Глобальные изменения силы тяжести (область проявления более 104 км) мо­

гут быть вызваны смещениями эксцентричного земного ядра относительно ман­

тии [30], перемещениями масс в мантии (конвекция в мантии) и литосфере (дви­

жение тектонических плит), а также повышением уровня Мирового океана. Реги­

ональные изменения (102 - 104 км) происходят одновременно с послеледнико­

выми процессами изостатической компенсации, тектоническими процессами (го­

рообразование) и накоплением осадочных пород. Глобальные и региональные из­

менения носят вековой или очень длительный характер на интервалах 103 - 108

лет; вместе с тем нельзя исключить долгопериодические компоненты. Локальные

изменения (10° - 102 км) связаны в основном с сейсмотектоническими процесса­

ми, а также с явлениями до и после землетрясений, с вулканическими процесса­

ми, с движениями в зонах разломов земной коры и грабенов. Землетрясения и

вулканическая активность влекут резкие мгновенные и короткопериодические из­

менения силы тяжести, для асейсмических движений характерны временные ин­

тервалы 10° - 102 лет. Изменения уровня грунтовых вод и другие гидрологиче­

ские цроцессы, как и вариации атмосферного давления, приводят к нерегулярным

периодическим изменениям силы тяжести в течение 10- 2 - 10° лет. И наконец,

отметим смещения масс и связанные с ними изменения силы тяжести в результа­

те человеческой деятельности (откачка воды, нефти, газа, горные разработки, со­

здание крупных инженерных сооружений) в течение 10° - 102 лет.

3.5.Гравитационные поля Луны и планет

Крупномасштабные структуры внешних гравитационных полей Луны и ближай­ ших к Земле планет были изучены на основе анализа орбит далеких космических

аппаратов, а также спутников Луны и планет. Для внешних планет Солнечной

системы эти данные были дополнены наземными астрономическими наблюдени­

ями (оптическими и радиотехническими методами). Измерения силы тяжести бы­

ли выполнены и на самой поверхности Луны. Современное состояние исследова­

ний гравитационных полей Луны и планет описано в работе [46], гравитацион­ ные поля Луны и планет земной группы рассмотрены в [532], а также в работе [331]. Обширная монография о гравитационном поле Луны написана Сагитовым и др. [583]. В рамках будущих исследовательских программ обсуждается примене­

ние орбитальных гравитационных градиентометров (разд. 8.3.3).

3.5.1. Гравитационное поле Луны

получим для модели Луны, состоящей из сферических слоев (средний радиус

1737,53 км), среднюю величину силы тяжести на поверхности:

78 Глава 3

Гравитационные поля видимой и невидимой сторон Луны имеют много общего и ха­

рактеризуются среднеквадратическим изменением ± 500 мкм · с - 2 (рис. 3.18). На видимой

стороне в областях круговых морей обнаруживаются положительные аномалии силы тя­

жести до 3000 мкм · с- 2 (масконы - концентрации масс). Спектр поля (степенные диспер­

сии аномалий) отличается от монотонно убывающего спектра вблизи 1 = 5 (различия ре­ льефа морей и плоскогорий) и вблизи 1 = 10 (масконы). Сравнение аномального поля с рельефом указывает на существование изостатической компенсации, которая, однако, про­ является слабее, чем на Земле [532]. Решение обратной задачи гравиметрии с учетом сейс­ мических исследований позволило создать модели коры и мантии [94].

Для лунных приливов (модель твердой Луны), вызванных притяжением Земли, имеем

Максимальная величина приливного изменения силы тяжести составляет примерно

лишь в малой степени чувствительны к внутреннему строению Луны [451].

3.5.2.Гравитационные поля планет

Внутренние планеты Солнечной системы (Меркурий, Венера и Марс) нееледова­

лись в ходе следующих космических программ: космические зонды «Маринер»

(США, программа начата в 1962 г.), в их числе спутник Марса КА «Маринер-9» (1971172 г.) и зонд «Маринер-10» (первое исследование Меркурия, 1975 г.), КА

«Венера» (с 1961 г.) и КА «Марс» (СССР, с 1962 г.), КА «Викинг-1, -2» (США,

с 1975 г.) с искусственными спутниками Марса и спускаемым аппаратом, спутник «Пионер-Венера Орбитер» (США, 1978 г., начавший систематические исследова­

ния Венеры). Исследование внешних планет было целью дальних космических ап­

паратов «Пионер-10, -11» (США, Юпитер 1973174 г., Сатурн 1979 г.), а также

«Вояджер-1, -2» (США, Юпитер 1979 г., Сатурн 1980 г., Уран 1986 г., Нептун

1989 г.). Таблица 3.7 содержит некоторые геометрические и физические парамет­

ры планет, а также средние значения силы тяжести и плотности.

Гравитационные поля Марса и Венеры изучены и проанализированы особенно

хорошо [532]. Для Марса по результатам доплеровского слежения за его искус­

ственными спутниками было получено разложение потенциала по шаровым функциям до /, т= 18 (разрешение 600 км), однако коэффициенты, начиная с

± 1000 м (ошибка ±5 - 10 м), его кр)l!Iномасштабные особенности коррелируют

с рельефом. Для Венеры имеется гармоническое разложение до /, т = 18 (разре­

шение 1100 км) [47]. Региональные исследования обеспечивают разрешение в 2501000 км [643]. Для длинноволновой части спектра -аномалий в свободном

воздухе характерна положительная корреляция с рельефом, причем поле относи­

тельно гладкое (среднеквадратическое значение аномалий ± 300 мкм ·с- 2 ). Для

внешних планет гармоничес~ие коэффициенты определены до 1 = 6 (Юпитер, Са­

тури) и 1 = 4 (Уран).

Спектры поля силы тяжести Земли, Луны, Марса и Венеры сходным образом затуха­ ют с увеличением их степени; отклонения можно объяснить нестохастичностью характери­ стик поля. Для Марса быС1'1Jое убывание спектра вызвано доминирующим влиянием пла­

то Тарсис (/ = 2 - 3), где на высоте 8 - 10 км аномалии составляют 3000 мкм · с- 2

(диаметр плато 4 тыс. км). На Венере аномальное поле обусловлено длинноволновыми топографическими структурами. Геофизическое применение данных о гравитационных по­

лях планет обобщено в работе [450].