Физические условия вблизи Луны и планет Солнечной системы



страница1/16
Дата15.11.2016
Размер2.2 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16




Глава

4

Физические условия вблизи Луны и планет Солнечной системы

В.В.Бусарев, В.В.Шевченко, В.Г.Сурдин

Госуларственный астрономический институт им. П.К.Штернберга Московского государственного университета

Абстракт Постоянно возрастающая мощность ракетно-космических транспортных систем и существенный прогресс в создании все более миниатюрных научных приборов при одновременном увеличении их эффективности и долговечности обеспечивают зондирование и мониторинг все более отдаленных областей Солнечной системы. Луна, Венера и Марс давно уже стали объектами не только разовых, но и комплексных космических экспедиций. Область планет-гигантов превращается в зону длительных, иногда перекрывающихся по времени экспериментов. Космические данные, дополняемые продолжительными наблюдениями внеатмосферных телескопов, находящихся на околоземных орбитах, создают возможность построения новой, более цельной модели физических условий вблизи планет Солнечной системы

Kлючевые слова Луна, планеты, физические поля планет, планетная среда

4.1 ВВЕДЕНИЕ


С момента начала исследований Солнечной системы космическими средствами и по настоящее время принципиальные задачи, стимулирующие развитие этого направления, по сути, остаются прежними. Новая информация, поступающая в результате осуществления многочисленных космических миссий, вносит определяющий вклад в решение фундаментальных проблем современного естествознания, рассматривающих происхождение и эволюцию планетных тел и Солнечной системы в целом. Приложение этих знаний к пониманию природных процессов, определяющих развитие нашей планеты Земли, является не менее важной задачей. Часть из этих исследований носит также и прикладной характер. Стремительно приближается время, когда в ряд самых актуальных задач встанет проблема освоения ближайших тел Солнечной системы с непосредственным использованием внеземных природных ресурсов.

За два десятилетия, истекшие с момента выхода в свет предыдущей версии настоящего издания, интенсивность осуществления космических планетных проектов неуклонно возрастала. Диаграмма на рис. 4.1.1 показывает относительное распределение по числу осуществленных космических запусков, основной целью которых являлись указанные объекты Солнечной системы. В нашей стране и в США были проведены развернутые программы изучения природы Венеры. Уникальные данные получены в результате исследований Марса. Впервые были осуществлены проекты запусков космических аппаратов к малым телам Солнечной системы – кометам и астероидам. Немногочисленные, но рекордные по объему полученной информации, проекты изучения планет-гигантов обеспечили современные фундаментальные знания о природе внешней части Солнечной системы.






Рисунок 4.1.1. Распределение по числу осуществленных за два последних десятилетия космических проектов.
Первый космический аппарат, запущенный в 1972 г. с целью изучения Юпитера, «Пионер-10», спустя десятилетие покинул условные пределы Солнечной системы и превратился в первое рукотворное тело, пересекающее нашу Галактику. В настоящее время к границам гелиосферы приближаются аппараты серии «Вояджер», обозначая начало экспансии человечества в далекий космос.

4.2 ЛУНА

4.2.1 Общие положения

Единственный естественный спутник Земли составляет вместе с нашей планетой редчайшую в Солнечной системе структуру, в которой соотношение размеров и масс обоих тел характеризует их скорее, как двойную систему, чем как классическое образование родительской планеты и спутника. Достаточно напомнить, что масса Луны составляет около 1/81,3 массы Земли. Аналогичное отношение масс Фобоса и Марса исчисляется, например, величиной 1/50000000. Крупнейший в Солнечной системе спутник Ганимед составляет по массе лишь 1/12200 часть центрального тела Юпитера. И только миниатюрная система Плутон-Харон в этом смысле напоминает Землю с Луной. С точки зрения космической экспансии человечества Луна является естественной инфраструктурой Земли.

В данном параграфе излагаются основные параметры Луны как небесного тела, а также свойства окружающего ее космического пространства.
4.2.2 Строение гравитационного поля Луны


Гравитационный потенциал Луны и планет принято выражать в виде разложения по сферическим гармоникам (напр., Абалакин и др., 1976; Грушинский, 1976), поскольку оно хорошо описывает все особенности гравитационного поля планеты (в том числе гравитационные аномалии, связанные с локальной концентрацией масс):



U = (Gm / r) [1+ n=2 (a / r)n n=0 Cnk cos kSnk sin k Pnk (sin  (1

где G – гравитационная постоянная,


m – масса планеты,
а – экваториальный радиус планеты,
r, φ, λ – сферические координаты частицы (обычно φ, λ – это широта и долгота, а r – радиус-вектор текущей точки пространства),
Pnk – присоединенные функции Лежандра ( при k > 0 ),
Pn – полиномы Лежандра (при k = 0),
Jn = Cn0 − коэффициенты зональных гармоник разложения потенциала,

Cnk и Snkкоэффициенты тессеральных гармоник разложения потенциала (в частности, при n = k это коэффициенты секториальных гармоник разложения потенциала),

G = (6,6728 ± 0,0016) × 10-23 (км3 с-2 г-1) – гравитационная постоянная,

GM = 1,327 124 40 × 1011 (км3 с-2).

Физический смысл коэффициентов зональных, секториальных и тессеральных гармоник разложения потенциала (напр., Грушинский, 1976) состоит в следующем: J0 определяет среднюю величину ускорения силы тяжести на поверхности планеты, J2 = C20 выражает степень сжатия планеты; C11 и S11 характеризуют эллипсоидальность планеты; C22 и S22 определяют эллиптичность экватора; J3 – характеризуют величину ассиметрии северного и южного полушарий; J4 и J6 определяют степень неоднородности распределения масс в недрах и вблизи поверхности планеты.

Пространственная структура внешнего гравитационого поля, как правило, описывается с помощью эквипотенциальных поверхностей. В каждой точке такой поверхности величина U остается постоянной. В случае однородности распределения гравитирующих масс, эквипотенциальные (уровенные) поверхности имеют сферическую форму и значение потенциала зависит лишь от удаленности текущей точки пространства (величины r). Поскольку реальное распределение масс в теле Луны не является однородным, локальный избыток или недостаток массы вещества приводит к деформации моделирующих гравитационное поле системы вложенных эквипотенциальных поверхностей в окрестностях аномальной точки.

В настоящее время основным методом изучения гравитационного поля Луны остается исследование гравитационных возмущений орбит ее искусственных спутников. Результаты траекторных измерений движения первого ИСЛ «Луна-10» позволили определить значения 11 коэффициентов в разложении гравитационного поля Луны (Аким, 1966). Дальнейшие исследования позволили установить не только общую асимметрию распределения масс в теле спутника, но также выделить местные концентрации масс (масконы), расположенные в пределах верхней мантии в области круговых морей видимого полушария Луны. Согласно исследованиям, проведенным на ИСЛ «Лунар проспектор» (1998 – 1999 гг.) с разрешением на поверхности до 30 км, в разложении гравитационного поля Луны удалось выделить до 100 гармоник. Помимо новых масконов эта модель выявила гравитационные аномалии, не получившие пока достоверной интерпретации. Обобщение новой гравитационной модели позволило впервые оценить конкретные размеры жидкого металлического ядра Луны, радиус которого, по-видимому, находится в пределах от 250 км до 430 км и по массе не превышает 4% от общей массы лунного шара (Шевченко, 2001).



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница