В.Н. Жарков - Внутреннее строение Земли и планет (1119250), страница 71
Текст из файла (страница 71)
В настоящеевремя построены трехслойные модели планет, удовлетворяющие данным наблюдений. Оказалось, что средний химический состав планет, приведенный выше,при этом сохранился. Тот же вывод относится и к распределению температурв обеих планетах.10.9.Планета Плутон — бывший спутник Нептуна?Плутон — наиболее отдаленная планета в Солнечной системе.
Ее среднеерасстояние от Солнца составляет 39.5 а. е. Эксцентриситет орбиты велик, а еенаклон к плоскости эклиптики ∼ 18∘ . Данные о Плутоне очень ненадежны.До 1978 г. масса Плутона оценивалась в ∼ 0.1 массы Земли, а радиус — в 0.5земного, так что средняя плотность получается равной ∼ 4.9 г/см3 . В 1978 г.американский астроном Дж. Кристи (Гарвардская обсерватория, США) открылспутник планеты Плутон. Это сенсационное открытие привело к очередномурадикальному пересмотру данных о Плутоне.
Выбирая расстояние между Плутоном и его спутником равным ∼ 20 000 км, мы впервые получаем возможностьнадежно оценить суммарную массу планеты и спутника m2 , M = m1 + m2 .Для этого воспользуемся законом Кеплера, записанным в видеa3 P2Mm1 + m2== 13 02 ,m10 + m20 M0 a0 P1где m10 и m20 — массы компонент некоторой эталонной системы, напримерЗемли, m10 = 5.98 ⋅ 1027 г, и Луны, m20 = 1 /81 m10 , а величины a1 = 20 ⋅ 103 кми P1 = 6.4 суток — расстояние между Плутоном и его спутником и периодобращения спутника вокруг Плутона (те же величины для Земли и Луны равны a0 = 384 ⋅ 103 км и P0 = 27.33 суток). В результате получаем M ≈ M0 /390.Для оценки радиуса Плутона предположим, что почти вся масса сосредоточенав планете (m1 ≫ m2 ), а для средней плотности примем значение, совпадающее сосредней плотностью Каллисто — внешнего галилеева спутника Юпитера.
Этотспутник в основном состоит из льда, и его средняя плотность ρ̄ ≈ 1.7 г/см3 .В результате получаем оценку радиуса Плутона ∼ 1300 км, который оказалсяв 2.5 раз меньше, чем это принималось до 1978 г. Диаметр спутника Плутонаоценивается как величина, примерно в два раза меньшая диаметра планеты, исоответственно масса спутника на порядок меньше массы планеты.324Одной из интереснейших проблем, связанных с Плутоном, является гипотеза, выдвинутая английским теоретиком Литтлтоном, согласно которой планетаявляется бывшим спутником Нептуна. Предполагалось, что Плутон покинулокрестности Нептуна после сближения («столкновения») с Тритоном. В результате этого столкновения Плутон был выброшен на свою сильно эксцентрическую и наклонную орбиту, а орбита Тритона также претерпела существенноеизменение — из экваториальной она стала сильно наклоненной, и движение поней Тритона стало обратным.
Гипотеза Литтлтона предполагает, что физическиесвойства Плутона и Тритона должны быть близки, так как они образовались рядом у одной и той же планеты. Это обстоятельство можно проверить толькос помощью космических исследований, когда будут получены более детальныеданные об этих телах. Пока что все это остается интереснейшей гипотезой.Открытие спутника у Плутона делает указанную гипотезу, вообще говоря,менее правдоподобной, и вопрос о происхождении странной двойной системы —Плутона и его спутника — на периферии Солнечной системы пока остается безответа.Глава 11ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЛУНЫ«В наших руках находятся лишь поверхностные породы Луны. Можно ли, исследуя лишьповерхностные породы Луны (как и другихпланет), составить представление о химическом строении вещества внутри Луны?»А.П.
Виноградов,«Дифференциация вещества Луны и планет на оболочки»в книге «Космохимия Луны и планет».Выше отмечалось, что для Луны хорошим приближением является однородная модель. Соответственно распределение давления в недрах Луны даетсяформулой (53). В настоящее время проведены первые зондирования Луны геофизическими методами. Суммируем кратко результаты этих работ.11.1.Сейсмические данные1Первые сейсмические эксперименты на Луне проведены в 1969 г.
после посадки космического аппарата «Аполлон-11» (А-11). Затем сейсмические станции устанавливались экспедициями А-12, А-14, А-15, А-16 и А-17. Источниками питания сейсмической станции А-11 были солнечные батареи; станцияработала в течение непродолжительного срока. Приборы последующих экспедиций (А-12, 14, 15, 16) образовали сеть из четырех станций (рис. 96), каждаяиз которых состояла из трехкомпонентного длиннопериодного и вертикального1 Изложениеобзора.326основано на обзоре Токсоца (1979 г.). В частности, рис.
96–100 взяты из этогоN60301517012143060016S123Рис. 96. Распределение эпицентров лунотрясений и положение сети сейсмических станций A-12, 14, 15, 16 и 17Черные значки обозначают события на ближней стороне Луны, а серые — на ее обратнойстороне. Неясно, обусловлена ли редкость событий на обратной стороне Луны затуханием волнв недрах Луны и геометрией расположения сети станций или же реальная частота событийв удаленном полушарии меньше. 1 — сейсмометры, 2 — глубокофокусные события, 3 — мелкофокусные событиякороткопериодного сейсмометров. В качестве источников питания использовались изотопные энергетические установки.
В связи с низким сейсмическимфоном на Луне все длиннопериодные сейсмометры имели чувствительностьв 1000 раз большую, чем аналогичные приборы, используемые в стандартноймировой сейсмической сети. В месте посадки А-17 был установлен лунныйгравиметр, который временами мог работать как короткопериодный сейсмометр.Лунные станции работали до 1 октября 1977 г. В настоящее время они выключены. Лунные сейсмические станции непрерывно регистрировали естественныесобытия: лунотрясения и падения метеоритов. Это пассивный сейсмическийэксперимент.На Луне были выполнены также активные сейсмические эксперименты двухтипов. В активных экспериментах первого типа сейсмические волны возбуждались падением отработанных частей космических аппаратов «Аполлон».
Покоманде с Земли третья ступень ракеты направлялась в заданную точку Луны. Ее масса составляла 14 т, скорость удара о лунную поверхность 2.5 км/с,кинетическая энергия 5 ⋅ 1017 эрг, сейсмическая энергия 5 ⋅ 1012 эрг. Такой жесейсмический эффект получается при взрыве заряда массой в 10 т (говорят,что тротиловый эквивалент удара равен 10 т). Лунный модуль, в котором космонавты стартовали с Луны, после стыковки и перехода космонавтов в командный отсек также сбрасывался на Луну. Его масса 2.4 т, скорость паде327ния 1.7 км/с, кинетическая энергия удара 3 ⋅ 1016 эрг, выделяемая сейсмическаяэнергия (1.5–3) ⋅ 1010 эрг, тротиловый эквивалент 800 кг.
Такой экспериментможно рассматривать как космическую разновидность метода глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ). На Земле метод ГСЗ широко используется дляизучения детального строения земной коры с помощью взрывов мощных зарядов взрывчатых веществ. Активные эксперименты второго типа похожи наземную сейсморазведку. В этом случае космонавты устанавливали на сейсмическом профиле длиной ∼ 100 м несколько геофонов, которые регистрировалиоколо десятка искусственных взрывов зарядов от 100 г до 2.7 кг с расстояний100 м–2.7 км.
Активные эксперименты позволили выявить детальную структурунаружных слоев в местах посадки А-14–А-17.Сейсмичность Луны изучалась на протяжении восьми лет. Наряду с падением метеоритов на Луне систематически регистрировались сейсмические толчкитрех типов: тепловые (высокочастотные телесейсмические импульсы) (ВЧТ) исигналы от слабых глубокофокусных лунотрясений. Эти события различаютсяпо типу сейсмограммы и положению очагов. Очаги тепловых лунотрясений находятся на расстоянии всего нескольких километров от сейсмической станции.Время их возникновения коррелирует с лунными сутками, а сами они обусловлены растрескиванием наружной кромки Луны под влиянием температурныхнапряжений, возникающих из-за смены дня и ночи.
Очаги ВЧТ-импульсов расположены в лунной литосфере на глубине менее 100 км. Снятое напряжениепри этих толчках составляет ∼ 100 бар, т.е. довольно велико. Такие напряженияхарактерны для внутриплитовых землетрясений (см. конец §1.4). Эти данныеявляются прямыми указаниями на наличие больших касательных напряженийв лунной литосфере. Не исключено, что очаги этих лунотрясений тяготеют к границам круговых морей — границам масконов, где разумно ожидать большихградиентов касательных напряжений в лунной литосфере. Время возникновения ВЧТ-лунотрясений не коррелирует с характерными лунными периодами,и они не повторяются в одном и том же месте.
Их максимальная магнитуда,оцененная по объемным S-волнам, составляет 4.5. В среднем в год наблюдаетсяпять ВЧТ-событий с полным выделением сейсмической энергии ∼ 1016 эрг/год.Отсутствие таких событий на обратной стороне Луны, видимо, объясняетсяневозможностью их регистрации.Очаги глубокофокусных лунотрясений расположены на глубинах от 700 до1100 км, т.е. в пограничной зоне между литосферой и астеносферой, где по расчетам должны концентрироваться напряжения из-за неравновесности фигурыЛуны. Глубокофокусные лунотрясения исключительно слабы — их магнитуды по объемным волнам не превосходят трех, и они в совокупности выделяют меньше сейсмической энергии, чем ВЧТ-события.
Очаги глубокофокусных328Скорость, км/с246801020Глубина, км4060?80100120 Скорость, км/с02402Глубина, км??Рис. 97. Результаты исследований скоростной структуры (vP ) коры и верха мантиив юго-восточной части Океана Бурь. Возможно, имеется высокоскоростной слой (9 км/с)непосредственно под коройНа врезке показана скоростная структура наружного слоя в месте посадки А-17лунотрясений сгруппированы в несколько поясов, а выделение сейсмическойэнергии происходит с периодами, равными периодам лунных приливов (13.6,27.2; 27.5; 206 суток и 6 лет).
Таким образом, лунные приливы служат или спусковым механизмом для этих лунотрясений, или же источником их энергии. Полное выделение сейсмической энергии за год для Луны примерно на 9 порядковменьше, чем для Земли. Такая слабая сейсмичность объясняется тем, что тектоническая активность на Луне закончилась несколько миллиардов лет тому назад.Как упоминалось выше, активные сейсмические эксперименты позволиливыявить скоростной разрез наружного покрова Луны в местах посадки А-14, 16и 17. На врезке к рис. 97 показан скоростной разрез верхних слоев Луны в континентальном районе Тавр – Литтров (у юго-восточной границы Моря Ясности).Этот разрез построен группой американских сейсмологов под руководствомР.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
