В.Н. Жарков - Внутреннее строение Земли и планет (1119250), страница 79
Текст из файла (страница 79)
106. Расстояние Земля – Лунав земных радиусах как функция времени и различных данных060cR340R12220S10G1234Время, 109 лет5Черные точки для возрастов между 0 и0.6 ⋅ 109 лет получены по данным об ископаемых кораллах и двустворчатых моллюсках. Вертикальная линия при 0.5 ⋅ 109 лет ипрямоугольники без буквенных обозначенийполучены по данным об ископаемых строматолитах. Прямоугольник с буквой S — «реперная» точка (203а).
Треугольник с буквойR — реперная точка (203). Прямоугольникс буквой G получен Биндером по особенностям древних структур Луны и, видимо,очень ненадежен. Кривая 1 построена Биндером, кривая 2 — автором книги≲ 1 Гс. Это поле должно было действовать на Луну по крайней мере на протяжении первых 1.5 ⋅ 109 лет ее истории — периода магматической деятельностиЛуны. «Реперная точка» (203) исключает Землю как источник неизвестного поляX , так как Луна уже в эпоху 0.6 ⋅ 109 лет после своего образования находиласьдалеко от Земли.Изложенные выше соображения были опубликованы автором и А.П. Трубицыным в 1976 г. В 1982 г. на ту же самую тему опубликовал работу А.Б. Биндер(ФРГ).
Он принял для «реперной» точки на эволюционной кривой орбиты Лунызначения(203a)c0 ∼ 20.5 ± 2.3RЗ при t0 ∼ 1. ± 0.5 ⋅ 109 лет,так как предположил, что Луна зафиксировала свою равновесную форму не4 ⋅ 109 лет назад, а 3 ⋅ 109 лет назад, что, вообще говоря, менее правдоподобно.На рис. 106 показаны данные, собранные Биндером из разных источников дляконтроля за изменением расстояния Луна – Земля в прошлом. С помощью лазерной локации Луны установлено, что Луна отодвигается от Земли со скоростью3.8 см/год. Анализ данных по затмениям в историческое время дает для этойже скорости 4.4 см/год.
Далее, кольца роста ископаемых кораллов, двустворчатых моллюсков и водорослей строматолитов позволяют определить число днейв году вплоть до времени примерно ∼ 3 ⋅ 109 лет назад. С другой стороны, сохранение момента количества движения в системе Земля – Луна устанавливаетвзаимно однозначное соотношение между угловой скоростью вращения Земли(или, что то же, числом дней в году) и расстоянием Луна – Земля. На рис. 106эмпирическая кривая 1 построена Биндером, а кривая 2 — автором настоящейкниги.
Они совпадают для возрастов, меньших 3 ⋅ 109 лет. Кривая 2 проходитчерез реперпую точку (203) и использует предположение, что Луна сформиро359валась в зоне с c ∼ 20RЗ . Кривая 1 проходит через реперную точку (203а) ииспользует проблематичную оценку, даваемую на рис. 106 прямоугольником G.Перегиб на кривой при возрасте 2 ⋅ 109 лет соответствует ускоренному ростумелководья на Земле и хорошо коррелирует с оценкой ускоренного роста континентального сегмента земной поверхности. Естественно, что к приведеннымоценкам следует относиться как к предварительным, но ясно также и то, чторечь идет о решении фундаментального вопроса — о начальном разделенииповерхности Земли на континенты и океаны.Результаты, изложенные в этом параграфе, демонстрируют возможности, которые открывают космические исследования для решения принципиальных вопросов, касающихся как нашей родной планеты, так и всей Солнечной системыв целом.Дальнейшее обсуждение проблемы затронутой в этом параграфе выполненов работе: Жарков В.Н.
Об истории лунной орбиты. Астрон. вестн. Т. 34. №1,С. 3–14, 2000.Глава 12ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ГАЛИЛЕЕВЫХСПУТНИКОВ ЮПИТЕРА, ТИТАНА И ЛЕДЯНЫХСПУТНИКОВ САТУРНА12.1.Общие сведения, наблюдательные данныеи механические моделиВ настоящее время космическая эра коснулась не только Юпитера и Сатурна(см. гл. 10), но и спутниковых систем этих планет гигантов. Юпитер имеет шестнадцать спутников, а Сатурн — семнадцать. Кроме четырех галилеевых спутников в системе Юпитера представляет интерес и ближайший к планете спутник —Амальтея (орбитальный радиус спутника J5 равен 2.55RJ = 181.3 ⋅ 103 км, гдеRJ — радиус Юпитера).
Однако продолговатая форма этого спутника (длинанаибольшей оси, направленной к Юпитеру, равна 270 ± 15 км, промежуточнойоси — 170 ± 15 км, полярной — 155 ± 15 км) и отсутствие данных о значениимассы J5 не позволяют построить модель внутреннего строения этого спутника.Все пять спутников (J1–J5) подобно Луне находятся в состоянии синхронноговращения (т.е. период их обращения вокруг планеты равен периоду вращениявокруг оси). В результате эти спутники всегда повернуты к Юпитеру одним итем же полушарием. Остальные одиннадцать спутников являются малыми телами, их радиусы меньше 100 км, а массы неизвестны. Ниже рассматриваетсявнутреннее строение только галилеевых спутников.Из семнадцати спутников Сатурна три маленьких спутника вращаются внутри колец планеты.
Средняя плотность определена для семи наибольших спутников (в порядке их удаления от планеты): Мимас (S1), Энцелад (S2), Тетис (S3),Диона (S4), Рея (S5), Титан (S6) и Япет (S8). Ниже будут рассмотрены моделитолько для этих семи тел. Представляет также интерес Гиперион (S7), расположенный между S6 и S8 на расстоянии от Сатурна 1481 ⋅ 103 км = 25.55RS(RS — радиус Сатурна), форма которого задается тремя разными радиусами361205 × 130 × 110 км, и внешний спутник Феба (S9), который движется по ретроградной орбите вокруг планеты и имеет радиус 110 ± 10 км. Спутники Сатурна,за исключением трех внешних спутников (S7–S9), находятся в состоянии синхронного вращения. Конечно, в будущем эти малые спутники Сатурна будутпредставлять собой интересные объекты для исследования. Однако в настоящеевремя мы ограничиваемся построением предварительных моделей внутреннегостроения тех тел, для которых была определена средняя плотность.Полеты космических аппаратов (КА) «Пионер-10» (1973 г.) и «Пионер-11»(1974 г.) позволили выполнить более точные измерения масс галилеевых спутников Юпитера и надежно установили систематическое уменьшение среднихплотностей этих Луна-подобных объектов с ростом расстояния от Юпитера(табл.
31). Полученные данные поддержали идею эффективного «горячего»образования Юпитера и были использованы для ограничения температурного распределения в окрестности раннего Юпитера. Замечательные результатыбыли получены в результате полетов значительно усовершенствованных КА«Вояджер-1» и «Вояджер-2», вначале сквозь систему Юпитера (в марте и июне1979 г., соответственно) и в дальнейшем сквозь систему Сатурна (в ноябре1980 г. и в августе 1981 г., соответственно). «Вояджер-2» продолжает свое путешествие для встречи с Ураном (в 1986 г.) и Нептуном (в 1989 г.). Такимобразом, в конце 1980-х годов планетные исследования будут распространенына расстояния 30 а. е.
от Солнца.Обширная научная программа КА «Вояджер» была выполнена большой группой американских специалистов во главе с Б.А. Смитом (B.A. Smith). Полученные фундаментальные результаты опубликованы в четырех выпусках журналаScience (1979 г. — V. 204, No. 4396 и V. 206, No.
4421; 1981 г. — V. 212, No. 4491;1982 г. — V. 215, No. 4532). КА «Вояджер» открыли необычные новые мирыспутников Юпитера и Сатурна. Поверхности каждого из спутников свидетельствовали об уникальной тектонической истории этих тел. В результате числоизвестных объектов в Солнечной системе, в которых имели место эндогенныепроцессы, возросло больше чем на 10 единиц. Это существенно расширилополе для исследования для геологов, геофизиков и геохимиков, вовлеченныхв исследования планет и спутников, и сделало вопросы внутреннего строения,эволюции и происхождения спутников Юпитера и Сатурна актуальными проблемами современной сравнительной планетологии.Даже беглый взгляд на спутниковые системы Юпитера и Сатурна выявил ихсущественное различие (табл. 31 и 32).
В системе спутников Юпитера практически вся масса сконцентрирована в четырех спутниках (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто), тогда как в системе спутников Сатурна примерно 95% массы сосредоточено в его гигантском спутнике Титане. Орбита Титана находит362ся на расстоянии ∼ 1.2 ⋅ 106 км от центра Сатурна, т.е. она расположена посредине между орбитами Ганимеда (∼ 1.07 ⋅ 106 км) и Каллисто (1.9 ⋅ 106 км)от Юпитера. Интересно отметить, что полная масса галлилеевых спутников(891 + 478 + 1490 + 1074) ⋅ 1023 г = 3.9 ⋅ 1026 г) превосходит массу Титана(1.36 ⋅ 1026 г) в 2.9 раз. Это близко к значению отношения масс Юпитера и Сатурна, которое равно 3.34. Эти факты указывают на некоторые важные различияв процессах образования и эволюции спутниковых систем Юпитера и Сатурна.После того как были получены более точные данные о значениях масс спутников, стало ясно, что наиболее массивным спутником в Солнечной системеявляется Ганимед, а не Титан, как считалось раньше. Титан — единственныйспутник с плотной атмосферой.
Давление у основания атмосферы превосходитаналогичное давление в земной атмосфере в 1.5 раза. Атмосфера Титана, подобно атмосфере Земли, имеет вторичное происхождение. Обе атмосферы возниклив результате дегазации планетных тел в результате их эволюции.В разделе 10.5 было разъяснено, что материал, из которого образовалисьпланеты и спутники, по летучести может быть разделен на три группы. Газовый компонент (H2 , He, Ne — Г-компонент) состоит из материалов, которыепри условиях образования планет-гигантов не входили в конденсат — пылевойкомпонент протопланетного облака, из которой формировались спутники. Материалы средней летучести составляют вторую группу (CH4 , NH3 и H2 O — льды —Л-компонент). Нелетучие вещества попадают в третью группу (окислы, силикаты, FeS, Fe, Ni, . .
. — тяжелые материалы — ТК-компонент). В зависимости оттемпературных условий в окрестностях молодых Юпитера и Сатурна определенные материалы из Л-компонента, например CH4 , могли входить в Г-компонент.Это могло быть существенным, так как спутники конденсировались из Л- иТК-компонентов. Этот вопрос будет излагаться более подробно в следующемразделе.Спутники планет-гигантов формировались из Л- и ТК-компонентов, так какиз-за их малых размеров и соответственно их слабых собственных гравитационных полей они не могли удерживать летучие вещества Г-компонента.
Следствиемалых размеров этих тел — низкие давления в их недрах (70 кбар), как этобыло в случае Луны. Вещество в недрах этих спутников было сжато всего нанесколько процентов. Однако в противоположность Луне, которая формировалась в теплой зоне протопланетного облака и поэтому потеряла Л-компонент(Л-компонент был в газовой фазе), спутники планет-гигантов формировалисьв холодных зонах протопланетного облака и благодаря этому смогли удержатькак и ТК-, так и Л-компоненты. Следствием этого является то, что в противоположность Луне однородная модель для этих спутников (см. формулу (53))оказывается неудовлетворительной даже как первое приближение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
