Траекторные измерения пяти спутников «Лунар Орбитер» также использовались для определения гравитационного поля Луны и распределения масс по ее объему; удачным дополнением к обычным траекторным методам регистрации движения аппарата «Лунар Орбитер-5» явилось его фотографирование на орбите с помощью телескопа.
Оригинальные данные о плотности лунных пород под поверхностью всех пяти кольцеобразных «морей» Луны сообщило Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NACA) на основании изучения полета аппарата «Лунар Орбитер-5» по низкой селеноцентрической орбите.
Оказалось, что в районе лунных морей – Дождей, Ясности, Кризисов, Нектара, Влажности и других – скорость движения спутника возрастала; аналогичное явление было отмечено при полете «Лунар Орбитер-5» над центром видимого диска Луны – между Центральным и Восточным заливами (возможно, что эта область ранее была «морем» округлой формы).
Изучение полученных материалов позволяет утверждать, что под поверхностью лунных «морей», на глубине примерно 50 километров, расположены породы с большой плотностью. Очевидно в процессе образования «морей» Луны при извержении лавы формировались породы повышенной плотности, что, возможно, объясняется (как и кольцеобразная форма «морей») падением на Луну небесных тел типа астероидов.
Районы Луны с местным увеличением гравитационного воздействия названы «масконами» (концентрация массы).
Анализ движения различных аппаратов «Лунар Орбитер», пролетавших над одинаковыми областями Луны на различных высотах, дает следующие физические характеристики масконов: глубина залегания возмущающих масс под лунной поверхностью – от 25 до 125 километров; протяженность масконов – от 50 до 200 километров; маскон в Море Дождей имеет массу, равную 20-10-6 от массы Луны. Районы концентрации масс на Луне (по данным американских ученых Мюллера и Съергена, открывших масконы) приведены в следующей таблице.
Рассмотрение материалов, полученных по результатам полета всех лунных спутников, дает возможность прийти к выводу о том, что вещество Луны более однородно по плотности, чем это предполагалось ранее. Плотность глубинных слоев Луны оказалась почти постоянной вдоль радиуса, т. е. мало увеличивающейся с приближением к центру Луны, в отличие от Земли, имеющей весь. ма плотное центральное ядро по сравнению с вышележащими оболочками. Отношение плотности центрального ядра к средней плотности наружных пород составляет для Земли около 5, а для Луны, по-видимому, – не превосходит 2.
Исследование Луны посредством анализа движения ее спутников позволило получить многие количественные гравитационные характеристики; однако их уточнение должно быть проведено с использованием специально оборудованных лунных спутников.
Лазерная локация Луны явилась новым эффективным методом изучения ряда глобальных параметров Луны и Земли, позволяющим произвести их уточнение в десятки раз. Ее применение позволило решить следующие задачи: измерение расстояния Земля – Луна с погрешностью менее 1 метра; уточнение движения Луны в пространстве и вокруг ее оси, ее физическую либрацию; проверку гипотезы о дрейфе земных континентов и о медленном уменьшении силы тяготения (расстояние до Луны при этом увеличивается); уточнение прогноза землетрясений по наблюдениям колебаний Земли относительно ее оси вращения.
Впервые эксперименты лазерной локации лунной поверхности (с длительностью импульса порядка одной тысячной секунды) были проведены американскими и советскими учеными в 1962 и 1963 годах; удалось замерить расстояние Земля – Луна с ошибкой до 150 километров.
Усовершенствованное лазерное устройство (с длительностью импульса около одной стомиллионной секунды) позволило измерить расстояние до дна лунного кратера Фламмарион уже с точностью в несколько сотен метров.
Ошибку измерений можно было снизить еще пример. но в 100 раз размещением на Луне специального отражателя, определенным образом ориентированного на Землю.
Такого рода измерения стали возможными с доставкой на Луну кораблем «Аполлон-11» и станцией «Луна-17» светоотражателей, служащих точечными мишенями.