme in den Weltraum „verdunstet“. Der Radius des Mondes ist 3,6-mal kleiner als der der Erde, seine Oberfläche beträgt 7,5 % und sein Volumen beträgt 2 % des Erdvolumens. Vorausgesetzt, dass die Konzentration radioaktiver Isotope pro Volumeneinheit gleich war, wurde der Wärmeflusswert für den Mond auf 0,36 × 10 –6 cal/cm 2 s vorhergesagt.

Im Jahr 1964 maßen sowjetische Astronomen unter der Leitung von V. S. Troitsky die Wärmestrahlung des Mondes im Wellenlängenbereich von 1 mm bis 3 cm und ermittelten einen unerwartet hohen durchschnittlichen Wärmefluss (0,85 – 0,95) 10 –6 kcal/cm2s, fast dreimal höher als berechnet. Dies könnte auf einen höheren Gehalt an radioaktiven Isotopen hinweisen oder darauf, dass Wärmequellen in der Nähe der Oberfläche konzentriert sind.

Das unerwartete Ergebnis wurde durch direkte Messungen des Wärmeflusses auf dem Mond bestätigt. Direkte Messungen des Wärmeflusses auf der Mondoberfläche wurden während zweier Astronautenexpeditionen zum Mond durchgeführt: im Juli 1971 in der Hadley-Rill-Region am Ostrand des Mare Mons (Apollo 15) und im Dezember 1972 in der Taurus-Littrov-Region im schmalen Golf im Südosten des Sea of ​​​​Clarity („Apollo 17“). Die Astronauten bohrten Löcher, führten Glasfaserrohre ein und platzierten darin Wärmesonden, um Temperatur und Wärmeleitfähigkeit zu messen. Jede Sonde lieferte Messungen in 11 Tiefen und bestand aus 8 Platin-Widerstandsthermometern und 4 Thermoelementen. Bei der Apollo-15-Station wurden zwei Sonden in Tiefen von 1 und 1,4 m und bei Apollo 17 eine in 2,3 m Tiefe installiert. Die Messwerte wurden alle 7 Minuten zur Erde übertragen. Es wurden Daten für 3,5 Jahre für die erste und 2 Jahre für die zweiten Stationen verarbeitet. Die Analyse der Signale begann bereits einen Monat nach dem Start der Instrumente, als ihr thermisches Gleichgewicht mit dem Regolith hergestellt wurde. Trotz der enormen thermischen Kontraste an der Oberfläche (+130 °C am Tag, -170 °C in der Nacht) hörten die Temperaturschwankungen in einer Tiefe von 0,8 m praktisch auf, während jährliche Temperaturschwankungen in allen untersuchten Tiefen zu spüren waren. Um die Wärmeleitfähigkeit des Mondbodens zu messen, wurden auf Befehl der Erde 36 Stunden lang elektrische Heizgeräte eingeschaltet. Mit steigender Temperatur wurde der Wärmeleitfähigkeitswert bestimmt. Die Wärmeleitfähigkeit des Regoliths erwies sich als sehr gering und stark temperaturabhängig. An der Oberfläche betrug sie nur 0,3 · 10 -5 kcal (cm K) -1, in der Tiefe nahm die Verdichtung zu und erreichte Werte von ~0,24 · 10 -4 kcal (cm) in einer Tiefe von 1–2 m K) -1 In der 250 Meter hohen oberen Schicht bleibt die Wärmeleitfähigkeit offenbar sehr niedrig, 2–3 Größenordnungen geringer als im Inneren des Mondes, 10-mal geringer als im hervorragenden Wärmeisolator Luft und 40-mal geringer als im Wasser . Somit stellt der Regolith des Mondes, der durch die Zerkleinerung von klastischem Gestein durch Meteoriteneinschläge entsteht, eine Art „Decke“ dar, die die Rolle eines Thermostats für den Mond spielt und den Wärmeverlust verringert. Während der Entstehung des Mons-Meeres beispielsweise waren weite umliegende Gebiete mit klastischem Gestein bedeckt. Aufgrund dessen dürfte die Temperatur in 25 km Tiefe in den letzten 100 Millionen Jahren von 300 auf 480 °C angestiegen sein. Basierend auf der Wärmeleitfähigkeit und der Temperaturdifferenz wurde der Wärmefluss durch die Mondoberfläche berechnet. Seine Werte für die Apenninregion betragen 0,53 · 10 -6 kcal (cm 2 s) -1, in der Descartes-Region - 0,38 · 10 -6 kcal (cm 2 s) -1. Der Unterschied ist 40 % größer als Messfehler, der Effekt des lokalen Reliefs, und charakterisiert die horizontale Variabilität des Gehalts an radioaktiven Isotopen in der Mondkruste.