АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2007, том 41, № 2, с. 154-164
УДК 523.34
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СЕЛЕНОДЕЗИИ И ДИНАМИКЕ ЛУНЫ
В КАЗАНИ
© 2007 г. Н. Г. Ризванов, Ю. А. Нефедьев, М. И. Кибардина
Астрономическая обсерватория им. В.П. Энгелъгардта, Россия Поступила в редакцию 01.09.2005 г.
В обзоре рассматриваются все аспекты развития в Астрономической обсерватории им. В.П. Энгелъгардта (АОЭ) и в Казанской городской астрономической обсерватории (КГАО) при Казанском университете гелиометрических и позиционных наблюдений Луны и исследования ее фигуры, вращения (физической либрации) и гравитационного поля, а также других вопросов, близких к ним.
PACS: 96.20.-n
ВВЕДЕНИЕ
Исследования вращения и фигуры Луны по ге-лиометрическим наблюдениям были начаты в КГАО более ста лет назад. С 1908 г. после переноса гелиометра в загородную обсерваторию эти исследования стали проводиться в АОЭ. В предлагаемом обзоре наряду с этими вопросами рассматривается также развитие позиционных наблюдений Луны в АОЭ и в КГАО при Казанском университете с конца XIX до второй половины XX века, включая наблюдения покрытий звезд Луной и наблюдения с поверхности Луны, а также многие друге аспекты селенодезии и динамики Луны.
После недолгого спада в исследованиях Луны она вновь стала объектом пристального внимания ученых. В настоящее время она является объектом исследования во многих космических экспериментах. В программы исследований включаются тонкие эффекты вращательного движения (физической либрации), а также аспекты внутреннего строения. К настоящему времени 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 Clementine (1994) и Lunar Prospector (1998-1999), обработка результатов лазерной локации Луны (ЛЛЛ), реализуемой в течение 35 лет, европейского исску-ственного спутника Луны SMART-1 (Small Missions for Advanced Research in Technology), запущенного в августе 2003 г. Японские космические эксперименты Lunar-A, SELENE, ILOM (In situ Lunar Orientation Measurement), планируемые на 2007-2010 гг., также существенно обогатят нас информацией о Луне.
Лазерная локация Луны позволила существенно улучшить точность измерений положения Лу-
ны. 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. В результате вновь усилился интерес к моделированию эволюции системы Земля-Луна. Исследование динамической истории системы Земля-Луна можно рассматривать как одно из направлений в рассмотрении важнейшей научной проблемы - как сформировалась эта система?
Ответом на поставленные научные и практические вопросы может быть информация от целой флотилии новых и планируемых космических аппаратов к Луне - европейский технический спутник SMART-1 (ESA, 2003+), японская миссия на обратную сторону Луны SELENE (2006), индийский корабль Chandrayaan (2007), китайский челнок CHANG'E (2007), американский разведчик полярного льда LR" (Lunar Reconnaissance Orbiter, NASA, 2008). На повестке дня этих космических миссий также стоит вопрос о выборе наилучшего места для долговременных лунных обитаемых поселений землян по всему спектру жизнеобеспечения и промышленного освоения недр Луны.
Япония запустит в 2006-2007 гг. лунный зонд SELENE, который будет иметь на борту 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 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 ис-
следования с зонда SELENE приблизят нас к пониманию происхождения и эволюции Луны.
Другим источником информации о внутреннем строении Луны является изучение ориентации лунного вращения в пространстве, физической либрации. Японская группа предложила план ILOM -проект по размещению в полярной области оптического телескопа с диаметром объектива 20 см, чтобы наблюдать ориентацию Луны с точностью 1". 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 повышенные требования к описанию сложной динамической и термодинамической модели внутренней структуры Луны. Японские космические эксперименты Lunar-А и SELENE должны существенно обогатить информацию о Луне (Riz-vanov и др., 1999; Баркин и др., 2004).
ГЕЛИОМЕТРИЧЕСКИЕ РЯДЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЛУНЫ
Исследования фигуры и вращения Луны в Казанском государственном университете были начаты сто с лишним лет назад. Историю их выполнения кратко можно изложить следующим образом.
В 1894 г. приват-доцент А.В. Краснов приступил к систематическим наблюдениям на гелиометре Репсольда, переданного КГАО Петербургской академией наук еще в 1874 г. За период 1895-1898 гг. Краснов провел 112 измерений кратера Местинг А и 50 - кратеров Прокл и Аристарх относительно точек края Луны. Эти наблюдения положили начало казанским гелиометри-ческим рядам наблюдений Луны в частности и всесторонним селенодезическим исследованиям в Казани вообще. В связи с переходом в Варшавский университет на пост директора университетской обсерватории Краснов не успел обработать свои наблюдения. Это было выполнено только в 1955 г. А.А.Нефедьевым (1955).
Далее, в 1900-1905 гг., ассистент А.А. Михайловский выполнил 58 измерений кратера Местинг А, составивших второй казанский ряд. Он был обработан в 1907 г. ассистентом Бреславльской обсерватории Volkel (1908) и в 1935 г. Бельковичем (1936). В 1908 г. гелиометр был установлен в загородной Энгельгардтовской обсерватории.
После ухода А.А. Михайловского на другую работу наблюдения Луны на гелиометре продолжил магистрант астрономии Варшавского университета Т.А. Банахевич. В 1910-1915 гг. он выполнил 130 высокоточных измерений кратера Местинг А. Они составили третий казанский ряд, который
Казанские гелиометрические ряды наблюдений кратера Местинг А
№ Наблюдатель Период Кол-во
1 Краснов 1895-1898 112
2 Михайловский 1900-1905 58
3 Банахевич 1910-1915 130
4 Яковкин 1916-1931 251
5 Белькович 1931-1948 247
6 А. Нефедьев I 1938-1945 143
7 А. Нефедьев II 1946-1958 267
был обработан Яковкиным (1928). В 1915 г. Банахевич перешел на работу в Тарту (Дерпт) в астрономическую обсерваторию. Наблюдения Луны продолжил A.A. Яковкин. В 1916 г. он начал четвертый ряд казанских рядов. За 15 лет наблюдений он выполнил 251 измерение кратера Местинг A. A.A. Яковкин - первый казанский астроном, который сам обработал свои гелиометрические наблюдения Луны (Яковкин, 1925; 1934; 1939; 1945).
В течение следующих 17 лет (1931-1948 гг.) гелиометрические наблюдения Луны проводил ученик A.A. Яковкина - И.В. Белькович. Им выполнено 247 измерений кратера Местинг A, результаты обработки которых он опубликовал в 1949 г. (Белькович, 1949). После его безвременной кончины в 1949 г. лунные исследования были продолжены A.A. Нефедьевым. Aктивные наблюдения он начал еще будучи аспирантом. За 38 лет работы астронома-наблюдателя им получены два ряда ге-лиометрических наблюдений Луны, включающих около 400 измерений кратера Местинг A. Таким образом, за период с 1895 по 1958 гг. сотрудники KTAO и A03 получили на гелиометре Репсольда семь рядов гелиометрических измерений положений кратера Местинг A относительно точек лимба Луны. Они приведены в таблице.
Трудами A.A. Яковкина и И.В. Бельковича метод редукции гелиометрических наблюдений Луны был усовершенствован и доведен до современного уровня. В частности, Белькович предложил принципиально новый способ определения параметра f выявивший двойственность решения. По данным Бельковича, параметр f имеет два значения: около 0.62 и 0.71. Первое близко к значению f, полученному позднее по космическим наблюдениям Бельковичем (1948).
Не останавливаясь на подробностях, отметим, что "...Если проф. Д.И. Дубяго своей более чем тридцатилетней деятельностью по организации гелиометрических наблюдений заложил фундамент казанской школы исследователей вращения и фигуры Луны, то заслуга в возведении здания над этим фундаментом принадлежит проф. A.A. Яковкину, далеко продвинувшему теорию обработки гелиометрических наблюдений Луны." (Хабибуллин, 1958).
Заметим, что A.A. Яковкин впервые изложил на русском языке теорию физической либрации Луны (ФЛЛ). Созданная им методика редукции гелиометрических наблюдений во многом превосходила другие методы. Например, метод Нау-манна, опубликованный значительно позже, существенно уступает по точности методу Яковки-на. Наблюдения A.B. Краснова были обработаны A.A. Нефедьевым (1955). Гелиометрические наблюдения, выполненные A.A. Нефедьевым в 1938-1945 гг., обработаны им же (Нефедьев, 1951). Тринадцатилетний ряд (последний казанский ряд), полученный также A.A. Нефедьевым, обработан им же (Нефедьев, 1970).
Большой вклад в методику редукции гелиометрических наблюдений внес Ш.Т. Хабибуллин. B отличие от методов Бесселя-Вихмана и Козие-ла, дающих двойственные решения относительно параметра f его метод, основанный на анализе наибольшей гармоники в разложении ФЛЛ по долготе, обеспечивает однозначное определение параметра f (Хабибуллин, 1955). В 1955-1957 гг. Хабибуллин (1958) этим методом переобработал шесть рядов гелиометрических наблюдений, полученных с 1895 по 1945 г. В отличие от оценок предыдущих авторов, его значения параметров ФЛЛ оказались близкими к результатам, полученным в 1960-1970-е гг. по космическим и лазерны
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.