Селенофизика и модели трехслойной лунной мантии
Е.В. Кронрод1, Ю.А. Нефедьев2, В.А. Кронрод1, О.Л. Кусков1, А.О. Андреев2
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, г. Москва, 119991, Россия
Казанский Приволжский федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия
DOI: 10.26907/2541- 7746.2019.1.24-38
Для цитирования: Кронрод Е.В., Нефедьев Ю.А., Кронрод В.А., Кусков О.Л., Андреев А.О. Селенофизика и модели трехслойной лунной мантии // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2019. – Т. 161, кн. 1. – С. 24–38. – doi: 10.26907/2541- 7746.2019.1.24-38.
For citation: Kronrod E.V., Nefedyev Y.A., Kronrod V.A., Kuskov O.L., Andreev A.O. Selenophysics and models of the lunar three-layered mantle. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2019, vol. 161, no. 1, pp. 24–38. doi: 10.26907/2541-7746.2019.1.24-38. (In Russian)
Аннотация
Многие космические агентства и страны недавно объявили о своих планах по исследованию Луны в ближайшие несколько лет. Основная цель проведения таких работ состоит в подготовке и размещении долгосрочных научно-технических баз на ближней стороне Луны и на лунных полюсах, чтобы проводить космические эксперименты и изучать внутреннюю структуру Луны. Для реализации этих планов важной является информация о селенофизических параметрах, поскольку без нее решение задач, начиная от выбора места для баз до их технического и научного оборудования, невозможно. В настоящей работе анализируются лунное гравитационное поле, динамическая фигура, проблема существования лунного ядра, а также геохимия многослойной Луны с использованием данных космических миссий. Последнее исследование включает решение двух задач. Первая задача состоит в построении модели химического состава трехслойной мантии Луны на основе совместной инверсии гравитационных, сейсмических и петролого-геохимических данных. Вторая задача заключается в выявлении степени химической однородности резервуаров мантии, а именно: является ли она гомогенной или же мантия Луны стратифицирована по химическому составу с разными концентрациями петрогенных элементов в различных зонах мантии. Решение этих задач позволит провести сопоставление состава силикатных фракций Луны и Земли и выявить их геохимическое сходство и/или различие.
Ключевые слова: селенофизика, петрологогеохимия, модели внутреннего строения Луны
Благодарности. Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров, а также поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проекты № 17-35-50099 мол_нр, 18-05-00225, 18-32-00895 мол_a), стипендией Президента Российской Федерации для молодых ученых и аспирантов № СП-3225.2018.3, программой Президиума РАН № 17 и Фондом развития теоретической физики и математики «БАЗИС».
Литература
1. Smith D.E., Zuber M.T., Neumann G.A., Lemoine F.G. Topography of the Moon from the Clementine lidar // J. Geophys. Res.: Planets. – 1997. – V. 102, No E1. – P. 1591–1611. – doi: 10.1029/96JE02940.
2. Binder A.B. Lunar Prospector: Overview // Science. – 1998. – V. 281, No 5382. – P. 1475–1476. – doi: 10.1126/science.281.5382.1475.
3. Sood R., Chappaz L., Melosh H.J., Howell K.C., Milbury C., Blair D.M., Zuber M.T. Detection and characterization of buried lunar craters with GRAIL data // Icarus. – 2017. – V. 289. – P. 157–172. – doi: 10.1016/j.icarus.2017.02.013.
4. Araki H., Tazawa S., Noda H., Ishihara Y., Goossens S., Sasaki S., Kawano N., Kamiya I., Otake H., Oberst J., Shum C. Lunar global shape and polar topography derived from Kaguya-LALT laser altimetry // Science. – 2009. – V. 323, No 5916. – P. 897–900. – doi: 10.1126/science.1164146.
5. Burchell M.J., Robin-Williams R., Foing B.H. The SMART-1 lunar impact // Icarus. – 2010. – V. 207, No 1. – P. 28–38. – doi: 10.1016/j.icarus.2009.10.005.
6. Nefedyev, Y.A., Valeev S.G., Mikeev R.R., Andreev A.O., Varaksina N.Y. Analysis of data of “Clementine” and “KAGUYA” missions and “ULCN” and “KSC-1162” catalogues // Adv. Space Res. – 2012. – V. 50, No 11. – P. 1564–1569. – doi: 10.1016/j.asr.2012.07.012.
7. Williams J.G., Boggs D.H., Ratcliff J.T. Lunar fluid core moment // Proc. 41st Lunar and Planetary Sci. Conf. – 2010. – Abstr. No 2336.
8. Weber R.C., Lin P.-Y., Garnero E.J., Williams Q., Lognonne Ph. Seismic detection of the lunar core // Science. – 2011. – V. 331, No 6015. – P. 309–312. – doi: 10.1126/science.1199375.
9. Moons M. Physical libration of the Moon // Celestial Mech. – 1982. – V. 26, No 2. – P. 131–142. – doi: 10.1007/BF01230875.
10. Garcia R.F., Gagnepain-Beyneix J., Chevrot S., Lognonne Ph. Very preliminary reference Moon model // Phys. Earth Planet. Inter. – 2011. – V. 188, No 1–2. – P. 96–113. – doi: 10.1016/j.pepi.2011.06.015.
11. Kuskov O.L., Kronrod V.A., Kronrod E.V. Testing the reference Moon model in respect of the thermal regime and chemical composition of the mantle: Thermodynamics versus seismology // Izv., Phys. Solid Earth. – 2016. – V. 52, No 3. – P. 344–352. – doi: 10.1134/S1069351316030071.
12. Kronrod V.A., Kuskov O.L. Inversion of seismic and gravity data for the composition and core sizes of the Moon // Izv., Phys. Solid Earth. – 2011. – V. 47, No 8. – P. 711–730. – doi: 10.1134/S1069351311070044.
13. Taylor S.R. Planetary Science: A Lunar Perspective. – Houston, USA: Lunar and Planetary Institute, 1982. – 481 p.
14. Gagnepain-Beyneix J., Lognonne Ph., Chenet H., Lombardi D., Spohnd T. A seismic model of the lunar mantle and constraints on temperature and mineralogy // Phys. Earth Planet. Inter. – 2006. – V. 159, No 3-4. – P. 140–166. – doi: 10.1016/j.pepi.2006.05.009.
15. Wieczorek M.A., Neumann G.A., Nimmo F., Kiefer W.S., Taylor G.J., Melosh H.J., Phillips R.J., Solomon S.C., Andrews-Hanna J.C., Asmar S.W., Konopliv A.S., Lemoine F.G., Smith D.E., Watkins M.M., Williams J.G., Zuber M.T. The crust of the Moon as seen by GRAIL // Science. – 2013. – V. 339, No 6120. – P. 671–675. – doi: 10.1126/science.1231530.
16. Williams J., Konopliv A., Boggs D., Park R., Yuan D., Lemoine F., Goossens S., Mazarico E., Nimmo F., Weber R., Asmar S., Melosh H., Neumann G., Phillips R., Smith D., Solomon S., Watkins M., Wieczorek M., Andrews-Hanna J., Head J., Kiefer W., Matsuyama I., McGovern P., Taylor G., Zuber M. Lunar interior properties from the GRAIL mission // J. Geophys. Res.: Planets. – 2014. – V. 119, No 7. – P. 1546–1578. – doi: 10.1002/2013JE004559.
17. Kuskov O.L., Kronrod V.A., Kronrod E.V. Thermo-chemical constraints on the interior structure and composition of the lunar mantle // Phys. Earth Planet. Inter. – 2014. – V. 235. – P. 84–95. – doi: 10.1016/j.pepi.2014.07.011.
18. Khan A., Maclennan J., Taylor S.R., Connolly J.A.D. Are the Earth and the Moon compositionally alike? Inferences on lunar composition and implications for lunar origin and evolution from geophysical modeling // J. Geophys. Res.: Planets. – 2006. – V. 111, No E5. – Art. E05005, P. 1–21. – doi: 10.1029/2005JE002608.
19. Fabrichnaya O.B., Kushov O.L. Constitution of the mantle. I. Phase relations in the FeO–MgO–SiO2 system at 10–30 GPa // Phys. Earth Planet. Inter. – 1991. – V. 69, No 1–2. – P. 56–71. – doi: 10.1016/0031-9201(91)90153-9.
20. Кусков О.Л., Галимзянов Р.Ф., Трускиновский Л.М., Пильченко В.А. Достоверность термодинамических расчетов химических и фазовых равновесий при сверхвысоких давлениях // Геохимия. – 1983. – № 6. – С. 849–871.
21. Taylor G.J., Wieczorek M.A. Lunar bulk chemical composition: A post-Gravity Recovery and Interior Laboratory reassessment // Philos. Trans. R. Soc., A. – 2014. – V. 372, No 2024. – Art. 20130242, P. 1–17. – doi: 10.1098/rsta.2013.0242.
22. Grimm R.E. Geophysical constraints on the lunar Procellarum KREEP Terrane // J. Geophys. Res.: Planets. – 2013. – V. 118, No 4. – P. 768–778. – doi: 10.1029/2012JE004114.
23. McDonough W.F. Constraints on the composition of the continental lithospheric mantle // Earth Planet. Sci. Lett. – 1990. – V. 101, No 1. – P. 1–18. – doi: 10.1016/0012-821X(90)90119-I.
24. Дайел П., Паркин К., Дейли В. Лунная электропроводность, магнитная проницаемость и температура по данным магнитных экспериментов экспедиций «Аполлон» // Космохимия Луны и планет / Под ред. А.П. Виноградова. – М.: Наука, 1975. – С. 323–340.
25. Hood L.L., Jones J.H. Geophysical constraints on lunar bulk composition and structure: A reassessment // J. Geophys. Res.: Solid Earth. – 1987. – V. 92, No B4. – P. E396–E410. – doi: 10.1029/JB092iB04p0E396.
26. Williams J.-P., Paige D.A., Greenhagen B.T., Sefton-Nash E. The global surface temperatures of the Moon as measured by the diviner lunar radiometer experiment// Icarus. – 2017. – V. 283. – P. 300–325. – doi: 10.1016/j.icarus.2016.08.012.
Поступила в редакцию
18.09.18
Кронрод Екатерина Викторовна, научный сотрудник
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
ул. Косыгина, д. 19, г. Москва, 119991, Россия
E-mail: e.kronrod@gmail.com
Нефедьев Юрий Анатольевич, доктор физико-математических наук, профессор, директор Астрономической обсерватории им.В.П. Энгельгардта
Казанский (Приволжский) федеральный университет
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия
E-mail: star1955@mail.ru
Кронрод Виктор Александрович, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
ул. Косыгина, д. 19, г. Москва, 119991, Россия
E-mail: va_kronrod@mail.ru
Кусков Олег Львович, доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией термодинамики и математического моделирования природных процессов
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
ул. Косыгина, д. 19, г. Москва, 119991, Россия
E-mail: ol_kuskov@mail.ru
Андреев Алексей Олегович, младший научный сотрудник Института физики
Казанский (Приволжский) федеральный университет
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия
E-mail: alexey-andreev93@mail.ru
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
