Геофизические карты. Пояснительный текст.
В астрономии, геофизике, геодезии используют модели гравитационных потенциалов, представляемые в виде аналитических функций координат. Их определяют по эволюциям орбит искусственных спутников небесных тел и по другим измеряемым гравитационным эффектам.Наглядное представление о поле силы тяжести небесного тела дает изображение поверхности, всюду ортогональной силе тяжести. На такой поверхности (уровенной) потенциал силы тяжести постоянен. На Земле уровенная поверхность, совпадающая со средней многолетней поверхностью морей и океанов, принята за основную и называется геоидом. На других небесных телах ни одна из уровенных поверхностей не обладает какими-либо преимуществами перед другими. Для выбора основной, называемой также геоидом, приходится задавать на ней величину потенциала или точку на поверхности тела, через которую должен проходить геоид. В зависимости от величины потенциала геоид может полностью или частично проходить над твердой поверхностью небесного тела. Для изображения поверхности геоида на картах используют высоты его над геометрически правильной отсчетной поверхностью — эллипсоидом или сферой. Эти высоты всегда невелики по сравнению с радиусами небесных тел.
Если пренебречь отступлениями геоида от отсчетной поверхности и рассматривать последнюю как уровенную для нового потенциала, называемого нормальным, то отличия реального потенциала от нормального будут также невелики. Таким образом, карта высот геоида характеризует не только сам потенциал силы тяжести, но и разность реального и нормального потенциалов силы тяжести, а вместе с тем и разность гравитационных потенциалов, ибо эффект вращения небесного тела в разности исключается.
Другой характеристикой гравитационного поля небесного тела служит аномалия силы тяжести. Она равна разности реальной силы тяжести g и силы тяжести у, вычисленной по нормальному потенциалу. Влияние центробежной силы в аномалиях также исключается. На поверхности Земли реальную силу тяжести измеряют, а нормальную приближенно вычисляют, используя модель поверхности. Поэтому g и у на Земле относятся к разным точкам пространства. На других небесных телах g и у вычисляются, и их можно рассматривать относящимися к одной и той же точке.
Карты высот геоидов и аномалий силы тяжести позволяют изучать гравитационное поле на некотором удалении от небесного тела, а также судить о распределении масс в его недрах.
Потенциал и сила тяжести имеют размерность м2-с— и м-с— соответственно. На Земле сила тяжести равна ~9,81 м-с~2 или 981 Гал. Аномалии силы тяжести принято выражать из-за малости более мелкими единицами — миллигадами (1 мГал=10— м-с~2).
Современные представления о глобальном гравитационном поле Земли основаны на сочетании результатов анализа движения ИСЗ и имеющейся гравиметрической съемки на суше и на океанах. Гравитационные поля других небесных тел изучены по возмущениям орбит их искусственных спутников. Число искусственных спутников планет относительно невелико, их высоты над поверхностью составляли несколько сотен и даже тысяч километров и потому гравитационные поля небесных тел изучены с гораздо меньшей детальностью, чем земное.
Карта высот геоида Земли построена в системе франко-западногерманской модели геопотенциала GRIM3-LI, 1985 г., с разложением до 36 степени. В основе модели — оптические наблюдения 21 шСЗ с разной высотой и наклонением орбиты (общая длительность наблюдений 1 500 суток), высокоточные наблюдения шСЗ «Лагеос» в течение 16 месяцев на 20 станциях в .разных районах земного шара, средние аномалии силы тяжести для участков площадью 1°Х1° для 98% поверхности Земли. Средние аномалии для значительных территорий океана определены по данным спутниковой альтиметрии" с шСЗ «Сисат», а для ряда неизученных районов, не имеющих гравиметрической съемки, получены интерполированием. На карте показаны высоты геоида над эллипсоидом с экваториальной полуосью 6 378 140 м и сжатием 1:298,257. Геоид Земли на океанах почти в точности совпадает с невозмущенной поверхностью воды.
Карта высот геоида Венеры построена по доплеровским наблюдениям искусственного спутника «Пионер-Венера 1» (в общей сложности 140 тыс. измерений, охватывающих пояс широт от —65° до +70°); высоты спутника составляли 200—300 км. Высоты геоида определены относительно сферы высотой 300 км над поверхностью планеты.
Карта аномалий силы тяжести на Венере дана для модели гравитационного потенциала в виде ряда шаровых функций до 10 степени включительно. Модель основана на 40 тыс. доплеровских наблюдений искусственного спутника «Пионер-Венера 1» в 1981 —1982 гг. Аномалии получены как радиальные производные аномального гравитационного потенциала на сфере радиуса 6052 км.
Гравиметрические карты Луны построены по обобщенной модели, разработанной в ГАИШ (1983 г.). Модель создана на основе совместной обработки пяти почти независимых источников: Модель (JPL, 1977 г.) по доплеровским наблюдениям «Лунар Орбитер 5» и КК «Аполлон 15, 16»; Модель (шПМ АН СССР, 1983 г.) по доплеровским наблюдениям шСЛ «Луна 10» и «Луна 24»; Модель (JPL, 1980 г.) по данным лазерной локации Луны и доплеровским наблюдениям «Лунар Орбитер 4»; точечная модель (МИИГАиК, 1975 г.) на видимую сторону Луны, построенная на основе доплеровских наблюдений «Лунар Орбитер 1—5» и КК «Аполлон 8, 12»; значения лучевых ускорений по четырем низким профилям командных модулей «Аполлон 14, 15, 16, 17» (JPL, 1980 г.). Высоты геоида Луны определены относительно сферы радиуса 1 738 км.
Аномалии силы тяжести на поверхности Луны получены как разности радиальных составляющих притяжения в системе обобщенной модели ГАшШ и притяжения сферической Луны радиуса 1738 км. Аномалии вычислены на сглаженной физической поверхности, высоты которой над отсчетной сферой заданы разложением рельефа по сферическим функциям до 8 степени.
Высоты геоида Марса определены по модели гравитационного потенциала в виде разложения в ряд шаровых функций до 18 степени. Модель создана Международным гравиметрическим бюро Международной ассоциации геодезии в результате обработки доплеровских наблюдений искусственных спутников Марса «Маринер 9» (1971 —1972) и «Викинг 1, 2» (1976—1979 гг.). Высоты геоида отсчитаны от поверхности эллипсоида с большой полуосью 3394 км и сжатием 1:191,137.
Для карты аномалий силы тяжести на Марсе использована модель аномального гравитационного поля Марса в виде 92 точечных масс, Построенная по наблюдениям искусственного спутника «Маринер 9». Аномалия силы тяжести равна радиальной составляющей суммарного тяжения этих масс.
Гравиметрические карты Фобоса построены в ГАИШ по расчетам характеристик гравитационного поля однородного тела известной формы, плотности (2,0 г-м-) и угловой скорости вращения (22,7910-10 рад-с). Значение радиусов-векторов физической поверхности Фобоса получены по данным космического аппарата «Маринер 7» и искусственных спутников Марса «Маринер 9», «Викинг' 1, 2».
Для построения геоида Фобоса рассчитывались величины радиусов-векторов уровенной поверхности, на которой потенциал силы тяжести равен среднему значению потенциала (69 м2 • с-2) на сфере радиуса 11 км. На карте высоты даны относительно трехосного эллипсоида с полуосями 9,6; 10,7 и 13,5 км, на другой карте геоид показан с учетом приливной силы Марса; последняя не зависит от времени из-за синхронного вращения Фобоса. Отсчетная поверхность — тот же эллипсоид.
На первой карте аномалий силы тяжести Фобоса аномалии получены как разность значений силы тяжести на внешней относительно Фобоса сфере радиуса 14,0 км и среднего значения силы тяжести на этой сфере, равного 322 мГал. На другой карте аномалии силы тяжести рассчитаны с учетом приливной силы Марса.
Карты сейсмической активности отражают силу, глубину и территориальное распределение земле- и лунотрясений.
Область возникновения подземного удара в толще земной коры или верхней мантии называется очагом землетрясения, а проекция его центральной точки на земную поверхность — эпицентром. шз-за постоянных активных процессов, протекающих в недрах Земли, сила землетрясений и положение самих эпицентров часто меняется. Поэтому на карте Земли выделены только зоны эпицентров, т. е. наиболее опасные в сейсмическом отношении районы. Зоны, которые выражаются в масштабе карты, показаны штриховкой, а не выражающиеся в масштабе карты — утолщенными линиями.
Карта сейсмической активности Луны отображает имеющиеся данные о сейсмичности недр Луны и дает представление о расположении эпицентров приливных и тектонических лунотрясений, об их силе и количестве. На карте показаны эпицентры лунотрясений, наблюдавшихся в течение 8 лет. Приливные лунотрясения подразделяют по числу толчков и по глубине очага, тектонические — по магнитуде и по глубине очага. Кроме того, по каждой из этих характеристик они разделены на четыре группы. Различие по числу толчков или по магнитуде переданы разными размерами условных знаков, а глубина показана изменениями площади заливки внутри условных знаков. На карте также выделены пояса сейсмической активности.