Название проекта




Скачать 421.19 Kb.
НазваниеНазвание проекта
страница2/5
Дата21.09.2012
Размер421.19 Kb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5

8. С помощью разложения поля на «естественные» вейвлет-компоненты (базисные функции, построенные на основе высших производных гравитационного потенциала) предполагается определить источники аномалий гравитационного поля по данным LP. В результате «естественного» вейвлет-преобразования гравитационных аномалий удается достаточно просто найти минимальное распределение источников, с заданной  точностью восстанавливающее исходное поле.

Предполагается провести цифровую обработку гравиметрических данных LP согласно разработанной нами методике и осуществить анализ плотностных моделей (2-D и 3-D варианты), построенных на основе этой методики: анализ энергетических характеристик, «скелетонной» структуры моделей, статистики пространственного распределения источников гравитационного поля; разделение полей, обусловленных плотностными неоднородностями на различных глубинах. Планируется создание геологических моделей глубинного строения коры и верхней мантии Луны по данным Clementine, LP и SELENE .

9. Провести структурный анализ последних лабораторных экспериментов по исследованию вещества при высоких давлениях и температурах и современных реологических вязко-упругих моделей среды, сформулировать и записать основные уравнения теплового переноса с начальными и граничными условиями для 2D и 3D численного решения в плоском и сферически симметричном случаях.

Выполнить компьютерное моделирование тепловой конвекции химически-стратифицированной вязкой жидкости, подогреваемой снизу, сравнить с известными лабораторными экспериментами, исследовать картину и структуру возникновения восходящих плюмов, их взаимодействие с верхней мантией и лунной корой.


IV. Ожидаемые в конце проекта научные результаты

По пунктам 1-5 проектом предусматривается разработка теории либрации Луны, уточнение значений радиуса ядра Луны, ее упругих характеристик, начальных условий вращательного движения, теоретические оценки приливных вариаций селенопотенциала и фигуры Луны, а именно:

  • Будет получен спектр значений свободных частот либрации, вызванных многослойностью Луны для разных моделей свободного вращения (различных размеров ядра, химического состава, агрегатного состояния, различных значений вязкости, чисел Лява).

  • Будут учтены диссипативные процессы – турбулентность пограничного слоя ядро-мантия в рамках модели Yoder (1981), происходящие при дифференциальном вращении разных слоев Луны друг относительно друга, получены времена затухания свободных либраций при разных значениях вязкости пограничных слоев, толщины жидкой составляющей ядра, плотности эвтектического состава.

  • Будет разработан алгоритм решения уравнений для получения аналитического решения на ПК.

  • Будет достигнута полная адаптация процессора EPSP к проектной задаче. По сравнению с существующим процессором ESP (Rom, 1971, Celest. Mech., v.3, 331-345), который имеет дело с эшелонированными рядами для ограниченного числа переменных, процессор EPSP не будет иметь ограничений на количество этих переменных.

Предполагается, что результаты планируемых исследований послужат основой для построения и верификации новой модели вращательного движения Луны с учетом наличия у нее жидкого ядра и подверженной нестационарным деформациям мантии. Будут получены для трехслойной модели Луны новые выражения для Чандлеровых колебаний твердого ядра и свободной нутации жидкого ядра Луны, проведено параметрическое моделирование и сравнение с предыдущими результатами.

6.

  1. Должна быть построена новая математическая модель приливной эволюции системы Земля-Луна, позволяющая изучать различные резонансные эффекты. На основе этой модели будет создан комплекс программ для проведения численных исследований.

  2. В рамках дважды усредненной задачи трех тел в приближении Хилла предполагается разработать новую полуаналитическую методику расчета приливной эволюции в системе Земля-Луна без учета резонансов.

  3. С позиций современной математической теории резонансных явлений должны быть исследованы резонансы, возникающие в системе Земля-Луна на разных этапах ее динамической истории. Будут получены условия захвата движений в резонансы, проведен анализ последующей эволюции резонансных движений. Особое внимание планируется уделить анализу формирования синхронного вращения Луны – резонанса 1:1 между орбитальным и вращательным движениями Луны.

  4. Будет проведен анализ влияния длительных захватов в резонанс на процессы в недрах Луны. В частности, предполагается оценить выделения энергии в результате нестационарных приливных деформаций в резонансных движениях.

  5. Оценка выделенной энергии будет использована для анализа ряда явлений, в теории которых возникает проблема дефицита энергии:

а) возможного функционирования динамо-механизма по генерации магнитного поля Луны в период 3.9 -3.1 млрд. лет назад;

б) генерации дифференциального вращения ядро-мантия Луны и эффектов нутации ядра;

в) генерации на границе ядро-мантия Луны восходящих плюмов-интрузий как возможных источников гравитационных аномалий на обратной стороне Луны.

7. С положением и строением многокольцевых бассейнов связано несколько глобальных характеристик Луны. Наиболее молодые бассейны расположены в пределах видимого полушария или на границах с обратным полушарием и заполнены лавовой массой. Положение этих структур связано с малой толщиной лунной коры. Глубины этих бассейнов сравнимы с толщиной лунной коры и в момент образования, по-видимому, достигали верхней мантии Луны. Известна корреляция распределения молодых бассейнов и аномалий гравитационного поля Луны. Наиболее древние бассейны расположены в пределах обратной стороны в области более толстой коры. Несмотря на громадные размеры (бассейн Южный полюс – Эйткен) ударные процессы во время формирования этих образований не достигли границ верхней мантии Луны. Основываясь на описанных особенностях распределения и строения бассейнов, будут найдены или отвергнуты свидетельства в пользу влияния процесса формирования таких бассейнов на изменение периода вращения Луны вплоть до фиксирования синхронного вращения. Анализ распределения бассейнов по поверхности в сочетании с оценками их появления по времени, возможно, укажет на связь этих событий с изменением периода вращения Луны. Не исключено, что значительный дефицит массы, наблюдающийся в области бассейна Южный полюс–Эйткен (отрицательная гравитационная аномалия), сказывается на тонких эффектах вращения Луны, которые могут обнаружиться в процессе экспериментов, планируемых на КА SELENE.

8. Представление исходной информации о поле в виде распределения точечных источников обеспечит информацией о пространственном положении найденных источников, которое, как правило, отражает реальное положение геологических объектов. Такое представление исходной гравиметрической информации также позволит произвести обоснованное разделение полей, обусловленных плотностными неоднородностями на различных глубинах и извлечь информацию о расположении плотностных границ в коре и мантии.

9. Будет предложена и апробирована модель гравитационного, механического и теплового взаимодействия ядра, мантии и коры, построен термодинамический профиль ядра, мантии и коры при захвате, прохождении и выходе из спин-орбитальных резонансов в ранней истории Земля – Луна, предложена картина раннего лунного вулканизма и образования системы первичных масконов на обратной стороне Луны.

V. Современное состояние исследований в данной области науки, сравнение ожидаемых результатов с мировым уровнем

В настоящее время Луна является объектом исследования по многим космическим экспериментам и центром пристального внимания ученых, как в области астрономии, так и планетологии. В программу исследований включается изучение тонких эффектов вращательного движения (физической либрации), а также многообразия внутреннего строения (Gusev et al., 2003). На сегодня уже накоплены и продолжают накапливаться интереснейшие данные по динамике и внутреннему строению Луны, полученные в результате самых разнообразных наблюдений и космических экспериментов. К ним относятся: миссия Клементины (1994) и Лунар Проспектора (1998–1999), обработка результатов лазерной локации Луны (ЛЛЛ), реализуемой в течение 35 лет, Европейского лунного спутника СМАРТ-1, запущенного в августе 2003 года. Японские космические эксперименты Лунар-А, СЕЛЕНЕ, ILOM планируемые на 2006–2010 годы, также существенно обогатят информацию о Луне.

Япония запустит лунный зонд СЕЛЕНА в 2007 финансовом году, который будет иметь 15 научных инструментов. Они будут исследовать распространение химических элементов на лунной поверхности, минеральный состав, топографию, геологическую структуру, гравитационное и магнитное поля, структуру лунной коры и лунной поверхности. Одна из его главных целей лунных миссий состоит в том, чтобы получить ясную картину внутреннего строения Луны с помощью точного измерения гравитационного поля и топографии обратной стороны Луны. В конечном итоге, исследования СЕЛЕНЫ приблизят нас к пониманию происхождения и эволюции Луны.

Другим источником информации о структуре внутреннего строения Луны является изучение ориентации лунного вращения в пространстве, физическая либрация. Японская группа предложила план (ILOM-ПРОЕКТ) (Hanada et al.,., 2000, 2005, Heki et al., 2000), проект по размещению в полярной области оптического телескопа (D=20 см), чтобы наблюдать ориентацию Луны с точностью 1 (милли арксекунд дуги) mas. Амплитуда и период ее изменений в значительной степени определяются внутренним строением Луны, динамическим сжатием полной Луны и ее ядра, плотностью и размером ядра. Выполнение этих планов может вывести селенодезию на уровень, сравнимый с геодезией Земли. Однако, анализ данных в этих новых проектах предъявляет повышенный требования к описанию сложной динамической и термодинамической модели внутренней структуры Луны.

Лазерная локация Луны позволила существенно улучшить точность измерений положения Луны. Это позволило, в первую очередь, выявить такие тонкие эффекты во вращении Луны, как свободные либрации малой амплитуды. Накопление данных по ЛЛЛ открывает еще большие перспективы в изучении особенностей вращения Луны. Кроме того, появилась возможность более точной качественной и количественной оценки вклада приливных эффектов в динамику системы Земля-Луна(Peale, 1999). В результате вновь усилился интерес к моделированию эволюции системы Земля-Луна (Canup,2004). Исследование динамической истории системы Земля-Луна можно рассматривать как одно из направлений в изучение важнейшей научной проблемы – как сформировалась эта система?

Одним из важных факторов, способствующих построению аналитической теории вращения Луны и других планет, явился революционный прорыв в области компьютерных и информационных технологий. В настоящее время существует целый ряд универсальных систем для работы с аналитическими формулами, такие как MACSYMA, REDUCE, MAPLE, MATHEMATICA и др. Однако эти системы предназначены для манипулирования с широким классом математических объектов и, как следствие, они недостаточно эффективны в качестве специализированных систем, ориентированных на конкретную предметную область. В частности, универсальные системы не имеют быстрых средств для работы с тригонометрическими рядами, количество членов в которых может достигать многих десятков и сотен тысяч, что характерно для построения высокоточных аналитических теорий небесной механики. Поэтому большое значение отдается поддержке и разработке специализированных процессоров, способных решать указанные проблемы и ориентированных на проектируемую задачу.

1. Спин-орбитальная вековая эволюция и физическая либрация многослойной Луны.

В свете современных требований и возможностей изучения Луны представляется весьма важным и необходимым построить новую аналитическую и/или полуаналитическую теорию (Баркин, 1989, Petrova, 1996) для спин-орбитального движения Луны. Эта теория должна быть пригодна для уточнений соответствующих параметров гравитационного поля, характеристик резонансных либраций, чисел Лява, коэффициента добротности Q, вязкости мантии и ядра, характеризующих внутреннюю диссипацию, характеристик пограничной зоны мантия-ядро и других величин, определяющих внутреннюю и внешнюю структуру спутника. Все это даст возможность получить точное решение, аналогичное прецессионно-нутационным рядам, описывающим вращение Земли. Такая теория физической либрации Луны может быть положена в основу лунного астрономического ежегодника (Petrova, 1997; Williams et al., 2003).

Особое значение приобретает исследование свободной либрации. С одной стороны, из наблюдений ФЛЛ обнаружена заметная диссипация лунного вращения, и, как результат, свободные колебания должны бы к настоящему времени затухнуть. С другой стороны, эти же наблюдения показывают их присутствие в современном вращении Луны. Поэтому необходимо принимать во внимание спин-орбитальные взаимодействия, в частности, резонансное взаимодействие с Венерой, а также рассмотрение двух- и/или трехслойной модели нетвердой Луны с приливной или турбулентной диссипацией в мантии и ядре, что может быть сделано в рамках Гамильтонова подхода, применяемого для описания вращения Земли (Gusev, Petrova, 2003). Определение периодов и амплитуд свободных либраций позволит сделать вывод о наличии жидкого ядра Луны, оценить его размеры, форму, геофизический состав, тепловой профиль.

Вращение Луны чувствительно к ее внутреннему строению. Численные модели физической либрации Луны (Williams et al., 1994, 1997, 2001; Bois, 1995, 2000; Krasinsky; 2002), удовлетворяющие современным данным лазерной локации, обязательно включают сложную внутреннюю стратиграфию лунного тела. Для аналитических теорий это сделать гораздо сложнее. Тем не менее, такая необходимость существует. Основное преимущество аналитического подхода в теории ФЛЛ является возможность разделения вынужденной и свободной либрации. Высокоточные данные лазерной локации Луны дают для этого прекрасную наблюдательную основу. Феррандиш и Баркин (Ferrandiz, Barkin, 2001) разработали аналитический метод для учета взаимодействия гидродинамической и упругой оболочек Земли с Луной и Солнцем, который затем был эффективно применен для изучения вращения Луны. При этом аналитический метод описания резонансного вращения твердой Луны (Баркин, 1989) получил обобщение и развитие на случай двухслойной модели Луны.

Другой важной проблемой, которая может быть исследована теми же методами, являются энергетические изменения, связанные с потенциально различными эндогенными процессами, управляемыми Солнцем, Землей и планетами (Ferrandiz, Barkin, 2001). Особый интерес представляют процессы на границе жидкого ядра и мантии, подверженные разному воздействию на оболочки Луны со стороны солнечно-земных приливных моментов.

Предварительные исследования по проблеме либрации Луны, выполненные участниками проекта (Barkin, Ferrandiz, 2003, 2004; Petrova, Gusev, 2004), являются пионерскими, опираются на специальные формы уравнений движения и методы, разработанные авторами. Разработанные методы и подходы наиболее адекватно соответствуют целям и задачам японских проектов исследования Луны по сравнению с имеющимися теориями ФЛЛ.

Либрационные зффекты современной Луны существенно определяются структурой пространства лунных динамических параметров, сформировавшихся в процессе длительной эволюционной мульти-резонасной истории системы Земля-Луна.

Систематическое моделирование эволюции вращательного и орбитального движения системы Земля-Луна началось после основополагающей работы MacDonald’a (1964), где впервые были выписаны и численно проинтегрированы уравнения, описывающие вращение Земли и движение Луны по орбите с учетом приливных эффектов. В дальнейшем в этом направлении работали P.Goldreich, W.M.Kaula, F.Mignard и многие другие специалисты. В России эволюция лунной орбиты рассматривалась Ю.В.Баркиным, Н.Н.Сорокиным, Е.Л.Рускол, В.М.Киселевым, В.Н.Жарковым, Г.А.Красинским, Ю.Г.Марковым, Л.В. Рыхловой.

Длительное время исследование эволюции лунной орбиты проводилось на основе усредненных уравнений, не учитывающих резонансные эффекты (в частности, долговременного захвата движений в резонанс). Это можно объяснить отсутствием на тот момент строгой математической теории резонансных явлений в многочастотных системах, разработанной в конце 80-ых годов в работах А.И.Нейштадта и только сейчас постепенно получающей распространение в прикладных исследованиях. Кроме того, мощность компьютеров даже в относительно недавнем прошлом не позволяла проводить интегрирование не усредненных уравнений на длительных временных интервалах.

Первым признаком изменения ситуации стало появление работы J.Touma и J.Wisdom’а (1998) об «эвекционном» резонансе как возможном механизме быстрого изменения наклонения орбиты Луны к экватору Земли на начальном этапе истории системы Земля-Луна. Таким образом J.Touma и J.Wisdom смогли решить известную проблему «начального» наклонения орбиты Луны: в большинстве космологических теорий после своего формирования Луны должна двигаться по круговой орбите, тогда как интегрирование в обратном времени уравнений приливной эволюции показывает, что вплоть до достижения границы области Роша имеет величину не менее 10 градусов (в качестве одного из альтернативных решений данной проблемы можно отметить предложенную группой S.Ida из Токийского университета гипотезу о сближении пары Земля-Луна с протопланетой, имеющей размер Марса).

В рамках данного проекта предполагается совершить следующий шаг в направлении, указанном работой J.Touma и J.Wisdom и провести систематическое исследование других резонансов во вращательно-поступательном движении системы Земля-Луна на разных этапах ее динамической истории. Предполагаемое в рамках проекта изучение резонансных явлений будет опираться на строгую математическую теорию резонансного захвата, предложенную А.И.Нейштадтом. Результаты Нейштадта в настоящее время признаны всеми специалистами и могут считаться классическими.

Существует еще одна интересная возможность глубокой связи орбитальной истории и лунной геофизики при резонансном режиме. Дифференциальное вращение лунного ядра, вызванное солнечно-земными приливными эффектами, совместно с приливным вековым замедлением вращения всей Луны может вызвать спин-орбитальный резонанс (Greff-Lefftz et al., 1999) в ранней истории вращения Луны. Энергия спин-орбитального движения за счет эффектов трения на границе ядро-мантия может преобразовываться в тепловую энергию, которая становится неустойчивой на границе ядро-мантия по отношению к образованию мантийных плюмов, увеличению температуры лунного ядра, усилению генерации начального магнитного поля (Sponh et al., 1997, 2001; Stegman et al., 2003). В результате также может произойти плавление вещества в недрах Луны (океан магмы). Следствием этого бурного этапа могут быть крупномасштабные эпизодические образования в лунной коре, обновление геохимического и поверхностного резервуаров (Kuskov et al., 2002) и относительно быстрые изменения первичного магнитного полюса Луны (Runcorn, 1996). Наиболее ярким примером подобных явлений в настоящее время является вулканизирующий Ио – спутник Юпитера – прообраз ранней резонансной горячей Луны.
1   2   3   4   5

Похожие:

Название проекта iconНазвание инвестиционного проекта, его суть и целесообразность реализации
Корпорации и других Участников проекта, подкреплённое результатами финансовых прогнозов, анализом потенциала рынка, прозрачностью...
Название проекта iconПроекта
Название проекта: Перевод котельных с угля и мазута на природный газ в Костромской области, Россия
Название проекта iconОтчет номер контракта и руководитель проекта
Название проекта: "Экологический туризм и территории всемирного природного наследия в России"
Название проекта iconРекомендации по созданию и оценке педагогической эффективности учебно-образовательных презентаций Microsoft PowerPoint Рекомендации по созданию презентации
Первый лист – это титульный лист, на котором обязательно должны быть представлены: название проекта; название выпускающей организации;...
Название проекта iconНазвание проекта
Цель проекта: изучение нового материала о структуре древнегреческого театра и его роли в истории и культуре Древней Греции
Название проекта iconДанные о проекте Номер проекта 11-4- 4-0038 Название проекта Программа управления дискретными клапанами на базе программируемой логической интегральной схемы

Название проекта iconНазвание проекта
Краткий обзор Вашего учебного проекта включает тему учебного проекта в рамках Вашего предмета, описание основных учебных практик...
Название проекта iconНазвание проекта
Краткий обзор Вашего учебного проекта включает тему учебного проекта в рамках Вашего предмета, описание основных учебных практик...
Название проекта iconНазвание проекта
Краткий обзор Вашего учебного проекта включает тему учебного проекта в рамках Вашего предмета, описание основных учебных практик...
Название проекта iconНазвание проекта
Краткий обзор Вашего учебного проекта включает тему учебного проекта в рамках Вашего предмета, описание основных учебных практик...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница