Księżyc może „wywołać” najpotężniejsze trzęsienia ziemi na świecie. Pole grawitacyjne Ziemi Pole grawitacyjne Księżyca

Ta mapa przedstawia pole grawitacyjne Księżyca zmierzone przez misję GRAIL NASA. Źródło: NASA/ARC/MIT.

Pierwsze wyniki naukowe uzyskane z bliźniaczych orbit księżycowych GRAIL dostarczają niesamowitych szczegółów wnętrza Księżyca i mapy pola grawitacyjnego dowolnego ciała astronomicznego, w tym Ziemi, w najwyższej rozdzielczości.

Dane Laboratorium Odzyskiwania Grawitacji i Wnętrz (GRAIL) ujawniają starożytne struktury wewnętrzne, które były wcześniej nieznane, dostarczają szczegółów o pięć rzędów wielkości lepszych niż poprzednie badania i dostarczają bezprecedensowych informacji o powierzchni i polu grawitacyjnym Księżyca.

Instrumenty na statku kosmicznym GRAIL mogą badać wnętrze planety. Niesamowite filmy ujawniają mnóstwo szczegółów, które według zespołu dopiero zaczynają odkrywać.

Odejmowanie grawitacji od cech powierzchni daje tak zwaną mapę grawitacji Bouguera. Pozostaje rodzaj anomalii masy na Księżycu, wynikający ze zmian w grubości skorupy lub gęstości płaszcza. Na powyższym filmie widoczne okrągłe obszary (na czerwono) wskazują dobrze znane koncentracje masowe, czyli „maskony”, ale widocznych jest także wiele podobnych, nowo odkrytych obiektów po niewidocznej stronie Księżyca.

„98% lokalnej grawitacji wynika z topografii, a 2% z innych cech grawitacyjnych” – powiedział Zuber. „Być może zobaczysz oko byka księżycowych maskonów, ale poza tym zobaczysz gładką powierzchnię wewnętrzną. Może się to zdarzyć tylko wtedy, gdy uderzenia wczesnego Księżyca spowodowały erozję wewnętrznej powierzchni”.

Te mapy Księżyca pokazują anomalie grawitacyjne Bouguera zmierzone przez misję GRAIL NASA. Źródło: NASA/JPL-Caltech/CSM.

Mapa grawitacyjna Bouguera pokazała także dowody na starożytną aktywność wulkaniczną pod powierzchnią Księżyca i dziwne liniowe anomalie grawitacyjne.

„Nachylenie mapy grawitacyjnej Bouguera pokazuje cechy, których się nie spodziewaliśmy” – powiedział Jeff Andrews-Hanna, współbadacz w GRAIL. „Zidentyfikowaliśmy dużą populację liniowych anomalii grawitacyjnych. Nie widzimy żadnego ich przejawu na mapach topograficznych, więc dochodzimy do wniosku, że są to starożytne struktury wewnętrzne”.

Liniowa anomalia grawitacyjna przecinająca basen Crisium po lewej stronie Księżyca została odkryta przez misję GRAIL NASA. Po lewej stronie pokazano dane dotyczące gradientu grawitacji GRAIL wraz z lokalizacją wskazanej anomalii. Czerwony i niebieski odpowiadają silniejszym gradientom grawitacji. Dane topograficzne tego samego regionu z wysokościomierza laserowego Lunar Reconnaissance Orbiter są pokazane po prawej stronie; dane te nie wykazują żadnych oznak anomalii grawitacyjnej. Źródło: NASA/JPL-Caltech/CSM.

Na przykład to zdjęcie basenu Crisium, który stanowi jedno z oczu „człowieka na Księżycu”, mapy grawitacyjne pokazują liniową cechę w całym basenie, podczas gdy mapy topograficzne nie wykazują takich korelujących cech. „To mówi nam o anomalii grawitacyjnej powstałej przed uderzeniami” – powiedział Andrews-Hanna.

Te mapy bliższej i dalszej strony Księżyca pokazują gradienty grawitacyjne zmierzone przez misję NASA GRAIL, podkreślając populację liniowych anomalii grawitacyjnych. Źródło: NASA/JPL-Caltech/CSM.

Dodatkowe dowody wskazują, że wewnętrzna skorupa Księżyca jest prawie całkowicie sproszkowana.

Inne dowody wskazują, że skorupa Księżyca jest cieńsza, niż wcześniej sądzono.

„Korzystając z danych grawitacyjnych GRAIL, odkryliśmy, że średnia grubość skorupy ziemskiej wynosi 32–34 km, czyli o 10 km mniej niż w poprzednich badaniach” – powiedział Mark Wieczorek, współbadacz w GRAIL. „Odkryliśmy, że większość aluminium na Księżycu jest prawie taka sama jak na Ziemi. Ma to związek z niedawną hipotezą, że Księżyc powstał z materiału z Ziemi powstałego podczas gigantycznego uderzenia”.

Misja NASA GRAIL uchwyciła wideo przelatujące nad basenem Mare Orientale na Księżycu. Film uzyskano za pomocą MoonKAM na pokładzie statku kosmicznego Odpływ GRAILA, 7–8 kwietnia 2012 r. Źródło: NASA/JPL-Caltech/Sally Ride Science.

Podczas głównej misji dwie sondy GRAIL znajdowały się na orbicie 55 km nad powierzchnią Księżyca. Tak bliski zasięg wynikał z tego, że GRAIL generuje najlepsze dane dotyczące pola grawitacyjnego dla dowolnej planety, w tym Ziemi.

„GRACE nadal zbiera dane, ale ponieważ GRACE musi znajdować się na orbicie na wysokości 500 km” – powiedział Zuber. „Nic nie przebije niskiej orbity”.

Zuber powiedział, że zespół GRAIL nauczył się od GRACE i był w stanie wprowadzić „pewne rozsądne ulepszenia”. Zasugerowali także, że tę technologię należy zastosować w przypadku każdego ciała planetarnego w Układzie Słonecznym i rzucili kuszący pomysł: „Wyobraź sobie, zmapuj prądy pod spodem”.

GRAIL kończy swoją główną misję naukową w maju 2013 r. i obecnie realizuje rozszerzoną misję, podczas której wysokość statku kosmicznego została obniżona do 23 km nad powierzchnią. „Otwieramy okno w zakresie geofizyki, dlatego wkrótce usłyszycie wyniki z nowego zbioru danych” – powiedział Sami Asmar, członek zespołu GRAIL.

Na konferencji Astronomicznej Unii Geofizycznej Zuber powiedział, że 6 grudnia 2012 roku zespół opuści statek kosmiczny na wysokość 11 km nad powierzchnią Księżyca.

Artystyczna koncepcja misji GRAIL, w ramach której dwa statki kosmiczne w tandemie krążą wokół Księżyca w celu pomiaru pola grawitacyjnego z niespotykaną dotąd szczegółowością. Źródło: NASA/JPL.

Przedłużona misja zakończy się wkrótce, w połowie grudnia, a wkrótce potem oba statki kosmiczne zostaną celowo zniszczone na powierzchni Księżyca. Zespół stwierdził, że wciąż formułuje pomysły na scenariusz strajku i rozważa możliwość celowania ataków w miejscu, w którym znajdują się one w polu widzenia instrumentów na .

0

Księżyc i jego związek z Ziemią i Słońcem były badane przez ludzkość od czasów starożytnych do czasów współczesnych coraz intensywniej i skutecznie. Owoce tych badań, aż do ostatnich lat włącznie, prezentowane są w wielu monografiach i podręcznikach. Przegląd wcześniejszych badań wykracza poza zakres tego artykułu i w tej dyskusji odesłamy czytelnika do nich bez wchodzenia w szczegóły i tylko wtedy, gdy omówione zostaną najnowsze dane. Powierzchnia Księżyca składa się głównie z wielu kraterów, które powstały w wyniku zderzeń z gigantycznymi meteorytami. Dotyczy to szczególnie niewidzialnej strony Księżyca i obszarów kontynentalnych po jego widocznej stronie. Duże okrągłe morza: Morze Deszczów, Morze Przejrzystości, Morze Kryzysu, Morze Nektaru, Morze Wilgoci i Morze Wschodnie - powstają w wyniku zderzenia z ogromnymi meteorytami, a płytkie, nieregularne morza składają się z zalanych obszarów z materiałem magmowym pokrywającym protokontynenty podobne do regionów współczesnych kontynentów. Te płytkie morza mają pasma górskie, które pojawiają się przez ciemny, wygładzony materiał i mogą obejmować obszary będące morzami „uderzeniowymi”, których kontury zostały zatarte przez późniejsze wydarzenia. Gdyby takie zderzenia miały miejsce na Ziemi (co wydaje się nieuniknione), wszystkie skały ziemskie, które istniały przed zderzeniem, zamieniłyby się w klastyki. Ponieważ skały magmowe i osadowe przetrwały na powierzchni Ziemi od 3,5 eonów, tak liczne zderzenia musiały mieć miejsce wcześniej. Kratery napromieniowane (często małych rozmiarów) i szereg dużych kraterów bez promieni niewątpliwie powstały we wszystkich epokach geologicznych. Duże morza przybierają postać strumieni lawy, pyłu wulkanicznego lub jezior wodnych.

Nie jest to oczywiście prawdą, o czym świadczy brak wody w skałach księżycowych, jednak wybór pomiędzy innymi możliwościami pozostaje otwarty. Istnieją również endogeniczne kratery po eksplozjach, a niektórzy naukowcy uważają, że na Księżycu istnieją kaldery. Autor tego rozdziału wątpi w obecność dużych kalder na Księżycu. Stałe fizyczne Księżyca i jego orbity są dobrze znane. Niektóre z nich przedstawiono w tabeli.

POLE GRAWITACYJNE KSIĘŻYCA

Pole grawitacyjne Księżyca zostało szczegółowo zbadane za pomocą satelitów krążących wokół Księżyca. Ustalono, że pole to można przedstawić za pomocą szeregów zwykłych w harmonicznych sferycznych tylko przy użyciu dużej liczby terminów. Michael i współpracownicy opracowali najbardziej szczegółowe tabele stałych zawartych w równaniu.

Autorzy zwracają uwagę, że do matematycznego opisu pola grawitacyjnego potrzebne są wyrazy aż do 13. rzędu i nawet w tym przypadku stałe nie maleją, co wskazuje, że pole grawitacyjne Księżyca jest dalekie od tego, czego oczekiwaliśmy uzyskać badając ruch małego ciała w polu sił grawitacyjnych Ziemi, Księżyca i Słońca, z uwzględnieniem sił odśrodkowych obrotu. W tym drugim przypadku wyrazy następujące po C 2.0 powinny być równe zeru, co nie jest prawdą. Z tego wynika, że ​​rozkład mas wewnątrz Księżyca jest bardzo nierówny.

gdzie A, B i C to momenty bezwładności: A – względem osi skierowanej do Ziemi, B – względem osi wschód-zachód oraz C – względem osi biegunowej, dokładnie badał Koziel, który według do libracji Księżyca, stwierdził, że są one odpowiednio równe 3,984 * 10 -4 , 6,294 * 10 -4 i 2,310 * 10 -4 . Kopal uzyskał bardzo podobne wartości dla tych samych stałych. Teoretyczne wartości dla plastikowego Księżyca pod wpływem sił pływowych i odśrodkowych okazują się równe 0,94 * 10 -5, 3,75 * 10 -5 i 2,81 * 10 -5. To ponownie wskazuje, że Księżyc jest ciałem bardzo stałym i takim jest od czasów starożytnych. Szacunki wartości momentów bezwładności pokazują, że są one bliskie 0,4 Ma 2, gdzie M i a są masą i promieniem Księżyca. Wartość ta jest typowa dla kulki o jednakowej gęstości. Oczywiście obszary powierzchniowe Księżyca do pewnej głębokości składają się z materii o małej gęstości i powinny nieco zmniejszyć wartości momentów bezwładności. Te obszary o niskim zagęszczeniu znajdują się głównie po drugiej stronie (możliwa grubość 30 km) i są odpowiedzialne za nieregularny kształt Księżyca, momenty bezwładności i przesunięcie środka masy o 2-3 km względem środka Księżyca. Figura.

Trójosiowy, elipsoidalny, nierównowagowy kształt Księżyca od dawna stanowi tajemnicę dla naukowców. Proponowano różne wyjaśnienia tego zjawiska.

1) Księżyc może być dość solidnym ciałem zdolnym do utrzymania nierównowagowego kształtu, ale to nie wyjaśnia jego pochodzenia.

2) Niższe temperatury na biegunach prowadziłyby do większej gęstości materii i mniejszych promieni w tych obszarach, ale to nie wyjaśnia różnicy pomiędzy momentami bezwładności A i B.

3) Prądy konwekcyjne na Księżycu, wznoszące się na biegunach i opadające na równiku, powinny były doprowadzić do zmniejszenia masy na biegunach i wzrostu masy na równiku, ale znowu w tym przypadku momenty bezwładności A i B powinno być równe. Możliwe, że realizuje się pewna kombinacja hipotez drugiej i trzeciej bardzo specyficznego typu.

4) Księżyc powstał z ciał o różnej gęstości, co wyjaśnia różnice w momentach bezwładności. Gdyby miały miejsce procesy konwekcyjne, Księżyc w pewnym okresie swojego powstawania powinien być prawie całkowicie stopiony, ponieważ według Chandrasekhara konwekcja dwukomórkowa jest możliwa tylko przy małym rdzeniu. Konwekcja na Księżycu musi być tak głęboka, aby w przeciwieństwie do Ziemi nie tworzyły się na nim pofałdowane góry. Booker opowiada się za konwekcją jednokomórkową, która skutkowałaby większą wysokością po niewidzialnej stronie Księżyca, gdyby prąd wstępujący znajdował się na widocznej półkuli.

Müller i Sjogren wykazali, że w różnych obszarach widocznej strony Księżyca występują znaczne nagromadzenia mas, zwane maskonami, w większości przypadków związanych z mariami kołowymi pochodzenia uderzeniowego i prawdopodobnie we wszystkich przypadkach związanych z istnieniem określonych zlokalizowanych mas . Maskony te odkryto i zmapowano na podstawie obserwacji sztucznych satelitów księżycowych i bezpośredniego pomiaru ich prędkości. Müller i Sjogren uważają, że obserwacje są wiarygodne dla długości geograficznych od 100 do -100° i dla szerokości geograficznych od -50 do 50°. Zauważalne dodatnie anomalie grawitacyjne w Morzach Deszczu, Przejrzystości, Kryzysu, Nektaru i Wilgotności są wiarygodne, podobnie jak dodatnia anomalia odnotowana nieco na północny zachód od środka dysku księżycowego. Morze Wschodnie jest przykładem anomalii, która jest częściowo pozytywna, a częściowo negatywna. Inne pozytywne i negatywne anomalie prawdopodobnie mieszczą się w granicach błędu obserwacyjnego. Negatywną anomalię w Rainbow Bay autorzy uważają za zjawisko realne. Wykryli także negatywne anomalie w cyrkach Ptolemeusza i Al-Batani o wartości 87 miligalów, zaobserwowane przez sondę Apollo 12 zbliżającą się do miejsca lądowania. Booker i inni oszacowali wielkość nadmiaru masy potrzebnego do uzyskania ciśnienia rzędu 100 barów. Ponieważ formacje te są starożytne, anomalie grawitacyjne powinny utrzymywać się na Księżycu przez kilka eonów, co wskazuje, że Księżyc jest i był ciałem o bardzo dużej twardości. Zaproponowano dwa sposoby wyjaśnienia tych zjawisk.

1) Zakłada się, że substancja wnętrza Księżyca w wyniku różnych procesów wydostała się na powierzchnię w zagłębieniach powstałych w wyniku interakcji z obiektami odpowiedzialnymi za powstawanie mórz.

2) Uważa się, że maskony składają się z pozostałości samych zderzających się ciał obcych wraz z substancją główną, wypełniając wgłębienia powstałe w wyniku zderzenia uderzeniowego.

Jeśli za podstawę powstawania maskotek uważa się wypływy lawy z głębin Księżyca, to należy pamiętać, że do wytworzenia takich złóż wymagane jest nadciśnienie o wartości około 50-100 barów. Na Księżycu nie ma źródeł takiego ciśnienia. Możliwe, że substancja przedostała się do ogromnych wgłębień powstałych w wyniku ogromnych zderzeń z otaczającymi terenami. Jest prawdopodobne, że fale Van Dorna w silnie rozdrobnionej warstwie powierzchniowej Księżyca mogą wywołać taki proces, ale wówczas potrzebne są specjalne założenia, aby wyjaśnić nadmiar masy na jednostkę powierzchni. Nadmiar masy można wytłumaczyć przepływem lawy spod sąsiadujących obszarów do obszarów morskich. Niedawno Sjögren doszedł do wniosku, że dodatkowa masa Morza Spokoju zawarta jest w przypowierzchniowej płycie, która mogła zostać utworzona przez takie strumienie lawy.

Według innej hipotezy skały wnętrza Księżyca przemieściły się jako materia stała do gigantycznych wnęk powstałych w momencie pojawienia się mórz; skały miały większą gęstość niż większość skał powierzchniowych. Gdyby poruszały się aż do osiągnięcia równowagi izostatycznej, anomalie grawitacyjne nie istniałyby. Jeśli równowaga izostatyczna nie zostanie osiągnięta, pojawią się ujemne anomalie. Jeśli granica równowagi izostatycznej zostanie przekroczona w wyniku dużego ruchu wznoszącej się materii lub masa zostanie zwiększona przez przepływ lawy lub fragmentarycznej skały, nastąpi dodatnia anomalia. W tym przypadku należy przyjąć, że w sposób niezwykle rozdrobniony

W skałach znajdujących się pod spodem wystąpiłyby ogromne naprężenia. To wyjaśnienie jest możliwe, ale mało prawdopodobne.

Powszechnie przyjmuje się, że zewnętrzne części Księżyca poddawane są znacznym naprężeniom i że ogrzewanie Księżyca powoduje utworzenie się stopionej masy, która jest wyciskana do basenów morskich. To częściowe topnienie na Ziemi powoduje powstawanie skał, które są mniej gęste w stanie zestalonym (a nawet mniej gęste w stanie ciekłym) niż skały, z których zostały utworzone. Na Ziemi lawa wypływa z pasm górskich z dodatnimi anomaliami grawitacyjnymi. Na Księżycu niziny mórz się zapełniają. Być może taką substancją mógłby być bazalt tytanowo-żelazowy o dużej gęstości. Jednak liczne pęknięcia i rowki na powierzchni Księżyca nie potwierdzają hipotezy, że zewnętrzna powłoka Księżyca może wytrzymać duże naprężenia.

Taki mechanizm powstawania skał na powierzchni Księżyca polega na wyrzucaniu netto skał o objętości równej iloczynowi powierzchni mórz na głębokość około 50 km, co nieuchronnie powinno prowadzić do powstania warstwa wyrzuconych skał o 1/10 tej grubości na obszarze 10 razy większym niż obszar Mare Monsim i Seas of Tranquility. Autor tego rozdziału, opierając się na dostępnych zdjęciach powierzchni Księżyca, wątpi w słuszność tego punktu widzenia.

Hipoteza, że ​​maskotki są pozostałością ciał obcych, które zderzyły się z Księżycem, opiera się na szeregu założeń, a mianowicie, że uderzenie następuje przy prędkości tylko nieznacznie większej od prędkości ucieczki Księżyca, że ​​charakterystykę uderzenia można określić ekstrapolowano na podstawie parametrów energetycznych wybuchów jądrowych oraz w przypadku mórz księżycowych, oraz że objętość netto „wyrzutu” skał księżycowych jest równa objętości obiektu zderzającego się z Księżycem. To wyjaśnienie sugeruje rodzaj „uzupełnienia”. Ze względu na trudność konserwacji maskotek, jeśli wnętrze Księżyca znajduje się w temperaturze topnienia skał, przyjmuje się, że wypełnienie nastąpiło podczas uderzenia, w wyniku procesów opisanych przez Van Dorna. Ważne jest, aby istniała przybliżona zgodność między masami wymaganymi do uformowania maskotek a masami niezbędnymi do uformowania mórz. Duży nadmiar masy maskony Mare Mons i maskonów innych mórz oraz ich dalsze istnienie przez eony (prawdopodobnie 4,0 * 10 9 lat) wskazują, że Księżyc jest i był ciałem bardziej stałym i o niższych temperaturach niż Ziemia, w którego równowaga izostatyczna ustala się w ciągu około 10 7 lat. Wydaje się, że hipoteza o kolosalnych wypływach lawy i bardzo dużych ruchach materii z wewnętrznej strefy Księżyca nie jest zgodna z zachowaniem tych masywnych struktur przez kilka eonów.

Co ciekawe, wysokościomierz laserowy statku kosmicznego Apollo 15 pokazał, że istnieją duże różnice w wysokościach dla różnych części powierzchni Księżyca. Obszary półkuli widzialnej, ogólnie rzecz biorąc, leżą niżej o około 2 km, a półkula niewidzialna jest uniesiona w stosunku do kuli, której środkiem jest środek masy. Ponadto zidentyfikowane dotychczas głębsze punkty znajdują się w morzach okrężnych, co oczywiście oznacza, że ​​pod powierzchnią tych obszarów muszą znajdować się pewne masy materii o dużej gęstości. Po niewidzialnej stronie Księżyca znajduje się także bardzo głęboki krater Van de Graaffa o nieregularnych konturach i naturalnie pojawia się pytanie o istnienie w tym rejonie maskonu.

POWIERZCHNIA KSIĘŻYCA

Powierzchnia Księżyca pokryta jest kraterami i rozległymi, płaskimi obszarami. Kratery są przeważnie pochodzenia uderzeniowego, ale zdarzają się też kratery wulkaniczne. Kratery uderzeniowe mają różną wielkość, od mikroskopijnych po gigantyczne obszary mórz księżycowych o średnicy setek kilometrów. Obszary są w różnym wieku. Stare, bardzo gęsto pokryte kraterami obszary mają prawdopodobnie od 4,0 do 4,6 miliarda lat. Odosobnione, rzadkie kratery pokrywają obszary, które powstały na przestrzeni wieków geologicznych. Kratery te były badane przez wielu badaczy z wielką starannością. Jednakże przedstawiają one głównie zdarzenia losowe i niewiele ujawniają na temat historii Księżyca. Ptolemeusz i Al-Batani mają ujemne anomalie grawitacyjne wynoszące około 87 miligalów, co wskazuje, że te stare kratery powstały na stałym Księżycu na początku jego historii i że stan stały przetrwał do dnia dzisiejszego. Niestety, trudno dokładnie powiedzieć, jaki reżim temperaturowy jest zgodny z tym faktem. Duże kratery mają centralne szczyty, co wskazuje, że doszło do „rykoszetu” materiału lub że fragment ciała obcego uderzył w Księżyc. Prawdopodobnie pierwsze wyjaśnienie jest bardziej poprawne.

Na Księżycu znajdują się również kratery przypominające wulkany. Należą do nich kratery otoczone ciemnymi obszarami oraz szereg kraterów wzdłuż krętych przepaści. Szczelina Davy'ego składa się z niemal prostej linii kraterów, które mogą być kraterami endogenicznymi lub kraterami uderzeniowymi powstałymi w wyniku zderzeń z obiektami takimi jak głowa komety, które zostały rozbite na wiele fragmentów przez pole grawitacyjne Księżyca. W wielu przypadkach trudno jest stwierdzić, czy inne małe kratery należą do tej klasy. Rozwiązanie tego problemu wymagało znacznych wysiłków. Wiele z tych kraterów ma szerokie usta, jakby powstały w wyniku wypływu gazów. (Para jest najbardziej charakterystycznym gazem wulkanicznym na Ziemi! Jakie to gazy na bardzo suchym Księżycu? Czy woda reagowała z żelazem gdzieś w wewnętrznej strefie, uwalniając wodór, czy był to tlenek węgla, czy coś innego?) W niektórych strukturach lokalnych miejscowo obserwuje się strumienie lawy, zwłaszcza w Mare Monsim i w Morzu Spokoju. Ponadto wydaje się, że wzgórza Maria, położone w zachodnim regionie równikowym, noszą ślady wulkanizmu.

Wielkie morza to rozległe kominy, które powszechnie uważa się za lawę, ale które mogą być popiołami wulkanicznymi lub skałami pirogenicznymi. Strumienie lawy wypływające na powierzchnię Ziemi są zwykle spienione, a strumienie wypływające na powierzchnię Księżyca, gdzie przynajmniej obecnie panuje głęboka próżnia, powinny być takie same, nawet jeśli stopione masy zawierają mniej substancji lotnych. Obecnie obserwuje się gleby składające się z drobno pokruszonych cząstek krystalicznych i szklistych, w których zanurzone są fragmenty skał krystalicznych. Fragmenty te posiadają czasami wgłębienia o gładkich ściankach, które powinny powstać podczas krystalizacji stopionej masy zawierającej makroskopowe pęcherzyki gazu. Wyglądają, jakby stwardniały na pewnej głębokości pod izolacyjną warstwą powierzchniową. W powstaniu gleby rolę odegrały zderzenia mikrometeorytów z glebą i kamieniami, chociaż prawdopodobnie ma ona częściowo pochodzenie pirogeniczne.

Duże płytkie morza - Ocean Burz, Morze Spokoju, Morze Obfitości i Morze Chmur - nie mają zauważalnych anomalii grawitacyjnych, które z nimi się pokrywają. Zatem przepływy znajdują się w stanie równowagi izostatycznej, co wskazuje, że materiał, z którego pochodzą strumienie, prawdopodobnie pochodzi spod powierzchni, na której się znajdował, lub że równowaga izostatyczna została ustalona dla dużych obszarów powierzchni, ale nie dla maszkonów leżących na niektórych głębokość pod powierzchnią. Ta warstwa ciemnych skał musi być bardzo gruba, rzędu kilku kilometrów, gdyż góry pochodzenia uderzeniowego, które pierwotnie znajdowały się na tych terenach, są w większości objęte wspomnianymi przepływami. Te formacje skalne mogły zostać częściowo zniszczone w wyniku potężnych procesów uderzeniowych, które doprowadziły do ​​​​powstania dużych mórz, ale w płytkich morzach muszą znajdować się również głębokie „kieszenie” i płytkie obszary. Przez wiele lat powszechnie panowała hipoteza, że ​​te ciemne morza powstały w wyniku wypływów lawy z wnętrza Księżyca; hipoteza ta pozostaje popularna do dziś. Dane sejsmiczne różnią się jednak na tyle od danych zarejestrowanych na Ziemi, że aby wyjaśnić te rozbieżności, konieczne jest postulowanie wyraźnych różnic w strukturze powierzchni. Najlepszym wyjaśnieniem zaproponowanym w chwili pisania tego tekstu jest to, że powierzchnia Księżyca składa się z niezwykle rozdrobnionego materiału i składa się z gleby z rozrzuconymi w niej skałami (patrz dyskusja poniżej).

Szacunki dotyczące grubości regolitu znacznie się różnią. Shoemaker i wsp. wskazują niewielkie wartości tej wartości, wahające się od 3 do 6 m głębokości w kraterze w pobliżu miejsca lądowania przedziału księżycowego Apollo 11. Kopal na podstawie głębokości rowków upiera się, że grubość warstwy wynosi kilkaset metrów, a Seeger na podstawie badań struktur krateru Davy'ego uważa, że ​​grubość warstwy w tym miejscu wynosi 1 km. Gold i Souter sugerują, że głębokość warstwy rozdrobnionej materii wynosi 6-9 km. Szacunki te odnoszą się do powierzchniowej warstwy mórz. Intensywne procesy uderzeniowe zachodzące na powierzchni kontynentów również powinny były doprowadzić do powstania silnie rozdrobnionej materii i oczywiście powierzchnia kontynentów została poddana temu samemu bombardowaniu obiektami mikro- i makrometeorytów (jak powierzchnia morza) od momentu ich powstania.

Duże, duże morza powstały w wyniku zderzeń z masywnymi ciałami. Van Dorn zastosował teorię fal do badania takich zderzeń uderzeniowych i, w szczególności w przypadku Morza Wschodniego, zauważył dobrą zgodność pomiędzy obliczonymi i rzeczywistymi promieniami struktur falowych otaczających to i inne morza, przy założeniu istnienia warstwy cieczy Grubość 50 km. Nie można jednak zakładać jednoczesnego istnienia warstwy ciekłej o głębokości 50 km i jednocześnie stałej skorupy podtrzymującej istniejące pasma górskie. Jest możliwe, że bardzo rozdrobniona warstwa stałego materiału może zachowywać się jak niedoskonała ciecz, tworząc fale w procesach wysokoenergetycznych, które zestalają się, gdy gęstość energii spada do niższych wartości.

Kaula i wsp. wykazali, że niewidoczna strona Księżyca znajduje się wyżej od widocznej strony o około 3-4 km, a środek figury jest przesunięty w stronę długości geograficznej 25° E o 2-3 km. Prawdopodobnie wskazuje to na grubość skorupy ziemskiej po drugiej stronie wynoszącą około 30 km oraz na to, że skorupa składa się z minerałów bogatych w CaO, Al2O3 i Si02 oraz zawiera trochę FeO.

Dane fizyczne dotyczące powierzchni Księżyca wskazują, że na powierzchni mórz i kontynentów znajduje się silnie rozdrobniona warstwa krzemianów, że ciało Księżyca jest bardzo solidne aż do znacznych głębokości i tak było przez większość czasu jego istnienia.

OBSERWACJE SEJSMICZNE

Instrumenty sejsmiczne zostały zainstalowane na powierzchni Księżyca przez członków załóg statku kosmicznego Apollo, a uzyskane przy ich pomocy informacje mają ogromną wartość w zrozumieniu wewnętrznej budowy Księżyca. Pierwszym, najbardziej zaskakującym odkryciem było to, że stopień tłumienia sygnałów sejsmicznych na Księżycu był znacznie mniejszy niż współczynnik tłumienia na Ziemi. Przedział księżycowy statku kosmicznego Apollo 12 spadł na powierzchnię Księżyca z prędkością 1,68 km/s. Energia uderzenia wyniosła 3,36 * 10 16 erg. Odległość pomiędzy miejscem katastrofy a najbliższym sejsmometrem wynosi 73 km. Zarejestrowano sygnał, który osiągnął maksimum po około 7 minutach. po uderzeniu, a następnie powoli zanikły

przez 54 minuty Kiedy rakieta nośna statku kosmicznego Apollo 13 została zrzucona na Księżyc (prędkość w momencie uderzenia 2,58 km/s, energia uderzenia 4,63 * 10 17 erg, odległość od sejsmometru 135 km), zarejestrowano podobne zjawisko, które trwało ponad 200 minut Gdyby prędkość dźwięku wynosiła 6 km/s, fale dźwiękowe przebyłyby w ciągu 1 godziny odległość 21 600 km, czyli 6 razy większą niż średnica Księżyca. Rejestrowano zarówno falę P, jak i S (zarówno falę ściskania, jak i falę ścinającą). Podobne zjawiska odnotowano podczas ostatnich lotów.

Wyniki te znacznie różnią się od obserwacji na Ziemi, gdzie sygnały zanikały w ciągu kilku minut. Zaobserwowano inne, słabsze sygnały niemal podobnego typu, prawdopodobnie w wyniku upadku ciał meteorytów na powierzchnię Księżyca. Dodatkowo otrzymano inne grupy sygnałów, w których wzór rejestracji został bardzo dokładnie powtórzony, co wskazuje, że członkowie grupy sygnałów pochodzili z tego samego źródła i trafiali do sejsmometrów tą samą drogą. Fale i energia oscylacji długookresowych skupiają się w bardzo małej objętości, prawdopodobnie w warstwie powierzchniowej, głównie w bezpośrednim sąsiedztwie źródła. Tak powolnego zaniku sygnałów nie obserwuje się na Ziemi, dlatego muszą istnieć znaczne różnice w charakterystyce fizycznej obu planet. Najbardziej oczywistym z nich jest bardziej fragmentaryczny charakter powierzchni Księżyca. Jest prawdopodobne, że zarówno Ocean Burz, jak i Morze Spokoju powinny mieć bardzo rozdrobnioną warstwę, podobną do tej występującej na częściach kontynentów leżących pod ciemną glebą i skalistą warstwą mórz. Latham i wsp. omówili jego strukturę, a Gold i Sauter przeprowadzili obliczenia, wykorzystując model warstwy pyłu o grubości kilku kilometrów, przy prędkościach dźwięku rosnących liniowo wraz z głębokością i odbiciami od zewnętrznej warstwy powierzchni morza. Obydwa modele są podobne, jeśli pamiętamy, że skały mniejsze niż długość fali mają niewielki wpływ na propagację i odbicie fal dźwiękowych. Jest prawdopodobne, że warstwy stałego krzemianu zachowywałyby się inaczej.

Szereg sygnałów jest odtwarzanych z dużą dokładnością i nie można ich przypisać meteorytom, dlatego mają one charakter endogeniczny. Częściej rejestruje się je w perygeum i najwyraźniej „włącza” je efekt pływowy. Powinny wystąpić odbicia od różnych mas i powierzchni. W związku z tym muszą występować również rozległe niejednorodności strukturalne. Te „trzęsienia księżyca” oznaczają, że energia mechaniczna lub potencjalna z wielu źródeł jest rozpraszana w postaci energii wibracyjnej i ciepła. Można sobie wyobrazić kilka źródeł takiej energii.

1) Maskoni nurkują w głębsze warstwy.

2) Nieregularny kształt Księżyca zmienia się w bardziej regularny kształt kulisty.

3) Elipsoidalna orbita Księżyca staje się coraz bardziej okrągła w miarę zmniejszania się głównej osi. Efekt ten może nakładać się na inne zmiany orbitalne z innych powodów.

4) Procesy konwekcyjne we wnętrzu Księżyca lub strumienie lawy powodują „ziemskie” trzęsienia księżyca.

5) Gdy Księżyc oddala się od Ziemi na skutek pływów, to pozostając jedną półkulą zwróconą w stronę Ziemi, zmniejsza swoją prędkość obrotową, co prawdopodobnie powoduje trzęsienia Księżyca, a energia rotacji jest źródłem energii sejsmicznej.

6) Nieznaczne kurczenie się i rozszerzanie następuje w wyniku zmian temperatury na Księżycu.

7) Kamienne zjeżdżalnie. Wydaje się jednak prawdopodobne, że proces ten trwał miliardy lat.

Wydaje się, że „trzęsienia księżyca” występują na głębokościach około 800 km, a odbicia występujące na takich głębokościach wskazują, że na tych głębokościach istnieje pewna struktura warstwowa. Jednakże nie ma jeszcze wiarygodnych dowodów na istnienie metalicznego rdzenia. Może występować bazaltowa warstwa regolitu o grubości 20 km; do głębokości 60 km - warstwa o prędkości fali kompresyjnej równej prędkości dźwięku w anortozycie oraz. głębiej, na nieokreślonej głębokości, znajduje się materiał o prędkości dźwięku charakterystycznej dla dunitu. Tak więc struktura warstwowa prawdopodobnie składa się z 20-kilometrowej warstwy rozdrobnionego bazaltu, 40-kilometrowej warstwy anortozytu, a następnie warstwy dunitu o nieznanej głębokości ze źródłem trzęsień księżyca i słabym odbiciem na głębokości około 800 km; Nie ma dowodów na obecność metalowego rdzenia. Najnowsze dane pokazują, że istnieje obszar centralny, który nie przewodzi fal S”.

i prawdopodobnie składa się z częściowo stopionych krzemianów. Ten centralny „rdzeń” ma promień około 700 km.

Księżyc jest znacznie cichszy niż Ziemia dzięki swoim niewyczerpanym źródłom energii, z których najważniejszym jest konwekcja w płaszczu spowodowana nagrzewaniem radioaktywnym. To właśnie tworzy gigantyczne pasma górskie, dodatnie i ujemne anomalie grawitacyjne, powoduje powstawanie ogromnych wulkanów i wylewów lawy oraz przemieszcza kontynenty. Jeżeli konwekcja istnieje lub istniała na Księżycu, jej skutki powinny być bardzo małe w porównaniu z tym, co obserwuje się na Ziemi.

Wyjaśnienie zjawisk sejsmicznych na skutek rozdrobnionej warstwy na powierzchni zasadniczo zaprzecza idei warstwy zastygłej lawy pod powierzchnią. Natomiast gleba księżycowa zawiera skały powstałe w wyniku stopienia, a złożone i dokładnie zbadane wzory „trzęsień księżycowych” wskazują na istnienie złożonych struktur pod powierzchnią Księżyca.

SKŁAD CHEMICZNY

Najnowsze pomiary promienia Księżyca pozwoliły ustalić średnią gęstość jego gleby na 3,36 g/cm 3 , a mocno rozdrobniony charakter warstwy powierzchniowej wskazuje, że przy szacowaniu gęstości materii dla całego Księżyca, należy wziąć pod uwagę wpływ pustek. Ponadto gęstość podłoża może się zmniejszyć pod wpływem wysokich temperatur w większym stopniu niż wzrosnąć pod wpływem wysokich ciśnień. To ponownie wskazuje, że gęstość minerałów może być wyższa w warunkach laboratoryjnych. Być może wartość 3,4 g/cm 3 jest akceptowalnym szacunkiem dla średniej wartości tego parametru. Średnie gęstości chondrytów typu L i H w warunkach niskiego ciśnienia wahają się w granicach 3,57 i 3,76 g/cm 3 lub 3,68 i 3,85 g/cm 3 w przypadku obecności minerałów ciężkich. Gęstość gleby ziemskiej w niskich temperaturach i ciśnieniach może wynosić około 4 g/cm3. W rezultacie Księżyc zawiera albo mniej żelaza, albo większe ilości wody i związków węgla niż skały na Ziemi. Niska zawartość wody i związków węgla w materiale powierzchniowym przeczy drugiej hipotezie. Krzemiany, jak wykazała analiza meteorytów o zawartości żelaza nie większej niż 10 procent wagowych, mogłyby zapewnić wymaganą gęstość. Tę gęstość mają również chondryty węglowe typu III. Stężenie potasu w tych meteorytach jest niższe niż w innych chondrytach i wynosi około 360 ppm zamiast 850 ppm. Ta niższa względna obfitość potasu i porównywalne stężenia uranu i toru pozwoliłyby początkowo zimnemu Księżycowi pozostać poniżej temperatury topnienia krzemianów przez całą epokę geologiczną.

Wencke w bardzo obszernym przeglądzie chemii Księżyca doszedł do wniosku, że materiał powierzchniowy Księżyca można uznać za mieszaninę dwóch składników: jednego skondensowanego w wysokiej temperaturze i drugiego o przeciętnym składzie meteorytowym. Stosunek K do U wynosi około 2000, natomiast w meteorytach chondrytycznych sięga 60 lub 80 tys., wynika to ze znacznie zwiększonego stężenia U i innych pierwiastków kondensujących się w wysokich temperaturach. Co ciekawe, ten stosunek dla skał lądowych wynosi około 10 000, co wskazuje na zwiększony udział wysokotemperaturowego kondensatu w Ziemi.

Pierwsze dane dotyczące składu chemicznego skał księżycowych, uzyskane przez Turkevicha i innych na podstawie obserwacji przy użyciu statku kosmicznego Surveyor 5 – Surveyor 7, wskazują, że powierzchnia mórz zawiera bazalt o dużej zawartości tytanu, a kontynenty charakteryzują się dużą zawartością tytanu. stężenia glinu i wapnia oraz niskie stężenia żelaza. Wyniki te w pełni potwierdziły później bardziej szczegółowe badania składu próbek skał księżycowych dostarczonych na Ziemię przez załogi statku kosmicznego Apollo. Na powierzchni Księżyca występuje kilka różnych rodzajów skał. Wydaje się, że obszary morskie składają się głównie ze skał bazaltowych i drobno pokruszonego materiału. Obszary kontynentalne zbudowane są ze skał charakteryzujących się dużą zawartością skalenia wapniowego, substancji takich jak anortozyt. Co więcej, obszar w pobliżu krateru Fra Mauro, gdzie „wylądowała” załoga statku kosmicznego Apollo 14, składa się z tego, co nazywamy KREEP, czyli substancją charakteryzującą się dużą zawartością potasu, pierwiastków ziem rzadkich

pierwiastki i fosfor. Nigdy nie zaobserwowano meteorytów typu Anorthosite ani KREEP, a wśród meteorytów nie znaleziono żadnych innych skał księżycowych. Odkryto inne rodzaje skał, które najwyraźniej są rzadkie.

Istnieją pewne zauważalne różnice w składzie chemicznym substancji księżycowych, ziemskich i meteorytowych.

Bardzo ciekawa różnica w składzie chemicznym dotyczy europu. Pierwiastek ten jest dwuwartościowy w środowiskach silnie redukujących i trójwartościowy w warunkach mniej redukujących. W skałach powierzchni Księżyca europ wykazuje wyraźną tendencję do podążania za dwuwartościowym strontem i osłabioną tendencję do zachowywania się jak inne trójwartościowe pierwiastki ziem rzadkich. To pokazuje, że skały powierzchniowe Księżyca powstały w warunkach silnie redukujących. Wykryto jedynie niewielkie wtrącenia metaliczne żelaza i niklu i nadal nie jest jasne, czy pochodzą one z Księżyca, czy też z fragmentów meteorytów. Siarczek żelaza występuje tylko w małych ilościach. Najbardziej zaskakujący jest fakt, że w niektórych bazaltach księżycowych stężenie tytanu jest znacznie wyższe niż w bazaltach lądowych.

Właściwości fizyczne tych skał krzemianowych są interesujące. Gleby bazaltowe składają się z bardzo małych fragmentów krystalicznych i szklistych. Brekcje wyglądają na spiekaną ziemię. Istnieją skały, które skrystalizowały z ciekłego stopu i czasami zawierają gładkie pęcherzyki, co wskazuje, że podczas procesu krzepnięcia obecne były pęcherzyki gazu. „Okaz stworzenia” 15.415 składa się w całości ze zeszklonych kulek skalenia wapniowego. Skały księżycowe często zawierają okrągłe wtrącenia krzemianowe, które mają właściwości fizyczne podobne do chondr meteorytów, ale mają inny skład chemiczny. Nie znaleziono jednak żadnych zidentyfikowanych fragmentów meteorytów, co wskazuje, że meteoryty uderzające w Księżyc rozbijają się na niezwykle małe fragmenty. Ponadto skały księżycowe różnią się składem chemicznym od skał meteorytowych.

Ponieważ Księżyc nie ma atmosfery, na dużych wysokościach nad powierzchnią Księżyca można zaobserwować wysokoenergetyczne promieniowanie emitowane przez pierwiastki radioaktywne. Takie obserwacje zaplanował Arnold przy opracowywaniu programu lotów na Księżyc, a ostatnio z sukcesem przeprowadzili je członkowie załóg statków kosmicznych Apollo 15 - Apollo 17. Badania te wskazują, że obszary morskie charakteryzują się wyższymi stężeniami potasu, uranu i toru niż kontynentalne, a na dużych obszarach powierzchni morza notuje się różne stężenia tych pierwiastków. Ponadto stosunek stężenia potasu do uranu jest zawsze niższy niż w skałach lądowych. Dane te potwierdza analiza skał księżycowych sprowadzonych na Ziemię i pokazuje, że duże obszary powierzchni Księżyca charakteryzują się różnicami chemicznymi. Adler i wsp., badając fluorescencję rentgenowską skał księżycowych oświetlonych promieniami rentgenowskimi Słońca, wykazali, że obszary kontynentalne, ogólnie rzecz biorąc, zawierają więcej pierwiastków charakterystycznych dla skał anortozytowych. Niestety, nie przeprowadzono jeszcze bardziej szczegółowych i obszernych badań tego rodzaju obejmujących całą powierzchnię Księżyca.

Wydaje się prawdopodobne, że od najwcześniejszego etapu istnienia Księżyca miało miejsce ciągłe topnienie na ograniczoną skalę; Wydaje się, że zostało to potwierdzone w miarę poszerzania się badań próbek księżycowych. Niewielkie strumienie lawy występujące w różnych miejscach mogą mieć nowsze pochodzenie. Jeśli wyjdą z głębokiego wnętrza Księżyca, mogą dostarczyć bardzo cennych informacji na temat składu chemicznego głębokiego wnętrza Księżyca. Uważano, że załoga statku kosmicznego Apollo 16 lądującego w pobliżu Krateru Kartezjusza odnajdzie nowsze skały wulkaniczne, ale miejsce to okazało się pokryte starożytnymi skałami anortozytowymi. Załoga statku kosmicznego Apollo 17 musi wylądować w ciemnej zatoce w Mare Serenity, w pobliżu krateru Littrow, gdzie znajdują się bardzo wyraźne oznaki wypływu lawy. Jeśli ten strumień wypływał z płytkiej głębokości, pojawia się pytanie: jak duży mascon mógł przetrwać w Morzu Przejrzystości, skoro wnętrzności Księżyca w tym przypadku powinny mieć wysoką temperaturę, zaczynając od lokalne źródło określonej ciemnej skały i na dużych głębokościach? Wynika z tego, że przepływ wulkanu, jeśli taki istnieje, pochodzi z głębin i że Księżyc ma bardzo twardą powłokę zewnętrzną. Próbki skał dostarczone z tego miejsca dostarczą informacji o składzie wnętrza Księżyca.

SUBSTANCJE WĘGLOWE

Nie znaleziono żadnych dowodów potwierdzających istnienie żywych lub kopalnych form biologicznych na Księżycu. Całkowite stężenie węgla we wszystkich badanych próbkach skał księżycowych waha się od 30 do 230 części na milion, przy czym stężenie węgla w glebie jest wyższe niż w skałach krystalicznych. Stężenie azotu jest nieco niższe niż węgla.

Analiza chemiczna potwierdziła obecność węglowodorów, związków węgla, wodoru, tlenu i azotu, ale na ogół w tak małych stężeniach, że trudno mieć pewność, że są to substancje endogenne, a nie będące następstwem zanieczyszczeń lądowych. Chromatograf gazowy i spektrometr mas są tak czułe, że mogą wykryć niektóre zanieczyszczenia w zakresie stężeń tak niskich jak 10-9. Wszyscy badacze odkryli różne związki węglowodorowe zawierające do sześciu lub więcej atomów węgla oraz bardziej powszechne i proste związki węgla z tlenem, wodorem i azotem. Najciekawsze związki z punktu widzenia istnienia biologicznych form materii zidentyfikowało kilku badaczy. Nagy i wsp. oprócz mocznika i amoniaku odkryli glicynę, alaninę i etanoloaminę. Fox i wsp. w niezhydrolizowanych ekstraktach wodnych stwierdzili glicynę i alaninę, a ponadto stwierdzili obecność kwasu glutaminowego, kwasu asparaginowego, seryny i treoniny w ekstraktach po hydrolizie. Stężenia tych substancji wynosiły około 50 części na 10 9 . Hodgson i wsp. zidentyfikowali porfirynę, ale powiązali jej obecność z zanieczyszczeniem skał księżycowych gazami z dysz silników rakietowych. Mając na uwadze bardzo małe ilości wykrywanych substancji, należy wykazać zawartość tych związków w innych próbkach gleby księżycowej i pobierać próbki do analiz ze szczególną ostrożnością, unikając ich zanieczyszczenia. Jest prawdopodobne, że wiele związków powstało w wyniku dodania roztworów chemicznych do badanych próbek skał księżycowych, gdyż skały księżycowe zawierają aktywowane atomy węgla i innych pierwiastków, które spadły na powierzchnię Księżyca wraz z wiatrem słonecznym. W szczególności Abell i in. udowodnili powstawanie metanu deuteru C D 4 przy stosowaniu wody deuterowej D 2 0 zamiast zwykłej wody H 2 0. Woda w próbkach księżyca

gleby występuje w tak małych stężeniach, że niezwykle trudno jest odróżnić endogenne zanieczyszczenia wody od zanieczyszczeń lądowych.

WIEK KSIĘŻYCA

Badając wiek skał księżycowych, stosuje się dwie metody określania. Zakładając, że skały księżycowe powstały z substancji meteorytowych, określa się czas, w którym skały powierzchni Księżyca oddzieliły się od substancji pochodzenia meteorytowego. Ten czas nazywany jest „wiekiem modelki”. Przy obliczaniu wieku Rb 87 - Sr 87 lub wieku uranu-ołowiu i toru-ołowiu przyjmuje się, że stosunki stężeń rubidu do strontu lub uranu i toru do ołowiu nie zmieniły się od czasu separacji. Druga metoda określania wieku skał określa czas, w którym badana próbka po raz ostatni znajdowała się w stanie stopionym lub kiedy izotopy pierwiastków po raz ostatni były równomiernie rozłożone pomiędzy minerałami badanej próbki skały. Jest to „wiek izochroniczny”. Wiek modelu Rb 87 - Sr 87 dla większości badanych próbek gleby księżycowej wynosi około 4,6 eonów (4,6 · 10 9 lat); Według badań meteorytów bazaltowych achondrytów jest to czas wymagany do powstania Sr 87 w większości próbek pierwotnego strontu w ciągu 4,6 eonów. Wiek izochronowy skał waha się od 3,3 do 4,1 eonów. Oznacza to, że ogólny skład skał w stosunku do rubidu i strontu ukształtował się w tej formie 4,6 eonów temu i nie zmienił się w procesie wielokrotnego nagrzewania, jaki miał miejsce w późniejszych momentach izochronicznych. Przepływy popiołu w tych późniejszych okresach nie doprowadziły do ​​rozdzielenia się pozostałości ciekłej roztopionej i stałej, co prawdopodobnie wynikało ze słabego pola grawitacyjnego Księżyca, w którym skupiska częściowo roztopionych mas nie rozdzieliły się na warstwy składające się z fazy ciekłej i stałej lub został spowodowany całkowitym stopieniem kieszeni bazaltu, w związku z czym nie doszło do frakcjonowania. Dla 40-Ar 40 wiek jest ogólnie zgodny z wiekiem izochronicznym Rb 87 - Sr 87, ponieważ argon rozproszył się w ostatniej fazie ogrzewania. Wiek skał uranowo-ołowiowy i torowo-ołowiowy daje bardziej złożony obraz i nie jest zgodny z wiekiem Rb 87 - Sr 87, najwyraźniej z powodu utraty ołowiu do otaczającej przestrzeni, prawdopodobnie na skutek ulatniania się. Co ciekawe, wiek izochronowy dużej liczby badanych próbek gleby i wielu próbek krystalicznych ma wartości w przedziale 4,3-4,6 stref.

Ponieważ próbki gleby i skały mają różny skład, strumienie wulkaniczne, które wybuchły z izolowanych kieszeni, nie powinny były się ze sobą mieszać w okresie od 4,6 eonów temu przed powstaniem strumieni, tj. 3,3-4,0 eonów temu. Nie wiadomo, czy wylewy miały miejsce przed 4,0 eonami, czy po 3,3 eonach. Hipoteza przeciwna głosi, że składniki bazaltowe powstały w wyniku zwykłych ziemskich przepływów, podczas których stopiony bazalt został oddzielony od frakcji stałej pozostającej na głębokości, a uran-ołów, tor-ołów, rubid i stront w różnych ilościach zostały dodane później z niektórych pierwotna materia powstała 4,6 eonów temu. W tym przypadku należy przyjąć, że te pierwotne skały bazaltowe o niewielkiej zawartości tych pierwiastków powstały w wyniku procesów topienia, podczas których w przypadku skał lądowych powstają z reguły bazalty zawierające wymienione pierwiastki. Jest to jednak całkowicie niewiarygodne i najwyraźniej bardziej wiarygodnym wyjaśnieniem jest to, że przyczyną rozbieżności było topienie ograniczonych układów w obecności słabego pola grawitacyjnego.

Interesujące są dwa wskaźniki wieku: wyznaczany stosunkiem K 40 – Ar 40 (metoda opracowana przez Turnera) oraz wyznaczany stosunkiem Rb 87 – Sr 87 (metoda opracowana przez Schaefera i in.). Próbka stworzenia 15415 i skały anortozytowe przywiezione przez załogę statku kosmicznego Apollo 16 mają około 4,1 eonów. Sugerowano, że wiek niektórych skał anortozytowych powinien wynosić 4,6 eonów, wychodząc z założenia, że ​​w tym czasie nastąpił najwcześniejszy okres topnienia i że wtedy pojawiły się skały anortozytowe. Co przesunęło zegar cyklu K 40 – Ar 40? Gorące słońce, kolizje w pasie asteroid, a może jedno i drugie, a może coś innego nieznanego?

HISTORIA KSIĘŻYCA

Obecnie wiadomo, że kontynentalne obszary Księżyca składają się ze skał typu anortozytu i że skały te oraz bazalt tytanowo-żelazowy uzyskały swój skład w wyniku procesów topnienia 4,6 ± 0,1 eonów temu. Później nastąpiło topnienie, co doprowadziło do powstania skał Morza Spokoju i Oceanu Burz. W wyniku procesów zachodzących w tym okresie powstały maskotki, które ze względu na twardość skał przetrwały do ​​dziś. Nie są znane maksymalne temperatury podpowierzchniowe wymagane do zachowania maskonów, ale temperatury podpowierzchniowe Ziemi wydają się być zbyt wysokie. Dokładne porównanie utrudnia większe pole grawitacyjne Ziemi i wyższe ciśnienie w jej zewnętrznych warstwach. Gdyby nie było śladów topnienia, można by założyć, że Księżyc był zimny przez całą historię. Gdyby można było zignorować maskotki, prowadziłoby to do przyjęcia hipotezy o wysokiej temperaturze, oczywiście ignorowania lub szukania innego wyjaśnienia momentów bezwładności. Jeśli wziąć pod uwagę wszystkie okoliczności, nieuniknione staje się uznanie potrzeby złożonej historii Księżyca. W każdym razie kamienie magnetyczne są tajemnicze.

Jeśli Księżyc był pierwotnie całkowicie stopiony, to musiał zestalić się i ulec różnicowaniu 4,5–4,7 eonów temu. Warstwa anortozytu stwardniała i wypłynęła na powierzchnię, warstwa piroksenowo-oliwinowa zapadła się w głąb, a pomiędzy nimi pojawiła się warstwa bazaltu tytanowo-żelazowego lub zmieszana z innymi warstwami, która uwolniła się później podczas późniejszego przetapiania poszczególnych objętości. Zewnętrzne części musiały ostygnąć do takiego stopnia, aby zapewnić utrzymywanie się anomalii ujemnej grawitacji w Ptolemeuszu i

Al-Batani i prawdopodobnie w takich kraterach na całej powierzchni. Miało to miejsce, gdy stężenie pierwiastków promieniotwórczych osiągnęło maksymalny poziom. Przeprowadzono wiele badań nad reżimem termicznym Księżyca w całej jego historii geologicznej. Takie badania pokazują, jak trudno jest schłodzić stopione ciało Księżyca w ciągu eonu, nawet przy braku pierwiastków radioaktywnych. Być może, jak podkreśla Tozer, największą rolę odegrała konwekcja. W przypadku Ziemi ochłodzenie nie nastąpiło od 4,6 eonów, a dodatnie anomalie grawitacyjne utrzymywane są jedynie przez gigantyczne komórki konwekcyjne. Przez cały czas pojawienia się wylewów lawy wnętrze Księżyca musiało utrzymywać wysoką temperaturę i tylko w zewnętrznej powłoce możliwe było istnienie litej skały, tak jak ma to miejsce w przypadku Ziemi. Wyjaśnienie obserwacji w ten sposób wydaje się mało prawdopodobne, jeśli nie wręcz niemożliwe. Nawet bez uciekania się do maskonów taka hipotetyczna historia Księżyca spowodowałaby powstanie liczniejszych strumieni lawy, niż jest to faktycznie obserwowane, a zwłaszcza hipoteza dotycząca wysokiej temperatury wiązałaby się ze znacznie bardziej intensywnym topnieniem powierzchni Księżyca. Brak obszarów o charakterze morskim wskazuje, że procesy topnienia miały jedynie niewielki zasięg.

Jeśli wartości momentów bezwładności ustalone za pomocą sztucznych satelitów Księżyca i obserwacji astronomicznych są prawidłowe, to rozciągnięta warstwa skał anortozytowych o małej gęstości, mały żelazny rdzeń i gęste skały krzemowe we wnętrzu Księżyca są nie do pomyślenia bez istnienie jakiejś warstwy materii o dużej gęstości w pobliżu powierzchni. I wydaje się niewiarygodne, że taka warstwa skały o dużej gęstości materii powstałaby i zachowała się, gdyby Księżyc był całkowicie stopionym ciałem na wczesnym etapie swojego istnienia. Ale być może dane dotyczące momentów bezwładności są nieprawidłowe!

Sugerowano, że początkowe topnienie 4,5–4,7 eonów temu ograniczało się do zewnętrznej warstwy początkowo zimnego Księżyca i że maskony były wspierane przez zimne wnętrze oraz ujemne anomalie grawitacyjne kraterów Ptolemeusza i Al-Batani oraz innych kratery - warstwa zewnętrzna, która dość szybko się ochłodziła. W modelu tym założono, że źródłami ogrzewania były następujące czynniki.

1) Ogrzewanie powierzchniowe w dużej kuli gazowej lub w procesie akumulacji w takiej kuli.

2) Ogrzewanie powierzchniowe w wyniku pływów podczas przechwytywania Księżyca.

3) Ruch pól magnetycznych wzdłuż powierzchni Księżyca i wzbudzanie prądów elektrycznych w krzemianach już nagrzanych przez niektóre wcześniej działające mechanizmy.

4) Ogrzewanie podczas procesu akumulacji, w którym w ostatnich etapach następuje szybka akumulacja ciał stałych. Po ochłodzeniu podzielił się na kilka warstw, przy czym bazalt tytanowo-żelazowy zestalił się jako ostatni, gdzieś pod powierzchnią. Najwyraźniej opcja 4) doprowadziłaby do powstania bardzo dynamicznych warunków, słabo przystosowanych do rozdzielania skał na różne warstwy zidentyfikowane w badaniach chemicznych. Bazalt stopił się później i został wypchnięty w górę z głębszych warstw. Nagrzewanie radioaktywne mogło nastąpić w wyniku bardzo niskiej przewodności cieplnej warstwy pyłu na powierzchni i jej wysokich właściwości termoizolacyjnych. „Płytkie” morza, składające się z przepływów popiołu na bardzo nieregularnej powierzchni, miałyby kilka warstw głębiej położonych oraz warstwy powierzchniowe. Głębokie warstwy musiały zauważalnie się ogrzać w okresach od setek milionów do miliardów lat, nawet jeśli początkowo miały niskie temperatury (około 0 ° C), co jednak wcale nie jest konieczne. Autor tej pracy podziela te idee.

Wcześniej sądzono, że pierwsze kratery, maria i maskony powstały w wyniku zderzeń we wczesnych stadiach historii geologicznej Księżyca, jednak jeśli założymy, że około 4 eonów temu w pasie asteroid doszło do katastrofalnej kolizji, prowadzącej do powstania wielu dużych i małych fragmentów, które spadły na Ziemię, Księżyc i inne planety na przestrzeni kilkuset milionów lat, można skonstruować inną historię powierzchni Księżyca. Na Ziemi nie zachowały się żadne ślady takich zderzeń, jeśli miały one miejsce przed powstaniem najstarszych skał Ziemi. Musimy przyjąć, że maskony powstały w wyniku jakiegoś „rykoszetu” skał księżycowych i że anomalie grawitacyjne utrzymywały się pomimo rozległych i energicznych przemieszczeń skał, ponieważ tego rodzaju zderzenia musiały następować przy dużych prędkościach.

Dlatego, aby wyjaśnić anomalie grawitacyjne, masy obiektów zderzających się z tak dużymi prędkościami muszą być niezwykle małe. Przy takim założeniu z łatwością możemy mieć powierzchnię Księżyca wystarczająco zimną, aby potwierdzać obecność anomalii grawitacyjnych typu ptolemejskiego i Al-Batani, jednak problem istnienia maskonów pozostaje nierozwiązany, jeśli przyjmiemy, że tytanowo-żelaziste skały bazaltowe wylewane są na powierzchnię ze stopionego podpowierzchniowo, co wydaje się akceptowalną hipotezą przy takim rozumieniu wczesnej historii Księżyca.

Częściowe stopienie wnętrza Księżyca 3,1-3,0 eonów temu, jak przyjmują niektórzy badacze, prawie na pewno doprowadziłoby do oddzielenia się rubidu i strontu od siebie, a zatem modelowy wiek bazaltów tytanowo-żelazowych prawie na pewno nie mógł będzie około 4,6 eonów. Jest to poważny argument przeciwko powstaniu tych skał w wyniku częściowego stopienia wnętrza Księżyca.

Można zatem stwierdzić, że Księżyc powstawał w stosunkowo niskich temperaturach, był podgrzewany przez zewnętrzne źródła ciepła, wystarczająco chłodzony i na wystarczającą głębokość, aby duże kratery (o średnicy 150 km) mogły utrzymać ujemne anomalie grawitacyjne, a także dzięki swojemu solidne wnętrze, zdolne do utrzymania stężenia masowego. W procesie chłodzenia nastąpiło zróżnicowanie anortozytu, bazaltu tytanowo-żelazowego i innych frakcji. Gleba powstała głównie ze strumienia popiołu i stopiła się w ograniczonych ilościach w wyniku radioaktywnego ogrzewania ze względu na niską przewodność cieplną powierzchniowych warstw gleby. Ta rzekoma historia jest złożona i prawdopodobnie zostanie zweryfikowana w miarę gromadzenia dowodów.

Jak omówiono powyżej, sejsmolodzy uzyskali dane potwierdzające istnienie warstwy anortozytu sięgającej do głębokości około 60 km pod powierzchnią oraz strefy wewnętrznej znajdującej się pod tą warstwą, składającej się ze skał typu dunit, bogatych w piroksen i oliwin. W porównaniu do trzęsień ziemi, trzęsienia Księżyca są bardzo umiarkowane, a niektóre z nich występują wielokrotnie w punktach znajdujących się na głębokości około 700-800 km. W tym przypadku odbicia występują w strukturach znajdujących się mniej więcej na tej samej głębokości. Nie mogą być spowodowane obecnością metalicznego rdzenia, ale mogą powstać na styku struktur innego typu. Potwierdza to hipotezę o bardzo głębokim lub całkowitym stopieniu na początku historii Księżyca. Jednakże dowody nie są rozstrzygające. Obserwacje prowadzono na ograniczonych obszarach powierzchni Księżyca oraz na obszarach stosunkowo blisko stref dużych maszkonów i mórz uderzeniowych.

MAGNETYCZNE KAMIENIE KSIĘŻYCA

Na Księżycu nie odkryto żadnego pola dipolowego, ale w miejscach lądowań Apollo znajdują się namagnesowane skały, które mają od 4 do 3,1 eonów. Dlatego wcześniej lub później na Księżycu musiały istnieć pola magnetyczne, a skały w tych polach magnetycznych musiały ostygnąć do temperatur poniżej punktu Curie. Istnieją również dość duże obszary namagnesowane. Pochodzenie pól magnetycznych odpowiedzialnych za powstawanie namagnesowanych kamieni pozostaje tajemnicą dla wszystkich badaczy tego zjawiska. To pytanie jest ważne dla problemu pochodzenia Księżyca.

Po odrzuceniu ziemskiego pola magnetycznego i możliwego pola Słońca, zwróciliśmy się ku możliwemu księżycowemu polu dipolowemu, które powinno zniknąć nie wcześniej niż 3,1 eonów temu. Jedna z propozycji, złożona w szczególności przez Runcorna, przewidywała istnienie żelaznego jądra mniejszego od rdzenia Ziemi, które w związku z tym musiałoby się bardzo szybko obracać, aby wytworzyć wymagane pole. Wydaje się to mało prawdopodobne, ponieważ obserwacje sejsmiczne nie wykazały rdzenia, chociaż mogą nie być całkowicie rozstrzygające. Jeżeli taki wirujący żelazny rdzeń był obecny wcześniej, ponad 3,1 eonów temu, oznaczałoby to, że ostygł i dlatego pole mogłoby dzisiaj nie być obecne. W innym przypadku zakłada się, że we wnętrzu Księżyca nagromadziły się niskie temperatury, a w pierwotnym polu magnetycznym Słońca nagromadziły się cząstki magnesowalne, czyli żelazo, co doprowadziło do powstania trwałego dipolowego pola magnetycznego, które utrzymywało się aż do radioaktywnego nagrzania doprowadziło do wzrostu temperatury powyżej punktu Curie. Jednak w tym przypadku obszary powierzchni muszą zostać stopione, aby utworzyć bardzo zróżnicowane obszary z lawą wypływającą na powierzchnię.

Popularny pogląd jest następujący. Księżyc akumulował się najpierw z ciał stałych w niskich temperaturach z powodu niskiej energii grawitacyjnej i szybkości akumulacji, a później przy wysokiej energii grawitacyjnej i szybkości akumulacji. Stworzyło to solidne wnętrze i stopioną powierzchnię. Szacuje się, że akumulacja musiała następować przez okres około 2000 lat lub krótszy, aby utworzyć stopioną powierzchnię, pomimo strat radiacyjnych. W związku z tym takie bombardowanie powinno zakończyć się dość gwałtownie. Trudno jest określić miejsce w mgławicy słonecznej, gdzie mogłoby to nastąpić. Alternatywą są kule gazowe Ureya (1972). W tym przypadku ciała stałe osadzają się w wewnętrznej części kuli, gdy jest zimno, ale gdy kula jest ściskana, temperatura wewnątrz wzrasta i w ten sposób wewnętrzna część formuje się na zimno, a powierzchnia gromadzi się w wyższych temperaturach. Księżyc ostygł po tym, jak gorące Słońce oddaliło się od gazowej kuli i niezależnie od sposobu akumulacji Księżyca, pole magnetyczne wytwarzane przez zimne wnętrze magnesowało ochłodzone skały powierzchniowe i znikało, gdy w wyniku radioaktywnego ogrzewania temperatura spadła zimnego wnętrza przekroczyło punkt Curie. Jak wspomniano powyżej, jest to najciekawszy problem, który zadziwił wiele osób badających Księżyc.

TEORIE POWSTANIA KSIĘŻYCA

Aby omówić teorie pochodzenia Księżyca, należy wziąć pod uwagę teorię pochodzenia planet i ich satelitów, a w zasadzie pochodzenie Układu Słonecznego. Jowisz i układ jego wewnętrznych satelitów mają podobną charakterystykę orbit do Słońca i planet; oś obrotu Jowisza jest w przybliżeniu prostopadła do płaszczyzny ekliptyki. Gdyby inne planety i ich satelity odtworzyły tę samą strukturę, nie byłoby wielkich rozbieżności w poglądach na temat pochodzenia. Można założyć, że planety i ich satelity powstały z gromad małych obiektów gazowych i pyłowych. Jednakże Ziemia, Wenus, Mars i główne planety inne niż Jowisz mają osie obrotu, które nie są prostopadłe do płaszczyzny ekliptyki, co wymaga zderzeń bardzo masywnych ciał w celu uformowania planet. Samo to wskazuje na obecność masywnych ciał u zarania historii Układu Słonecznego.

Gdyby wszystkie planety ziemskie miały duże satelity, takie jak Ziemia, można założyć, że te planety i ich satelity utworzyły się jako planety podwójne, to znaczy nagromadziły się ze stałych i ciekłych krzemianów znajdujących się blisko siebie. W tym przypadku kwestia pochodzenia satelitów nie byłaby przedmiotem kontrowersji i dyskusji, jak to miało miejsce przez wiele dziesięcioleci. To właśnie wyjątkowość Księżyca, jako jedynego bardzo dużego satelity, stwarza dla naukowców ciekawy i kontrowersyjny problem jego pochodzenia. W końcu, jeśli regułą jest powstawanie podwójnych planet, brak dużego Księżyca dla Wenus i tych samych satelitów dla Merkurego i Marsa staje się nową tajemnicą. Radzieccy naukowcy, w szczególności O. Yu Shmidt, V. S. Safronov i B. Yu Levin, popierają teorię sugerującą nagromadzenie wielu małych satelitów, które otaczały Ziemię podczas jej powstawania przez okres około 100 milionów lat.

Cameron i Ringwood bronią poglądu, że Ziemia i Księżyc kumulowały się w krótkim czasie, od 10 3 do 10 4 lat, w bardzo wysokich temperaturach i w postaci podwójnego ciała. Księżyc zgromadził lotną substancję o wysokiej temperaturze, która utworzyła pierścień wokół Ziemi. Masa Ziemi plus odpowiadający jej udział gazów słonecznych musiała wynosić masę w przybliżeniu równą masie Jowisza, pierwotnie rozmieszczonej w dysku otaczającym Słońce. Konieczne jest, aby w pewnym momencie 0,3% substancji stałej przeznaczonej do utworzenia substancji stałej oddzieliło się od 99,7% masy gazu i zgromadziło się w ograniczonej objętości. Można założyć, że mogło to nastąpić tylko wtedy, gdy substancja miała wystarczająco niską temperaturę, aby skroplić się w ciecz lub ciało stałe. Możliwe, że mogłoby się to zdarzyć, gdyby cząstki stałe osiadły w kierunku środkowej płaszczyzny chmury. Opisany model ma coś wspólnego i jest w pewnym stopniu identyczny z teorią protoplanet Kuipera, której słabym punktem było wyjaśnienie utraty masy gazu równej masie Jowisza. Urey wskazał, że jest to niemożliwe i jak dotąd nie zaproponowano zadowalającego wyjaśnienia utraty gazów. Jest możliwe (ale nie zostało to udowodnione), że pola magnetyczne wirującego dipola mazytowego Solptza mogą umożliwić uwolnienie gazu.

Ringwood opierając się na fakcie, że utrata substancji lotnych jest tak charakterystyczna dla substancji powierzchni Księżyca, wskazuje, że Księżyc musiał zostać uwolniony z gazów o wysokiej temperaturze. To bardzo mocny argument, zwłaszcza jeśli ilość tych pierwiastków zostanie zmniejszona w całym ciele Księżyca, co jest wciąż niepotwierdzonym założeniem. Obfitość najpowszechniejszych pierwiastków w skałach księżycowych jest na tyle zbliżona do teoretycznie oczekiwanej podczas frakcjonowania stopionych krzemianów, że wydaje się możliwe porzucenie hipotezy o dużej roli ulatniania się. Co więcej, potrzebny jest mechanizm zapewniający nachylenie osi Ziemi i pewną zmianę orbity Księżyca, ponieważ Goldreich wskazuje, że współczesna orbita Księżyca nie mogła pierwotnie znajdować się w płaszczyźnie orbity Ziemi. Obydwa te zjawiska wymagają obecności innych, odpowiednio dużych ciał, które zderzając się z Ziemią i Księżycem, spowodowały wspomniane zmiany. Gdyby to była prawda, wówczas podobne obiekty zderzające się z innymi planetami wywołałyby podobne efekty. Fakt, że Wenus nie ma satelity i obraca się w przeciwnym kierunku, jest chyba najbardziej przekonującym dowodem przeciwko danej teorii pochodzenia Ziemi i Księżyca. Marcus i V.S. Safronow podkreślili, że takie zderzenia są konieczne, a Urey podał wyjaśnienie powstawania takich obiektów. Niedawno zasugerowano, że istniały duże ciała przedplanetarne, które zderzały się podczas formowania się Ziemi w warunkach wysokiej temperatury, a zgodnie z modelem Ringwooda Księżyc „odparował” z Ziemi. Pierwiastki ulatniające się w temperaturach 1500° K i niższych zniknęły z powierzchni Księżyca, ale nie ma powodu sądzić, że istnieje znacząca różnica między krzemem z jednej strony a aluminium, magnezem i wapniem z drugiej. nawet jeśli występują duże różnice w zmienności. Autor tej pracy wątpi w słuszność hipotezy Ringwooda o atmosferze gazowej, krzemowej, aluminiowej itp., która dała początek Księżycowi. Być może, gdyby udało się wydobyć skały z głębszych warstw i wykazywały one niską zawartość substancji lotnych, mogłoby to służyć jako wskazówka, że ​​substancja Księżyca w postaci silnie rozdrobnionej została podgrzana do temperatury 1000-1500°C i że substancje lotne zostały uniesione przez gazy resztkowe. Ci, którzy są skłonni myśleć, że bazalty tytanowo-żelazowe są w istocie lawą wypływającą z głębin, uważają to stwierdzenie za już udowodnione. Autor tej pracy chciałby przed przyjęciem takiego punktu widzenia zbadać próbki skał należących do tzw. lokalnych wylewów lawy, które mogły zostać wyniesione z głębokich warstw.

Sir George Darwin postawił hipotezę, że Księżyc oddzielił się od Ziemi, i pomysł ten był wielokrotnie omawiany w tym stuleciu zarówno przez jego zwolenników, jak i przeciwników. Wise i O'Keefe dokonali niedawno przeglądu tej debaty. Gęstość skał Księżyca jest zbliżona do gęstości płaszcza Ziemi, a tę tajemniczą kwestię można łatwo rozwiązać dzięki tej hipotezie. Wiele wysiłku włożono w udowodnienie możliwości takiego rozdzielenia. W ostatnich latach hipoteza ta została częściowo, a być może całkowicie podważona przez badania składu chemicznego skał na powierzchni Księżyca. Bazalty księżycowe charakteryzują się zdecydowanie wyższą zawartością żelaza i tytanu oraz zdecydowanie mniejszą zawartością pierwiastków lotnych w porównaniu do bazaltów ziemskich. Oczywiście nie można całkowicie wykluczyć, że takie różnice mogły powstać w złożonym procesie separacji wysokotemperaturowej, ale wydaje się to mało prawdopodobne. Wiek skał księżycowych cofa czas separacji o 4,5 eonów. Ważna jest jedna okoliczność, oczywista ze starych danych. Jeżeli Ziemia i Wenus powstały w wyniku podobnych procesów w porównywalnych odległościach od Słońca, to dlaczego układ Ziemia-Księżyc ma bardzo duży dodatni moment pędu w stosunku do pędu orbitalnego, podczas gdy Wenus ma małą i ujemną wartość dla ta sama ilość? Dlaczego Wenus nie stała się planetą o dużym pędzie i nie stała się planetą podwójną? Te pytania można było zadać wiele lat temu. Obecnie hipoteza o oddzieleniu Księżyca od Ziemi wydaje się mało prawdopodobna.

Hipoteza wychwytywania stała się szczególnie popularna od czasu zbadania tego problemu przez Gerstenkorna. Dyskutowali o tym MacDonald, Alfven i inni.

Hipoteza ta ma tę oczywistą zaletę, że podkreśla losowy charakter pochodzenia Księżyca i w tym przypadku nie trzeba tłumaczyć braku satelitów innych planet ziemskich. Jeśli jednak chcemy uniknąć wielu nieprawdopodobnych założeń, należy założyć, że na początku rozwoju Układu Słonecznego było wiele księżyców w tym samym czasie. Prawdopodobieństwo uchwycenia Księżyca na jakiejś orbicie wokół Ziemi jest mniejsze niż prawdopodobieństwo uchwycenia Księżyca w przypadku zderzenia z Ziemią. Zagadnienia te zostały szczegółowo omówione w pracach Ureya i MacDonalda. Gerstenkorn doszedł do wniosku, że przechwycenie nastąpiło na orbicie z ruchem wstecznym, która następnie odwróciła się, mijając pasy Ziemi, a ruch stał się bezpośredni. Założono, że minimalna orbita znajduje się w pobliżu granicy Roche'a w odległości 2,9 promienia Ziemi dla ciała o gęstości Księżyca. Podczas procesu wychwytywania duża ilość energii musiała zostać rozproszona w postaci ciepła, a mianowicie rzędu 10 11 erg na gram materiału księżycowego. Część tej energii powinna zostać rozproszona na Księżycu, prawdopodobnie w warstwach powierzchniowych, i mogła spowodować utworzenie się jego stopionej warstwy powierzchniowej, jak omówiono powyżej. Taki proces topnienia byłby bardziej intensywny na półkuli Księżyca zwróconej w stronę Ziemi i mógłby doprowadzić do pojawienia się większych obszarów mórz na powierzchni tej półkuli. Gdyby takie nagrzanie pochłonęło całe ciało Księżyca, istnienie maskonów stałoby się bardzo wątpliwe. Urey i MacDonald uważają, że do przechwycenia przyczyniły się zderzenia z innymi ciałami krążącymi wokół Ziemi, a początkowe orbity mogły być znacznie większe, eliminując w ten sposób problemy z ogrzewaniem. Ponadto przy tym założeniu gęstość momentu pędu początkowej akumulacji Ziemi przypada na empiryczną krzywą MacDonalda, który wykazał, że logarytm gęstości momentu pędu planet, przedstawiony graficznie jako funkcja logarytmu masy, ma postać linii prostej o nachyleniu około 0,82.

Ten hipotetyczny model pochodzenia Księżyca zakłada, że ​​Księżyc zgromadził się gdzie indziej. Jeśli przyjmiemy hipotezę wychwytu, problemy dotyczące sposobu akumulacji i ogólnego składu chemicznego pozostaną otwarte. Do tej pory zaproponowano jedynie model kuli gazowej, ale możliwe są inne modele, choć ich wiarygodne obliczenia są trudne. W tym przypadku uważa się, że w płaskim dysku mgławicy powstały dwuwymiarowe niestabilności grawitacyjne zgodnie ze wzorem zaproponowanym przez Jeansa i udoskonalonym przez Chandrasekhara. W odniesieniu do tego problemu wzory należy uznać za przybliżone, gdyż obecność cząstek stałych prowadzi do wzrostu niestabilności.

Temperatury wymagane do powstania w mgławicy ciał wielkości Księżyca są bardzo niskie, a masa obłoku musi stanowić znaczny ułamek masy Słońca. Jak sugeruje Alfvén w swojej hipotezie wspomaganej polem magnetycznym, protosłońce musiało utracić masę tego rzędu wielkości, aby zmniejszyć jego moment pędu, a Herbig uważa, że ​​gwiazdy T Tauri muszą posiadać obłoki pyłu o masie w przybliżeniu równej masie Słońca.

Akumulacja mas księżycowych w centrum takich formacji gazowych w wyniku działania grawitacji z energią akumulacji pochłoniętą przez dużą masę gazu mogłaby nastąpić w niskich temperaturach, gdyby promienie były duże. Gdyby masa gazu została następnie skompresowana, warstwy powierzchniowe centralnego obiektu księżycowego mogłyby nagrzać się do wysokich temperatur, zredukowane ciekłe żelazo zawierałoby pierwiastki syderofilowe, a ciekły siarczek żelaza - pierwiastki chalkofilne. Wraz z powolnym rozpadem kul gazowych nastąpiłoby powolne ochłodzenie masy centralnej, a wraz z całkowitym zanikiem gazów nastąpiłoby szybsze ochłodzenie do niskich temperatur. Skład chemiczny pozostaje trudnym problemem. W przypadku niskiej względnej zawartości żelaza w Słońcu, jak sądzono przez wiele lat, Księżyc składa się z pierwotnej nielotnej materii słonecznej, ale po rewizji względnych stężeń pierwiastków w materii słonecznej, gęstość pierwotnej nielotnej materii lotna materia słoneczna zbliża się do 4 g/cm 3 i nie odpowiada gęstości Księżyca. Jeśli hipotezę przechwytywania mamy traktować poważnie, problem ten należy rozwiązać. Chondryty węglowe są bardzo powszechnym rodzajem meteorytów, co wynika z obserwacji uderzeń, a wśród nich typ III (grupa Vigarano) ma odpowiednią gęstość i niską zawartość potasu, dzięki czemu można by stworzyć solidny Księżyc, gdyby ciało centralne miało tę lub podobną substancję chemiczną kompozycja. Meteoryty te zawierają wodę i duże ilości węgla. Niska zawartość wody i węgla w próbkach powierzchniowych ostro zaprzecza temu założeniu, ale go nie wyklucza. Marcus V. S. Safronow i Hartman rozważali inne sposoby gromadzenia dużych ciał z mniejszych ciał stałych przy braku gazu, co z pewnością jest konieczne, jeśli bardziej lotne pierwiastki zostaną usunięte z wnętrza Księżyca. W tym przypadku sekwencja zdarzeń powinna doprowadzić do utraty substancji lotnych w temperaturze rzędu 1500° K i powinny one zniknąć z obszaru, w którym zgromadziły się Księżyc i Ziemia, zanim rozpoczęła się akumulacja. Jeśli we wnętrzu Księżyca znajdują się substancje lotne, oznacza to powstanie Księżyca w sferze gazowej, a Ziemia musiała powstać z pozostałości takich obiektów. Cameron zaproponował niedawno, że Księżyc skroplił się z gazowej mgławicy słonecznej znajdującej się na orbicie Merkurego, gdzie skondensowały się najmniej lotne składniki, mianowicie CaO i Al 2 0 3. Utworzyli Księżyc, który został wyrzucony przez Merkurego na orbitę przecinającą orbity Wenus i Ziemi, a następnie przechwycony przez Ziemię. W ten sposób Księżyc powstał w rejonie mgławicy słonecznej, gdzie żelazo pozostawało głównie w postaci gazowej. To wyjaśnia niską gęstość Księżyca i być może jego skład chemiczny. Obydwa te mechaniczne zdarzenia wydają się niewiarygodne, choć nie można ich całkowicie odrzucić. Gdyby Księżyc został schwytany, uformowałby się niezależnie od Ziemi jako odrębna pierwotna planeta i w takim przypadku prawdopodobnie byłaby starsza od Ziemi. Znane obecnie wskaźniki wieku wskazują, że Księżyc jako samodzielne ciało istniał mniej więcej w okresie powstawania meteorytów. Utracono możliwość ustalenia wieku Ziemi tą samą metodą.

Jak wspomniano powyżej, Jowisz i jego księżyce przypominają „mały” układ słoneczny i można odnieść wrażenie, że satelity te powstały w bezpośrednim sąsiedztwie planety. Fakt, że w Układzie Słonecznym znajduje się siedem satelitów wielkością równą rozmiarom ziemskiego Księżyca oraz że średnia masa innych satelitów i asteroid stanowi w przybliżeniu jedną czwartą masy ziemskiego Księżyca, wskazuje, że w Słońcu preferowane są obiekty wielkości Księżyca. Układ przechylenia osi Obroty planet dają podstawy do przypuszczeń, że w pobliżu znajdowały się duże obiekty, które zderzały się z formującymi się planetami w ostatnich stadiach ich akumulacji. Możliwe, że nasz Księżyc nie jest tak wyjątkowym ciałem, jak się często uważa!

Pobierz streszczenie: Nie masz dostępu do pobierania plików z naszego serwera.

W tym rozdziale przyjrzymy się, jak Księżyc oddziałuje swoim polem grawitacyjnym na samą Ziemię, tj. na jej ciało i ruch orbitalny. Konsekwencje tego oddziaływania dla różnych sfer ziemskich – litosfery, hydrosfery, jądra, atmosfery, magnetosfery itp., a także dla biosfery zostaną omówione w kolejnych rozdziałach.

UWAGA!
Korzystając z serwisu, zobacz wykresy oddziaływania grawitacyjnego Księżyca i Ziemi
CZYNNIK KSIĘŻYCOWY

Obliczanie współczynników i stałych

Do obliczenia wpływu grawitacyjnego Księżyca skorzystamy ze wzoru fizyki klasycznej, który wyznacza siłę F wzajemnego przyciągania dwóch ciał o masach M1 i M2, których środki masy znajdują się w odległości R od każdego z nich Inny:

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

gdzie G = 6,67384 x 10 -11 jest stałą grawitacji.

Wzór ten podaje wartość siły przyciągania w jednostkach SI – niutonach (n). Na potrzeby naszego traktatu wygodniej i jaśniej będzie operować kilogramami siły (kgf), które otrzymuje się dzieląc F przez współczynnik 9,81, tj.:

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

Do dalszych obliczeń będziemy potrzebować następujących stałych:

1. Masa Księżyca - 7,35 x 10 22 kg;
2. średnia odległość Ziemi od Księżyca wynosi 384 400 km;
3. średni promień Ziemi wynosi 6371 km;
4. masa Słońca - 1,99 x 10 30 kg;
5. średnia odległość Ziemi od Słońca wynosi 149,6 mln km;

Siła grawitacji Księżyca na Ziemi

Zgodnie ze wzorem (2) siła przyciągania Księżyca na ciało o masie 1 kg znajdujące się w centrum Ziemi, przy odległości Księżyca od Ziemi równej jego średniej wartości, wynosi:

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

te. zaledwie 3,382 mikrogramów. Dla porównania obliczmy siłę przyciągania tego samego ciała przez Słońce (również dla średniej odległości):

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

te. 604,570 mikrogramów, czyli prawie 200 (dwieście!) razy więcej niż siła grawitacji Księżyca.

Ponadto ciężar ciała znajdującego się na powierzchni Ziemi waha się w znacznie bardziej znaczących granicach ze względu na odchylenie kształtu Ziemi od idealnego, nierówną rzeźbę i gęstość, a także wpływ sił odśrodkowych. Na przykład, masa ciała o masie 1 kg na biegunach jest o około 5,3 grama większa niż masa na równiku, jedna trzecia tej różnicy wynika ze spłaszczenia Ziemi na biegunach, a dwie trzecie wynika z na siłę odśrodkową na równiku, skierowaną przeciwnie do grawitacji.

Jak widać, bezpośredni wpływ grawitacji Księżyca na konkretne ciało znajdujące się na Ziemi jest dosłownie mikroskopijny, a jednocześnie znacznie gorszy od grawitacyjnego działania Słońca i anomalii geofizycznych.

Gradient grawitacyjny Księżyca

Przejdźmy do ryc. 3.1. Dla średniej wartości odległości Ziemia-Księżyc siła przyciągania Księżyca na ciało o masie 1 kg znajdujące się na powierzchni Ziemi w punkcie najbliższym Księżyca wynosi 3,495 mikrograma, czyli o 0,113 mikrograma więcej niż siła przyciągania tego samego ciała, ale znajdującego się w centrum Ziemi. Siła przyciągania ciała znajdującego się na powierzchni Ziemi przez Słońce (również dla średniej odległości) wyniesie 604,622 mikrogramów, czyli o 0,052 mikrograma więcej niż siła przyciągania tego samego ciała, ale znajdującego się w centrum Ziemia.

Rys.3.1 Grawitacja Księżyca i Słońca

Zatem pomimo nieporównanie mniejszej masy Księżyca w porównaniu do Słońca, gradient jego siły grawitacyjnej na orbicie Ziemi jest średnio ponad dwukrotnie większy od gradientu siły grawitacyjnej Słońca.

Aby zilustrować wpływ pola grawitacyjnego Księżyca na ciało Ziemi, spójrzmy na ryc. 3.2.

Ryc. 3.2 Wpływ pola grawitacyjnego Księżyca na ciało Ziemi.

Rysunek ten przedstawia bardzo, bardzo uproszczony obraz reakcji ciała Ziemi na wpływ grawitacji księżycowej, jednak rzetelnie oddaje istotę procesu – zmianę kształtu kuli ziemskiej pod wpływem tzw. siły pływowe (lub tworzące pływy) skierowane wzdłuż osi Ziemia-Księżyc i przeciwdziałające im siły sprężyste ciała Ziemi. Siły pływowe powstają, ponieważ punkty na Ziemi znajdujące się bliżej Księżyca są do niego przyciągane silniej niż punkty dalej od niego. Innymi słowy, deformacja ciała Ziemi jest konsekwencją gradientu siły grawitacyjnej Księżyca i przeciwdziałających temu sił sprężystości ciała Ziemi. W wyniku działania tych sił rozmiary Ziemi zwiększają się w kierunku działania sił pływowych i zmniejszają się w kierunku poprzecznym, w wyniku czego na powierzchni powstaje fala zwana falą pływową. Fala ta ma dwa maksima, położone na osi Ziemia-Księżyc i poruszające się po powierzchni Ziemi w kierunku przeciwnym do kierunku jej obrotu. Amplituda fali zależy od szerokości geograficznej obszaru i aktualnych parametrów orbity Księżyca i może sięgać kilkudziesięciu centymetrów. Maksymalna wartość będzie miała na równiku, gdy Księżyc przejdzie przez perygeum.

Słońce również powoduje falę pływową w ciele Ziemi, ale znacznie mniejszą ze względu na mniejszy gradient jego siły grawitacyjnej. Wspólny wpływ grawitacyjny Księżyca i Słońca na ciało Ziemi zależy od ich względnego położenia. Maksymalna wartość sił pływowych, a co za tym idzie, maksymalna amplituda fali pływowej jest osiągnięta, gdy wszystkie trzy obiekty znajdują się na tej samej osi, tj. w stanie tzw syzygy(wyrównanie), które ma miejsce podczas nowiu („Księżyc i Słońce w „koniuncji”) lub podczas pełni księżyca (Księżyc i Słońce w „przeciwstawieniu”). Dane konfiguracyjne pokazane są na rys. 3.3 i 3.4.

Ryc. 3.3 Łączny wpływ pól grawitacyjnych Księżyca i Słońca na ciało Ziemi
w „koniunkcji” (w nowiu).

Ryc. 3.4 Łączny wpływ pól grawitacyjnych Księżyca i Słońca na ciało Ziemi
w „opozycji” (podczas pełni księżyca).

Gdy Księżyc i Słońce odchylają się od linii syzygy, powodowane przez nie siły pływowe i odpowiednio fale pływowe zaczynają nabierać niezależnego charakteru, ich suma maleje, a stopień ich wzajemnego sprzeciwu wzrasta. Opozycja osiąga maksimum, gdy kąt między kierunkami Księżyca i Słońca od środka Ziemi wynosi 90°, tj. Ciała te znajdują się w „kwadracie”, a Księżyc znajduje się odpowiednio w fazie ćwiartki (pierwszej lub ostatniej). W tej konfiguracji siły pływowe Księżyca i Słońca działają ściśle przeciwnie na kształt ciała Ziemi, odpowiadające im fale pływowe na powierzchni są maksymalnie oddzielone, a ich amplituda jest minimalna, jak pokazano na ryc. 3.5.

Ryc. 3.5 Łączny wpływ pól grawitacyjnych Księżyca i Słońca na ciało Ziemi w „kwadracie”.

Fizyka procesów pływowych Ziemi pod wpływem pól grawitacyjnych Księżyca i Słońca jest bardzo złożona i wymaga uwzględnienia dużej liczby parametrów. Opracowano na ten temat wiele różnych teorii, przeprowadzono wiele badań eksperymentalnych, napisano ogromną liczbę artykułów, monografii i rozpraw. Nawet dziś istnieje wiele „białych” punktów, sprzecznych punktów widzenia i alternatywnych podejść w tym obszarze. Tym, którzy chcą głębiej zagłębić się w problematykę pływów ziemskich, polecamy fundamentalne studium P. Melchiora „Pływy Ziemi” (w tłumaczeniu z języka angielskiego, M., „Mir”, 1968, 483 strony).

Wpływ grawitacji Księżyca na Ziemię skutkuje dwoma podstawowymi zjawiskami:

1. Pływy Księżyca na powierzchni Ziemi to okresowe zmiany poziomu powierzchni Ziemi, zsynchronizowane z codziennym obrotem Ziemi i ruchem Księżyca na orbicie.
2. Nałożenie na orbitę Ziemi składowej zmiennej, zsynchronizowanej z obrotem układu Ziemia – Księżyc wokół wspólnego środka masy.

Zjawiska te stanowią główne mechanizmy oddziaływania Księżyca na sfery ziemskie – litosferę, hydrosferę, jądro Ziemi, atmosferę, magnetosferę itp. Więcej na ten temat w następnym rozdziale.

Trzęsienia ziemi to częste zjawisko, będące jednocześnie jedną z najbardziej niewytłumaczalnych i tajemniczych klęsk żywiołowych. Naukowcy nie zawsze mogą z całą pewnością stwierdzić, co dokładnie jest ich przyczyną, nie wspominając o terminowych prognozach i środkach zapobiegawczych.

Pole grawitacyjne Księżyca

Doskonale zdajemy sobie sprawę, że przyciąganie grawitacyjne Księżyca, wraz z polem grawitacyjnym Słońca i bezwładnością wynikającą z obrotu Ziemi, wpływa na powstawanie pływów. W innych rejonach Układu Słonecznego wzajemne oddziaływanie grawitacyjne planet i satelitów powoduje silne zjawiska tektoniczne.

Sejsmolodzy od dawna zastanawiali się nad możliwym wpływem niedocenianego pola grawitacyjnego naszego satelity. Oczywiście blokada pływowa Księżyca nie jest wystarczająco silna, aby zamienić skały na Ziemi w gorącą lawę, ale może wystarczyć, aby wpłynąć na słabe punkty w połączeniach płyt tektonicznych.

Uskoki tektoniczne

W skorupie ziemskiej występują strefy subdukcji – miejsca, w których jedna część płyty tektonicznej zagłębia się w płaszcz i przechodzi pod inną część skorupy ziemskiej. Te strefy subdukcji są swego rodzaju „słabymi punktami” aktywności tektonicznej i to właśnie w ich pobliżu najczęściej dochodzi do silnych trzęsień ziemi.

Na podstawie tych danych grupa naukowców z Uniwersytetu Tokijskiego postawiła następującą hipotezę: skoro strefy subdukcji to najczęściej głębokie uskoki, być może siła grawitacji Księżyca wystarczy, aby wpłynąć na rozbieżność płyt tektonicznych. Chociaż blokowanie pływowe na Księżycu może nie wystarczyć do zainicjowania ruchu całej płyty, może spowodować niewielkie pęknięcia, które z kolei tworzą efekt kuli śnieżnej i prowadzą do silnych wstrząsów.

Cykle księżycowe

Aby potwierdzić tę hipotezę, japońscy naukowcy zbadali odczyty sejsmiczne z ostatnich dwudziestu lat i porównali je z syzygiami – ustawieniem Księżyca, Ziemi i Słońca w linii prostej. Jeśli długość geograficzna Księżyca pokrywa się z długością słońca, na Ziemi obserwuje się nów księżyca, a pola grawitacyjne Księżyca i Słońca łączą się i „przyciągają” jedną z półkul Ziemi do siebie. W przypadku, gdy długość geograficzna Księżyca jest przeciwna do długości geograficznej Słońca, obserwujemy pełnię Księżyca, a pole grawitacyjne satelity „przyciąga” do siebie jedną półkulę Ziemi, a pole grawitacyjne Słońca przyciąga inny. W obu przypadkach wpływ grawitacji zewnętrznej na powierzchnię Ziemi osiąga maksimum i może powodować ruchy tektoniczne.

Porównując dane dotyczące trzęsień ziemi z syzygiami, naukowcy uzyskali interesujące dane. Podczas pełni księżyca w 2004 roku na Oceanie Indyjskim miały miejsce niszczycielskie trzęsienia ziemi, a także jedno z najpotężniejszych trzęsień ziemi odnotowanych w historii – w lutym 2010 roku w Chile.

Podczas nowiu połączone pole grawitacyjne Księżyca i Słońca może wyjaśnić przyczyny Wielkiego Trzęsienia Ziemi we Wschodniej Japonii, które miało niszczycielski wpływ na region Tohoku w marcu 2011 roku.

wnioski

To badanie nie wystarczy, aby jednoznacznie udowodnić związek między syzygieami a trzęsieniami ziemi. Jednak pośrednie dowody dają całkowicie przekonujący obraz tego, jak Księżyc wraz z przypływami i odpływami może od czasu do czasu przyciągać nie tylko wodę, ale także powierzchnię Ziemi.

W ostatnich dziesięcioleciach coraz częściej pojawia się kwestia możliwego wpływu Księżyca i Słońca na procesy tektoniczne zachodzące na Ziemi i uruchamianie mechanizmów powstawania trzęsień ziemi. Na przykład słynny uskok San Andreas stał się miejscem powstania około 80 tysięcy małych wstrząsów związanych z syzygieami księżycowymi.

Maskony księżycowe. Szczegółowe badanie pola grawitacyjnego Księżyca stało się możliwe po wystrzeleniu satelitów kosmicznych na orbitę sztucznych satelitów Księżyca. Obserwacje orbit satelitów prowadzono za pomocą trzech stacji naziemnych.

Zmieniając częstotliwość nadajnika satelitarnego, wyznaczono tzw. „przyspieszenia radialne” – rzuty przyspieszeń ziemskich na kierunek Ziemia-satelita (dla centralnej części widocznej strony Księżyca przyspieszenia te odpowiadały element pionowy).

Pierwsze konstrukcje obrazu pola grawitacyjnego Księżyca przeprowadzili radzieccy badacze na podstawie wyników lotu statku kosmicznego Łuna-10, dane później udoskonalono poprzez obserwacje orbit sztucznych satelitów Lunar Orbitar serii, a także na tych odcinkach tras statków kosmicznych Apollo, gdzie ich orbity wokół Księżyca wyznaczane są wyłącznie przez jego pole grawitacyjne.

Pole grawitacyjne Księżyca okazało się bardziej złożone i niejednorodne niż ziemskie, powierzchnia o równym potencjale grawitacyjnym jest bardziej nierówna, a źródła anomalii znajdują się bliżej powierzchni Księżyca. Istotną cechą księżycowego pola grawitacyjnego były duże dodatnie anomalie ograniczone do okrągłych mórz, które nazywano maskonami (z angielskiego - „koncentracja masy”). W miarę zbliżania się do maskonu prędkość satelity wzrasta; Po locie satelita nieco zwalnia, a wysokość orbity zmienia się o 60 – 100 m.

Początkowo w morzach strony widzialnej odkryto maskony: Deszcz, Przejrzystość, Kryzysy, Nektar, Wilgoć; ich rozmiary sięgały 50–200 km (mieszczą się w konturach mórz), a wielkość anomalii sięgała 100–200 mgal. Anomalia Mare Mons odpowiadała nadmiarowi masy rzędu (1,5–4,5) x 10 -5 masy całego Księżyca.

Następnie odkryto masywniejsze maskony na granicy widocznej i dalekiej strony Morza Wschodniego i Marginalnego, a także ogromną maskonę w strefie równikowej centrum niewidocznej strony Księżyca. W tym miejscu nie ma morza, dlatego maska ​​nazwała je „Ukrytym”. Jego średnica wynosi ponad 1000 km, jego masa jest 5 razy większa niż nadmiar masy Morza Deszczów. Ukryty maskon jest w stanie odbić satelitę lecącego na wysokości 100 km o 1 km. Całkowita nadwyżka masy odpowiadająca dodatnim anomaliom grawitacyjnym. przekracza 10 -4 mas Księżyca. Okazało się, że z górami księżycowymi wiąże się szereg negatywnych anomalii: Jura, Kaukaz, Byk, Ałtaj.

Anomalie grawitacyjne odzwierciedlają specyfikę rozkładu mas materii we wnętrzu Księżyca. Jeśli na przykład przyjmiemy, że maskony tworzone są przez masy punktowe, to ich głębokość powinna wynosić około 200 km w Morzu Deszczu, w Morzu Przejrzystości – 280 km, w Morzu Kryzysu – 160 km, w Morzu Spokoju – 180 km, w Morzu Obfitości – 100 km, w Morzu Poznańskim – 80 km, Ocean Burz – 60 km. Zatem pomiary grawitacji ujawniły niejednorodny rozkład gęstości w górnym płaszczu.

Przewodnictwo elektryczne.Żadna z wypraw księżycowych nie dokonała bezpośrednich pomiarów pola elektrycznego Księżyca. Obliczono go na podstawie zmian pola magnetycznego zarejestrowanych przez magnetometry na stacjach Apollo 12, -15, -16 i Łunochod 2.

Pozbawiony magnetosfery Księżyc podczas swego obrotu wokół Ziemi okresowo znajduje się w niezakłóconej magnetosferze Ziemi podczas pełni Księżyca, w wietrze słonecznym podczas nowiu i dwukrotnie na 2 dni w okresie przejściowym. warstwa uderzeniowa.

Wahania zewnętrznego międzyplanetarnego pola magnetycznego przenikają do Księżyca i indukują w nim pole prądu wirowego. Czas narastania indukowanego pola zależy od rozkładu przewodności elektrycznej we wnętrzu Księżyca. Jednoczesne pomiary zewnętrznego pola zmiennego nad Księżycem i pola wtórnego na powierzchni umożliwiają obliczenie przewodności elektrycznej Księżyca.

Księżyc został zaprojektowany „wygodnie” do sondowań magnetyczno-telurycznych. Międzyplanetarne pole magnetyczne rozciągające się od Słońca jest jednolite, jego czoło można uznać za płaskie, dlatego do badań nie wymaga sieci laboratoriów, jak na Ziemi. Ze względu na to, że Księżyc ma większy opór elektryczny niż Ziemia, do jego sondowania wystarczą dwie obserwacje godzinne, podczas gdy na Ziemi potrzebne są obserwacje roczne.

Wiatr słoneczny, który ma wysoką przewodność, opływa Księżyc, jakby owijając go folią, nie uwalniając na powierzchnię pól indukowanych w głębinach. Dlatego po słonecznej stronie Księżyca można wykorzystać jedynie składową poziomą zmiennego pola magnetycznego, natomiast po stronie nocnej, gdzie działa również składowa pionowa, sytuacja jest bardziej podobna do tej na Ziemi.

Magnetometry Apollo rejestrowały reakcję Księżyca na wiatr słoneczny po nocnej i dziennej stronie, a także w pióropuszu geomagnetycznym, gdzie wpływ plazmy wiatru słonecznego jest zminimalizowany.

W kraterze Lemonier po słonecznej stronie Księżyca Lunokhod 2 zarejestrował powstawanie wahań słonecznego pola magnetycznego w czasie. W tym przypadku składowa pozioma pola magnetycznego odzwierciedla głębokie przewodnictwo elektryczne Księżyca, a wartość składowej pionowej w długim okresie czasu charakteryzuje siłę zewnętrznego pola Księżyca. Wykres doświadczalnego oporu pozornego zinterpretowano poprzez porównanie z krzywymi teoretycznymi.

Badacze radzieccy (L.L. Vanyan i in.) i zagraniczni (K. Sonet, P. Dayel i in.) skonstruowali różne modele przewodności elektrycznej Księżyca, które różniąc się pewnymi szczegółami dają na ogół podobne rozkłady właściwości elektrycznych materiału księżycowego z głębokością: w górnych 200 km dalej znajduje się słabo przewodząca warstwa o rezystywności większej niż 106 om; głębiej leży warstwa o małej rezystancji (103 om) o grubości 150–200 km, do 600 km opór wzrasta o rząd wielkości, a następnie ponownie spada do 103 om na głębokości 800 km (ryc. 9).

Ryż. 9. Głęboka budowa Ziemi (grube linie) i Księżyca (cienka) według danych geofizycznych:

1 - prędkości fal podłużnych; 2 - prędkości fali poprzecznej; 3 - przewodność elektryczna. Skala pionowa - głębokości w stosunku do odpowiednich promieni Ziemi i Księżyca

Dotychczasowe sondowania elektryczne Księżyca ujawniają następujące główne cechy:

Ogólnie rzecz biorąc, Księżyc ma większy opór niż Ziemia. Na wierzchu znajduje się mocna warstwa izolacyjna; przewodność elektryczna wzrasta wraz z głębokością. Odkryto radialne rozwarstwienie Księżyca i zaobserwowano niejednorodność oporu elektrycznego w kierunku poziomym.

Na podstawie profili przewodności elektrycznej i zależności przewodności od temperatury oszacowano temperaturę wewnątrz Księżyca dla różnych składów płaszcza. We wszystkich przypadkach do głębokości 600–700 km temperatura leży poniżej temperatury topnienia bazaltów, a na większych głębokościach ją osiąga lub przekracza.

Porównanie głębokich temperatur z temperaturami topnienia skał przy różnych ciśnieniach pozwoliło naukowcom oszacować tak ważny parametr fizyczny, jak współczynnik lepkości. Charakteryzuje zdolność skał do przemieszczania się pod wpływem naprężeń.

Górna powłoka Księżyca o długości 200–300 km ma bardzo wysoki współczynnik lepkości wynoszący 10 26–10 27 puazów. To o 2–3 rzędy wielkości więcej niż na odpowiednich głębokościach Ziemi, nawet jeśli weźmiemy pod uwagę najtwardsze obszary starożytnych krystalicznych tarcz. Od powierzchni do środka Księżyca lepkość maleje; głębiej niż 500 km zmniejsza się 100 - 1000 razy, czyli staje się porównywalna z lepkością płaszcza Ziemi. W astenosferze Księżyca lepkość gwałtownie spada do wartości charakterystycznych dla astenosfery Ziemi (10 20 - 10 21 puazów).

Przepływ ciepła. Przed lotami statków kosmicznych uważano, że zawartość pierwiastków promieniotwórczych 235 U, 238 U, 232 Th, 40 K we wnętrzu Księżyca jest średnio taka sama, jak w meteorytach chondrytycznych czy w płaszczu Ziemi. Przepływ ciepła dochodzący z głębi Księżyca przez jego powierzchnię oszacowano analogicznie do odpowiadającego mu przepływu Ziemi, gdzie co sekundę co 1 cm 2 powierzchni „odparowuje” w przestrzeń 1,5 - 10 -6 cal ciepła. Promień Księżyca jest 3,6 razy mniejszy od promienia Ziemi, jego powierzchnia wynosi 7,5%, a objętość 2% objętości Ziemi. Zakładając, że stężenie izotopów promieniotwórczych na jednostkę objętości było takie samo, przewidywano, że wartość strumienia ciepła dla Księżyca wyniesie 0,36 × 10 -6 cal/cm 2 s.

W 1964 roku radzieccy astronomowie pod przewodnictwem W.S. Troickiego zmierzyli promieniowanie cieplne Księżyca w zakresie długości fal od 1 mm do 3 cm i uzyskali nieoczekiwanie wysoki średni strumień ciepła (0,85 - 0,95) 10 -6 kcal/cm2s, prawie trzykrotnie wyższy niż obliczono. Może to wskazywać na wyższą zawartość izotopów promieniotwórczych lub na koncentrację źródeł ciepła w pobliżu powierzchni.

Nieoczekiwany wynik został potwierdzony bezpośrednimi pomiarami przepływu ciepła na Księżycu. Bezpośrednie pomiary przepływu ciepła na powierzchni Księżyca przeprowadzono podczas dwóch wypraw astronautów na Księżyc: w lipcu 1971 r. w rejonie Hadley Rill na wschodnim krańcu Mare Mons (Apollo 15) oraz w grudniu 1972 r. w rejonie Taurus-Littrov w wąskiej zatoce na południowym wschodzie Morza Przejrzystości („Apollo 17”). Astronauci wywiercili otwory, włożyli do nich rurki z włókna szklanego i umieścili w nich sondy termiczne do pomiaru temperatury i przewodności cieplnej. Każda sonda zapewniała pomiary na 11 głębokościach i składała się z 8 platynowych termometrów oporowych i 4 termopar. Dwie sondy zainstalowano na głębokościach 1 i 1,4 m na stacji Apollo 15 oraz jedną na głębokości 2,3 m na stacji Apollo 17. Odczyty były przesyłane na Ziemię co 7 minut. Przetworzono dane za 3,5 roku dla pierwszej stacji i 2 lata dla drugiej stacji. Analizę sygnałów zaczęto analizować dopiero miesiąc po uruchomieniu instrumentów, kiedy ustalono ich równowagę termiczną z regolitem. Pomimo ogromnych kontrastów termicznych na powierzchni (w dzień +130°C, w nocy - 170°C), wahania temperatury praktycznie zanikły już na głębokości 0,8 m, natomiast roczne wahania temperatury były odczuwalne na wszystkich badanych głębokościach. Aby zmierzyć przewodność cieplną gleby księżycowej, na polecenie Ziemi włączono grzejniki elektryczne na 36 godzin. Wraz ze wzrostem temperatury określano wartość przewodności cieplnej. Przewodność cieplna regolitu okazała się bardzo niska i silnie zależna od temperatury. Na powierzchni wynosiło ono zaledwie 0,3 10 -5 kcal (cm K) -1, głębiej w miarę zagęszczania wzrastało, osiągając wartości ~0,24 10 -4 kcal (cm) na głębokości 1–2 m K) -1 , w 250-metrowej górnej warstwie przewodność cieplna najwyraźniej pozostaje bardzo niska, 2–3 rzędy wielkości mniejsza niż we wnętrzu Księżyca, 10 razy mniejsza niż w doskonałym izolatorze ciepła - powietrzu i 40 razy mniejsza niż w wodzie . Zatem regolit Księżyca, powstały w wyniku mielenia skał klastycznych przez uderzenia meteorytów, stanowi rodzaj „koca”, który pełni rolę termostatu Księżyca i ogranicza utratę jego ciepła. Na przykład podczas formowania się Morza Mons rozległe okolice zostały pokryte skałami klastycznymi. Z tego powodu w ciągu ostatnich 100 milionów lat temperatura na głębokości 25 km powinna wzrosnąć z 300 do 480 °C. Na podstawie przewodności cieplnej i różnicy temperatur obliczono przepływ ciepła przechodzący przez powierzchnię Księżyca. Jego wartości dla regionu Apeninów wynoszą 0,53 10 -6 kcal (cm 2 s) -1, w regionie Kartezjusza - 0,38 10 -6 kcal (cm 2 s) -1. Różnica jest o 40% większa od błędów pomiarowych i efektu lokalnej rzeźby terenu i charakteryzuje poziomą zmienność zawartości izotopów promieniotwórczych w skorupie księżycowej.