WalkInSpace.ru - Статьи - Луна - Атмосфера Луны и окололунное пространство
Главная Новости Форум Поиск



Атмосфера Луны и окололунное пространство

Поскольку масса Луны незначительна, газовая оболочка вокруг нее должна быть очень сильно разреженной, т. е. практически отсутствующей. Оптические и радиоастрономические наблюдения с Земли подтвердили этот вывод.

Более конкретные представления о лунной атмосфере дали исследования с окололунной орбиты и непосредственно на поверхности Луны. Основными компонентами газовой оболочки оказались водород, гелий, неон и аргон. Конечно, при крайней разреженности лунной атмосферы можно говорить только об отдельных ионах газов, присутствующих в окололунном пространстве.

Наибольшая плотность лунной атмосферы наблюдается в ночное время (на темной стороне) и соответствует в пересчете на плотность у поверхности суммарной концентрации ионов газов около 2 • 105 см-3.

В дневное время (на освещенной стороне) концентрация газов падает до 104 см-3 в пересчете на плотность у поверхности. Эта величина составляет всего лишь 10-13 концентрации молекул газов в земной атмосфере. Однако по сравнению с концентрацией частиц в солнечном ветре на расстоянии Земли от Солнца, указанное значение на три-четыре порядка больше. Поэтому мы с полным основанием можем говорить о наличии какой-то газовой оболочки вокруг Луны. Разумеется, оценивать лунную атмосферу мерками таких плотных газов оболочек, как атмосфера Земли или Венеры, нельзя. В отличие от сложного строения названных атмосфер, лунная газовая среда состоит только из одного слоя — экзосферы. У плотных атмосфер (типа земной) этот слой самый верхний и из него происходит свободная диссипация газов в космический вакуум.

Как общая концентрация газов, так и концентрации основных компонентов атмосферы претерпевают суточные изменения. В таблице 3 приводятся значения числа ионов в кубическом сантиметре в дневное и ночное время лунных суток для различных газов.


В таблице представлены данные о молекулярном водороде, поскольку атомарного водорода в лунной атмосфере существенно меньше.

Кроме ионов аргона-40, были отмечены также ионы аргона-36, максимальная концентрация которых достигает 3 • 103 см~3, а суточные вариации имеют тот же характер, что у аргона-40. Были отмечены два всплеска повышенной концентрации аргона-40 в течение лунных суток. Наибольшее количество ионов аргона появляется перед местным восходом Солнца. Второй максимум концентрации приходится на момент местного захода Солнца. Затем в течение ночи содержание аргона резко падает.

Разреженность лунной атмосферы можно проиллюстрировать также значением длины свободного пробега атомов и молекул. Расчеты показывают, что в процессе теплового движения каждая частица газа между двумя последовательными столкновениями c другими частицами должна преодолеть расстояние ночью в 10 раз, а днем в 100 раз больше, чем радиус Луны!

Поэтому взаимные столкновения частиц не влияют на их траекторию в атмосфере. Мы можем рассматривать идеальный случай движения каждой отдельной частицы в гравитационном поле Луны, полагая, что начальная скорость задается тепловым движением. Если скорость теплового движения, которая на Луне зависит от температуры нагрева поверхности, не превышает критическую (2,38 км/с), но больше первой космической (для Луны 1,68 км/с), то частица движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится центр Луны.

Согласно расчетам днем водород свободно рассеивается в окружающем пространстве. Орбиты, по которым движутся ионы гелия, неона и аргона, имеют такой вид, что частицы возвращаются на лунную поверхность.


На ночной стороне Луны, где температура лунной поверхности низка, частицы газов ускоряются слабо. Даже молекулы водорода перемещаются по траектори возвращающим их назад к лунной поверхности

Расстояние от начальной точки движения до |дючки, в которой частица опять встречается с поверхностью, для всех других газов сокращается в несколько раз по сравнению с этим расстоянием на дневной стороне.

Таким образом, залететь с дневной стороны на ночную частице газа в несколько раз легче, чем пересечь терминатор в обратном направлении (рис. 7). Этой особенностью движения частиц в лунной атмосфере можно качественно объяснить более высокую ночную концентрацию ионов. Характер суточных вариаций содержания аргона объясняется в рамках той же схемы. При низких ночных температурах поверхности «тяжелый» газ аргон становится совсем неподвижным и адсорбируется породами поверхностного слоя Луны. В момент восхода Солнца к увеличенной концентрации ионов за счет их миграции через терминатор с дневной стороны на ночную присоединяется еще волна частиц, освободившихся за счет нагрева поверхности солнечными лучами.

Таким образом, незначительная газовая оболочка вокруг Луны все же существует, хотя никаких практически ощутимых последствий этот факт не имеет. Изучение лунной экзосферы представляет интерес в отношении выявления тонких эффектов взаимодействия планетного тела с окружающим космическим пространством.

Подсчитано, что при существующей интенсивности рассеивания газовых частиц не могли бы сохраниться на наблюдаемом уровне никакие остатки первичной, древней атмосферы Луны. Следовательно, должно происходить постоянное пополнение ближайшего окололунного пространства газами. Наиболее вероятными источниками в этом случае могут быть солнечный ветер, приносящий газовые частицы извне, и дегазация недр самой Луны, поставляющая некоторое количество газов изнутри лунного шара.

Как газовые частицы, так и любые другие тела, движущиеся в окололунном пространстве, находятся под влиянием гравитационного поля Луны.

В настоящее время основным методом изучения гравитационного поля Луны является исследование возмущений орбит искусственных спутников Луны.

Первое общее представление об особенностях гравитационного поля Луны, отражающих неравномерности распределения масс в теле лунного шара, дали наблюдения за эволюцией орбиты первого искусственного спутника Луны — автоматической станции «Луна-10». Поверхности равных потенциалов, моделирующие строение гравитационного поля Луны, отличаются от сферической формы. Более детальные сведения, полученные по наблюдениям за траекториями космических аппаратов серии «Лунар орби-тер», привели к обнаружению подповерхностных избыточных масс — масконов. Наиболее крупные масконы имеют местный избыток масс около 20 • 10-6 массы всей Луны, т. е. являются значительными гравитационными аномалиями. Селенографическое положение масконов совпадает с круговыми морями видимого полушария. Одной из возможных причин появления масконов считают проникновение более плотного вещества недр Луны в близ-поверхностные слои лунного шара. В более конкретных моделях масконов рассматривается выпучивание вещества мантии в зону лунной коры. В этом случае темные породы морей могут оказаться поверхностным аналогом материала, создающего избыток масс в глубине под круглыми морями.В отдельных районах Луны были выявлены отрицательные аномалии, которые по местоположению коррелируют с крупными кольцевыми структурами обратной стороны.У Луны практически отсутствует глобальное магнитное поле дипольной природы. Этим обстоятельством объясняются особенности взаимодействия Луны с потоком заряженных частиц солнечного ветра, который состоит в основном из протонов и электронов с добавлением ионизованного гелия и других более тяжелых элементов с разной степенью ионизации.

В отличие от Земли, обладающей магнитосферой, радиационными поясами и протяженным магнитным хвостом в антисолнечном направлении, Луна взаимодействует с солнечным ветром иначе.

Луна является немагнитной, сравнительно непроводящей и холодной диэлектрической сферой. Поэтому Луна поглощает плазму солнечного ветра и потоки энергичных частиц, свободно падающие на лунную поверхность. Обтекая лунный шар, солнечный ветер образует тень плазмы, протяженность которой изменяется в зависимости от взаимной ориентации направления солнечного ветра и силовых линий межпланетного магнитного поля.

Первые измерения, проведенные с помощью магнитометра, установленного на борту автоматической станции «Луна-2», показали, что дипольный момент Луны в 104 раза меньше магнитного момента Земли. Это соответствует напряженности магнитного поля на лунной поверхности не более 230 гамм. Однако последующие измерения с окололунной орбиты заставили снизить значение магнитного момента Луны еще на два порядка. Согласно этим данным максимальная величина глобального поля на поверхности Луны не должна превышать 4 гамм. Дальнейшие спутниковые исследования дали еще более низкое значение постоянного глобального дипольного момента, согласно которому величина магнитного поля на поверхности составляет всего лишь 0,5 гамм.

Вместе с тем оказалось, что на Луне существуют заметные локальные вариации магнитного поля, вызываемые местной намагниченностью лунных пород. Наибольшая величина магнитного поля обнаруживается в материковых районах. Например, в области центрального материка на видимом полушарии Луны напряженность местного магнитного поля достигает от 100 до 300 гамм.

В районе образования Фра-Мауро, которое по морфологическим признакам можно отнести к формации промежуточного типа, была зарегистрирована напряженность магнитного поля от 43 до 103 гамм.

В морских участках напряженность магнитного поля достигает от 40 гамм (в близэкваториальной области Океана Бурь) до 3—6 гамм (на юго-восточной окраине Моря Дождей).

Обширный материал, показывающий изменение величины и направления местного магнитного поля в зависимости от характера рельефа, был накоплен в процессе исследований, проведенных автоматической передвижной лабораторией «Луноход-2». Среднее значение магнитного поля в переходной зоне «море — материк» оказалось равным 20—30 гамм. При пересечении луноходом кратеров, размеры которых превышают 50 м, отмечались аномалии местного магнитного поля, достигавшие 10—15 гамм. Наибольшие изменения наблюдались над кромкой кратеров.

Результаты, полученные «Луноходом-2», показали тесную связь вариаций магнитного поля с последствиями ударного метаморфизма.

Ударный метаморфизм является самым распространенным явлением на лунной поверхности. При крайней разреженности лунной атмосферы даже самые малые метеоритные частицы беспрепятственно достигают поверхности Луны и вызывают интенсивную эрозию верхних слоев.

Результаты пассивного сейсмического эксперимента на Луне позволили оценить поток метеоритного вещества, реально выпадающего на лунную поверхность. Число частиц N массой М, выраженной в граммах, выпадающее на один квадратный сантиметр поверхности в секунду времени, определяется формулой


Этот поток оказался в 10—1000 раз меньше величины, которую предполагали на основе наземных наблюдений. Более поздние по времени данные пассивного сейсмического эксперимента дали промежуточное значение общего метеоритного потока, падающего на Луну, в некоторой степени приближающееся к оценке по наземным данным.

На характеристики приповерхностного окололунного пространства особое влияние оказывает микрометеоритная эрозия. Плотность потока микрометеоритов с массой больше Ю-13 г и скорость падения около 25 км/с составляет 2 • 10-8 см-2 • с1 (число частиц падающих на квадратный сантиметр поверхности за секунду). Подобная величина микрометеоритного потока позволяет предположить постоянное присутствие в приповерхностном окололунном пространстве рассеянного пылеобразного вещества. Отдельные наблюдения свечений лунного неба подтверждают это предположение. Свечение западной части лунного горизонта в течение нескольких часов после захода Солнца наблюдалось с помощью телекамер автоматического аппарата «Сервейер». На основании измеренной интенсивности свечения был сделан вывод о существовании в зоне терминатора облака пылевых частиц с диаметром около 10 мкм. Этот эффект неоднократно отмечался во время восхода и захода Солнца. Приборы, регистрирующие отдельные частицы, показывали, что скорость регистрации микрочастиц возрастала почти в 100 раз за время от нескольких часов до 40 часов перед восходом и в течение 30 часов после восхода. Преимущественное перемещение частиц происходило от Солнца. Предполагаемый механизм горизонтального переноса частиц заключается во взаимодействии электростатических зарядов пылинок с электростатическими полями, возникающими на лунной поверхности под воздействием солнечного излучения.

Наблюдения, проведенные с борта «Лунохода-2», обнаружили постоянный избыточный фон яркости кеба.

Как полагают, подобное явление может быть связано с наличием над поверхностью пылевого рассеянного слоя толщиной около 103 км при размерах частиц 70 мкм и концентрации порядка 7- 10-10 см-3. Эта величина в 105 — 104 раз превышает концентрацию пылевых частиц в межпланетном пространстве. Следовательно, Луна как бы окутана прозрачным пылевым облаком, имеющим протяженность, сравнимую с радиусом лунного шара.

Как упоминалось выше, одним из источников газов в окололунном пространстве и, возможно, какого-то количества пыли являются эндогенные (внутренние) процессы. Несмотря на то, что вещество лунного шара на согни километров в глубину находится в твердом состоянии, часто высказываются предположения о существовании современного лунного вулканизма. Проявлением подобных процессов считают так называемые кратковременные (нестационарные) явления на лунной поверхности.

Впервые внимание наблюдателей к этим явлениям привлек Уильям Гершель. В 1783 г. он наблюдал и впоследствии описал непродолжительное свечение вблизи кратера Аристарх, которое принял за извержение крупного вулкана, подобного известным «огнедышащим» горам Земли. С тех пор о наблюдении кратковременных свечений, изменений цвета и формы образований, появлений туманной дымки в отдельных районах и т. д. поступили уже сотни сообщений. Однако до сих пор основную массу сообщений составляют визуальные наблюдения. Чрезвычайно мало случаев регистрации кратковременных явлений с помощью приборов. Классическим примером регистрации предполагаемого извержения газов на Луне можно считать наблюдения с помощью спектроскопа, выполненные Н. А. Козыревым в 1958 г. В одну из ночей была получена спектрограмма красного пятна вблизи центральной горки кратера Альфонс. Красное пятно наблюдалось около получаса, а затем исчезло. В полученном спектре были обнаружены полосы, характерные для молекул С2 при температуре до 2000 °С. Наблюдения Н. А. Козырева можно объяснить присутствием флуоресцирующих газов, выходивших из района центральной горки кратера Альфонс.

Появление цветовых пятен неоднократно отмечалось в кратере Аристарх и вокруг него, в районе кратера Кеплер и др.

Кратковременные явления наиболее часто наблюдаются в области кратерных валов и центральных горок некоторых крупных морских кратеров, вдоль границ морских образований и в некоторых кратерах на материке.

Интересной особенностью оказалось совпадение местоположения некоторых эпицентров глубинных лунотрясений с наиболее «активными» районами распространенности нестационарных явлений. Достаточно близка также периодичность появления максимального числа поверхностных явлений и глубинных лунотрясений. Не исключено, что в недрах Луны существует система трещин и разломов, в области которых возникают тектонические сдвиги, порождающие лунотрясения и поверхностные кратковременные явления. «Спусковым механизмом» подобной эндогенной активности могут служить приливные возмущения. На это указывает совпадение максимумов эндогенной деятельности Луны с периодами прохождения ею точек перигея и апогея.


WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2017

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz


Яндекс.Метрика