Участие ИЗМИРАН в исследованиях Луны

магнитными методами в проектах

«Луна-1», «Луна-2», «Луна-10» и «Луноход-2»

Магнитное поле Луны

Введение

Измерения магнитного поля Луны давно уже привлекали к себе внимание, поскольку они могут дать информацию о лун­ных недрах: сколько-нибудь значительное дипольное поле сви­детельствовало бы о наличии в недрах Луны механизма динамо, подобного земному, в то время как наличие индуцированных по­лей помогло бы оценить проводимость недр Луны.

Первые магнитные измерения, выполненные на автоматических орбитальных станциях “Луна-2”, “Эксплорер-18”, “Луна-10”, “Эксплорер-35” показали, что Луна не имеет собственного магнитного поля дипольной природы.

В последующих экспедициях “Аполлон” и миссии на “ Луноходе-2” исследования проводились на поверхности Луны. В местах посадки экспедиций “Аполлон” магнитометры обнаружили поля, интенсивность которых менялась в пределах от 6 до 300 нТл. Поля в пределах 20 нТл были измерены вдоль маршрута “Лунохода-2” в Заливе Лемонье. Эти измерения выявили корреляцию неоднородности поля с тектоническими особенностями рельефа (кратерами, разломами и т.д.).

Детальные данные о распределении полей в приэкваториальной области получены магнитометрами и электронными рефлектометрами с орбитальных спутников “Аполлон-15” и “Аполлон-16” на высотах 100 км и ниже. Наиболее интенсивные поля обнаружены вблизи кратеров.

Подобная съемка магнитного поля, такими же приборами была проведена уже на полярных орбитах на КА “Луна Проспектор”. Интенсивные поля на поверхности обнаружены на высоких широтах в областях противоположных Морю Дождей и Морю Ясности. Интенсивность магнитного поля этих областей такова, что оказывает препятствие распространению солнечного ветра. И вокруг таких областей образуются минимагнитосферы.

Все эти поля связаны с намагниченностью лунных горных пород и по интенсивности, и направлению не укладываются в классическую картину глобального дипольного магнитного поля. Таким образом, окончательно установлено, что Луна в современную эпоху не имеет дипольного магнитного поля значительной интенсивности.

Во многих образцах лунного грунта, доставленного на Землю, обнаружена достаточно сильная остаточная намагниченность. Анализ позволил установить, что наблюдаемую намагниченность горные породы приобрели в полях от нескольких тысяч до 100000 γ.

Но какова природа этой намагниченности - до сих пор не известно, и это представляет одну из фундаментальных и еще не решенных проблем Луны.

Первые исследования магнитного поля в окрестности Луны

Первые экспериментальные данные о напряженности магнитного поля в окрестности и непосредственной близости от внеземного косми­ческого тела были получены станцией «Луна-2», запущенной в сентябре 1959 г. [1]. (Станция «Луна-1», запущенная в январе 1959 г., прошла на расстоянии 5-6 тысяч километров от поверхности Луны и вышла на гелиоцентрическую орбиту).

Совокупность экспериментальных данных, полученных на расстояниях, составляющих доли лунного радиуса от поверхности Лу­ны, позволила сделать следующий вывод: если Луна и обладает некото­рым магнитным полем, то эффективный магнитный момент Луны может быть только меньше 10^-4 магнитного момента Земли.

Результаты измерений при полете станции «Луна-2» показали, что оценки возможного магнитного поля Луны, сделанные по мо­дели Луны, не подтвердились.

В то же время нельзя было исключить возможное существование слабого магнитного поля Луны, которое она могла приобрести под действием межпланетных полей или в результате ранее существовавше­го поля значительной интенсивности (остаточная намагниченность). Эти обстоятельства, а также допущения, что солнечный ветер мог силь­но исказить магнитное поле, «загнать» его под поверхность Луны и что магнитное поле Земли на ночной стороне может достигать Луны, легли в основу новых попыток выявить возможное поле Луны.

Вторично, в непосредственной близости от Луны измерения магнит­ного поля были выполнены при по­лете станции «Луна-10» в апреле 1966 г. [2, 3]. Станция «Луна-10» была выведена на орбиту вокруг Лу­ны с наклонением к плоскости лунно­го экватора 72°, высотами периселе­ния 350 км и апоселения 1017 км. Ин­формация о работе научной аппара­туры передавалась в отдельных сеан­сах связи различной длительности от нескольких минут до 1,5 часа. Общий объем информации по изме­рению напряженности магнитного поля составлял около 200 измерений по каждой из трех компонент магнитометра. Разрешающая способность магнитометра ~1γ. Точность абсолютного значения скалярной величины поля оценивается величиной 10 γ. Однако, это не помешало сделать выводы об окололунном поле [4].

1. Сопоставление измерений в области периселения и апоселения не обнаруживает изменений интенсивности и направления поля по закону диполя. Эта особенность установлена для новолуния, когда вообще нельзя предполагать влияния магнитного шлейфа Земли, и для полнолу­ния, когда Луна находится в магнитном шлейфе Земли. Это указывало на то, что Луна не имеет собственного магнитного поля дипольной природы.

2. Форма магнитограмм определялась разностью между периодом опроса и периодом вращения станции. Обусловленность формы сигна­ла параметрами вращения и частоты опроса указывает, что окололун­ное поле имеет регулярный характер. Из этих соображений было за­ключено, что в окрестности Луны не наблюдаются особенности, харак­терные для ударного фронта.

3. Изменчивость величины поля от сеанса к сеансу обнаруживала определенное соответствие с изменением индекса магнитной активно­сти на поверхности Земли.

4. Так как поперечная компонента поля в новолуние, когда Луна заведомо находится вне магнитного шлейфа, достигала 15γ [3], то, исходя из упомянутой топологии поля, было заключено, что оно может быть межпланетным полем, деформированным Луной или «уловлен­ным» Луной.

Результаты измерения поля с искусственного спутника Луны «Лу­на-10» находились в согласии с результатами измерений станции «Луна-2» и не подтверждали оценки поля Луны, сделанные по измерениям «Эксплорер-18» [5], на больших расстояниях от нее.

Более детальные исследования в окололунном пространстве были начаты в 1967 г. после запуска искусственного спутника Луны «Эксплорер-35», который выполнил длительные измерения поля в окрестности Луны. Апоселений спутника ~ 7700 км, периселений ~ 800 км (т. е. несколько ниже апо­селения «Луны-10»).

Магнитометры, установленные на этом спутнике подтвердили результаты наблюдений стан­ции «Луна-10» об отсутствии собственного дипольного поля у Луны. Они не обнаружили ни ударной волны, ни наличия лунного поля в периселении. Очень редко наблюдались поля более 8 γ, когда Луна была вне магнитного шлейфа. Верхний предел центрированного дипольного момента Луны был оценен в 1020 Гс-см3, что соответствует напряженно­сти дипольного поля на лунной поверхности ~4 γ [6]. Не исключены и более сильные поля на поверхности, если только они будут квадрупольными или более высоких порядков.

Измерения лунных магнитных полей с высокой точностью на­чали проводиться с момента доставки на поверхность Луны ста­ционарного магнитометра (LSM) экипажем «Аполлона-12» и лунного переносного магнитометра (LPM) экипажем «Апол­лона-14».

Список литературы

1. Долгинов Ш.Ш., Ерошенко Е.Г., Жузгов Л.Н., Пушков Н.В. Исследование магнитного поля Луны. Геомагн. и аэроном., 1, № 1, 21, 1961.

2. Долгинов Ш.Ш., Ерошенко Е.Г., Жузгов Л.Н., Пушков Н.В. Измерения магнитного поля в окрестностях Луны на искусственном спутнике Луны. ДАН СССР, 170, № 3, 574, 1966.

3. Жузгов Л.H., Долгинов Ш.Ш., Ерошенко E.Г. Исследование магнитного поля со спутника «Луна-10». Космические исследования, 4, вып. 6, 881, 1966.

4. Долгинов Ш.Ш., Пушков Н.В. Исследования магнитных полей Земли и планет. Успехи СССР в исследовании космического пространства 1957-1967. Наука, Москва, 1968г.

5. Ness N. F. J. Geophys. Res., 70, № 3, 517, 1965.

6. Колберн Д.С. Измерение лунного магнитного поля, расчеты проводимости и определение температурных профилей. Луна, Мир, Москва, 1975г.