Земля – космос – Луна - Самарий Наумович Минчин Страница 32

К настоящему времени уже несколько десятков космических аппаратов исследовали поверхность Луны и окружающее ее пространство. В частности, установлено, что у Луны практически отсутствует атмосфера: ее плотность уступает плотности земной атмосферы, по крайней мере, в тысячу миллиардов раз.

На автоматических станциях, запускавшихся в район Луны, были установлены: магнитометры для измерения магнитного поля; датчики для подсчета микрометеоритов, встречаемых при полете; ловушки заряженных частиц для регистрации частиц малых энергий; счетчики космических лучей, замеряющие потоки и энергии частиц высоких энергий, и другая научная аппаратура.

О МАГНИТНОМ ПОЛЕ ЛУНЫ

Измерение магнитных полей непосредственно в космическом пространстве несколько осложняется тем, что различные бортовые устройства автоматической станции (реле, токонесущие провода и пр.) имеют собственное магнитное поле. В связи с этим для уменьшения помех от самого космического аппарата магнитометры выносятся на специальных штангах на некоторое удаление от основной конструкции (около двух метров).

На автоматической станции «Луна-2», впервые достигшей поверхности Луны, был установлен трехкомпонентный магнитометр с диапазоном измерения по каждой (взаимно перпендикулярной) компоненте до 700 гамм и минимальной чувствительностью в условиях полета около 30 гамм (1 гамма = 10-5 эрстед).

Такой сравнительно большой диапазон прибора был выбран как для измерений во внешней магнитосфере Земли, так и для обнаружения магнитного поля Луны, если оно окажется достаточно существенным.

Измерения, проведенные аппаратурой станции «Луна-2» в окрестностях нашего природного спутника вплоть до расстояния в 5 километров от его поверхности, показали, что Луна не имеет заметного магнитного поля; ее эффективный магнитный момент не превышает одной десятитысячной магнитного момента Земли. Однако вопрос о наличии собственного (хотя бы и слабого) магнитного поля Луны или магнитного подо в непосредственной близости от нее, обусловленного межпланетным магнитным полем или влиянием внешних областей магнитосферы Земли в области лунной орбиты, – оставался открытым.

Протяженность магнитосферы Земли на ночной стороне вплоть до орбиты Луны и далее предполагалась многими исследователями. Измерения, выполненные спутником «Эксплорер-10», позволили проследить наличие земного магнитного поля на расстояниях до 150 тысяч километров, т. е. превышающих почти в 25 раз радиус нашей планеты (напомним, что расстояние до Луны равно примерно 60 радиусам Земли). Наличие магнитосферы Земли на расстояниях до 32 земных радиусов в сторону от Солнца было зафиксировано космическим аппаратом «Эксплорер-18», оснащенным магнитометром и датчиками радиации.

Научная станция «Луна-10» была оборудована датчиками рентгеновского излучения и счетчиками частиц, что также позволяло обнаружить простирание хвоста магнитосферы Земли на ночной стороне (в случае его наличия) в районе орбиты Луны. Физической основой такого обнаружения является эффект взаимодействия солнечного ветра и земного магнитного поля, выражающийся в преобразовании кинетической энергии солнечного ветра в энергию разогрева частиц до величины в несколько десятков килоэлектронвольт.

Спутник «Луна-10» четыре раза пересекал границу предполагаемого продолжения хвоста магнитосферы Земли, и в трех случаях (в одном случае аппаратура не была включена) несколькими приборами регистрировался повышенный счет частиц, по-видимому, электронов, входящих в состав земной магнитосферы.

Открытие этого явления явилось важным вкладом в разделы физики, изучающие область распространения магнитосферы нашей планеты. Наличие хвоста магнитосферы Земли в районе лунной орбиты было подтверждено летом 1967 года измерениями аппарата «Эксплорер-35».

Измерения межпланетного магнитного поля показали, что его напряженность в областях земной и лунной орбит колеблется в пределах 5 – 10 гамм и зависит от величины потока солнечного ветра.

Значительный экспериментальный материал по измерению магнитных полей в окрестности Луны был получен при полете первого ее искусственного спутника – научной станции «Луна-10». Полет происходил по эллиптической орбите; расстояния станции от поверхности Луны менялись в пределах от 350 до 1015 километров; один оборот длился почти 3 часа.

Было произведено около двухсот измерений напряженности магнитного поля по каждой из трех компонент магнитометра. Разрешающая способность магнитометра была существенно повышена в сравнении с этими же свойствами прибора станции «Луна-2» и составляла примерно 1 гамму при диапазоне измерений до ±50 гамм по каждой компоненте.

Измерения магнитного поля производились посредством феррозондового магнитометра СГ-59М (рис. 27), измеряющего три взаимно перпендикулярные компоненты магнитного поля, соответственно каждым из трех феррозондов.

Величина магнитного и электромагнитного влияний конструкции спутника на показания магнитометра была предварительно определена специальными стендовыми испытаниями полностью собранного спутника.

Передача результатов измерений на Землю по каждой компоненте магнитометра осуществлялась телеметрической системой с интервалами по 128 секунд. Обработка магнитограмм осложнялась тем обстоятельством, что каждая из трех проекций напряженности магнитного поля, регистрируемая одним из феррозондов, непрерывно менялась по времени вследствие вращения спутника относительно своей оси (что диктовалось необходимостью обеспечения теплового режима станции).

Очень интересные результаты магнитометрических исследований получены станцией «Луна-19», которая зарегистрировала с освещенной стороны Луны магнитное по-Ле, в несколько раз сильнее невозмущенного межпланетного магнитного поля; на ночной же стороне оно несколько ослаблено.

Рис. 27. Внешний вид магнитометра СГ-59М

Основные выводы, которые следуют из материалов обработки измерений со спутника «Луна-10» (вместе с исследованиями других аппаратов), состоят в следующем.

1. Магнитное поле Луны имеет однородную структуру и регулярный характер; его напряженность во время измерений находилась в пределах 15 – 40 гамм, т. е. напряженность магнитного поля Луны в одну-две тысячи раз слабее напряженности магнитного поля Земли (величина межпланетного магнитного поля в районе орбиты Земли обычно не превышает 10 гамм).

2. Луна, очевидно, не имеет собственного магнитного поля дипольной природы, аналогичного земному и наблюдаемому у намагниченных тел, через два магнитных полюса которых проходят замкнутые магнитные линии; зарегистрированное магнитное поле может являться межпланетным полем, уловленным или деформированным Луной.

3. Господствующее мнение, существовавшее до космической эры, о наличии магнитных полей у всех крупных небесных тел – не подтвердилось (согласно измерениям – Луна, Венера и Марс не имеют значительного магнитного поля).

4. Четкого влияния магнитосферы Земли на окололунное космическое пространство не выявлено.

Таким образом, для уточнения параметров окололунного пространства необходимо было продолжить исследования как магнитного поля Луны (включая ее обратную сторону), так и магнитосферы Земли в окрестности Луны.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЫ И КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ ВБЛИЗИ ЛУНЫ

Почти все космические аппараты оснащены аппаратурой для проведения исследований плазмы – частиц малых энергий, несущих заряд до нескольких тысяч элект-ронвольт.

В основном – это частицы, которые своим происхождением обязаны титаническим процессам, происходящим в недрах Солнца; к ним относятся электроны и ионы, в первую очередь – протоны.

Масса протонов, выбрасываемых Солнцем в одну секунду, составляет около