Trọng lực Mặt Trăng

Dị thường trọng lực xuyên tâm ở bề mặt Mặt Trăng trong Gal (gia tốc)

Gia tốc trọng trường trên bề mặt Mặt Trăng là khoảng 1,625 m/s² khoảng 16,6% so với trên bề mặt của Trái Đất hoặc 0,166 ɡ.^[1] Trên toàn bộ bề mặt, sự thay đổi của gia tốc trọng trường là khoảng 0,0253 m/s² (1,6% gia tốc trọng trường). Do trọng lượng phụ thuộc trực tiếp vào gia tốc trọng trường, nên những thứ trên Mặt Trăng sẽ chỉ nặng 16,6% (≈ 1/6) so với trọng lượng của chúng trên Trái Đất.

Trường hấp dẫn

Trường hấp dẫn của Mặt Trăng đã được đo bằng cách theo dõi các tín hiệu vô tuyến phát ra từ tàu vũ trụ quay quanh. Nguyên lý được sử dụng phụ thuộc vào hiệu ứng Doppler, theo đó gia tốc của tàu vũ trụ tầm nhìn có thể được đo bằng các dịch chuyển nhỏ về tần số của tín hiệu vô tuyến và đo khoảng cách từ tàu vũ trụ đến trạm trên Trái Đất. Do trường hấp dẫn của Mặt trăng ảnh hưởng đến quỹ đạo của tàu vũ trụ, người ta có thể sử dụng những dữ liệu theo dõi này để phát hiện dị thường trọng lực. Tuy nhiên, do vòng quay đồng bộ của Mặt Trăng, không thể theo dõi tàu vũ trụ từ Trái Đất vượt xa các rìa của Mặt Trăng, cho nên đến khi nhiệm vụ của Phòng thí nghiệm Phục hồi và Nội thất (GRAIL) gần đây, trường trọng lực phía xa vẫn chưa được biết chính xác.

Gia tốc trọng trường ở bề mặt Mặt Trăng tính bằng m/s. Gần bên trái, xa bên phải. Bản đồ từ Lunar Gravity Model 2011Lưu trữ 2013-01-14 tại Wayback Machine.

Một đặc điểm chính của trường hấp dẫn của Mặt Trăng là sự hiện diện của mascons, đó là những dị thường trọng lực dương lớn liên quan đến một số hố va chạm khổng lồ. Những dị thường này ảnh hưởng đáng kể đến quỹ đạo của tàu vũ trụ quanh Mặt trăng và một mô hình hấp dẫn chính xác là cần thiết trong kế hoạch của cả hai nhiệm vụ có người lái và không người lái. Chúng ban đầu được phát hiện bằng cách phân tích dữ liệu theo dõi Lunar Orbiter:^[2] các thử nghiệm điều hướng trước chương trình Apollo cho thấy lỗi định vị lớn hơn nhiều so với thông số kỹ thuật của nhiệm vụ.

Nhiệm vụ sử dụng cho trọng lực Mặt Trăng  

Nhiệm vụ	ID	Số	Nguồn gốc	Năm
Lunar Orbiter 1	LO1	1	Mỹ	1966
Lunar Orbiter 2	LO2	1	Mỹ	1966–1967
Lunar Orbiter 3	LO3	1	Mỹ	1967
Lunar Orbiter 4	LO4	1	Mỹ	1967
Lunar Orbiter 5	LO5	1	Mỹ	1967–1968
Vệ tinh phụ Apollo 15	A15	1	Mỹ	1971–1972
Vệ tinh phụ Apollo 16	A16	1	Mỹ	1972
Clementine	Cl	1	Mỹ	1994
Lunar Prospector	LP	1	Mỹ	1998–1999
Kaguya/SELENE	K/S	3	Nhật Bản	2007–2009
Chang’e 1	Ch1	1	Trung Quốc	2007–2009
GRAIL	G	2	Mỹ	2012
Chang’e 5T1	Ch1T1	1	Trung Quốc	2015–2018

Trường hấp dẫn Mặt Trăng

Định danh	Độ	ID nhiệm vụ	Trích dẫn
LP165P	165	LO A15 A16 Cl LP	[3]
GLGM3	150	LO A15 A16 Cl LP	[4]
CEGM01	50	Ch 1	[5]
SGM100h	100	LO A15 A16 Cl LP K/S	[6]
SGM150J	150	LO A15 A16 Cl LP K/S	[7]
CEGM02	100	LO A15 A16 Cl LP K/S Ch1	[8]
GL0420A	420	G	[9]
GL0660B	660	G	[10]
GRGM660PRIM	660	G	[11]
GL0900D	900	G	[12]
GRGM900C	900	G	[13]
GRGM1200A	1200	G	[14]
CEGM03	100	LO A15 A16 Cl LP Ch1 K/S Ch5T1	[15]

Mascons là một phần do sự hiện diện của dày đặc dòng chảy dung nham bazan ở vùng tối phẳng rộng chảy vào một số các lưu vực ảnh hưởng.^[16] Tuy nhiên, dòng dung nham tự chúng không thể giải thích đầy đủ các biến thể hấp dẫn và cũng cần phải nâng cấp giao diện lớp vỏ - lớp phủ. Dựa trên các mô hình hấp dẫn của Lunar Prospector, người ta đã gợi ý rằng một số mascons tồn tại không cho thấy bằng chứng về núi lửa bazan ở vùng tối phẳng rộng.^[17] Sự mở rộng khổng lồ của núi lửa bazan ở vùng tối phẳng rộng liên quan đến Oceanus Procellarum không gây ra sự bất thường về trọng lực dương. Trọng tâm của Mặt Trăng không trùng khớp chính xác với tâm hình học của nó, nhưng bị dịch chuyển về phía Trái Đất khoảng 2 km.^[18]

Hệ số trọng lực

Hệ số hấp dẫn Mặt Trăng

nm	Jn	Cnm	Snm
20	203,3×10^−6	—	—
21	—	0	0
22	—	22,4×10^−6	0
30	8,46×10^−6	—	—
31	—	28,48×10^−6	5,89×10^−6
32	—	4,84×10^−6	1,67×10^−6
33	—	1,71×10^−6	-0,25×10^−6

Xem thêm

• Cổng thông tin Hệ Mặt Trời

• Từ trường của Mặt Trăng
• Môi trường vi trọng lực

Tham khảo

1. C. Hirt; W. E. Featherstone (2012). “A 1.5 km-resolution gravity field model of the Moon”. Earth and Planetary Science Letters. 329–330: 22–30. Bibcode:2012E&PSL.329...22H. doi:10.1016/j.epsl.2012.02.012. Truy cập ngày 21 tháng 8 năm 2012.
2. P. Muller; W. Sjogren (1968). “Mascons: Lunar mass concentrations”. Science. 161 (3842): 680–84. Bibcode:1968Sci...161..680M. doi:10.1126/science.161.3842.680. PMID 17801458.
3. A. Konopliv; S. Asmar; E. Carranza; W. Sjogren; D. Yuan (2001). “Recent gravity models as a result of the Lunar Prospector mission”. Icarus. 50 (1): 1–18. Bibcode:2001Icar..150....1K. CiteSeerX 10.1.1.18.1930. doi:10.1006/icar.2000.6573.
4. Mazarico, E.; Lemoine, F. G.; Han, Shin-Chan; Smith, D. E. (2010). “GLGM-3: A degree-150 lunar gravity model from the historical tracking data of NASA Moon orbiters”. Journal of Geophysical Research (bằng tiếng Anh). 115 (E5): E05001, 1–14. Bibcode:2010JGRE..115.5001M. doi:10.1029/2009JE003472. ISSN 0148-0227.
5. Jianguo, Yan; Jinsong, Ping; Fei, Li; Jianfeng, Cao; Qian, Huang; Lihe, Fung (2010). “Chang'E-1 precision orbit determination and lunar gravity field solution”. Advances in Space Research (bằng tiếng Anh). 46 (1): 50–57. Bibcode:2010AdSpR..46...50J. doi:10.1016/j.asr.2010.03.002.
6. Matsumoto, K.; Goossens, S.; Ishihara, Y.; Liu, Q.; Kikuchi, F.; Iwata, T.; Namiki, N.; Noda, H.; Hanada, H.; và đồng nghiệp (2010). “An improved lunar gravity field model from SELENE and historical tracking data: Revealing the farside gravity features”. Journal of Geophysical Research (bằng tiếng Anh). 115 (E6): E06007, 1–20. Bibcode:2010JGRE..115.6007M. doi:10.1029/2009JE003499. ISSN 0148-0227.
7. Mazarico, E.; Lemoine, F. G.; Han, Shin-Chan; Smith, D. E. (2010). “GLGM-3: A degree-150 lunar gravity model from the historical tracking data of NASA Moon orbiters”. Journal of Geophysical Research (bằng tiếng Anh). 115 (E5): E05001, 1–14. Bibcode:2010JGRE..115.5001M. doi:10.1029/2009JE003472. ISSN 0148-0227.
8. Yan, Jianguo; Goossens, Sander; Matsumoto, Koji; Ping, Jinsong; Harada, Yuji; Iwata, Takahiro; Namiki, Noriyuki; Li, Fei; Tang, Geshi; và đồng nghiệp (2012). “CEGM02: An improved lunar gravity model using Chang'E-1 orbital tracking data”. Planetary and Space Science (bằng tiếng Anh). 62 (1): 1–9. Bibcode:2012P&SS...62....1Y. doi:10.1016/j.pss.2011.11.010.
9. Zuber, M. T.; Smith, D. E.; Neumann, G. A.; Goossens, S.; Andrews-Hanna, J. C.; Head, J. W.; Kiefer, W. S.; Asmar, S. W.; Konopliv, A. S.; và đồng nghiệp (2016). “Gravity field of the Orientale basin from the Gravity Recovery and Interior Laboratory Mission”. Science (bằng tiếng Anh). 354 (6311): 438–441. Bibcode:2016Sci...354..438Z. doi:10.1126/science.aag0519. ISSN 0036-8075. PMC 7462089. PMID 27789835.
10. Konopliv, Alex S.; Park, Ryan S.; Yuan, Dah-Ning; Asmar, Sami W.; Watkins, Michael M.; Williams, James G.; Fahnestock, Eugene; Kruizinga, Gerhard; Paik, Meegyeong; và đồng nghiệp (2013). “The JPL lunar gravity field to spherical harmonic degree 660 from the GRAIL Primary Mission”. Journal of Geophysical Research: Planets (bằng tiếng Anh). 118 (7): 1415–1434. Bibcode:2013JGRE..118.1415K. doi:10.1002/jgre.20097. hdl:1721.1/85858.
11. Lemoine, Frank G.; Goossens, Sander; Sabaka, Terence J.; Nicholas, Joseph B.; Mazarico, Erwan; Rowlands, David D.; Loomis, Bryant D.; Chinn, Douglas S.; Caprette, Douglas S.; Neumann, Gregory A.; Smith, David E. (2013). “High‒degree gravity models from GRAIL primary mission data”. Journal of Geophysical Research: Planets (bằng tiếng Anh). 118 (8): 1676–1698. Bibcode:2013JGRE..118.1676L. doi:10.1002/jgre.20118. ISSN 2169-9097.
12. Konopliv, Alex S.; Park, Ryan S.; Yuan, Dah-Ning; Asmar, Sami W.; Watkins, Michael M.; Williams, James G.; Fahnestock, Eugene; Kruizinga, Gerhard; Paik, Meegyeong; Strekalov, Dmitry; Harvey, Nate (2014). “High-resolution lunar gravity fields from the GRAIL Primary and Extended Missions”. Geophysical Research Letters (bằng tiếng Anh). 41 (5): 1452–1458. Bibcode:2014GeoRL..41.1452K. doi:10.1002/2013GL059066.
13. Lemoine, Frank G.; Goossens, Sander; Sabaka, Terence J.; Nicholas, Joseph B.; Mazarico, Erwan; Rowlands, David D.; Loomis, Bryant D.; Chinn, Douglas S.; Neumann, Gregory A.; Smith, David E.; Zuber, Maria T. (2014). “GRGM900C: A degree 900 lunar gravity model from GRAIL primary and extended mission data”. Geophysical Research Letters (bằng tiếng Anh). 41 (10): 3382–3389. Bibcode:2014GeoRL..41.3382L. doi:10.1002/2014GL060027. ISSN 0094-8276. PMC 4459205. PMID 26074638.
14. Goossens, Sander; et, al. (2016). “A global degree and order 1200 model of the lunar gravity field using GRAIL mission data” (PDF).
15. Yan, Jianguo; Liu, Shanhong; Xiao, Chi; Ye, Mao; Cao, Jianfeng; Harada, Yuji; Li, Fei; Li, Xie; Barriot, Jean-Pierre (2020). “A degree-100 lunar gravity model from the Chang'e 5T1 mission”. Astronomy & Astrophysics. 636: A45, 1–11. Bibcode:2020A&A...636A..45Y. doi:10.1051/0004-6361/201936802. ISSN 0004-6361.
16. Richard A. Kerr (ngày 12 tháng 4 năm 2013). “The Mystery of Our Moon's Gravitational Bumps Solved?”. Science. 340 (6129): 138–39. doi:10.1126/science.340.6129.138-a. PMID 23580504.
17. A. Konopliv; S. Asmar; E. Carranza; W. Sjogren; D. Yuan (2001). “Recent gravity models as a result of the Lunar Prospector mission”. Icarus. 50 (1): 1–18. Bibcode:2001Icar..150....1K. CiteSeerX 10.1.1.18.1930. doi:10.1006/icar.2000.6573.
18. Nine Planets