Группа ученых Астрономической обсерватории им. В.П.Энгельгардта Казанского федерального университета создала новую модель физической либрации (колебаний) Луны. Данные научных исследований представлены в журнале Astronomy Reports и опубликованы в Highlighted on Springer Nature.  

Это достижение казанских астрономов, по решению Бюро научного совета по астрономии Российской академии наук, включено в список наиболее важных астрономических исследований 2021 года.

Прогнозирование положений естественного спутника Земли в космосе имеет большую ценность для исследования Луны и для использования ее в качестве базы для будущих космических миссий.

«Для обеспечения навигационной поддержки планируемых космических экспериментов в окололунном пространстве и на поверхности Луны необходима точная теория физической либрации, с точностью до угловой миллисекунды. Наша цель – добиться такой точности за счет улучшения теории физической либрации Луны, – рассказывает один из авторов исследования, профессор Института физики КФУ, директор Астрономической обсерватории им. В.П.Энгельгардта (АОЭ) Юрий Нефедьев. – Вращение и орбитальное движение Луны имеют достаточно сложный характер. В настоящее время ведутся исследования по решению проблемы, как внешние и внутренние силы влияют на ее динамику. Созданная в Казанском университете новая модель рассматривает колебания Луны с фундаментальной точки зрения и отличается от существующих в мире теорий физической либрации учетом многих дополнительных планетофизических влияний на ее движение».

Высокоточные лазерные измерения с Земли могут отслеживать положение Луны с точностью до нескольких миллиметров, но комплекс внешних факторов, действующих на Луну и внутри Луны, по словам Юрия Анатольевича, затрудняет моделирование и описание ее движения. Отклонение орбиты Луны может достигать двух угловых минут, что эквивалентно примерно километру на лунной поверхности.

Проект ученых КФУ «Создание динамической имитационной селенографической модели с учетом параметров внутреннего строения Луны на основе методов космической геодезии, планетологии и многопараметрического анализа» поддержан грантом Российского научного фонда.

«Создаваемая нами теория физической либрации учитывает косвенные и прямые возмущения от планет, средний приливный потенциал от Земли и гармоники "селенопотенциала" до четвертого порядка, а также влияние несферической формы Луны и неравномерное распределение ее внутренней массы», – сообщил Ю.Нефедьев.

При этом влияние на движение Луны гравитационных возмущений со стороны Солнца, Земли и планет зависит, по словам директора АОЭ, от ее внутренней структуры.

«То, что Луна вращается равномерно, всем известно (она постоянно направлена к Земле одной стороной), а нами изучается отклонение от этого вращения (физическая либрация). Создаваемая нами теория – это теория таких отклонений ("дрожания" Луны). Они могут быть вызваны как взаимодействием с внешними космическими телами, так и определенными процессами внутри Луны. Следует сказать, что изучение вращения естественного спутника Земли помогает понять, какое Луна имеет внутреннее строение», – пояснила старший научный сотрудник НИЛ Космическая навигация и планетные исследования Института физики КФУ Наталья Петрова.

Благодаря космическим исследованиям США в 2011 году было установлено, отметила Наталья Константиновна, что у Луны есть ядро, которое имеет жидкую составляющую, но каковы его форма, химический состав и размеры, пока точно не известно.

«Считается, что в недрах Луны имеется маленькое ядро. Как и у Земли, его сердцевина железная, раскаленная, вокруг – жидкая оболочка, ядро окружено мантией, но она более легкая, чем у Земли», – сказала Н.Петрова. 

Определение вязкоупругости Луны и исследование параметров лунного ядра очень важны для построения теории, считают в КФУ.

«Самое сложное при создании теории физической либрации Луны, – рассказывает первый автор статьи, ассистент кафедры астрономии и космической геодезии Института физики КФУ, младший научный сотрудник АОЭ Артур Загидуллин, – математически описать преобразования, которые учтут, что тело естественного спутника Земли не является твердым, что оно чуть-чуть вязкое. Кроме того, Луна, как и Земля, не имеет идеальной сферической формы. Если Земля сплюснута с полюсов, то конфигурация Луны несколько иная. Как известно, Луна всегда обращена к нашей планете одной стороной. За счет того, что во время вращения естественный спутник нашей планеты вошел в резонанс, усилились приливные силы, и в области экватора Луна "вытянулась" в сторону Земли, как бы образовался носик. Сейчас форма Луны определенным образом напоминает грушу. А форма тела, как известно, тоже влияет на его вращение».

Параметры, учитываемые в новой теории физической либрации Луны, позволят снизить погрешность определения положения естественного спутника Земли примерно на два порядка, считают астрономы КФУ. Кроме того, теория казанских ученых может быть применима для исследования других, подобных Луне, естественных спутников планет, где взаимодействие с основной планетой имеет резонансный характер.