Член-корреспондент РАН Юрий АВСЮК, заведующий лабораторией гравиметрии Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН

"Человечество не останется вечно на Земле, - писал выдающийся русский ученый Константин Циолковский (1857 - 1935), - но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет все околоземное пространство". Ближайшим же шагом к выполнению этой миссии станет освоение Луны. Россия планирует создать на ней постоянную базу. Поэтому с каждым днем возрастает интерес ученых ко многим проблемам теоретического и научно-практического характера, касающимся нашей ближайшей соседки.

Испокон веков Луна привлекала интерес ученых, пытавшихся понять, почему она обращена к Земле одной и той же стороной? Как формировалась соизмеримость периодов осевого и орбитального движений (в астрономии ее называют еще резонансом, выражающимся на Луне соотношением 1:1)? Кстати, это зарегистрировано и у некоторых спутников Юпитера, Сатурна и Урана. Следовательно, должен существовать некий общепланетарный механизм синхронизации, обусловливающий потерю первоначальной скорости осевого вращения тем или иным подобным телом с постепенным выходом на равенство периода орбитального движения. Что же представляет собой этот механизм?

Прежде всего напомним, что с позиций силового воздействия выход Луны шаг за шагом на равенство периода осевого вращения периоду ее орбитального движения означает постепенное уменьшение приливного влияния Земли и Солнца на поверхностные и глубинные сферы ночного светила.

Остановимся на выяснении приливного воздействия небесных тел на Луну. В современный научный обиход вошла формула французского ученого Пьера Лапласа (1749 - 1827), характеризующая приливные силы, в частности пар Луна-Земля, Луна-Солнце,

стр. 5

Вид на естественный спутник Земли сверху. Расположение эпицентров лунотрясений по его долготам.

"Луна-16"(1970г.) совершила посадку в море Изобилия и доставила на Землю образцы лунного грунта.

Луна-Юпитер и т.д. Однако суммирование таких сил, соответствующих парным взаимодействиям, дает неполное описание их влияния, ибо выпадают возмущения, которые не равны нулю в центре исследуемого тела, о чем говорил еще английский ученый Исаак Ньютон (1643 - 1727). На этот факт важно обращать внимание, когда речь идет о приливных процессах на нашей ближайшей соседке, где невозмущенная часть воздействия Земли и Солнца оценивается величинами 1,2 10^-3 см/с² и 0,7 10^-5см/с², а возмущение Солнцем орбитального движения Луны вокруг центра масс Земля-Луна равно 1,5 10^-3 см/с².

В ходе успешных посадок на естественный спутник Земли отечественных автоматических станций (1959 - 1976 гг.) и американских аппаратов "Аполлон" (ноябрь 1969 г. - май 1975 г.) проведенными изысканиями* установлена также корреляция (взаимозависимость) приливного воздействия с проявлениями лунной сейсмичности. Обнаружено, что активность глубокофокусных ее очагов обусловлена вариациями дополнительного давления пластического материала ядра Луны на стенку ее оболочки в моменты сизигии**. Отмечена ритмика энергии очаговых зон поверхностных лунотрясений восточного и западного полушарий, показано, что активность этих зон управляется приливной силой, создающей чередующиеся во времени области локальных растяжений и сжатий. Кроме того, установлено: глубина очагов лунотрясений меняется в диапазоне от 800 до 1000 км.

К сказанному следует добавить, что размеры излучающего очага соизмеримы с длиной волны (10 - 20 км). Энергия глубокофокусного лунотрясения составляет порядка 10⁷ - 10⁹ эрг. На сейсмических станциях "Аполлонами-12 - 16" были выделены четкие временные пики каждого очага. Самый большой соответствует периоду 13,6 сут; в 2 - 5 раз слабее с промежутком в 27,2 и 206 сут. Их цикличность - порядка 6 лет.

Активизацию глубокофокусных очагов можно объяснить следующим: в момент сизигии Луна удаляется от Земли, и пластический материал ядра с плотностью 3,3 г/см³ при изменении ускорений примерно 250 10^-5 см/с² оказывает на стенку своей оболочки дополнительное давление около 0,9 атм, вызывая сдвиги по дефектам границы "ядро-оболочка". Однако энергия этих толчков и колебаний мала, что указывает на реализацию приложенного напряжения без его накопления.

Представляют научный интерес и поверхностные лунотрясения. Установлено: их очаги находятся на глубине 25 - 300 км с энергией 10¹⁸ эрг, они происходят реже глубокофокусных - за 5 лет регистрации отмечено всего 25 поверхностных лунотрясений. Их эпицентры обрамляют область в радиусе 1000 км. Эта зона повторяет контур границы ядра Луны, спроектированный на поверхность.

По материалам сейсмических наблюдений получены оценки высокой механической добротности*** пород верхней и средней мантии Луны. Как выяснилось, они лишены следов воды, легколетучих соединений углерода и серы, обеднены также сидеритами и сидеролитами (железным шпатом и карбонатом железа, магния и кальция, никелистым железом).

Располагая современной информацией о структуре Луны, об отсутствии в поверхностных слоях воды и

* См.: Л. И. Бобылев и др. В перспективе - лунные города. - Наука в России, 2003, N 1 (прим. ред.).

** Сизигии - общее название двух фаз Луны: новолуния и полнолуния (прим. ред.).

*** Механическая добротность - степень затухания возбужденных колебаний (прим. авт.).

стр. 6

углекислого газа, необходимо найти установленные экспериментами аналогичные факты, объясняющие механизм твердофазных реакций в условиях высокого давления (как в недрах Луны 4 * 10¹⁰ дин/см²) при сочетании с малыми деформациями сдвига. Физико-химики такие эксперименты проводили. Еще в 1980-х годах академик Николай Ениколопов (1924 - 1993), изучая сверхбыстрые реакции разложения в твердых телах под высоким давлением с деформацией сдвига, выявил ряд фактов: во-первых, коэффициенты диффузии* растут на 10 - 15 десятичных порядков по сравнению с таковыми в твердом теле без применения давления и сдвига; во-вторых, скорости химических реакций увеличивались на 3 - 8 десятичных порядков нежели в жидкой фазе. Опыты проводили в изотермических** условиях, поэтому большие скорости химических процессов невозможно объяснить в рамках теплового самоускорения. Наблюдались эндотермические*** явления, когда вся необходимая для химической реакции энергия получалась посредством механической, накопившейся в веществе в ходе сжатия и деформации сдвига.

Данный эксперимент в первом приближении объясняет разогрев глубин Луны и интенсивную выгонку на ее поверхность воды, соединений углерода, серы, других веществ. При этом приливные силы создают сдвиговые деформации, которые при быстром вращении активизируют химические процессы и движение глубинного материала, влекущие за собой разогрев лунных недр и постепенную потерю спутником Земли скорости движения вокруг своей оси. В пользу его быстрого осевого вращения и приливного прогрева внутренних областей на начальных этапах образования системы Земля-Луна говорит наличие значительного магнитного поля у данного спутника возрастом 4,0 - 3,7 млрд. лет. Механический прогрев (тепловые потери, сопутствующие циклическим деформациям) способствовали началу торможения движения Луны вокруг своей оси и ее выходу почти на синхронный режим вращения примерно 3 млрд. лет назад, о чем можно судить по падению намагниченности от 0,3 до 0,05 эрстед. За время с 4,0 до 3,0 млрд. лет наша ближайшая соседка существенно потеряла угловую скорость вращения, и при начавшемся остывании (вулканическая активность на ней закончилась 3,3 млрд. лет назад) сформировалась ее современная фигура. Так как экватор Луны лежит в плоскости эклиптики, то ее геометрическая форма образовалась потому, что солнечное воздействие было больше земного. Все эти реконструкции, конечно, дискуссионные, хотя уже сейчас можно обосновать изменения структуры глубинного материала Луны и соответствующие этим изменениям диссипативные процессы, которые должны вызвать потерю скорости ее осевого вращения, а значит, постепенный его выход на режим синхронизации.

* Диффузия - проникновение молекул или иных частиц одного вида в среду, состоящую из частиц других видов (при непосредственном соприкосновении или сквозь пористую перегородку), приводящее к самопроизвольному выравниванию концентраций молекул или частиц; молекулярная диффузия обусловлена тепловым движением молекул; в неоднородной системе (газ, жидкость) при ней в отсутствие внешних воздействий поток массы (диффузионный поток) пропорционален градиенту его концентрации, называемый коэффициентом диффузии (прим. ред.).

** Изотермический - процесс, протекающий при постоянной температуре (прим. ред.).

*** Эндотермический - процесс, происходящий с поглощением тепла из окружающей среды (прим. ред.).

Publisher:

Permanent link for scientific papers (for citations):

Comments: