Файл: Лушев, Ю. Г. Физика верхней атмосферы Земли учебник.pdf

Э. Эпиком, Ф. Уипплом, Б. Ю. Левиным, а в последние годы — П. Б. Бабаджановым, Е. И. Фиалко, Л. А. Катасевым, Л. Яккиа и многими другими исследователями [13, 24, 41].

На основе использования основных уравнений физической теории метеоров (уравнений движения метеора, изменения его массы, свечения), кроме плотности, оказывается возможным определить и вертикальный масштаб атмосферы. В свою оче­ редь, по этим двум параметрам при известных допущениях отно­ сительно изменения с высотой молекулярной массы атмосферно­ го воздуха и использования уравнения состояния вычисляются температура и давление. На рис. 14.10 приведены результаты

наиболее поздних определений основных параметров атмосферы, полученные П. Б. Бабаджановым и другими авторами на основе обработки метеорных наблюдений, выполненных по программе Международного геофизического года (МГГ) и Международного года спокойного Солнца (МГС). Оплошными линиями на этом рисунке изображены данные, соответствующие СА. Из рисунка видно, что соответствие кривых друг другу вполне удовлетвори­ тельное.

Метеорный метод исследования свойств атмосферы в связи с развитием ракетных методов в последнее время несколько по­ терял свое значение. Тем не менее при организации регулярных наблюдений за метеорами на широкой сети станций и использо­ вании единой методики обработки полученных исходных данных он может быть с успехом применен для выявления и изучения временных и широтных вариаций параметров верхней атмосферы.

С большим успехом данные наблюдений за дрейфом и эволю­ цией образующихся метеорных следов используются при изуче­ нии ветрового режима и явлений турбулентности в области ме­ теорной зоны.

284

ГЛАВА XV

ЛУНА

Луна — ближайшее к Земле небесное тело, ее единственный естественный спутник.

Относительная близость Луны к Земле, несомненная тесная связь историй развития этих небесных тел предопределили то, что Луна занимает особое место в общей программе космиче­ ских исследований, проводимых в настоящее время в СССР и за рубежом. Исследование физических условий на Луне, ее релье­ фа, состава и свойств лунных грунтов — все это позволяет глуб­ же понять структуру Земли и других планет, способствует реше­ нию ряда космогонических проблем, познанию общих законов происхождения и эволюции солнечной системы.

Исследования Луны с помощью приборов начались с 1610 г.,

спервых телескопических наблюдений Галилея. С развитием средств наблюдения Луна последовательно изучалась визуально,

спомощью фотографической техники, методами спектрального анализа, а в последние десятилетия — методами радиоастроно­ мии. В результате этих исследований была построена теория дви­ жения Луны как небесного тела, определены ее размеры, масса, получены детальные карты видимой лунной поверхности. Прин­ ципиально новые возможности исследования Луны открылись с началом космической эры, положенным успешным запуском пер­ вого советского искусственного спутника Земли 4 октября 1957 г. Стало ясно, что Луна может быть исследована как с помощью космических аппаратов, пролетающих в околоземном космиче­ ском пространстве, так и с помощью приборов, доставленных на

ееповерхность.

Первый этап космических исследований Луны начался с за­ пуска автоматической станции «Луна-1», осуществленного 2 ян­ варя 1959 г., и продолжался около семи лет. На этом этапе были выполнены фотографирование Луны с различных расстояний, из­ мерение магнитного поля в ее окрестностях и решен целый ряд чисто технических проблем, связанных с отработкой посадки кос­ мических аппаратов на лунную поверхность.

Следующий этап начался в феврале 1966 г., когда автомати­ ческая станция «Луна-9» успешно совершила мягкую посадку в

286

восточной части океана Бурь. Впервые была осуществлена воз­ можность увидеть с близкого расстояния мельчайшие детали лун­ ной поверхности, оценить микроструктуру и прочность лунного грунта. Благодаря последующим запускам автоматических стан­ ций серии «Луна» и американских космических аппаратов типа «Сервейер» были получены новые, более полные сведения о со­ ставе и физических свойствах лунных пород, об отсутствии маг­ нитного поля и радиационных поясов вблизи Луны, о ряде дру­ гих физических характеристик окололунного космического про­ странства.

Неоценимое значение для науки и развития космической тех­ ники имели данные исследований плотности и механических свойств лунного грунта, выполненных станцией «Луна-13» в де­ кабре 1966 г. и в последующем двумя американскими космиче­ скими аппаратами «Сервейер». В исследованиях, выполненных станцией «Луна-13», впервые на Луне были применены обычные в земных условиях методы инженерно-геологической разведки с помощью приборов: радиационного плотномера и грунтомерапенетрометра. Полученная информация о прочности лунных грунтов была использована в дальнейшем при подготовке поле­ тов космических кораблей «Аполлон-11» (июнь 1969 г.) и «Апол­ лон-12» (ноябрь 1969 г.), экипажи которых выполнили разнооб­ разные исследования поверхности Луны и доставили на Землю первые образцы лунных пород. Так начался новый этап лунных исследований.

Советская программа изучения Луны предусматривает на со­ временном этапе широкое использование автоматических косми­ ческих средств, позволяющих осуществлять сложнейшие экспе­ рименты, например доставку научной аппаратуры в труднодо­ ступные районы Луны, отбор и доставку на Землю образцов лун­ ных грунтов1). Блестящим подтверждением правильности совет­ ского пути исследования Луны явились запуски автомати­

и доставила образцы на Землю. Таким образом, впервые в мире была успешно решена принципиально новая задача полета авто­ матического аппарата на другое небесное тело, взятия образцов грунта и возвращения на Землю. 17 ноября 1970 г. на поверх­ ность Луны в районе моря Дождей совершила мягкую посадку автоматическая станция «Луна-17». С посадочной ступени стан­ ции сошел и приступил к выполнению обширной программы на­ учно-технических исследований автоматический самоходный аппарат «Луноход-1». Автомат-луноход дает необычайно широ-

>) «Правда», 1973, 17 января.

287

кие перспективы научных исследований небесных тел солнечной системы, открывает очередной важный этап изучения Луны. При­ менение таких автоматов, оснащенных телевизионными система­ ми и разнообразнейшей научной аппаратурой, позволит комп­ лексно исследовать обширные территории, в десятки и сотни раз увеличить объем получаемой научной информации, что, в свою очередь, будет способствовать расширению наших знаний о стро­ ении Луны, Земли, других небесных тел и всей Вселенной

вцелом.

§1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЛУНЫ КАК НЕБЕСНОГО ТЕЛА

Всолнечной системе только Земля имеет такой относительно крупный спутник, как Луна. Если принять фигуру Луны за шар, то ее угловой диаметр, при среднем расстоянии от Земли до Лу­ ны около 384 400 км, будет равен ЗГ05", 16, что соответствует ли­ нейному диаметру 3476 км, или 0,27 среднего диаметра Земли.

Масса Луны равна 7,33-1022 кг, а средняя плотность 3,34 • 103 кг/м3. Сила тяжести на Луне примерно в шесть раз мень­ ше, чем на Земле.

Вместе с Землей Луна участвует в годовом обращении вокруг Солнца. Кроме того, под влиянием тяготения Земли она совер­ шает движение по замкнутой эллиптической орбите вокруг Зем­ ли с периодом обращения (называемым сидерическим), равным 27 сут. 7 ч 43 мин 11,5 сек. Сидерический, или звездный, период обращения соответствует интервалу времени, за который Луна на небесной сфере возвращается в прежнее положение относи­ тельно неподвижных звезд.

Солнце и близкие планеты оказывают на движение Луны не­ которое возмущающее действие, которое приводит к непрерыв­ ному изменению элементов лунной орбиты. В результате этого Луна при каждом своем обращении вокруг Земли проходит но­ вый путь среди звезд. Плоскость орбиты Луны наклонена к пло­ скости эклиптики под углом 5°09'. Эксцентриситет орбиты в сред­ нем равен 0,055. Минимальное удаление Луны от Земли состав­ ляет 356 460 км, максимальное — 402 400 км.

Луна обращается вокруг своей оси, наклоненной к плоскости орбиты под углом 83°21', за период времени, равный сидериче­ скому периоду обращения. Вследствие этого наблюдатель, нахо­ дящийся на Земле, всегда видит одну и ту же сторону лунного ди­ ска. В действительности с Земли удается наблюдать несколько более половины лунной поверхности. Этому способствуют неболь­ шие видимые смещения объектов лунного диска, происходящие в течение сидерического периода обращения Луны. Подобное яв­ ление называется оптической либрацией. Различают оптическую либрацию по долготе, широте и суточную.

288

Оптическая либрация по д о л г о т е возникает вследствие то­ го, что Луна обращается вокруг Земли по эллиптической орбите с постоянной угловой скоростью. Из рис. 15.1 видно, что в поло­ жениях 1 и 3 наблюдатель с Земли видит диск Луны по сечению

северным полушарием (рис. 15.2, положение /), а часть — южным (рис. 15.2, положение 2). Види­

мое смещение точек лунного диска по широте может достигать

±6°,8.

С у т о ч н а я либрация связана с вращением Земли вокруг ее

Рис. 15.2. Оптическая либрация Луны по широте

ли в точку Нг, — часть поверхности a"ab". В целом же в поле зрения окажется несколько более половины лунной поверхности.

Суммарный эффект рассмотренных видов оптической либра­ ции позволяет наблюдать с Земли до 59% поверхности Луны. Остальная часть поверхности до запуска космической станции «Луна-3», совершившей облет и фотографирование Луны 7 ок­ тября 1959 г., оставалась для наблюдателей белым пятном.

Луна — самое яркое несамосветящееся небесное тело и видна только в отраженном солнечном свете. Фотометрические исследо-

вания выявили весьма низкую отражательную способность лун­ ной поверхности. Сферическое альбедо Луны, равное 0,073, почти в пять раз меньше земного и несколько зависит от длины волны,

ч>

•3

о

*

<ь

г

«3 «о

уменьшаясь для более коротких волн. Тем не менее в видимом участке спектра яркость полной Луны для наблюдателя, находя­ щегося на Земле, достаточно велика и в среднем составляет 1/430 000 яркости Солнца. В ночное время предметы, освещен­ ные лунным светом, отбрасывают резкие тени.

четвертью

Третья четверть

Рис. 15.4. Фазы Луны

Несмотря на то, что Солнце всегда освещает половину лунно­ го шара, величина его видимой части из-за изменения положе­ ния Луны относительно Земли и Солнца меняется на протяже­

290