Місяць може "запускати" найпотужніші землетруси у світі. Гравітаційне поле Землі Гравітаційне поле місяця

Ця мапа показує гравітаційне поле Місяця, виміряне місією NASA GRAIL. Надано: NASA/ARC/MIT.

Перші наукові результати від близнюків місячних орбітальних апаратів GRAIL надають неймовірні подробиці внутрішньої частини Місяця та карту гравітаційного поля у найвищій роздільній здатності будь-якого астрономічного тіла, включаючи Землю.

Дані Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) показує стародавні внутрішні структури, які раніше були невідомі, надає подробиці, які на п'ять порядків величини кращі, ніж у попередніх дослідженнях, і доставляє безпрецедентну інформацію про поверхню Місяця та гравітаційне поле.

Інструменти на космічному кораблі GRAIL можуть зондувати усередині планети. Неймовірні відео показують багато подробиць, які, як повідомила команда, вони тільки починають вивчати.

Віднімання гравітації з особливостей поверхні забезпечує те, що називається гравітаційною картою Буге. Те, що залишається - це вид масових аномалій всередині Місяця через зміни в товщині кори, або щільності мантії. На відео вище помітні круглі області (у червоному кольорі) вказують на добре відомі концентрації маси або "маскони", але багато подібних нововідкритих особливостей на дальній стороні Місяця також видно.

"98% місцевої гравітації пов'язані з топографією, тоді як 2% - це інші гравітаційні особливості", сказав Zuber. "Ви можете бачити "бичачі очі" місячних масконів, але інакше ви побачите гладку внутрішню поверхню. Це може статися тільки, якщо удари в ранній Місяць зруйнували внутрішню поверхню".

Ці карти Місяця показують гравітаційні аномалії Буге, виміряні місією NASA GRAIL. Надано: NASA/JPL-Caltech/CSM.

Гравітаційна карта Буге також показала доказ давньої вулканічної активності під поверхнею Місяця та дивні лінійні гравітаційні аномалії.

"У градієнтах гравітаційної карти Буге видно особливості, які ми не очікували", повідомив Jeff Andrews-Hanna, співдослідник GRAIL. "Ми ідентифікували велику популяцію лінійних гравітаційних аномалій. Ми не бачимо будь-якого їх вираження на топографічних картах, тому ми виводимо, що це древні внутрішні структури".

Лінійна гравітаційна аномалія, що перетинає басейн Crisium на лівому боці Місяця, була розкрита місією NASA GRAIL. Дані гравітаційного градієнта GRAIL показані зліва, з розташуванням зазначеної аномалії. Червоний та синій відповідають сильнішим гравітаційним градієнтам. Дані топографії над тим самим регіоном від Лазерного Висотоміра (Lunar Orbiter Laser Altimeter) орбітального апарату (Lunar Reconnaissance Orbiter) показані праворуч; ці дані не показують жодних ознак гравітаційної аномалії. Надано: NASA/JPL-Caltech/CSM.

Наприклад, ця фотографія Crisium Basin, яка утворює одне з очей "людини на місяці", гравітаційні карти показують лінійну особливість, що перетинає басейн, тоді як топографічні карти не показують таких корелюючих особливостей. "Це говорить нам гравітаційну аномалію, утворену перед ударами", - повідомив Andrews-Hanna.

Ці карти ближнього і далекого боку Місяця показують гравітаційні градієнти, виміряні місією NASA GRAIL, висуваючи першому плані популяцію лінійних гравітаційних аномалій. Надано: NASA/JPL-Caltech/CSM.

Додаткові дані показують, що внутрішня кора Місяця майже розпорошена.

Інші дані демонструють, що кора Місяця тонша, ніж раніше думали.

"Використовуючи гравітаційні дані GRAIL, ми виявили, що середня товщина кори 32-34 км, що на 10 км менше за попередні дослідження", повідомив Mark Wieczorek, співдослідник GRAIL. "Ми виявили, що більша частина алюмінію на Місяці - майже така ж як на Землі. Це пов'язано з нещодавньою гіпотезою, що Місяць вийшов із речовини із Землі, коли вона утворювалася під час гігантського удару".

Місія НАСА GRAIL зняла відео під час свого польоту над басейном Mare Orientale на місяць. Відео було отримано за допомогою MoonKAM на борту космічного корабля GRAIL's Ebb 7-8 квітня 2012 року. Надано: NASA/JPL-Caltech/Sally Ride Science.

Під час основної місії два космічні кораблі GRAIL були на орбіті 55 км над поверхнею Місяця. Ця близька дистанція була, тому що GRAIL виробляє найкращі дані гравітаційного поля для будь-якої планети, включаючи Землю.

"GRACE все ще збирає дані, але оскільки GRACE повинен знаходиться на орбіті висотою 500 км", повідомив Zuber. "Ніщо не зрівняється з низькою орбітою".

Zuber повідомив, що команда GRAIL навчилася від GRACE і змогла зробити "якісь розумні поліпшення". Вони також припустили, що ця технологія повинна використовуватися для кожного планетарного тіла в сонячній системі, і кинули спокусливу ідею: "Візуалізувати, нанести на карту течії під".

GRAIL закінчує основну наукову місію у травні 2013 року і в даний час працює в розширеній місії, де висота космічного корабля була знижена до 23 км над поверхнею. "Ми відкриваємо вікно в термінах геофізики, і тому ви почуєте результати від нового набору даних незабаром", - повідомив Sami Asmar, член команди GRAIL.

На конференції Астрономічного Геофізичного Союзу Zuber розповів, що 6 грудня 2012 року команда знижуватиме космічний корабель до 11 км над місячною поверхнею.

Художня концепція місії GRAIL з двома космічними кораблями в тандемі на орбіті навколо місяця для вимірювання гравітаційного поля з безпрецедентними подробицями. Надано: NASA/JPL.

Розширена місія закінчиться незабаром, в середині грудня, і незабаром після цього два космічні кораблі будуть зруйновані навмисно про місячну поверхню. Команда повідомила, що вони все ще формулюють ідеї для сценарію удару, і дивляться на можливість націлювання ударів, оскільки вони знаходяться всередині поля зору інструментів на .

0

Місяць і його взаємозв'язок із Землею і Сонцем вивчаються людством з найдавніших часів до теперішнього часу дедалі інтенсивніше і успішно. Плоди цих досліджень до останніх років включно представлені у багатьох монографіях та підручниках. У завдання справжньої роботи не входить огляд попередніх досліджень, і в цьому обговоренні ми надсилатимемо читача до них, не вдаючись до деталей, і тоді, коли йдеться про останні дані. Місячна поверхня складається переважно з безлічі кратерів, які виникли внаслідок зіткнень із гігантськими метеоритами. Це особливо відноситься до невидимої сторони Місяця та материкових областей на видимій її стороні. Великі круглі моря: Море Дощів, Море Ясності, Море Криз, Море Нектару, Море Вологості та Східне Море - утворені в результаті зіткнень з величезними метеоритами, а неглибокі, неправильної форми моря складаються з затоплених ділянок з виверженою речовиною, що покриває праматерики, областей. Ці дрібні моря мають гірські масиви, що проступають через темний згладжений матеріал, і можуть покривати ділянки, що є «ударними» морями, контури яких стерлися внаслідок наступних подій. Якби такі зіткнення відбувалися на Землі (що є неминучим), всі земні скельні породи, що існували до зіткнення, перетворилися б на уламкові. Оскільки вивержені та осадові породи зберігаються на земній поверхні вже протягом 3,5 еона, такі численні зіткнення мали відбутися більш ранній період часу. Променисті кратери (часто малих розмірів) і ряд великих кратерів без променів, безперечно, формувалися у всі геологічні епохи часу. Великі моря мають вигляд потоків лави, чи вулканічного попелу, чи водних озер.

Ледніше, звичайно, неправильно, про що свідчить відсутність води в місячних породах, але вибір між іншими можливостями залишається відкритим. Існують також ендогенні вибухові кратери, і деякі вчені вважають, що на Місяці існують кальдери. Автор цього розділу сумнівається у присутності на Місяці великих кальдерів. Фізичні константи Місяця та його орбіти добре відомі. Частина з них наведена у таблиці.

ГРАВІТАЦІЙНЕ ПОЛЕ МІСЯЦЯ

Гравітаційне поле Місяця дуже детально досліджувалося за допомогою місячних супутників орбітальних. Встановлено, що вказане поле можна уявити звичайними рядами у сферичних гармоніках лише за використанні великої кількості членів. Майкл та співробітники склали найбільш докладні таблиці для констант, що містяться в рівнянні

Автори вказують, що для математичного опису гравітаційного поля необхідні члени аж до 13-го порядку, і навіть у цьому випадку постійні не спадають, що свідчить про те, що поле тяжіння Місяця далеко від того, яке ми очікували отримати, досліджуючи рух малого тіла поле гравітаційних сил Землі, Місяця та Сонця з урахуванням відцентрових сил обертання. У разі члени, наступні за З 2,0, мали б бути рівними нулю, що хибно. З цього слід зробити висновок, що розподіл мас всередині Місяця дуже нерівномірний.

де А, В і С – моменти інерції: А – щодо осі, спрямованої на Землю, В – щодо осі «схід – захід» і С – щодо полярної осі, були ретельно вивчені Козієлом, який за місячними лібраціями знайшов їх відповідно рівними 3,984* 10-4, 6,294*10-4 та 2,310*10-4. Копал отримав для тих самих констант дуже близькі значення. Теоретичні значення для пластичного Місяця при впливі приливних і відцентрових сил виявляються рівними 0,94*10-5, 3,75*10-5 та 2,81*10-5. Це знову свідчить про те, що Місяць є дуже твердим тілом і був таким з давніх-давен. Оцінки значень моментів інерції показують, що вони близькі до 0,4 Ма 2 де М і а - маса і радіус Місяця. Це значення притаманно однорідної по щільності кулі. Звичайно, поверхневі області Місяця до певної глибини складаються з речовини з малою щільністю і мають дещо знижувати величини моментів інерції. Ці області низької щільності розташовуються переважно на звороті (можлива товщина 30 км) і відповідальні за неправильність форми Місяця, моменти інерції та усунення центру мас на 2-3 км щодо центру фігури.

Тріхосіва еліпсоїдальна нерівноважна форма Місяця вже давно є для вчених загадкою. Запропоновано різні пояснення цього явища.

1) Місяць може бути досить тверде тіло, здатне зберегти нерівноважну форму, проте це не пояснює її походження.

2) Нижчі температури на полюсах мали б призвести до більшої щільності речовини і до менших величин радіусу цих областях, але це пояснює різницю між моментами інерції А і У.

3) Конвективні течії в Місяці, що піднімаються біля полюсів і опускаються у екватора, повинні були призвести до зменшення маси біля полюсів і збільшення маси на екваторі, але знову в цьому випадку моменти інерції А і В повинні бути рівними. Можливо, що здійснюється певна комбінація другої та третьої гіпотез суто специфічного виду.

4) Місяць акумулювався з тіл різної щільності, що пояснює відмінності моментів інерції. Якби мали місце конвективні процеси, тоді Місяць у якийсь період свого формування повинен був бути майже повністю розплавлений, оскільки, згідно з Чандрасекаром, двоячеїста конвекція можлива лише за невеликого ядра. Конвекція на Місяці має бути такою глибокою, щоб на ній, на відміну від Землі, не утворилися складчасті гори. Букер відстоює однокомірну конвекцію, яка призвела б до більшої висоти невидимої сторони Місяця, якщо висхідний потік був би на видимій півкулі.

Мюллер і Сьегрен показали, що у різних областях видимої боку Місяця існують значні скупчення мас, звані масконами, здебільшого пов'язані з круглими морями ударного походження і, мабуть, завжди пов'язані з існуванням певних локалізованих мас. Ці маскони були виявлені та картовані на основі спостережень штучних супутників Місяця та шляхом прямого виміру їх швидкостей руху. Мюллер і Сьєгрен вважають, що спостереження достовірні для довгот між 100 і -100 ° і для широт між -50 і 50 °. Помітні позитивні гравітаційні аномалії в Морях Дощів, Ясності, Кризи, Нектару і Вологості достовірні, як і і позитивна аномалія, відзначена кілька північно-західніше центру місячного диска. Східне море є прикладом аномалії, яка частково позитивна та частково негативна. Інші позитивні та негативні аномалії, ймовірно, не виходять за межі помилок спостереження. Негативна аномалія у Затоці Райдуги авторами розцінюється як реальне явище. Вони також виявили негативні аномалії в цирках Птолемея та Аль-Батані завбільшки 87 мілігал за спостереженнями польоту космічного корабля «Аполлон-12» при його наближенні до місця посадки. Букер та інші оцінили величину надлишку маси, необхідного для отримання близько 100 бар. Оскільки ці утворення стародавні, гравітаційні аномалії повинні зберігатися на Місяці протягом кількох еонів, свідчивши, що Місяць є і був дуже високою твердості. Пропонувалися два шляхи пояснень цих явищ.

1) Передбачається, що речовина місячних надр за рахунок різних процесів піднялася на поверхню у виїмки, що утворилися в результаті взаємодії з об'єктами, відповідальними за формування морів.

2) Вважається, що маскони складаються із залишків самих сторонніх об'єктів, що зіткнулися, разом з основною речовиною, що заповнюють виїмки, що утворилися внаслідок ударного зіткнення.

Якщо основою утворення масконів вважати потоки лави з надр Місяця, необхідно пам'ятати, що створення таких відкладень потрібно надлишковий тиск порядку 50-100 бар. Джерел такого тиску на Місяці не існує. Можливо, що речовина стікала у величезні виїмки, що утворилися внаслідок грандіозних зіткнень з навколишніх ділянок. Ймовірно, хвилі Ван Дорна в сильно подрібненому поверхневому шарі Місяця могли б викликати такий процес, але тоді потрібні спеціальні припущення для пояснення надлишку маси на одиницю поверхні. Надлишок маси можна пояснити, якщо лава витікає з-під сусідніх областей у райони морів. Нещодавно Сьєгрен дійшов висновку, що додаткова маса Моря Ясності укладена в поверховій плиті, яка могла бути утворена такими лавовими потоками.

Згідно з іншим припущенням, породи місячних надр перемістилися у вигляді твердої речовини в гігантські порожнини, що утворилися в момент, коли з'явилися моря; породи відрізнялися вищою щільністю, ніж більшість поверхневих порід. Якби вони переміщалися доти, доки не настане ізостатична рівновага, гравітаційних аномалій не існувало б. Якщо ізостатичну рівновагу не досягається, з'явилися б негативні аномалії. Якби межа ізостатичної рівноваги була б перейдена в результаті великої кількості руху речовини, що піднімається, або маса була б збільшена потоком лави або фрагментованих порід, виникла б позитивна аномалія. У цьому випадку слід припустити, що в надзвичайно роздроб

ленному речовині нижчих порід розвинулося б величезну напругу. Таке пояснення можливе, але малоймовірне.

Вважають, що зовнішні частини Місяця витримують значне напруження і що нагрівання всередині Місяця призводить до виникнення розплавленої маси, яка вичавлюється в басейни морів. Таке часткове розплавлення Землі веде до утворення порід, менш щільні в затверділому стані (і ще менш рідкому стані), ніж породи, у тому числі вони утворюються. На землі потоки лави утворюють гірські масиви, мають позитивні гравітаційні аномалії. На Місяці заповнюються низини морів. Можливо, титанозалізистий базальт високої щільності міг би стати такою речовиною. Однак численні тріщини та борозни на місячній поверхні не підтверджують гіпотези про те, що зовнішня оболонка Місяця здатна винести велику напругу.

Такий механізм утворення порід місячної поверхні передбачає чистий викид порід, рівний за обсягом добутку площі морів на глибині близько 50 км, а це неминуче повинно призвести до утворення шару викинутих порід у 1/10 цієї товщини над площею, що в 10 разів перевищує площу Моря Дощів та Море спокою. Автор цієї глави, ґрунтуючись на наявних фотографіях місячної поверхні, сумнівається у справедливості такої точки зору.

Гіпотеза про те, що маскони є залишками сторонніх об'єктів, що зіткнулися з Місяцем, заснована на низці припущень, а саме, що зіткнення відбувається зі швидкістю, лише трохи більшою, ніж швидкість втікання для Місяця, що характеристики зіткнення можна екстраполювати, ґрунтуючись на енергетичних ядерних параметрах. вибухів і на випадок місячних морів, і що обсяг чистого «викиду» місячних порід дорівнює об'єму об'єкту, що суударяется з Місяцем. Таке пояснення має на увазі свого роду «заповнення». Внаслідок труднощі збереження масконів, якщо внутрішня частина Місяця має температуру плавлення порід, передбачається, що наповнення відбулося під час зіткнення, в ході процесів, описаних Ван Дорном. Важливо, що існує приблизна відповідність між масами, необхідні освіти масконів, і масами, необхідні освіти морів. Великий надлишок маси маскона Моря Дощів і масконів інших морів та їх тривале існування протягом еонів (ймовірно, 4,0 *10 9 років) свідчать про те, що Місяць є і був більш твердим тілом і з нижчими температурами, ніж Земля, якої ізостатична рівновага встановлюється протягом приблизно 10 7 років. Здається, що гіпотеза про колосальні потоки лави і дуже великі переміщення речовини з внутрішньої зони Місяця не узгоджується зі збереженням цих масивних структур протягом кількох еонів.

Цікаво, що лазерний альтиметр космічного корабля Аполлон-15 показав, що для різних ділянок поверхні Місяця спостерігаються великі відмінності по висоті. Області видимої півкулі, взагалі кажучи, лежать нижче приблизно на 2 км, а невидима півкуля височить щодо сфери з центром у центрі мас. До того ж глибші точки, виявлені на цей час, розташовуються у круглих морях, що, звісно, ​​означає, що під поверхнею цих регіонів повинні залягати якісь маси речовини з високою щільністю. На невидимому боці Місяця є також дуже глибокий кратер Ван де Граафа неправильних обрисів, і природно виникає питання про існування на цій ділянці маскона.

ПОВЕРХНЯ МІСЯЦЯ

Місячна поверхня покрита кратерами та великими рівними просторами. Кратери мають переважно ударне походження, але, безумовно, є вулканічні. Ударні кратери за величиною варіюють від мікроскопічних до гігантських областей місячних морів діаметром сотні кілометрів. Області мають різний вік. Вік старих, дуже щільно вкритих кратерами районів становить, мабуть, від 4,0 до 4,6 млрд. років. Окремі рідкісні кратери покривають області, що формувалися протягом усього геологічного часу. Ці кратери вивчалися багатьма дослідниками з великою ретельністю. Однак вони переважно представляють випадкові події і мало що говорять про історію Місяця. Птолемей і Аль-Батані мають негативні гравітаційні аномалії приблизно 87 мілігал і таким чином свідчать, що ці старі кратери виникли на твердому Місяці на зорі її історії і що твердий стан зберігся до наших днів. На жаль, важко точно сказати, який температурний режим узгоджується з цим фактом. Великі кратери мають центральні піки, що свідчать про те, що мав місце «рикошет» речовини або що там знаходиться уламок чужорідного тіла, що вдарив Місяць. Ймовірно, перше пояснення правильніше.

На Місяці існують і вулканоподібні кратери. Такі кратери, оточені темними областями, і ряд кратерів уздовж звивистих розколін. Борозна Деві складається з майже прямого ланцюжка кратерів, які можуть бути ендогенними або ударними, що виникли при зіткненні з такими об'єктами, як голова комети, що розкололася на безліч фрагментів під впливом гравітаційного поля Місяця. У багатьох випадках важко сказати, чи належать інші малі кратери до цього класу. Вирішення зазначеної проблеми вимагало значних зусиль. Багато з цих кратерів мають широкі гирла, якби вони виникли за рахунок витікання газів. (Пар - найхарактерніший вулканічний газ на Землі! Які ці гази на дуже сухому Місяці? Чи вступала вода в реакцію із залізом десь у внутрішній зоні з виділенням водню, чи це був окис вуглецю, чи щось ще?) У деяких місцях спостерігаються локальні структури лавових потоків, особливо у Морі Дощів та у Морі Ясності. Крім того, ознаки вулканізму мають, мабуть, пагорби Марія, розташовані у західній екваторіальній області.

Великі моря є величезними еруптивними потоками, які прийнято вважати лавою, але які можуть бути вулканічним попелом або пірогенною породою. Потоки лави, що виходять на поверхню Землі, зазвичай спінені, і потоки, що виходять на місячну поверхню, де принаймні в даний час існує глибокий вакуум, повинні бути такими ж, навіть якщо в масах розплавлених міститься менше летких. Те, що спостерігається тепер, є ґрунтами, що складаються з дрібно роздроблених кристалічних і склоподібних частинок, в які занурені фрагменти кристалічних порід. Ці фрагменти іноді мають порожнини з гладкими стінками, які повинні утворюватися при кристалізації розплавленої маси, що містить макроскопічні бульбашки газу. Вони виглядають так, якби затверділи на деякій глибині під ізолюючим поверхневим шаром. У освіті грунту грали роль зіткнення мікрометеоритів з ґрунтом і камінням, хоча, ймовірно, він частково має і пірогенне походження.

Великі дрібні моря - Океан Бур, Море Спокою, Море достатку і Море Хмар - не мають помітних гравітаційних аномалій, що збігаються з ними. Таким чином, потоки знаходяться в стані изостатического рівноваги, вказуючи, що речовина потоків, ймовірно, виходить з-під поверхні, де воно залягало, або що изостатическое рівновагу встановилося для великих областей поверхні, але не для масконів, що лежать на деякій глибині під поверхнею. Цей шар темних порід має бути дуже товстим, близько кількох кілометрів, бо гори ударного походження, що були спочатку в цих ділянках, здебільшого покриті згаданими потоками. Зазначені гірські утворення могли бути частково зруйновані внаслідок потужних ударних процесів, які призвели до появи великих морів, але в дрібних морях мають бути також глибокі «кишені» та дрібні ділянки. Протягом багатьох років була поширена гіпотеза про те, що ці темні моря утворені лавовими потоками з надр Місяця; ця гіпотеза залишається популярною і сьогодні. Однак дані сейсмічних вимірів відрізняються від даних, зареєстрованих на Землі, настільки значно, що для пояснення цих розбіжностей необхідно постулювати помітно виражені відмінності у структурах поверхні. Найкраще пояснення, яке було запропоновано на час написання цієї роботи, полягає в тому, що місячна поверхня складена надзвичайно фрагментованою речовиною і складається з ґрунту з розсіяними в ньому каменями (див. обговорення нижче).

Оцінки товщини реголіту суттєво різні. Шумейкер та ін. вказують на невеликі значення цієї величини, в діапазоні від 3 до 6 м глибини в кратері, неподалік місця посадки місячного відсіку космічного корабля «Аполлон-11». Копал, ґрунтуючись на глибинах борозен, наполягає на товщині кілька сотень метрів, а Зеегер на основі вивчення структур кратера Деві вважає, що товщина шару в цій точці дорівнює 1 км. Голд і Соутер висловлюють припущення, що глибина шару фрагментованої речовини має значення 6-9 км. Ці оцінки відносяться до поверхневого шару морів. Інтенсивні ударні процеси на поверхні материків повинні були також призвести до утворення сильно фрагментованої речовини, і, звичайно ж, поверхня материків зазнавала такого ж бомбардування мікро- та макро-метеоритними об'єктами (як і поверхня морів) з моменту їх утворення.

Великі великі моря утворилися внаслідок зіткнень із масивними тілами. Ван Дорн застосував хвильову теорію для дослідження таких ударних зіткнень і, зокрема, у разі Моря Східного відзначив гарну згоду розрахункових та фактичних радіусів хвилеподібних структур, що оточують це та інші моря, за умови існування рідкого шару завтовшки 50 км. Однак не можна уявити одночасно існування рідкого шару глибиною 50 км і в той же час твердої кори, що підтримує існуючі гірські масиви. Можливо, сильно фрагментований шар твердої речовини міг поводитися, як недосконала рідина, утворюючи під дією процесів високої енергії хвилі, які застигли, як тільки щільність енергії впала до нижчих значень.

Каула та ін. показали, що зворотний бік Місяця вище, ніж видимий, приблизно на 3-4 км і що центр фігури зміщений до довготи 25 ° Е на 2-3 км. Це, ймовірно, вказує на товщину кори близько 30 км на звороті і що кора складається з мінералів, багатих СаО, А1 2 0з і Si0 2 і містить трохи FeO.

Фізичні дані про місячну поверхню свідчать на користь того, що на поверхні морів і материків є сильно фрагментований шар силікатів, що тіло Місяця аж до значних глибин є дуже твердим і було таким більшу частину часу його існування.

СЕЙСМІЧНІ СПОСТЕРЕЖЕННЯ

Сейсмічні прилади встановлювалися на поверхні Місяця членами екіпажів космічних кораблів «Аполлон», і інформація, отримана з їх допомогою, становить велику цінність для розуміння внутрішньої структури Місяця. Першим, найнесподіванішим відкриттям було те, що швидкість загасання сейсмічних сигналів на Місяці була набагато меншою, ніж швидкість загасання на Землі. Місячний відсік космічного корабля "Аполлон-12" впав на поверхню Місяця зі швидкістю 1,68 км/сек. Енергія удару становила 3,36*1016 ерг. Видалення місця падіння від найближчого сейсмометра 73 км. Було зареєстровано сигнал, який досяг максимуму приблизно через 7 хв. після удару, а потім повільно згасав

протягом 54 хв. Коли на Місяць скинули ракетоносій космічного корабля «Аполлон-13» (швидкість у момент удару 2,58 км/сек, енергія удару 4,63 *10 17 ерг, віддалення від сейсмометра 135 км), було зареєстроване аналогічне явище, яке тривало понад 200 хв. Якби швидкість звуку дорівнювала 6 км/сек, звукові хвилі пройшли б відстань довжиною в 21 600 км, або 6-кратну величину діаметра Місяця протягом 1 години. Були зареєстровані обидві хвилі - Р та S (і хвиля стиснення, і хвиля зсуву). Подібні явища зареєстровані і в останніх польотах.

Такі результати істотно відрізняються від даних спостережень Землі, де сигнали згасли протягом кількох хвилин. Інші, слабші сигнали майже аналогічного виду спостерігалися, ймовірно, внаслідок падіння на поверхню Місяця метеоритних тіл. Крім того, були прийняті інші групи сигналів, в яких дуже точно повторювалася картина реєстрації, що свідчила про те, що члени групи сигналів виходять з одного й того джерела і йдуть до сейсмометрів однаковими шляхами. Хвилі та енергія довгоперіодичних коливань зосереджені в дуже невеликому обсязі, ймовірно, у поверхневому шарі, головним чином у безпосередній близькості від джерела. Такого повільного ослаблення сигналів немає на Землі, і, отже, повинні існувати значні відмінності у фізичних характеристиках двох планет. Найбільш очевидним є більш фрагментований характер місячної поверхні. Ймовірно, як Океан Бур, так і Море Спокою повинні мати сильно фрагментований шар, подібний до того, що є на ділянках материків, що залягають під темним грунтом і кам'янистим шаром морів. Летем та ін обговорювали його будову, а Голд і Соутер провели розрахунки, використовуючи модель пилового шару завтовшки кілька кілометрів зі швидкостями звуку, лінійно зростаючими з глибиною, і з відбиттям від зовнішнього шару поверхні морів. Ці дві моделі подібні, якщо згадати, що каміння, менші, ніж довжина хвилі, мало впливають на поширення та відображення звукових хвиль. Ймовірно, пласти твердих силікатів поводилися б не так.

Ряд сигналів відтворюється з високою точністю, і їх не можна приписати метеоритам, отже вони мають ендогенну природу. Вони частіше реєструються в перигеї і, мабуть, «включаються» ефектом припливу. Повинні виникнути відбиття від різних мас та поверхонь. Отже, мають бути й великі неоднорідності структури. Ці «місяцетруси» означають, що механічна чи потенційна енергія із низки джерел розсіюється як вібраційної енергії та тепла. Можна уявити кілька джерел такої енергії.

1) Маскони занурюються в шари, що глибше лежать.

2) Неправильна форма Місяця перетворюється на більш правильну сферичну форму.

3) Еліпсоїдальна місячна орбіта стає все більш круговою із зменшенням великої осі. Цей ефект міг би нашаруватися інші зміни орбіти внаслідок інших причин.

4) Конвективні процеси в надрах Місяця або потоки лави викликають «землеподібні» місяцетруси.

5) У міру того як Місяць віддаляється від Землі внаслідок припливних ефектів, він, залишаючись зверненою до Землі однією півкулею, зменшує швидкість обертання, і це, ймовірно, спричиняє лунотрясіння, а енергія обертання є джерелом сейсмічної енергії.

6) Невеликий стиск та розширення виникають внаслідок змін температури на Місяці.

7) Кам'яні осипи. Однак ймовірно, що цей процес за мільярди років встиг завершитися.

«Місяць», мабуть, виникають на глибині близько 800 км, і відображення, що відбуваються на подібних глибинах, свідчать про те, що на цих глибинах існує певна шарувата структура. Проте достовірних доказів існування металевого ядра наразі немає. Можливо, є базальтовий 20-кілометровий шар реголіту; до глибини 60 км - шар, що має швидкість хвиль стиснення, рівну швидкості звуку в анортозит, і. глибше, на невизначеній глибині,- матеріал, що має швидкість звуку, характерної для дуніта. Таким чином, шарувата структура, ймовірно, складається з 20-кілометрового шару фрагментованого базальту, 40-кілометрового шару анортозиту і потім шару дуніту невідомої глибини з джерелом «лунотрусів» і слабким відображенням приблизно на глибині 800 км; жодних даних про наявність металевого ядра відсутні. Останні дані показують, що є центральна область, яка не проводить S-хвилі

і, ймовірно, що складається з частково розплавлених силікатів. Це центральне ядро ​​має радіус близько 700 км.

Місяць набагато спокійніший, ніж Земля з її невичерпними джерелами енергії, найважливіший з яких - конвекція в мантії, викликана радіоактивним нагріванням. Саме вона створює гігантські гірські ланцюги, позитивні та негативні гравітаційні аномалії, породжує величезні вулкани та потоки лави, переміщує континенти. Якщо конвекція існує або існувала на Місяці, її наслідки мають бути дуже малі в порівнянні з тим, що спостерігається на Землі.

Пояснення сейсмічних явищ як наслідку фрагментованого шару на поверхні в корені суперечить уявленню про шар затверділої лави під поверхнею. Навпаки, в місячному грунті є каміння, яке утворилося в результаті плавлення, а складні і ретельно вивчені закономірності «місяцетрусу» вказують на існування під поверхнею Місяця складних структур.

ХІМІЧНИЙ СКЛАД

Останні виміри радіуса Місяця дозволили встановити середню щільність її грунту, рівну величині 3,36 г/см 3 , а різко фрагментований характер поверхневого шару свідчить про те, що при оцінці щільності речовини для Місяця треба враховувати вплив порожнеч. Крім того, щільність надр може знижуватися внаслідок високих температур більшою мірою, ніж підвищуватись за рахунок високих тисків. Це знову вказує на те, що в лабораторних умовах густини мінералів можуть виявитися вищими. Можливо, величина 3,4 г/см 3 прийнятна оцінка для середнього значення цього параметра. Середні значення щільності хондритів типу L і Н в умовах низьких тисків мають величину в діапазоні 3,57 і 3,76 г/см 3 або 3,68 і 3,85 г/см 3 якщо присутні важкі мінерали. Щільність земного ґрунту при низьких температурах та тисках може бути близько 4 г/см 3 . Отже, Місяць містить або менше заліза, або більшу кількість води та вуглецевих сполук, ніж земні породи. Низькі вмісти води та вуглецевих сполук у речовині поверхні суперечать другій гіпотезі. Силікати, як показує аналіз метеоритів із вмістом заліза трохи більше 10 вагових відсотків, могли б дати потрібну щільність. Кутисті хондрити III типу теж мають таку щільність. Концентрація калію в цих метеоритах нижче, ніж в інших хондритах, і становить близько 360 частин на мільйон замість 850 на мільйон. Це нижчий відносний вміст калію, і порівняні концентрації урану і торію дозволили б спочатку холодному Місяцю залишатися нижче точки плавлення силікатів протягом геологічної епохи.

Вінку в дуже повному огляді хімії Місяця дійшов висновку, що поверхневу речовину Місяця можна розглядати як суміш двох компонентів: одного - конденсованого при високій температурі та іншого - має середній метеоритний склад. Відношення K та U становить близько 2000, тоді як у хондритових метеоритах воно досягає 60 або 80 тис. Це пов'язано зі значно підвищеною концентрацією U та інших елементів, що конденсуються при високій температурі. Цікаво, що це відношення для земних порід дорівнює приблизно 10 000, що свідчить про підвищену частку високотемпературного конденсату Землі.

Перші дані щодо хімічного складу місячних порід, отримані Туркевичем та ін. на основі спостережень за допомогою космічних апаратів «Сервейор-5» - «Сер-вейор-7», свідчать про те, що поверхня морів містить базальт з високим вмістом титану та що материки мають високі концентрації алюмінію та кальцію та низькі концентрації заліза. Ці результати були повністю підтверджені згодом за більш детального дослідження складу зразків місячних порід, доставлених на Землю екіпажами космічних кораблів «Аполлон». На місячній поверхні є кілька різних видів порід. Морські області, мабуть, складаються переважно з каменів типу базальту та дрібно роздробленої речовини. Материкові області - з порід, що характеризуються високими концентраціями кальцієвого польового шпату - речовин типу анортозиту. Далі ділянка поблизу кратера Фра Мауро, де «приземлився» екіпаж космічного корабля «Аполлон-14», складається з того, що ми називаємо KREEP, тобто речовини, що відрізняється високим вмістом калію, рідкоземельних.

елементів та фосфору. Метеорити типу анортозитів або KREEP ніколи не спостерігалися, жодна інша місячна порода також не зустрічається серед метеоритів. Виявлено й інші типи гірських порід, які очевидно зустрічаються рідко.

Існують деякі помітні відмінності хімічного складу у місячних, земних та метеоритних речовин.

Дуже цікава відмінність за хімічним складом відноситься до європію. Цей елемент двовалентний у сильно відновлювальних середовищах і тривалентний менш відновлювальних умовах. У породах місячної поверхні європій виявляє ясно виражену тенденцію слідувати двовалентному стронцію і ослаблену тенденцію поведінки, подібно до інших тривалентних рідкісноземельних елементів. Це показує, що породи місячної поверхні утворилися у сильно відновлювальних умовах. Виявляються лише невеликі металеві включення заліза – нікелю, і досі неясно, чи мають вони місячне походження, чи це фрагменти метеоритів. Сульфід заліза міститься лише у малих кількостях. Найбільше дивує той факт, що концентрація титану набагато вища у деяких місячних базальтах, ніж у земних.

Цікавими є фізичні властивості цих силікатних порід. Базальтові ґрунти складаються з дуже дрібних кристалічних та склоподібних уламків. Брекчії, мабуть, є спеклимся грунтом. Є породи, які кристалізувалися з рідкого розплаву, вони іноді містять гладкі бульбашки, що вказують на те, що в них затвердіння були присутні газові бульбашки. «Зразок для творіння» 15 415 повністю складається із засклених кульок кальцієвого польового шпату. Місячні породи часто містять круглі силікатні включення, які за фізичними властивостями нагадують хондри метеоритів, але мають інший хімічний склад. Однак ідентифікованих уламків метеоритів виявлено не було, що вказує на те, що метеорити, які стикаються з Місяцем, розбиваються на надзвичайно дрібні фрагменти. До того ж і місячні породи відрізняються за хімічним складом від метеоритних.

Оскільки Місяць не має атмосфери, можна спостерігати радіацію високої енергії, що випромінюється радіоактивними елементами на великій висоті над місячною поверхнею. Такі спостереження були заплановані Арнольдом ще при складанні програми польотів на Місяць і нещодавно успішно реалізовані членами екіпажів космічних кораблів Аполлон-15 - Аполлон-17. Ці дослідження свідчать, що морські області мають вищі концентрації калію, урану і торію, ніж материкові, і навіть, що над значними ділянками поверхні морів реєструються різні концентрації зазначених елементів. Крім того, відношення концентрацій калій/уран завжди нижче, ніж у земних породах. Ці дані підтверджуються аналізом місячних порід, що доставлені на Землю, і показують, що для великих ділянок поверхні Місяця характерні хімічні відмінності. Адлер та ін, вивчаючи рентгенівську флуоресценцію місячних порід при освітленні сонячними променями, показали, що материкові ділянки, взагалі кажучи, містять більше елементів, характерних для анортозитових порід. На жаль, більш детальних та великих досліджень такого роду з охопленням усієї поверхні Місяця ще не проводилося.

Звісно ж, що з ранньої стадії існування Місяця мало місце безперервне плавлення в обмеженому масштабі; схоже, що це підтверджується в міру розширення вивчення місячних зразків. Невеликі лавові потоки, виявлені в різних місцях, можуть бути пізнішого походження. Якщо вони виходять із глибинних надр Місяця, то можуть дати інформацію про хімічний склад глибоких надр, що буде дуже цінним. Було висловлено думку, що екіпаж космічного корабля «Аполлон-16», який здійснив посадку поблизу кратера Декарта, знайде свіжіші вулканічні породи, але ця ділянка виявилася покритою стародавніми анорто-зитовими породами. Екіпаж космічного корабля «Аполлон-17» має здійснити посадку в темній затоці в Морі Ясності, поблизу кратера Літтрів, де є виразні ознаки лавового потоку. Якщо цей потік вийшов з невеликої глибини, тоді виникає питання: як міг зберегтися в Морі Ясності великий маскон, оскільки надра Місяця в цьому випадку мали мати високу температуру, починаючи від місцевого джерела вказаної темної породи до великих глибин? Звідси випливає, що вулканічний потік, якщо є, вийшов із глибоких надр і що Місяць має дуже тверду зовнішню оболонку. Доставлені з цієї ділянки зразки породи дозволять отримати інформацію про склад надр Місяця.

Вуглеродні речовини

Доказів на користь існування живих чи копалин біологічних форм на Місяці не виявлено. Загальні концентрації вуглецю у всіх вивчених зразках місячних порід становлять від 30 до 230 частин на мільйон, причому концентрації вуглецю в ґрунті вищі, ніж у кристалічних гірських породах. Концентрація азоту трохи нижче таких для вуглецю.

Хімічний аналіз підтвердив наявність вуглеводнів, сполук вуглецю, водню, кисню та азоту, але загалом у таких малих концентраціях, що важко бути впевненим у цьому, що є субстанціями ендогенного характеру, а чи не наслідком земних забруднень. Газохроматограф і мас-спектрометри настільки чутливі, що з їх допомогою можуть бути виявлені деякі забруднюючі домішки в діапазоні концентрації до 10 -9 . Всі дослідники знаходили різні вуглеводневі сполуки, що містять до шести або більше атомів вуглецю, і більш поширені та прості сполуки вуглецю з киснем, воднем та азотом. Найцікавіші з погляду існування біологічних форм матерії сполуки були ідентифіковані небагатьма дослідниками. Надь та ін. На додаток до сечовини та аміаку виявили гліцин, аланін та етаноламін. Фокс та ін. знайшли гліцин та аланін у негідролізованих водних витяжках і, крім того, виявили наявність глютамінової кислоти, аспартової кислоти, серину та треоніну у витяжках після гідролізу. Концентрації зазначених речовин були близько 50 частин на 10 9 . Ходжсон та ін ідентифікували порфірин, проте його наявність вони пов'язали із забрудненням місячних порід сопловими газами ракетного двигуна. Маючи на увазі дуже малі кількості речовин, що виявляються, слід довести вміст цих сполук і в інших зразках місячного грунту і з особливою ретельністю відбирати проби на аналіз, не допускаючи їх забруднення. Цілком ймовірно, що багато сполук утворилися при додаванні до досліджуваних зразків місячних порід хімічних розчинів, бо в місячних породах містяться активовані атоми вуглецю та інших елементів, що потрапили на поверхню Місяця із сонячним вітром. Абелл та ін., зокрема, довели утворення дейтерієвого метану C D 4 при використанні замість звичайної води Н 2 0 дейтерієвої води D 2 0. Вода у зразках місяців

ного ґрунту міститься в настільки малих концентраціях, що надзвичайно важко розрізнити ендогенну воду та земні забруднення.

ВІК МІСЯЦЯ

При дослідженні віку місячних порід використовують два способи визначення. Припускаючи, що місячні породи походять із речовин метеоритного типу, визначають час, коли породи місячної поверхні виявилися відокремленими від речовини метеоритного походження. Цей час відомий під назвою "модельний вік". При розрахунках Rb 87 - Sr 87 віку або віку "уран - свинець" і "торій-свинець" передбачається, що відношення концентрацій рубідії до стронцію або урану і торію до свинцю не змінювалися з моменту поділу. При другому методі визначення віку порід визначається час, коли досліджуваний зразок востаннє перебував у розплавленому стані або коли ізотопи елементів востаннє рівномірно розподілилися між мінералами зразка породи, що вивчається. Це "ізохронний вік". Rb 87 - Sr 87 модельний вік для більшості досліджених зразків місячного ґрунту близько 4,6 еона (4,6 10 9 років); це - час, необхідний освіти Sr 87 у більшості зразків з первинного стронцію за 4,6 эона, за даними дослідження базальтових ахондритових метеоритів. Ізохронний вік порід змінюється від 3,3 до 4,1 еона. Це означає, що загальний склад порід по відношенню до рубідії і стронцію склався в даному вигляді 4,6 еона тому і не змінився в процесі повторних нагрівів, що мали місце в пізніші ізохронні моменти. Потоки попелу в зазначені пізні періоди не призвели до розділу рідкого розплаву і твердих залишків, що, ймовірно, було обумовлено слабким гравітаційним полем Місяця, в якому кишені частково розплавлених мас не розділилися на шари, що складаються з рідкої та твердої фаз, або було спричинено повним розплавлення базальтових кишень, так що фракціонування не відбулося. До 40 -Аr 40 року в цілому узгоджується з Rb 87 - Sr 87 ізохронним віком, оскільки аргон дисипі-ровал в останній фазі нагрівання. Уран-свинцеві та торій-свинцеві віки порід дають більш складну картину і не узгоджуються з Rb 87 - Sr 87 віками, мабуть, через втрати свинцю в навколишній простір, ймовірно, внаслідок випаровування. Цікаво відзначити, що ізохронний вік великої кількості досліджених зразків ґрунту та багатьох кристалічних зразків має значення в діапазоні 4,3-4,6 зона.

Оскільки зразки ґрунту та каміння мають різний склад, вулканічні потоки, що виверглися із ізольованих кишень, не повинні були змішуватися один з одним у період від 4,6 еона тому до утворення потоків, тобто 3,3-4,0 еона тому. Чи виникали виливи до 4,0 еона або після 3,3 еона, невідомо. Протилежна гіпотеза полягає в тому, що базальтові компоненти утворилися в результаті звичайних потоків земного типу, в яких базальтовий розплав відокремився від твердої фракції, що залишилася в глибині, і що уран - свинець, торій - свинець, рубідій і стронцій у різних кількостях додалися пізніше з якогось первородного речовини, що утворився 4,6 еона тому. У такому разі потрібно припустити, що ці початкові базальтові породи з низьким вмістом зазначених елементів утворилися в результаті процесів плавлення, в ході яких у разі земних порід, як правило, утворюються базальти, що містять згадані елементи. Однак це зовсім неймовірно, і достовірніше, мабуть, те пояснення, що причиною розбіжностей стало плавлення обмежених систем за наявності слабкого гравітаційного поля.

Цікаві два показники віку: що визначається по відношенню До 40 - Аг 40 (метод розроблений Тернером) і визначається по відношенню Rb 87 - Sr 87 (метод розроблений Шефером та ін.). Приклад «для творіння» 15415 та анортозитові породи, доставлені екіпажем космічного корабля «Аполлон-16», мають вік близько 4,1 еона. Було висловлено думку, що вік деяких анортозитових порід повинен становити 4,6 еона на тій підставі, що найбільш ранній період плавлення був саме в той час і що анортозитові породи тоді з'явилися. Що змістило годинник циклу К 40 - Аг 40? Гаряче сонце, зіткнення в поясі астероїдів, чи те й інше одночасно, чи ще щось невідоме?

ІСТОРІЯ МІСЯЦЯ

В даний час відомо, що материкові області Місяця складаються з порід анорто-зитового типу і що ці породи та титанозалізистий базальт набули свого складу в результаті процесів плавлення 4,6±0,1 еона тому. Пізніше відбулося плавлення, що призвело до утворення порід Моря Спокою та Океану Буря. Через війну якихось процесів у період сформувалися маскони і завдяки твердості порід збереглися нині. Максимальні підповерхневі температури, що забезпечують безпеку масконів, не відомі, але підповерхневі температури Землі, мабуть, занадто високі. Точне порівняння ускладнюється великим гравітаційним полем Землі та вищим тиском у її зовнішніх шарах. Якби не існувало доказів плавлення, можна було б прийняти, що Місяць протягом усієї історії був холодним. Якби можна було ігнорувати маскони, це призвело б до визнання гіпотези високотемпературного режиму, звичайно, ігноруючи чи знайшовши інше пояснення моментів інерції. У разі врахування всіх обставин стає неминучим визнання потреби складної історії Місяця. У всякому разі, магнітне каміння загадкове.

Якщо Місяць спочатку був повністю розплавлений, то він повинен був затвердіти і зазнати диференціації 4,5-4,7 эона тому. Анортозитовий шар затвердів і сплив на поверхню, піроксенолівіновий шар поринув у надра, а шар титаножелезистого базальту опинився між ними або перемішався з іншими шарами, щоб потім виділитися при подальшому плавленні окремих обсягів. Зовнішні частини мали охолонути такою мірою, щоб забезпечити збереження негативних гравітаційних аномалій у кратерах Птолемей і

Аль-Батані і, ймовірно, у таких кратерах по всій поверхні. Це сталося, коли концентрації радіоактивних елементів перебували максимальному рівні. Було проведено чимало досліджень щодо теплового режиму Місяця протягом її геологічної історії. Такі дослідження показують, як важко охолодити розплавлене тіло Місяця протягом еону, навіть за відсутності радіоактивних елементів. Можливо, як наголошує Тоузер, конвекція відігравала найбільшу роль. У разі Землі охолодження не відбулося протягом 4,6 еона і позитивні гравітаційні аномалії підтримуються лише величезними конвективними осередками. На всьому протязі появи потоків лави надра Місяця мали зберігати високу температуру, і лише у зовнішній оболонці було можливе існування твердих скельних порід, як це має місце у випадку Землі. Видається неймовірним, якщо не взагалі неможливим, пояснити спостереження таким чином. Навіть не звертаючись до маскон, така гіпотетична історія Місяця повинна була дати більш численні лавові потоки, ніж це фактично спостерігається, і особливо така гіпотеза високотемпературного режиму повинна припускати набагато ширше розплавлення місячної поверхні. Відсутність областей морського типу свідчить у тому, що процеси плавлення мали лише невелике поширення.

Якщо величини моментів інерції, встановлені за допомогою штучних супутників Місяця та астрономічних спостережень, правильні, то протяжний шар анортозитових порід з низькою щільністю речовини, невелике залізне ядро ​​і щільні кремнієві породи в надрах Місяця немислимі без поверхні поверхні деякого шару речовини високої щільності. І здається неймовірним, щоб такий шар породи з високою щільністю речовини утворився і зберігся у разі, якби Місяць був повністю розплавленим тілом на ранній стадії свого існування. Але, можливо, дані про моменти інерції неправильні!

Висловлено припущення, що початкове плавлення 4,5-4,7 еона тому обмежилося зовнішнім шаром спочатку холодному Місяці і що маскони підтримувалися за рахунок холодних надр, а негативні гравітаційні аномалії кратерів Птолемей і Аль-Батані та інших кратерів - зовнішнім шаром досить швидко остигав. У цій моделі передбачається, що джерелами нагріву послужили такі фактори.

1) Поверхневе нагрівання у великій газовій сфері або в процесі акумуляції в такій сфері.

2) Поверхневе нагрівання за рахунок приливних ефектів при захопленні Місяця.

3) Переміщення магнітних полів по місячній поверхні та збудження електричних струмів у силікатах, вже нагрітих деякими раніше діючими механізмами.

4) Нагрівання в процесі акумулювання, при якому швидка акумуляція твердих тіл відбулася в останніх стадіях. При охолодженні відбувався поділ на кілька шарів, причому титаножелезистий базальт затвердів в останню чергу десь під поверхнею. Очевидно, варіант 4) призвів до створення дуже динамічних умов, мало придатних поділу порід різні верстви, виявлені при хімічному дослідженні. Базальт розплавився пізніше і був витіснений вгору із глибших шарів. Радіоактивне нагрівання, можливо, мало місце внаслідок дуже низької теплопровідності шару пилу на поверхні та її високих теплоізолюючих характеристик. «Дрібні» моря, що складаються з потоків попелу на дуже нерегулярній поверхні, повинні мати кілька шарів, що глибоко лежать, а також поверхневі шари. Глибокі шари мали помітно нагріватися протягом періодів від сотні мільйонів до мільярда років, навіть якщо вони спочатку мали низькі температури (близько 0° С), що, втім, зовсім не обов'язково. Ці уявлення поділяє автор справжньої роботи.

Перш за все вважали, що перші кратери, моря і маскони утворилися в результаті зіткнень на ранніх стадіях геологічної історії Місяця, але, якщо ми припустимо, що катастрофічне зіткнення сталося в астероїдному поясі близько 4 еонів тому, привівши до утворення безлічі великих і дрібних уламків, які падали на Землю, Місяць та інші планети протягом декількох сотень мільйонів років, можна побудувати іншу історію місячної поверхні. На Землі не збереглося слідів таких зіткнень, якщо вони відбувалися до момепту формування найдавніших скельних порід Землі. Ми повинні прийняти, що маскони виникли внаслідок деякого «рикошету» місячних порід і що гравітаційні аномалії зберігалися, незважаючи на великі та енергійні зміщення скельних порід, оскільки зіткнення такого роду мали відбуватися з великими швидкостями.

Отже, щоб пояснити гравітаційні аномалії, маси об'єктів, що стикаються з такою високою швидкістю, повинні бути надмірно малими. При цьому припущенні можна без труднощів мати поверхню Місяця досить холодною, щоб забезпечити наявність гравітаційних аномалій типу Птолемея і Аль-Батані, але проблема існування масконів залишається невирішеною, якщо ми приймаємо, що базальтові породи титанозалізистих вилилися на поверхню з підповерхневого розплаву, що представляється прийнятною гіпотезою. при такому розумінні ранньої історії Місяця.

Часткове переплавлення місячних надр 3,1-3,0 еона тому, як це приймають деякі дослідники, призвело б майже безсумнівно до відділення рубідія і стронцію один від одного, і, отже, модельний вік базальтів титаножелезистих майже напевно не міг би бути близько 4 ,6 еона. Це вагомий аргумент проти утворення вказаних порід у результаті часткового розплавлення місячних надр.

Таким чином, можна зробити висновок, що Місяць утворився при порівняно низьких температурах, був нагрітий зовнішніми джерелами тепла, достатньою мірою і на достатню глибину охолонувся, щоб дозволити великим кратерам (150 км у діаметрі) зберегти негативні гравітаційні аномалії, і виявилася завдяки твердим надрам здатною підтримати концентрації мас. Диференціація анортозиту, титанозалізистого базальту та інших фракцій відбулася у процесі охолодження. Ґрунт утворився переважно з потоку попелу та в обмежених кількостях переплавлявся за рахунок радіоактивного нагріву внаслідок низької теплопровідності поверхневих шарів ґрунту. Ця передбачувана історія складна і, найімовірніше, буде переглянута в міру накопичення даних.

Як говорилося вище, сейсмологи отримали дані, що підтверджують існування анортозитового шару, що простягається на глибину близько 60 км під поверхнею, і внутрішньої зони нижче цього шару, що складається з порід типу дуніту, багатих на піроксен і олівін. Порівняно із землетрусами місяцетруси дуже помірні, і деякі з них виникають повторно в точках, розташованих на глибині близько 700-800 км. При цьому відбуваються відображення у структурах, що розташовуються приблизно на тій самій глибині. Вони не можуть бути обумовлені існуванням металевого ядра, але можуть створюватися межами поділу структур якогось іншого типу. Це свідчить на користь гіпотези про дуже глибоке або повне плавлення на зорі місячної історії. Однак свідчення не є остаточним. Спостереження проводилися на обмежених ділянках місячної поверхні та в областях, відносно близько розташованих до зон великих масконів та ударних морів.

МАГНІТНІ КАМ'ЯНИ МІСЯЦЯ

Дипольного поля на Місяці не виявлено, однак у місцях посадки кораблів «Аполлон», які мають вік від 4 до 3,1 еона, розташовуються намагнічені камені. Отже, до цього або пізнішого часу на Місяці повинні були бути магнітні поля, а каміння в цих магнітних полях повинні були охолоджуватися до температур нижче точки Кюрі. Є також великі намагнічені області. Походження магнітних полів, відповідальних за утворення намагніченого каміння, залишається загадкою для всіх дослідників цього явища. Це питання має важливе значення для проблеми походження Місяця.

Після того як були відкинуті магнітне поле Землі та можливе поле Сонця, ми звернулися до можливого місячного дипольного поля, яке мало зникнути не раніше, ніж 3,1 еона тому. Одна пропозиція, внесена, зокрема, Ранкорном, передбачала існування залізного ядра, меншого, ніж у Землі, яке тому мало обертатися дуже швидко, щоб створити необхідне поле. Це неймовірно, оскільки сейсмічні спостереження не виявили ядра, хоча вони можуть бути і не цілком переконливими. Якщо таке залізне ядро, що обертається, було присутнє на ранньому періоді, більш ніж 3,1 еона тому, то це вказує, що воно охололо і, отже, в даний час поле могло б бути відсутнім. В іншому випадку передбачається, що внутрішні частини Місяця акумулювалися при низьких температурах і здатні до намагнічування частинки, а саме залізо, акумулювалися в первинному магнітному полі Сонця, що призвело до утворення постійного магнітного дипольного поля, що зберігалося, поки радіоактивний розігрів не призвів до підвищення температури вище точки Кюрі. Однак у цьому випадку поверхневі області мають бути розплавлені, щоб створити високодиференційовані райони з витіканням лави на поверхню.

Популярна думка полягає в наступному. Місяць акумулювався спочатку з твердих тіл при низьких температурах внаслідок малих гравітаційної енергії та швидкості акумуляції, а пізніше при високих гравітаційній енергії та швидкості акумуляції. Так виникли тверда внутрішня частина та розплавлена ​​поверхня. Оцінено, що акумуляція мала відбуватися протягом близько 2000 років і менше, щоб утворилася розплавлена ​​поверхня, незважаючи на радіаційні втрати. Отже, таке бомбардування мало закінчитися досить різко. Важко визначити місце у сонячній туманності, де це могло статися. Альтернативою є газові сфери Юрі (1972 р). У цьому випадку тверді тіла осідають у внутрішній частині сфери, коли вона холодна, але, коли відбувається стиск сфери, температура всередині зростає і, таким чином, внутрішня частина утворюється холодною, а поверхня акумулюється при вищих температурах. Місяць охолонув після того, як гаряче Сонце віддалило газову сферу, і, яким би не був спосіб акумуляції Місяця, магнітне поле, винесене холодними внутрішніми областями, намагнітило охолоджене поверхневе каміння і зникло, коли внаслідок радіоактивного нагрівання температура холодних внутрішніх частин перевищила точку Кюрі. Як зазначено вище, це найцікавіша проблема, яка вразила багатьох людей, які вивчали Місяць.

ТЕОРІЇ ПОХОДЖЕННЯ МІСЯЦЯ

Для обговорення теорій походження Місяця необхідно розглянути теорію походження планет та їх супутників, сутнісно – походження сонячної системи. Юпітер та система його внутрішніх супутників подібні за орбітальними характеристиками із Сонцем і планетами, вісь обертання Юпітера приблизно перпендикулярна площині екліптики. Якби інші планети та їхні супутники відтворювали таку ж структуру, то великих розбіжностей у поглядах на походження не було б. Можна було б припустити, що планети та їх супутники акумулювалися зі скупчень малих об'єктів газопилового характеру. Однак Земля, Венера, Марс та великі планети, крім Юпітера, мають осі обертання, які не перпендикулярні площині екліптики, що потребує зіткнень дуже потужних тіл при утворенні планет. Вже одне це вказує на наявність масивних тіл на зорі історії сонячної системи.

Якщо всі планети земної групи мали б великі супутники, подібно до Землі, можна було б припустити, що ці планети та їх супутники утворилися як подвійні планети, тобто акумулювалися з твердих і рідких силікатів у безпосередній близькості одна від одної. У цьому випадку питання про походження супутників не підлягало б суперечкам та обговоренню, як це мало місце протягом багатьох десятиліть. Саме унікальність Місяця, як єдиного дуже великого супутника, ставить перед вченими цікаву та суперечливу проблему її походження. Адже якщо освіта подвійних планет є правилом, відсутність великого Місяця у Венери і таких супутників у Меркурія і Марса стає новою загадкою. Радянські вчені, зокрема О. Ю. Шмідт, В. С. Сафронов і Б. Ю. Левін, підтримують теорію, яка передбачає акумуляцію безлічі малих супутників, що оточували Землю під час її утворення за час близько 100 млн. років.

Камерон і Рінгвуд захищають точку зору, згідно з якою Земля і Місяць акумулювалися за короткий час від 10 3 до 10 4 років при дуже високих температурах і у вигляді подвійного тіла. Місяць акумулювався з летючої високотемпературної речовини, що утворила кільце навколо Землі. Маса Землі плюс відповідна їй частка сонячних газів мали складати масу, приблизно рівну масі Юпітера, спочатку розподілену в диску, що оточував Сонце. Необхідно, щоб у якийсь момент 0,3% твердої речовини, призначеної для утворення твердих тіл, відокремилося від маси газу, що становить 99,7%, і накопичилося в обмеженому обсязі. Можна припустити, що це могло статися лише за умови, що речовина мала досить низьку температуру, щоб сконденсуватись у рідину або тверде тіло. Можливо, якщо тверді частинки осідали до середньої хмари, це могло б статися. Описана модель перегукується і певною мірою ідентична теорії протопланет Койпера, слабким місцем якої було пояснення втрати маси газу, що дорівнює масі Юпітера. Юрі вказував, що це неможливо, і досі не запропоновано задовільного пояснення втрати газів. Можливо (але це не доведено), що магнітні поля магпітного диполя Солпца, що обертається, могли б забезпечити викид газу.

Рінгвуд, ґрунтуючись на тому, що втрата летких настільки характерна для речовини місячної поверхні, вказує, що Місяць повинен був виділятися з високотемпературних газів. Це дуже сильний аргумент, особливо у випадку, якщо кількість цих елементів зменшено в усьому тілі Місяця, що поки що є нічим не підтвердженим припущенням. Різноманітність найбільш поширених у місячних породах елементів має настільки близьку схожість з теоретично очікуваним при фракціонуванні розплавлених силікатів, що нібито можна відмовитися від гіпотези про велику роль випаровування. Більше того, необхідний механізм, що забезпечує нахил земної осі та певної зміни місячної орбіти, оскільки Голдрайх вказує, що сучасна орбіта Місяця не могла бути в площині земної орбіти. Обидва вказані явища вимагають присутності інших досить великих тіл, які, стикаючись із Землею та Місяцем, викликали згадані зміни. Якби це було насправді, подібні об'єкти, що стикаються з іншими планетами, призвели б до аналогічних ефектів. Той факт, що Венера не має супутника і обертається у зворотному напрямку, є, ймовірно, найпереконливішим свідченням проти наведеної теорії походження Землі та Місяця. Маркус і В. С. Сафронов підкреслили, що подібні зіткнення були необхідні, а Юрі пояснив освіту таких об'єктів. Нещодавно було висловлено припущення, що великі до-планетні тіла існували і стикалися в процесі утворення Землі в умовах високої температури, і відповідно до моделі Рінгвуда Місяць «вилетів» із Землі. Елементи, що випаровуються при температурі 1500° До і нижче, з місячної поверхні зникли, проте немає підстав вважати, що відбувається значна диференціація між кремнієм, з одного боку, і алюмінієм, магнієм, кальцієм - з іншого, навіть якщо мають місце великі відмінності в летючості . Автор цієї роботи сумнівається в правильності гіпотези Рінгвуда про газову, кремнієву, алюмінієву і т. д. атмосферу, що породила Місяць. Можливо, якби вдалося дістати породи з більш глибоких шарів і вони показали б низький вміст летких, це могло б послужити вказівкою, що речовина Місяця в сильно фрагментованому вигляді була нагріта до температури 1000 - 1500 ° С і летючі були віднесені залишковими газами. Ті, хто схильний думати, що титанозалізисті базальти є по суті потоками лави з надр, сприймають це твердження як вже доведене. Автору цієї роботи хотілося б дослідити зразки порід, що належать так званим місцевим лавовим потокам, які могли бути винесені з глибинних верств, перш ніж погодитися з цією точкою зору.

Сером Джорджем Дарвіном була висловлена ​​гіпотеза про те, що Місяць відокремився від Землі, і ця ідея протягом нашого століття багаторазово обговорювалася як її прихильниками, так і її противниками. Уайз та О’Кіфі нещодавно дали огляд цієї дискусії. Щільність порід Місяця близька до щільності порід мантії Землі, і це загадкове питання легко вирішується цією гіпотезою. Багато зусиль витрачено на те, щоб довести можливість такого поділу. В останні роки ця гіпотеза частково, а можливо і повністю, похитнута дослідженнями хімічного складу порід місячної поверхні. Місячні базальти мають безумовно більш високі концентрації заліза і титану і більш низькі концентрації летких елементів в порівнянні з земними. Звичайно, не можна повністю виключити, що в складному процесі високотемпературного поділу могли виникнути такі відмінності, але це неймовірно. Вік місячних порід відсуває час розподілу на 4,5 еона. Важлива одна обставина, очевидна зі старих даних. Якщо Земля і Венера утворилися внаслідок подібних процесів на порівняних відстанях від Сонця, чому система «Земля-Луна» має дуже великий позитивний момент кількості руху щодо орбітального моменту, а Венера - мале і негативне значення тієї ж величини? Чому Венера не стала планетою з великим осьовим моментом обертання і не перетворилася на подвійну планету? Ці питання можна було ставити багато років тому. В даний час гіпотеза про відокремлення Місяця від Землі є малоймовірною.

Гіпотеза захоплення особливо популярна з того часу, як Герстенкорн досліджував цю проблему. Вона обговорювалася Мак-Дональдом, Альвеном та ін.

Зазначена гіпотеза має очевидну перевагу у цьому, що підкреслює випадковий характер походження Місяця, й у разі відпадає потреба пояснювати відсутність супутників в інших планет земної групи. Однак необхідно припустити, що колись на початку розвитку сонячної системи існувало багато місяців, якщо ми хочемо уникнути безлічі неймовірних припущень. Імовірність захоплення Місяця на якусь орбіту навколо Землі менша, ніж ймовірність захоплення при зіткненні її із Землею. Детально ці питання обговорювалися у роботі Юрі та Мак-Дональда. Герстенкорн дійшов висновку про те, що захоплення відбулося на орбіту зі зворотним рухом, яка потім повернулася, пройшовши над поясами Землі, і рух став прямим. Передбачалося, що мінімальна орбіта знаходилася поблизу межі Роша на відстані 2,9 земного радіусу для тіла із щільністю Місяця. У процесі захоплення велика кількість енергії мало розсіятися у вигляді тепла, а саме близько 10 11 ерг на грам місячної речовини. Частина цієї енергії повинна була розсіятися в Місяці, ймовірно, в поверхневих шарах і могла б спричинити утворення її розплавленого поверхневого шару, як говорилося вище. Такий процес плавлення виявився б більш інтенсивним у півсфері Місяця, зверненого до Землі, і міг призвести до появи на поверхні цієї півсфери більших ділянок морів. Якби таке нагрівання охопило все тіло Місяця, існування масконів стало б дуже сумнівним. Юрі та МакДональд схильні вважати, що зіткнення з іншими тілами, що рухаються навколо Землі, сприяли захопленню і що початкові орбіти могли бути набагато більшими, виключаючи таким чином труднощі, пов'язані з нагріванням. Крім того, при такому припущенні щільність кутового моменту початкового акумулювання Землі лягає на емпіричну криву МакДональда, який показав, що логарифм щільності кутового моменту планет, графічно представлений як функції логарифму маси, має вигляд прямої лінії з нахилом близько 0,82.

Зазначена гіпотетична модель походження Місяця постулює, що Місяць акумулювався десь у іншому місці. Якщо прийняти гіпотезу захоплення, проблеми способу акумуляції та загального хімічного складу залишаються відкритими. До цього часу було запропоновано лише модель газової сфери, але можливі інші моделі, хоча їх правдоподібний розрахунок скрутний. У цьому випадку вважають, що в плоскому диску туманності виникли двовимірні гравітаційні нестійкості згідно з формулою, запропонованою Джинсом і уточненою Чандрасекаром. У застосуванні до цього завдання формули слід вважати наближеними через те, що присутність твердих частинок призводить до зростання нестійкості.

Температури, необхідні освіти у туманності тіл розміру Місяця, дуже низькі, а маса хмари має становити значну частку маси Сонця. Як передбачає Альвен у своїй гіпотезі із залученням магнітного поля, маса такого порядку повинна була бути втрачена протосонцем, щоб зменшити його кутовий момент, а Хербіг вважає, що у зірок типу Т Тельця мають бути пилові хмари з масою, приблизно рівною сонячній.

Акумуляція місячних мас у центрі таких газових утворень внаслідок впливу гравітації з енергією акумуляції, що поглинається великою масою газу, могла відбуватися за низьких температур, якщо радіуси були більшими. Якщо в подальшому йшло стиснення газової маси, поверхневі шари центрального місячного об'єкта могли нагрітися до високих температур, відновлене рідке залізо винесло сидеро-фільні, а рідкий сульфід заліза - халь-кофільні елементи. З повільним розпадом газових сфер йшло б повільне охолодження центральної маси, а за повного зникнення газів - швидше охолодження до низьких температур. Важкою проблемою залишається хімічний склад. У разі малого відносного вмісту заліза в Сонці, як це вважалося протягом багатьох років, Місяць складається з первинної нелетючої сонячної речовини, проте з переглядом відносних концентрацій елементів у сонячній речовині щільність первинної нелетючої сонячної речовини стає близькою до 4 г/см 3 і не відповідає густини Місяця. Якщо до гіпотези захоплення ставитися серйозно, цю проблему треба вирішити. Кутисті хондрити - дуже поширений тип метеоритів, якщо судити з спостереженням падінь, а серед них тип III (група Vigarano) має відповідну щільність і низький вміст калію, так що можна створити твердий Місяць, якщо центральне тіло мало такий або близький до такого хімічного складу. Ці метеорити містять воду та велику кількість вуглецю. Низький вміст води та вуглецю в поверхневих зразках різко суперечить цьому припущенню, але не виключає його. Маркус В. С. Сафронов і Хартман розглядали інші шляхи акумуляції великих тіл з твердих тіл меншої величини без газу, який безумовно необхідний, якщо більш леткі елементи видалені з надр Місяця. У цьому випадку послідовність подій повинна була призвести до втрати летючих при температурі близько 1500 ° К і вони повинні були зникнути з області, в якій акумулювалися Місяць і Земля, перш ніж почалася акумуляція. Якщо летючі містяться у надрах Місяця, це свідчить про формування Місяця у газовій сфері, і Земля мала утворитися з уламків таких об'єктів. Нещодавно Камерон припустив, що Місяць конденсувався із газової сонячної туманності всередині орбіти Меркурія, де конденсувалися найменш леткі складові, а саме СаО та А1 2 0 3 . Вони утворили Місяць, який був відкинутий Меркурієм на орбіту, що перетинає орбіти Венери та Землі, і потім захоплена Землею. Таким чином, Місяць утворився в області сонячної туманності, де залізо залишалося значною мірою у газоподібному вигляді. Так він пояснює низьку щільність Місяця та, можливо, хімічний склад. Обидві ці механічні події здаються неймовірними хоч і не можуть бути повністю відкинуті. Якщо Місяць був захоплений, він повинен був утворитися незалежно від Землі як окрема первоздана планета і в цьому випадку була б, ймовірно, старша за Землю. Відомі нині вікові показники свідчать, що Місяць як самостійне тіло існувала приблизно епоху освіти метеоритів. Можливість встановлення тим самим способом віку Землі втрачено.

Як зазначалося вище, Юпітер та його супутники нагадують «маленьку» сонячну систему, і складається враження про утворення цих супутників у сусідстві з планетою. Той факт, що в сонячній системі є сім супутників, рівних за своєю величиною супутнику Землі Місяцю, і що середня маса інших супутників і астероїдів приблизно становить чверть маси земного Місяця, вказує на те, що об'єкти місячних розмірів у сонячній системі мають перевагу. обертання планет дають підстави думати, що поруч знаходилися великі об'єкти, які зіткнулися з планетами, що формуються, на останніх стадіях їх акумуляції. Можливо, що наш Місяць не таке вже унікальне тіло, як часто заведено думати!

Завантажити реферат: У вас немає доступу до завантаження файлів з нашого сервера.

У цьому розділі ми розглянемо, як Місяць впливає своїм гравітаційним полем на саму Землю, тобто. на її тіло та її рух по орбіті. Наслідки цього впливу для різних земних сфер - літосфери, гідросфери, ядра, атмосфери, магнітосфери та ін., а також для біосфери будуть розглянуті в наступних розділах.

УВАГА!
Графіки гравітаційної взаємодії Місяця та Землі див. за допомогою сервісу
Місячний фактор

Розрахункові співвідношення та константи

Для розрахунку гравітаційного впливу Місяця скористаємося формулою класичної фізики, що визначає силу F взаємного тяжіння двох тіл з масами M1 та M2, центри мас яких знаходяться один від одного на відстані R:

(1) F (н) = (G x M1 x M2) / R 2 ,

де G = 6,67384 х 10 -11 – гравітаційна стала.

Ця формула дає значення сили тяжіння в одиницях системи СІ – ньютонах (н). Для цілей нашого трактату зручніше і зрозуміліше оперуватиме кілограмами сили (кгс), які виходять розподілом F на коефіцієнт 9,81, тобто:

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

Для подальших розрахунків нам знадобляться такі константи:

1. маса Місяця – 7,35 х 10 22 кг;
2. середня відстань від Землі до Місяця – 384400 км;
3. середній радіус Землі – 6371 км;
4. маса Сонця – 1,99 х 10 30 кг;
5. середня відстань від Землі до Сонця – 149,6 млн. км;

Сила місячного тяжіння Землі

Відповідно до формули (2), сила тяжіння Місяцем тіла масою 1 кг, що знаходиться в центрі Землі, на відстані між Місяцем і Землею, що дорівнює його середньому значенню, дорівнює:

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

тобто. всього 3,382 мікрограми. Для порівняння розрахуємо силу тяжіння того ж тіла Сонцем (також для середньої відстані):

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

тобто. 604,570 мікрограмів, що майже в 200 (двісті!) разів більше, ніж сила тяжіння Місяцем.

Крім того, вага тіла, що знаходиться на поверхні Землі, змінюється в набагато суттєвіших межах через відхилення форми Землі від ідеальної, нерівномірності рельєфу і щільності, а також впливу відцентрових сил. Так, наприклад, вага тіла масою в 1 кг на полюсах більша за вагу на екваторі приблизно на 5,3 грама, причому одна третина цієї різниці зумовлена ​​сплюснутістю Землі з полюсів, а дві третини - відцентровою силою на екваторі, спрямованій проти сили тяжіння.

Як видно, прямий гравітаційний вплив Місяця на конкретне тіло, що знаходиться на Землі, є в прямому сенсі мікроскопічним і при цьому суттєво поступається гравітаційному впливу Сонця та геофізичних аномалій.

Градієнт сили місячного тяжіння

Звернемося до рис.3.1. Для середнього значення відстані Земля - ​​Місяць сила тяжіння Місяцем тіла масою 1 кг, розташованого на поверхні Землі в найближчій до Місяця точці становить 3,495 мікрограмів, що на 0,113 мікрограмів більше, ніж сила тяжіння того ж тіла, але розташованого в центрі Землі. Сила ж тяжіння тіла, що знаходиться на поверхні Землі, Сонцем (також для середнього значення відстані) складе 604,622 мікрограми, що більше сили тяжіння того ж тіла, але розташованого в центрі Землі, на 0,052 мікрограми.

Рис.3.1 Місячна та сонячна гравітація

Т.о, незважаючи на незмірно меншу масу Місяця в порівнянні з Сонцем, градієнт сили її тяжіння на орбіті Землі в середньому в два рази більше градієнта сили тяжіння Сонця.

Для ілюстрації впливу гравітаційного поля Місяця на тіло Землі звернемося до рис. 3.2.

Рис.3.2 Вплив гравітаційного поля Місяця на тіло Землі.

Даний малюнок представляє дуже спрощену картину реакції тіла Землі на вплив місячної гравітації, але достовірно відображає суть процесу - зміна форми земної кулі під впливом т.зв. приливних (або приливоутворюючих) сил, спрямованих вздовж осі Земля - ​​Місяць, і сил, що протидіють пружності тіла Землі. Приливні сили виникають через те, що точки Землі, розташовані ближче до Місяця, притягуються до нього сильніше, ніж точки, розташовані далі від нього. Іншими словами, деформація тіла Землі є наслідком градієнта сили тяжіння Місяця і сил пружності тіла Землі, що протидіють йому. В результаті дії цих сил розмір Землі збільшується у напрямку дії приливних сил і зменшується в поперечному напрямку, внаслідок чого на поверхні утворюється хвиля, що називається приливною. Ця хвиля має два максимуми, що знаходяться на осі Земля - ​​Місяць і що переміщаються по поверхні Землі в напрямку, протилежному до її обертання. Амплітуда хвилі залежить від широти місцевості та поточних параметрів орбіти Місяця і може досягати кількох десятків сантиметрів. Максимальне значення вона матиме на екваторі під час проходження Місяцем її перигею.

Сонце також викликає приливну хвилю в тілі Землі, але значно меншу через менший градієнт сили його тяжіння. Спільний гравітаційний вплив Місяця та Сонця на тіло Землі залежить від їхнього взаємного розташування. Максимально значення приливних сил і, максимальна амплітуда приливної хвилі досягається при розташуванні всіх трьох об'єктів на одній осі, тобто. у стані т.зв. сизигії(вирівнювання), що має місце при молоді (місяць і сонце в «з'єднанні») або при повні (місяць і сонце в «опозиції»). Ці зміни ілюструються рис. 3.3 та 3.4.

Рис.3.3 Спільний вплив гравітаційних полів Місяця та Сонця на тіло Землі
у «з'єднанні» (у молодик).

Рис.3.4 Спільний вплив гравітаційних полів Місяця та Сонця на тіло Землі
в «опозиції» (повний місяць).

У міру відхилення Місяця і Сонця від лінії сизигії викликані ними приливні сили і, відповідно, приливні хвилі починають набувати самостійного характеру, їхня сума зменшується, а ступінь їхньої протидії один одному зростає. Протидія досягає максимуму, коли кут між напрямками на Місяць та Сонце із центру Землі дорівнює 90°, тобто. дані тіла перебувають у «квадраті», а Місяць, відповідно, перебуває у фазі чверті (першої чи останньої). У цій конфігурації приливні сили Місяця і Сонця діють форму тіла Землі суворо протилежно, відповідні приливні хвилі лежить на поверхні максимально рознесені, які амплітуда мінімальна, що ілюструється рис. 3.5.

Рис.3.5 Спільний вплив гравітаційних полів Місяця та Сонця на тіло Землі у «квадраті».

Фізика земних припливних процесів під впливом гравітаційних полів Місяця та Сонця дуже складна і потребує врахування великої кількості параметрів. На цю тему було розроблено велику кількість різних теорій, проведено багато експериментальних досліджень, написано величезну кількість статей, монографій та дисертацій. Навіть на сьогоднішній день у цій галузі залишається багато «білих» плям, що суперечать один одному точок зору та альтернативних підходів. Для охочих заглибитись у проблематику земних припливів можна рекомендувати фундаментальне дослідження П. Мельхіора «Земні припливи» (пер. з англ., М., «Мир», 1968 483 сторінки).

Наслідком впливу місячної гравітації на Землю є два фундаментальні явища:

1. Місячні припливи на поверхні Землі - періодичні зміни рівня земної поверхні, синхронізовані з добовим обертанням Землі та переміщенням Місяця по орбіті.
2. Накладення на земну орбіту змінної складової, синхронізованої із обертанням системи Земля – Місяць навколо загального центру мас.

Дані явища є головними механізмами впливу Місяця на земні сфери - літосферу, гідросферу, земне ядро, атмосферу, магнітосферу та інших. Докладніше звідси - у наступному розділі.

Землетруси - частий феномен, який, крім того, є одним із найбільш незрозумілих та таємничих стихійних лих. Вчені не завжди з точністю можуть заявити, що саме є їх причиною, не кажучи вже про своєчасні прогнози та профілактичні заходи.

Гравітаційне поле Місяця

Нам добре відомо, що гравітаційне тяжіння Місяця, спільно з гравітаційним полем Сонця та інерцією від обертання Землі, впливає на утворення припливів та відливів. В інших регіонах Сонячної системи гравітаційне взаємини планет та супутників стає причиною сильних тектонічних феноменів.

Сейсмологи давно ставили питання про можливий вплив недооціненого гравітаційного поля нашого власного супутника. Звичайно, приливне захоплення Місяця не настільки сильне, щоб перетворювати каміння на Землі на гарячу лаву, проте його може цілком вистачити для того, щоб впливати на слабкі місця у з'єднаннях тектонічних плит.

Тектонічні розломи

У земній корі існують зони субдукції - місця, де одна частина тектонічної плити поринає в мантію і йде під іншу частину земної кори. Ці зони субдукції є своєрідними «слабкими місцями» тектонічної активності, і саме поблизу них найчастіше відбуваються сильні землетруси.

Виходячи з цих даних, група вчених з Університету Токіо запропонувала наступну гіпотезу: оскільки зони субдукції є найчастіше глибокими розломами, можливо гравітаційної сили Місяця достатньо, щоб вплинути на розбіжність тектонічних плит. Навіть якщо приливного захоплення Місяця може не вистачити для ініціації руху цілої плити, він може спричинити невеликі тріщини, які, у свою чергу, створюють ефект снігової грудки і призводять до сильних струсів.

Місячні цикли

Щоб підтвердити висунуту гіпотезу, японські вчені досліджували сейсмічні показання останніх двадцяти років і зіставили їх із сизигиями - вирівнюванням Місяця, Землі та Сонця по прямій лінії. Якщо довгота Місяця збігається з довготою Сонця, землі спостерігається молодик, і гравітаційні поля Місяця і Сонця об'єднуються і «тягнуть» себе одне з півкуль Землі. У тому випадку, коли довгота Місяця протилежна довготі Сонця, ми спостерігаємо повний місяць, і гравітаційне поле супутника "тягне" до себе одну півкулю Землі, а гравітаційне поле Сонця притягує інше. В обох випадках вплив сторонньої гравітації на земну поверхню досягає максимуму і може спричинити тектонічний рух.

Зіставивши дані про землетруси з сигігіями, вчені отримали цікаві дані. Під час повних місяців трапилися руйнівні землетруси в Індійському океані в 2004 році, а також один із найпотужніших землетрусів, зареєстрованих в історії, - у лютому 2010 року в Чилі.

Під час молодого місяця спільне гравітаційне поле Місяця та Сонця могло б пояснити причини Великого східно-японського землетрусу, що вплинуло на регіон Тохоку в березні 2011 року.

Висновки

Цього дослідження недостатньо, щоб незаперечно довести взаємозв'язок сизигій із землетрусами. Однак непрямі докази малюють цілком переконливу картину того, як нарівні з припливами та відливами Місяць може час від часу притягувати до себе не лише воду, а й земну твердь.

В останні десятиліття все частіше постає питання про можливий вплив Місяця та Сонця на тектонічні процеси, що відбуваються на Землі та запускають механізми утворення землетрусів. Наприклад, знаменитий розлом Сан-Андреас став місцем утворення близько 80 тисяч невеликих струсів, прив'язаних до місячних сізігій.

Місячні маскони.Детальне вивчення поля сили тяжіння Місяця стало можливим після виведення космічних супутників на орбіту штучних супутників Місяця. Спостереження орбітами супутників велися з допомогою трьох наземних станцій.

По зміні частоти супутникового передавача визначалися звані «променеві прискорення» - проекції прискорення сили тяжіння на напрям Земля - ​​супутник (для центральної частини видимого боку Місяця ці прискорення відповідали вертикальної складової).

Перші побудови картини гравітаційного поля Місяця були проведені радянськими дослідниками за результатами польоту космічного апарату «Місяць-10», надалі дані уточнювалися за спостереженнями за орбітами штучних супутників серії «Лунар Орбітар», а також на тих ділянках трас космічних кораблів «Аполлон», де їх орбіти навколо Місяця визначалися лише полем його сили тяжіння.

Гравітаційне поле Місяця виявилося складнішим і неодноріднішим за земний, поверхня рівного потенціалу сили тяжіння більш нерівна, і джерела аномалій розташовані ближче до поверхні Місяця. Істотною особливістю місячного поля сили тяжіння з'явилися великі позитивні аномалії, присвячені круглим морям, названих масконами (від англійського - «концентрація мас»). При підльоті до маскон швидкість супутника зростає; після прольоту супутник злегка пригальмовується, у своїй висота орбіти змінюється на 60 - 100 м-коду.

Спочатку виявили маскони в морях видимої сторони: Дощів, Ясності, Криз, Нектару, Вологості; їх розміри сягали 50 - 200 км (вони вкладалися в контури морів), а величини аномалій становили 100-200 мгал. Аномалія Моря Дощів відповідала надлишку маси порядку (1,5-4,5) х 10 -5 маси всього Місяця.

Згодом були відкриті масивніші маскони на межі видимої та зворотної сторін у Морях Східне та Крайове, а також величезний маскон в екваторіальній зоні центру зворотного боку Місяця. Тут моря немає, тому маскою названий «Прихованим». Його діаметр понад 1000 км, маса в 5 разів перевищує надмірну масу моря дощів. Прихований маскон здатний відхилити на 1 км супутник, що летить на висоті 100 км. Сумарна надлишкова маса, що відповідає позитивним аномаліям сили тяжіння. перевищує 10 -4 маси Місяця. Ряд негативних аномалій виявився пов'язаним із місячними горами: Юра, Кавказ, Тавр, Алтай.

Аномалії сили тяжіння відбивають особливості розподілу мас речовини на надрах Місяця. Якщо, наприклад, припустити, що маскони створюються точковими масами, то глибини їх залягання повинні становити в Морі Дощів близько 200 км, в Морі Ясності - 280 км, Криз - 160 км, Спокою - 180 км, Достатку - 100 км, Познанному - 8 км, Океані Бур - 60 км. Таким чином, вимірювання сили тяжіння виявили неоднорідний розподіл густини у верхній мантії.

Електропровідність.Жодна з місячних експедицій не провела безпосередніх вимірів електричного поля Місяця. Воно було розраховане за варіаціями магнітного поля, зареєстрованого магнітометрами на станціях «Аполлона-12, -15, -16» та «Луноході-2».

Місяць, позбавлений магнітосфери, при своєму обертанні навколо Землі періодично опиняється в повний місяць у необуреній земній магнітосфері, у молодик - у сонячному вітрі і двічі по 2 дні - у перехідному. ударному шарі.

Флуктуації зовнішнього міжпланетного магнітного поля проникають у Місяць і індукують у ній полі вихрових струмів. Час наростання індукованого поля залежить від розподілу електропровідності у місячних надрах. Одночасні вимірювання зовнішнього змінного поля над Місяцем та вторинного поля на поверхні дозволяють обчислити місячну електропровідність.

Місяць влаштований «зручно» для магнітно-телуричного зондування. Міжпланетне магнітне поле, витягнуте із Сонця, однорідно, фронт його вважатимуться плоским, тому для дослідження не потрібна, як Землі, мережу лабораторій. Завдяки тому, що Місяць має більш високий електричний опір, ніж Земля, для його зондування достатньо двох годинних спостережень, тоді як на Землі потрібні річні.

Сонячний вітер, що обтікає Місяць, має високу провідність, як би огортає Місяць фольгою, не випускаючи на поверхню індуковані в надрах поля. Тому на сонячному боці Місяця можна використовувати лише горизонтальну компоненту змінного магнітного поля, тоді як на нічному боці, де працює і вертикальна компонента, ситуація більше схожа на земну.

Магнітометрами «Аполлонів» було зареєстровано реакцію Місяця у сонячному вітрі на нічній та денній сторонах, а також у геомагнітному шлейфі, де зведено до мінімуму плазмові ефекти сонячного вітру.

У кратері Лемоньє на сонячному боці Місяця на «Місячному ході-2» було зафіксовано становлення у часі флуктуації сонячного магнітного поля. При цьому горизонтальна компонента магнітного поля відбиває глибинну електропровідність Місяця, а величина вертикальної компоненти на великому часі характеризувала напруженість зовнішнього поля Місяця. Експериментальний графік опору, що здається, інтерпретувався шляхом порівняння з теоретичними кривими.

Радянськими (Л. Л. Ваньян та інші) і зарубіжними (К. Сонет, П. Дайел та інші) дослідниками побудовані різні моделі електропровідності Місяця, відрізняючись у деяких деталях, вони дають загалом подібні розподіли електричних властивостей місячного матеріалу з глибиною: у верхніх 200 км знаходиться поганопровідний шар з питомим опором понад 106 ом · м; глибше залягає шар зниженого опору (103 ом · м) потужністю 150-200 км, до 600 км опір зростає на порядок і далі знову зменшується до 103 ом · м на глибині 800 км (рис. 9).

Мал. 9. Глибинна структура Землі (товсті лінії) та Місяця (тонкі) за геофізичними даними:

1 - швидкості поздовжніх хвиль; 2 – швидкості поперечних хвиль; 3 – електропровідність. Вертикальна шкала - глибини по відношенню до відповідних радіусів Землі та Місяця

Проведені на цей час електричні зондування Місяця виявляють такі основні особливості:

Місяць загалом має вищий опір, ніж Земля. Зверху знаходиться потужний ізоляційний шар; із глибиною електропровідність зростає. Виявлено радіальне розшарування Місяця та намічається неоднорідність у горизонтальному напрямку з електричного опору.

За профілями електропровідності та залежності провідності від температури оцінено температуру всередині Місяця для різного складу мантії. У всіх випадках до глибини 600-700 км температура лежить нижче за температуру плавлення базальтів, а на великих глибинах досягає або перевищує її.

Зіставлення глибинних температур з температурами плавлення порід за різних тисків дозволило вченим оцінити такий важливий фізичний параметр, як коефіцієнт в'язкості. Він характеризує здатність гірських порід переміщатися під впливом напруги.

Верхня 200 - 300-кілометрова оболонка Місяця має дуже великий коефіцієнт в'язкості 1026 - 1027 пуаз. Це на 2–3 порядки вище, ніж на відповідних глибинах Землі, навіть якщо брати найжорсткіші регіони давніх кристалічних щитів. Від поверхні до центру Місяця в'язкість падає; глибше 500 км вона зменшується в 100 - 1000 разів, тобто стає порівнянною з в'язкістю мантії Землі. В астеносфері Місяця в'язкість різко зменшується до значень, властивих астеносфері Землі (1020 - 1021 пуаз).

Тепловий потік.До польотів космічних кораблів вважалося, що вміст радіоактивних елементів 235 U, 238 U, 232 Th, 40 K в надрах Місяця в середньому такий же, як у хондрітових метеоритах або в мантії Землі. Тепловий потік, що йде з надр Місяця через її поверхню, оцінювався за аналогією з відповідним потоком Землі, де щомиті через кожен 1 см 2 поверхні «випаровується» в космос 1,5 - 10 -6 калл тепла. Радіус Місяця в 3,6 рази менше, ніж Землі, його поверхня становить 7,5 %, а обсяг - 2 % земного. За умови однакової концентрації радіоактивних ізотопів в одиниці об'єму для Місяця передбачалося значення теплового потоку 0,36 · 10 -6 кал/см 2 с.

У 1964 р. радянські астрономи на чолі з В. С. Троїцьким виміряли теплове випромінювання Місяця в діапазоні довжин хвиль від 1 мм до 3 см і набули несподівано високого значення середнього теплового потоку (0,85 - 0,95) 10 -6 ккал/ см2с, що майже втричі перевищує розрахункове. Це могло свідчити про більш високий вміст радіоактивних ізотопів або про те, що джерела тепла сконцентровані поблизу поверхні.

Несподіваний результат було підтверджено безпосереднім виміром теплового потоку на Місяці. Прямі вимірювання теплового потоку на місячній поверхні були проведені у двох експедиціях астронавтів на Місяць: у липні 1971 р. у районі Хедлі Рілл на східному краю Моря Дощів («Аполлон-15») та у грудні 1972 р. в районі Тавр-Літтрів у вузі затоці на південному сході Моря Ясності («Аполлон-17»). Астронавти пробурили свердловини, вставили фіброгласові трубки та помістили в них термозонди для вимірювання температури та теплопровідності. Кожен зонд забезпечував вимірювання на 11 глибинах і складався з 8 платинових термометрів опору та 4 термопар. Було встановлено 2 зонди на глибинах 1 та 1,4 м на станції «Аполлона-15» та один на 2,3 м – на «Аполлоні-17». Відліки передавалися Землю кожні 7 хв. Опрацьовано дані за 3,5 роки по першій та за 2 роки по другій станціях. Сигнали починали аналізуватися лише через місяць після запуску приладів, коли встановилася їхня теплова рівновага з реголітом. Незважаючи на величезні теплові контрасти на поверхні (+130 °C вдень - 170 °C вночі), температурні флуктуації практично загасали на глибині 0,8 м. тоді як річні коливання температури відчувалися на всіх досліджених глибинах. Для вимірювання теплопровідності місячного ґрунту по команді із Землі на 36 год були включені електронагрівачі. Оскільки росла температура, визначали величину теплопровідності. Теплопровідність реголіту виявилася дуже низькою і сильно залежить від температури. У поверхні вона становила лише 0,3 · 10 -5 ккал · (см · К) -1 , глибше у міру ущільнення вона зростала, досягаючи на глибині 1-2 м значень ~0,24 · 10 -4 ккал · (см · К) -1 , у 250-метровому верхньому шарі теплопровідність, мабуть, залишається дуже низькою, на 2–3 порядки менше, ніж у надрах Місяця, в 10 разів менше, ніж у чудовому утеплювачі - повітрі, і в 40 разів менше ніж у воді. Таким чином, реголіт Місяця, що утворився внаслідок перемелювання уламкових порід ударами метеоритів, представляє своєрідну «ковдру», що грає для Місяця роль термостату і зменшує втрату її тепла. Наприклад, при утворенні Моря Дощів великі прилеглі території були покриті уламковими породами. Завдяки цьому за останні 100 млн років температура на глибині 25 км повинна була піднятися з 300 до 480 °C. За величиною теплопровідності та перепадом температур був розрахований тепловий потік, що проходить через поверхню Місяця. Його значення для району Апеннін - 0,53 · 10 -6 ккал · (см 2 · с) -1, в районі Декарта - 0,38 · 10 -6 ккал · (см 2 · с) -1 . Відмінність на 40% перевищує похибки вимірювань, ефект місцевого рельєфу і характеризує горизонтальну мінливість вмісту радіоактивних ізотопів у місячній корі.