Лунотрясения

[Девушка]

Наблюдаемая периодичность лунотрясений может быть расшифрована исходя из закономерностей вращения и движения Луны в поле притяжения Земли и Солнца.

Луна вращается вокруг Земли по эллипсу со средним расстоянием 384 тыс. км. Орбита не намного отличается от круговой — эксцентриситет эллипса всего 0,05, при этом в периоды перигея и апогея Луна приближается и удаляется от Земли примерно на 15 тыс. км. Период обращения вокруг Земли 27,32 земных суток. За это же время совершается полный оборот Луны вокруг собственной оси с запада на восток. Лунный экватор имеет небольшой наклон к эклиптике — 1°32 (ось Луны, как и земная, «смотрит» на Полярную звезду) и к орбите — 6,5°.

Форма Луны не строго сферичная. На видимой стороне в районе экватора из-за притяжения Земли существует выступ. В системе Земля — Луна, как уже упоминалось, действуют приливные гравитационные силы. Они вызывают периодические подъем и спад уровня воды в океанах Земли (приливы и отливы).Эти силы действуют и на твердую Землю. Именно приливное взаимодействие приводит к торможению Земли.

Замедление вращения Земли компенсируется удалением Луны от Земли. Через 50 млрд. лет расстояние между ними вырастет в полтора раза и синхронизация вращений станет иной: с Луны будет видно только одно полушарие Земли.

[Девушка]

Рис. 23. История сейсмичности, орбитальных изменений и вариаций приливного потенциала Луны в 1972—1974 гг.

<img src="../luna/image066.jpg" width="390" height="210" class=""/>

1972 1973 1974

Горизонтальная ось — месяцы года.

1 — данные для станции «Лполлон-12»,

2—«Аполлон-14»,

3—«Аполлон-15»,

4 — «Аполлон-16».

Вертикальная шкала:

а — число лунотрясений в месяц,

б — расстояние Земля — Луна,

в — приливной потенциал в условных единицах, рассчитанный для глубины 870 км для точек в середине видимого диска.

Отмечается корреляция периодичности лунотрясений, максимума эксцентриситета лунной орбиты и приливного потенциала с периодом 206 суток.

[Девушка]

Вследствие много большей массы Земли ее обратное приливное воздействие на Луну проявляется заметнее; Поскольку Луна не абсолютно жесткая, приливные силы рассеиваются, нагнетая в ее теле напряжение.

Теоретически показано (В. Н. Жарков и др.), что напряжения должны сосредоточиваться на контакте твердой и жидкой оболочек.

Кроме Земли, на Луну действует гравитационное поле Солнца. Оно вызывает периодические изменения лунной орбиты, проявляющиеся в вариациях эксцентриситета и расстояния Земля—Луна.

[Девушка]

Можно выделить четыре основных периода движения Луны. Период широтной либрации — 27,2 сут (1 нодикальный месяц); при этом центр видимого диска Луны колеблется почти по синусоиде от 7° с. ш. до 7° ю. ш. Долготная либрация имеет период 27,5 сут (1 аномалистический месяц). Максимальный угол поворота Луны несколько меняется от месяца к месяцу от 5 до 8° в течение 206 сут (7,5 аномалистического месяца). С таким же периодом «ползет» и сама длительность аномалистического лунного месяца (25—28,5 сут). Это связано с пертурбациями лунной и земной орбит под действием гравитационных сил Солнца.

Раз в 27,55 сут Луна при орбитальном движении вокруг Земли оказывается предельно близкой к Земле (в перигее) — на расстоянии 356 тыс. км. И раз в месяц максимально удаляется (в апогее) на 407 тыс. км. Но само .положение апогея и перигея и, следовательно, эксцентриситет лунной орбиты также колеблются с периодом 7,5 аномалистического месяца (перигей варьирует от 356 до 370 тыс. км, апогей — от 404 до 407 тыс. км).

И, наконец, вследствие небольших различий периодов широтной и долготной вибраций соотношение их взаимных фаз медленно «ползет» и повторяется через 6 лет.

Эта фундаментальная периодичность движений Луны находит свое отражение в вариациях лунной сейсмичности (число приливных лунотрясений). Если рассматривать все очаги вместе, то во временных спектрах приливных лунотрясений на каждой сейсмической станции выделяются четкие пики. Самый большой из них приходится на период 13,6 сут — половина нодикальпого месяца. В 2— 5 раз слабее пики с периодами 27,2 и около 206 сут. И совсем слабенькие всплески отмечаются в спектрах на периодах 13,7—15 и 27,5—30 сут, соответствующих половине и полному аномалистическому месяцу. Это связано с тем, что длительность месяца меняется в течение 206 дней.

В одном и том же очаге лунотрясения происходят раз в месяц в течение нескольких дней и включают 1—4 толчка с фиксированным временным интервалом между ними. И хотя основная лунная сейсмическая периодичность — месячно-полумесячная, наибольшее число толчков и наиболее энергичные из них происходят не в момент апогея и перигея, а сдвинуты в моменты так называемой характеристической фазы.

[Девушка]

<img src="../luna/image068.jpg" width="386" height="196" class=""/>

Рис, 24. Связь приливных лунотрясений с широтной либрацией

Вертикальная ось — число событий (в %):

1 — лунотрясения,

2— широта ближайшей к Земле точки лунной поверхности.

Гистограмма лунотрясений построена по 1279 событиям, зарегистрированным на станции «Апол-лон-14» со 2 апреля 1972 г. по 22 мая 1974 г. Два пика числа лунотрясений тесно связаны с максимумами широтной либрации при углах 5—7°, которые наблюдаются каждый нодикальный месяц.

Все это хорошо иллюстрируется гистограммами на рис. 24, где указана частота сотрясения в зависимости от положения центра видимого диска Луны. Максимальное число приливных лунотрясений происходит при наибольшем отклонении Луны к северу, а также в момент западного максимума долготной либрации. При этом максимум, связанный с долготной либрацией, размыт, поскольку ее период слегка «ползет».

[Девушка]

Сейсмическая активность меняется и в зависимости от расстояния Земля—Луна.

Луна трясется больше всего во время минимума перигея и максимума апогея (следовательно, максимума эксцентриситета лунной орбиты) при наибольшей широтной и долготной либрации. Это вызвано максимумами приливного потенциала и деформацией на глубинах очагов лунотрясений.

Все сказанное свидетельствует о гравитационной природе приливных лунотрясений. Их расписание может прогнозироваться, исходя из расчетов по законам небесной механики.

Делались экзотические попытки найти взаимосвязь между пиками сотрясаемости Луны и временем восхода пульсара СР 133. Предполагалось, что гравитационные волны, излучаемые при его вращении через каждые 1,19 с, должны приводить к ничтожным перемещениям вещества планеты на Ю-10 см. Казалось, что этот эффект может быть замечен сейсмографами. Однако специальный сейсмический эксперимент в глубоком тоннеле на Земле не обнаружил гравитационных волн от пульсара.

Что касается влияния гравитационных полей Земли и Солнца на приливные лунотрясения, то оно ни у одного из исследователей сейсмичности Луны сомнений не вызывает.

[Девушка]

По мере накопления данных уточнялись свойства этих так называемых высокочастотных телесейсмических событий и увеличивались основания отнести их к разряду лунотрясении и притом тектонической природы 6а о лет зафиксировано 25 таких необычных явлении.

По сравнению с тысячами приливных лунотрясении их число невелико. Однако обратить на них внимание следует не только потому что это явления иной природы, но и потому, что они, даже при малом числе, вносят весомый вклад в сейсмичность Луны, поднимая общую годовую энергию лунотрясении до 1015—1018 эрг. Характеристики этих высокочастотных телесейсмических событий приведены в табл. 10.

[Девушка]

<img src="../luna/image080.jpg" width="380" height="596" class=""/>

Таблица 10 (окончание)

<img src="../luna/image082.jpg" width="378" height="258" class=""/>

Наиболее яркая отличительная особенность записей этих событий, перешедшая в их название,— высокочастотный состав колебаний. Их спектр равномерный в диапазоне частот 0—5 Гц и далее до 10 Гц уменьшается лишь на 10 дб. При этом спектр поперечных волн высокочастотнее продольных, а затухание очень незначительное (у приливных же лунотрясений и ударов метеоритов частоты колебаний ниже 1 Гц).

Это может быть связано как с высокочастотным спектром излучения, таки с малым затуханием на пути распространения волн. По затуханию амплитуд волн с расстоянием получены независимые оценки добротности лунной литосферы (7000), хорошо сходящиеся с добротностью по затуханию амплитуд во времени. Другая важная особенность — вступления продольных и поперечных волн очень четкие, даже в сравнении с приливными лунотрясениями, тем более с ударами метеоритов. Это значит, что рассеяние невелико, т. е. очаг находится ниже рассеивающего слоя.

[Девушка]

Календарь тектонических лунотрясений не имеет характерных периодических максимумов и минимумов, свойственных приливным лунотрясениям. Здесь трудно рассмотреть месячный или семимесячный циклы — распределение по времени скорее случайно.

Отсюда следует, что высокочастотные события меньше зависят от приливов.

Правда, если рассмотреть тектонические лунотрясения в зависимости от фазы аномалистического месяца, то при фазовом угле 0,7 рад от перигея обнаруживается статистически значащий максимум (вероятность 0,91), к тому же взаимосвязанный с быстротечными явлениями на поверхности. Однако этот феномен пока трудно объяснить, поскольку максимум активности не соответствует какой-либо определенной сейсмической зоне Луны. Намечается также минимум числа сотрясений в апогее, но он статистически не обоснован (вероятность 0,44).

[Девушка]

Используя удары космических аппаратов, экспедиции «Аполлон» провели сейсмическое зондирование лунной коры. Как и кора Земли, она радиально слоиста и горизонтально неоднородна, скорость распространения волн в ней растет с глубиной, переход к мантии имеет сложную неоднородную структуру и знаменуется значительным увеличением скорости. Кора Луны сложена в основном кальциево-алюминиевыми породами среднего состава. Верх мантии, как и в Земле,— ультраосновными породами, богатыми оливином. В Луне, возможно, находится высокоскоростной«козырек», глубже которого скорость

убывает.

В отличие от земной, лунная кора имеет низкие скорости распространения волн вверху и высокий градиент роста скорости с глубиной, большую мощность и малый коэффициент затухания волн. Уникальное по земным меркам явление представляет верхний очень неоднородный и добротный слой, рождающий столь долгое звучание сейсмических сигналов.

Открытие лунной коры — первый и очень важный аргумент в пользу общности развития «космических сестер»— Земли и Луны.