Луна

Земля — единственная планета внутренней Солнечной системы, имеющая большую луну. Масса Земли в 81 раз больше массы Луны, а радиус — почти в четыре раза больше лунного. Пара Земля — Луна удерживается вместе силой тяготения. На лунной поверхности сила тяготения в шесть раз меньше, чем на Земле, поскольку Луна имеет значительно меньшую массу. Сила тяготения настолько слаба, что весь воздух и вся вода, которые были на Луне, улетучились в космос.

Луна постоянно обращена к Земле одной и той же своей стороной. Правда, она немного колеблется, поэтому с Земли иногда можно видеть дополнительные участки поверхности Луны; в результате наблюдают почти три пятых лунного глобуса. Слабые колебания в движении Луны, которые называются либрацией, позволяют нам видеть в течение месяца немного больше половины Луны. Фотографии, сделанные с космического корабля, летавшего по орбите вокруг Луны, показали, что обратная сторона Луны в основном покрыта горами.

Это изображение Луны скомпоновано из двух фотографий, каждая из которых была сделана, когда с Земли была видна лишь половина лунного диска. На ней видны многочисленные детали, поскольку Солнце освещало кратеры и горы под некоторым углом, образуя длинные тени. На фотографии, сделанной в полнолуние, всегда значительно меньше теней, подчеркивающих детали лунной поверхности.

Рассмотрение на Луну

Чтобы начать наблюдать Луну, не нужны никакие инструменты. Постарайся смотреть па Луну около месяца и отмечай изменение се фаз. В течение нескольких дней около новолуния ты, вероятно, вообще не сможешь увидеть Луну. Нетрудно заметить, что Луна всегда обращена к Земле одной и той же стороной и что на ней имеются светлые участки, горы, а также более темные области.

Участок лунной поверхности, сфотографированный с Земли. Солнце стоит очень низко в лунном небе, и резкий контраст между светом и тенью подчеркивает форму кратеров.

Воспользовавшись биноклем при наблюдении Луны, ты сможешь увидеть очень многое. Ты сразу же заметишь темные, почти плоские участки, которые называются «морями» (по-латыни maria) — так их назвал Галилей, находивший в них сходство с земными морями. Моря представляют собой огромные равнины, покрытые лавой, вытекшей из недр Луны давным-давно. Ты увидишь также несколько больших кратеров, образовавшихся миллиарды лет тому назад, когда громадные астероиды обрушились на Луну. Вдоль границы между освещенной Солнцем частью Луны и частью, погруженной во тьму, можно иногда заметить некоторый намек на зубчатые очертания гор.

То, что предстанет перед твоими глазами, будет очень напоминать те картины, которые так восхитили Галилея, когда в 1610 г. он направил телескоп на Луну.

Чтобы подробнее разглядеть лунные ландшафты, тебе необходимо воспользоваться небольшим телескопом. От самых больших кратеров отходят лучи из светлого вещества; они простираются, как спицы, во все стороны, и некоторые из них тянутся почти на четверть окружности Луны. У некоторых из кратеров в самом центре возвышается небольшая горка. Кроме больших, видны еще сотни кратеров поменьше.

Понаблюдав Луну около недели, ты заметишь, что тени от гор и кратеров изменились в размере.

Американский астронавт Харрисон Шмитт с корабля «Аполлон-17» берет пробы лунного грунта специальным инструментом во время высадки на Луну в декабре 1972 г.

Поверхность Луны

Атмосферы на Луне нет. Небо над Луной всегда черное, даже среди дня, потому что для рассеивания солнечного света и образования голубого неба, как на Земле, необходим воздух, который там отсутствует. Звуковые волны в вакууме не распространяются, так что на Луне царит полная тишина. Погоды тоже нет; дождь, реки и лед не формируют лунного ландшафта, как это происходит на нашей планете. В дневное время температура лунной поверхности под прямыми лучами Солнца поднимается значительно выше точки кипения воды. Чтобы защититься от невыносимой жары, люди, прибывающие на Луну для проведения исследований, носят специальные космические костюмы, внутри которых находится воздух и поддерживаются привычные для человека физические параметры. А по ночам температура па Луне падает до 150°С ниже точки замерзания воды.

Исследование Луны

Этот большой кратер, расположенный на обратной стороне Луны, в 1970 г. назван в честь американского физика Ван де Граафа его именем. Фотография сделана «Аполлоном-17». Ширина этого кратера — 243 км.

В 1959 г. российский космический корабль совершил первый полет вокруг Луны и передал на Землю не очень четкие снимки ее обратной стороны. Ровно 10 лет спустя американские ученые впервые произвели посадку корабля на поверхность Луны. Всего между 1969 и 1972 гг. на Луне побывало шесть экипажей космических кораблей «Аполлон». Они поставили там ряд экспериментов и привезли на Землю 385 кг лунных камней и пыли.

В годы, предшествующие полетам по программе «Аполлон», к Луне запускались космические корабли, летавшие по орбите вокруг нее и делавшие очень детальные снимки, чтобы выбрать подходящее место для посадки корабля. Роботы провели испытания лунной поверхности на твердость, поскольку ряд ученых был убежден, что Луна покрыта толстым слоем пыли. В действительности же корабль, совершивший посадку, опустился в грунт всего на несколько сантиметров, доказав этим, что по Луне можно ходить, не погружаясь в пыль. Во время первых посадок на Луну астронавты передвигались пешком, не удаляясь далеко от корабля. В дальнейшем был использован вездеход, причем астронавты оставались на Луне несколько дней. Во время научных экспериментов было использовано несколько приборов для измерения силы лунных землетрясений (точнее, лунотрясений). Изучалось также вещество, принесенное с Солнца, а также тепловые потоки, идущие от Луны.

Изучение лунных камней продолжалось более 20 лет; в результате было получено огромное количество информации относительно происхождения и истории Луны. Все камни оказались состоящими из застывшей лавы. Темные породы, обнаруженные на территории морей, похожи на земные базальты. Многие были раздроблены во время метеоритных взрывов, а затем снова соединены силой давления. Ни один камень никогда не подвергался действию воды, и не содержал никаких органических остатков. Луна — абсолютно бесплодное место.

Возраст Луны

Во время каждого полета на Луну по программе «Аполлон» один из астронавтов оставался на орбите вокруг Луны в орбитальном модуле, пока двое других совершали посадку на поверхность в лунном модуле. На снимке изображен орбитальный модуль «Аполлона-16» над обратной стороной Луны.

Изучая радиоактивные вещества, содержащиеся в лунных породах, ученые сумели вычислить возраст Луны. Например, уран медленно превращается в свинец. В кусочке урана-238 половина атомов превращается в атомы свинца за 4,5 млрд лет. Таким образом, измерив пропорцию урана и свинца, содержащихся в породе, можно вычислить ее возраст: чем больше свинца, тем она старше. Камни на Луне стали твердыми около 4,4 млрд лет назад. Луна сформировалась, по-видимому, незадолго до этого; ее наиболее вероятный возраст — около 4,65 млрд лет. Это согласуется с возрастом метеоритов, а также с оценками возраста Солнца. До выполнения программы «Аполлон» о возрасте Луны можно было только гадать.

Лавовые потоки и сокрушительные удары

Наиболее древние камни на Луне находятся в горных районах. Возраст пород, взятых из морей застывшей лавы, значительно меньше. Когда Луна была совсем молодой, ее наружный слой был жидким из-за очень высокой температуры. По мере того как Луна остывала, формировался ее наружный покров, или кора, части которой находятся теперь в горных районах. В последующие полмиллиарда лет лунная кора подвергалась беспрерывной бомбардировке астероидами, то есть маленькими планетами, и гигантскими камнями, возникшими при формировании Солнечной системы. После самых сильных ударов на поверхности оставались громадные вмятины, постепенно превращавшиеся в моря. Подобной же бомбардировке подвергались и планеты, но на Земле почти все следы этих катаклизмов исчезли благодаря эрозии. По мере того как наружные слои Луны продолжали остывать, внутренние ее области под воздействием радиоактивности разогревались. В промежутках между 4,2 и 3,1 млрд лет тому назад лава вытекала через отверстия в коре, затопляя круговые бассейны, оставшиеся па поверхности после ударов колоссальной силы. Лава была совершенно жидкой и, затопляя обширные плоские территории, создавала лунные моря. Так что Галилей был отчасти прав, когда назвал эти участки Луны «морями», поскольку они представляют собой затвердевшие океаны породы, которая когда-то была жидкой. Истечение лавы продолжалось около миллиарда лет. Мы узнали об этом благодаря изучению возраста лунных камней.

Большая часть лунных кратеров возникла, когда куски твердой породы на высокой скорости обрушивались из космоса на поверхность Луны. Во взрыве, который происходит при ударе, упавшее тело вспыхивает, а в грунте выбивается глубокая круглая впадина. От взрыва фрагменты породы разлетаются во все стороны. Часть из них падает обратно в кратер, а часть — рядом с ним.

Около двух миллиардов лет назад вулканическая деятельность на Луне подошла к завершению. Наружные слои породы стали достаточно мощными, чтобы выдерживать напор лавы, не выпуская ее на поверхность. С этих пор все изменения поверхности Луны происходили только за счет ударов падающих на нее тел. Кратеры большого размера с отходящими в стороны лучами — это результат очень сильных ударов, от которых возникали взрывы; обломки породы разносились радиально на сотни километров. Столкновения с более мелкими кусками породы приводили к разламыванию поверхности, к выбиванию в ней кратеров меньшей величины.

Внутри Луны

Астронавты установили сейсмометры в четырех точках Луны. Эти приборы фиксируют очень слабые лунотрясения, не идущие ни в какое сравнение с нашими землетрясениями. Наблюдая в разных местах вибрации, вызванные одним и тем же лунотрясеиием, ученые могут сделать выводы о внутренней структуре Луны. Характер распространения волн лунотряссиия показывает, что лунная кора имеет толщину от 60 до 100 км. Под пей лежит слой холодной, плотной породы толщиной в 1000 км. И, наконец, в глубине находится горячее ядро, отчасти расплавленное. Однако, в отличие от ядра Земли, оно почти не содержит железа, поэтому у Луны нет магнитного поля.

Откуда взялась Луна?

Прежде чем ученые увидели лунные камни, у них имелись три теории происхождения Луны, но не было возможности доказать правильность какой-либо из них. Одни считали, что новообразованная Земля вращалась настолько быстро, что сбросила с себя часть вещества, ставшую затем Луной. Другие предполагали, что Луна прилетела из глубин космоса и была захвачена силой земного тяготения. Третья теория состояла в том, что Земля и Луна образовались независимо, почти одновременно и примерно на одинаковом расстоянии от Солнца. Различия в химическом составе Земли и Луны указывают па то, что эти небесные тела вряд ли когда-либо составляли одно целое.

Не так давно возникла четвертая теория, которая и принята сейчас как наиболее правдоподобная. Эта гипотеза гигантского столкновения. Основная идея состоит в том, что, когда планеты, которые мы видим теперь, только еще формировались, некое небесное тело величиной с Марс с огромной силой врезалось в молодую Землю под скользящим углом. При этом более легкие вещества наружных слоев Земли должны были бы оторваться от нее и разлететься в пространстве, образовав вокруг Земли кольцо из обломков, в то время как ядро Земли, состоящее из железа, сохранилось бы в целости. В конце концов это кольцо из обломков слиплось, образовав Луну. Теория гигантского столкновения объясняет, почему Земля содержит большое количество железа, а на Луне его почти нет. Кроме того, из вещества, которое должно было превратиться в Луну, в результате этого столкновения выделилось много различных газов — в частности кислород.

Эти иллюстрации объясняют, откуда у Земли мог взяться ее спутник — Луна. Ученые вычислили с помощью компьютеров, что могло бы произойти, если бы планета размером с Марс врезалась в боковую часть Земли вскоре после ее образования. Длинная вереница каменистых осколков протянулась бы за Землей, как хвост, а обломки, содержащие железо, упали бы на Землю и проникли внутрь планеты. Затем составные части каменистого хвоста объединились бы, образовав Луну.

Возвращение на Луну

Загрязнение природной среды на Земле делает все более трудным наблюдение неба. Свет, исходящий от больших городов, дым и вулканические извержения загрязняют небо, а телевизионные станции создают помехи для радиоастрономии. К тому же с Земли нельзя производить наблюдения инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Следующим важным шагом в изучении Вселенной могло бы быть создание научного поселения на Луне.

Во многих отношениях Луна была бы идеальным местом для обсерватории. Для проведения наблюдений за пределами атмосферы сейчас используются телескопы, летающие по орбите вокруг Земли, такие, как космический телескоп «Хаббл»; но телескопы на Луне намного превосходили бы их во всех отношениях. Приборы, находящиеся на обратной стороне Луны, защищены от отраженного Землей света, а медленное вращение Луны вокруг оси означает, что лунные ночи длятся в течение 14 наших суток. Это позволило бы астрономам вести непрерывные наблюдения какой-либо звезды или галактики значительно дольше, чем это возможно сейчас.

Особенно трудно проводить на Земле исследования, относящиеся к нейтринной астрономии и изучению гравитационных волн. Нейтрино — это мельчайшие частицы, испускаемые Солнцем и звездами. Гравитационные волны могут создаваться двумя черными дырами, вращающимися по взаимным орбитам, или же взрывами в центрах галактик. Луна могла бы стать прекрасной площадкой для проведения самых сложных наблюдений по всем разделам астрономии. Поэтому астрономы, скорее всего, станут первыми учеными, которые вернутся па Луну.

Лунные ресурсы

Луна могла бы стать базовой станцией для исследований космоса за пределами ее орбиты. Благодаря небольшой силе лунного тяготения, запуск огромной космической станции с Луны был бы в 20 раз легче и дешевле, чем с Земли. Вода и газы, пригодные для дыхания, могли бы производиться на Луне, поскольку в лунных породах содержится водород и кислород. Богатые запасы алюминия, железа и кремния явились бы источником строительных материалов.

Лунная база была бы очень важна для дальнейших поисков ценного сырья, имеющегося на Луне, для решения различных инженерных задач и для космических исследований, проводимых в условиях Луны.

Роботы в астрономии

В 1994 г. по программе «Клементина» на орбиту вокруг Луны был запущен небольшой спутник. Это первый шаг по возобновлению исследований Луны после 20-летнего перерыва. Следующая стадия, видимо, будет включать строительство автоматических обсерваторий с работающими на них роботами. Астрономы уже накопили большой опыт по управлению телескопами в космосе. Полеты на Луну без участия человека станут началом исследования и использования Луны.

Лунные обсерватории будут располагаться на обратной стороне Луны, поэтому па лунную орбиту будут запущены спутники, чтобы принимать сигналы и передавать их на Землю. Потребуются телескопы, способные работать без вмешательства операторов и при экстремальных температурах. Одна из идей, которую разрабатывают в университете Аризоны (США), — создание стационарного телескопа почти без подвижных деталей. Благодаря медленному осевому вращению Луны и ее орбитальному движению вокруг Земли, направление обзора такого телескопа будет постепенно меняться с продолжительностью цикла в 18,6 лет. С течением времени этот телескоп сможет изучить миллионы звезд и галактик.

На Луне можно также построить большие радиотелескопы. Это впервые даст возможность принимать идущие из Вселенной радиоволны очень большой длины. Сопоставление и объединение данных, полученных от телескопов, расположенных па Земле и на Луне, позволит ученым заглянуть в центральную часть наиболее мощных галактик Вселенной.

ИССЛЕДОВАНИЯ ЛУНЫ

• 1609 Первые рисунки Томаса Хариота.
  
• 1837 Построены подробные карты.
  
• 1840 Дж. У. Дрейнер фотографирует Луну.
  
• 1946 С Луны получены отраженные радиолокационные сигналы.
  
• 1959 2 января. Первый полет лунного зонда вблизи Луны.
  
• 1959 13 сентября. Лунный зонд впервые падает на Луну.
  
• 1966 31 января. Российский корабль «Луна-9» совершает успешную посадку.
  
• 1968 Декабрь. Астронавты корабля «Аполлон-8» совершают полет вокруг Луны.
  
• 1969 20 июля. Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин высаживаются на Луну и возвращаются с первыми лунными камнями.
  
• 1972 11 декабря. Последний полет па Луну по программе «Аполлон».
  
• 1994 По программе «Клементина» сделано и передано па Землю 3 миллиона фотографий Луны.