1, 2, 3 – первый, второй и третий радиационные пояса; 4 – внешние области магнитосферы; 5 – геомагнитный экватор
Указанное влияние нашей планеты на окружающее космическое пространство определяется взаимодействием земного магнитного поля, потоком заряженных частиц от Солнца и межпланетным магнитным полем солнечного происхождения.
Это взаимодействие приводит, во-первых, к образованию радиационных поясов Земли, простирающихся на высоту примерно десяти земных радиусов (рис. 26), и, во-вторых, к своеобразному отличию околоземного космического пространства от межпланетного. По современным представлениям, область заметного влияния Земли на параметры космического пространства распространяется в направлении к Солнцу на 12 – 15 земных радиусов, в перпендикулярном направлении – на 20 – 25 земных радиусов и на расстояния, превышающие радиус лунной орбиты, в ночную сторону (от Солнца).
Первые принципиально новые результаты о наиболее важных параметрах космического околоземного, межпланетного и окололунного пространства были получены в 1959 году с помощью научных автоматических станций «Луна-1», «Луна-2» и «Луна-3». Позже для изучения Луны были запущены аппараты типов «Зонд», «Сервейер», «Лунар Орбитер» и другие, продолжались также запуски автоматических станций типа «Луна».
К настоящему времени уже несколько десятков космических аппаратов исследовали поверхность Луны и окружающее ее пространство. В частности, установлено, что у Луны практически отсутствует атмосфера: ее плотность уступает плотности земной атмосферы, по крайней мере, в тысячу миллиардов раз.
На автоматических станциях, запускавшихся в район Луны, были установлены: магнитометры для измерения магнитного поля; датчики для подсчета микрометеоритов, встречаемых при полете; ловушки заряженных частиц для регистрации частиц малых энергий; счетчики космических лучей, замеряющие потоки и энергии частиц высоких энергий, и другая научная аппаратура.
О МАГНИТНОМ ПОЛЕ ЛУНЫ
Измерение магнитных полей непосредственно в космическом пространстве несколько осложняется тем, что различные бортовые устройства автоматической станции (реле, токонесущие провода и пр.) имеют собственное магнитное поле. В связи с этим для уменьшения помех от самого космического аппарата магнитометры выносятся на специальных штангах на некоторое удаление от основной конструкции (около двух метров).
На автоматической станции «Луна-2», впервые достигшей поверхности Луны, был установлен трехкомпонентный магнитометр с диапазоном измерения по каждой (взаимно перпендикулярной) компоненте до 700 гамм и минимальной чувствительностью в условиях полета около 30 гамм (1 гамма = 10-5 эрстед).
Такой сравнительно большой диапазон прибора был выбран как для измерений во внешней магнитосфере Земли, так и для обнаружения магнитного поля Луны, если оно окажется достаточно существенным.
Измерения, проведенные аппаратурой станции «Луна-2» в окрестностях нашего природного спутника вплоть до расстояния в 5 километров от его поверхности, показали, что Луна не имеет заметного магнитного поля; ее эффективный магнитный момент не превышает одной десятитысячной магнитного момента Земли. Однако вопрос о наличии собственного (хотя бы и слабого) магнитного поля Луны или магнитного подо в непосредственной близости от нее, обусловленного межпланетным магнитным полем или влиянием внешних областей магнитосферы Земли в области лунной орбиты, – оставался открытым.
Протяженность магнитосферы Земли на ночной стороне вплоть до орбиты Луны и далее предполагалась многими исследователями. Измерения, выполненные спутником «Эксплорер-10», позволили проследить наличие земного магнитного поля на расстояниях до 150 тысяч километров, т. е. превышающих почти в 25 раз радиус нашей планеты (напомним, что расстояние до Луны равно примерно 60 радиусам Земли). Наличие магнитосферы Земли на расстояниях до 32 земных радиусов в сторону от Солнца было зафиксировано космическим аппаратом «Эксплорер-18», оснащенным магнитометром и датчиками радиации.
Научная станция «Луна-10» была оборудована датчиками рентгеновского излучения и счетчиками частиц, что также позволяло обнаружить простирание хвоста магнитосферы Земли на ночной стороне (в случае его наличия) в районе орбиты Луны. Физической основой такого обнаружения является эффект взаимодействия солнечного ветра и земного магнитного поля, выражающийся в преобразовании кинетической энергии солнечного ветра в энергию разогрева частиц до величины в несколько десятков килоэлектронвольт.