Постоянные гравитационного поля и фигура Луны

Рассмотрим теперь те возможности, которые открывают науке искусственные спутники Луны для решения важной проблемы,— определения астрономических постоянных. Точное знание этих постоянных имеет не исключительно большое теоретическое, но и практическое значение, ибо они имеют непосредственное отношение ко многим вопросам (происхождение Луны, осуществление дальнейших полетов к Луне и т. д.).

Решение проблемы потребует высокоточных наблюдений радиотехническими и оптическими методами за движением целого набора спутников вокруг Луны. Кроме того, необходимо разработать достаточно точные теории движения спутников.

Какие же постоянные можно определить из сравнения теории движения спутников с результататами наблюдений

Прежде всего, определив из наблюдений период обращения спутника вокруг Луны и другие элементы орбиты, можно уточнить численное значение отношения массы Земли к массе Луны. Прежние способы определения этой важной постоянной, основанные на наблюдениях малой планеты Эрос и Солнца, были не только очень трудоемкими, но и недостаточно точными. В последние годы с помощью наблюдений космических ракет, проходивших вблизи Луны, эта постоянная была уточнена и в настоящее время принята равной 81,30. Изучение движения спутников Луны позволит не только проверить этот результат, но и получить еще более точное значение. Следует заметить, что все прежние способы фактически были основаны на исследовании возмущений (обычно очень малых), вызываемых Луной в движении постороннего для системы Земля — Луна небесного тела. Новый способ основан на изучении главным образом невозмущенного движения спутника. Поэтому он является безусловно более надежным.

Другая (не менее важная) постоянная, которая может быть определена из анализа движения спутника Луны,— произведение постоянной тяготения на массу Луны. Эта постоянная характеризует основную часть силы притяжения Луны. Дело в том, что потенциал поля притяжения Луны математически представляется рядом, первый член которого примерно в 1000 раз превосходит все остальные и полностью определяется этой постоянной. Хотя остальные члены ряда значительно меньше первого, однако именно они в основном определяют эволюцию орбиты спутника. Поэтому знание постоянных, характеризующих эти члены, имеет большое значение для прогнозирования движения всех последующих искусственных спутников Луны. Кроме того, эти постоянные имеют непосредственное отношение к фигуре Луны. Наиболее интересны две постоянные, характеризующие полярное сжатие Луны и эллиптичность ее экватора. Полярное сжатие Луны можно надежно найти, зная скорость прецессии плоскости орбиты спутника вокруг оси вращения Луны.

Так как Луна не является телом, динамически симметричным относительно оси вращения, то в движении спутника возникнут возмущения с периодом, равным периоду вращения Луны около своей оси (или вдвое меньшим). Амплитуды таких возмущений будут зависеть от тех постоянных, которые и отличают Луну от осесимметричного тела. Поэтому анализ возмущений с периодом в 27,3 суток позволит определить эти постоянные и, в частности, постоянную, характеризующую эллиптичность лунного экватора.

Знание полярного сжатия и эллиптичности лунного экватора дает полное представление о Луне как трехосном эллипсоиде. Определение же других постоянных гравитационного поля позволит в дальнейшем установить более точно фигуру Луны. Некоторые из указанных выше постоянных могут быть найдены, вероятно, уже по наблюдениям «Луны-10».

Следует заметить, что когда говорится об определении массы Луны, то речь идет об уточнении численной величины массы, поскольку два знака этой величины точно известны. Иначе обстоит дело с другими постоянными, величины которых почти совершенно не известны. Поэтому задача заключается не в уточнении, а в определении этих постоянных. Здесь как раз и можно ожидать очень важные результаты.

Интересно сопоставить имеющиеся сейчас сведения о фигуре Луны. Согласно теории вращающейся жидкой массы, находящейся в поле притяжения Земли, все частицы которой взаимно притягиваются по закону Ньютона, Луна должна иметь форму трехосного эллипсоида. Его малая полуось, направленная по оси вращения Луны, и большая полуось, направленная к Земле, должны отличаться от средней экваториальной полуоси соответственно на 16 и 65 м. Из теории физической либрации Луны следует, что малая полуось лунного эллипсоида примерно на 500 м короче средней экваториальной полуоси, а полуось, направленная к Земле, длиннее меньшей полуоси почти на 700 м. Наконец, из обработки фотографических наблюдений Луны, выполненных на самых мощных телескопах, следует, что разность между большой и малой полуосями равна 13,5 км, а разность между средней и малой полуосями — 5,8 км. Как сопоставить эти результаты? Если в первых двух случаях под фигурой Луны понимается динамическая фигура, т. е. такая поверхность, на которой потенциал силы тяжести принимает одно и то же значение (уровенная поверхность), то в последнем случае имеется в виду чисто геометрическая форма Луны, т. е. такая поверхность, которая получилась бы в результате сглаживания Луны от всех неровностей. Поэтому те данные, которые будут найдены из наблюдений спутников Луны, можно сравнивать с результатами, полученными первыми двумя способами.

Оставить комментарий

Я не робот.

БЛОГ О ЗАРАБОТКЕ!
Статистика