Старое и новое о нашем вечном спутнике

Человек тогда оценивает новые сведения, когда ему уже известны старые. Но не могу же я, желая рассказать о новых открытиях, излагать здесь то, очень многое и очень интересное, что мы уже раньше знали о Луне, о нашем вечном спутнике. Но я надеюсь, дорогие читатели, что основное вы знаете. Вы, конечно» знаете, что Луна меньше Земли в четыре раза по диаметру, в 81 раз меньше нее по массе и что сила тяжести там в шесть раз меньше. При прыжке вверх мы бы с вами поднялись там в шесть раз выше (конечно, без скафандра!) и падали бы гораздо медленнее. Теперь уже каждый знает, что Луна повернута к Земле всегда одной и той же стороной и еще совсем недавно никто не надеялся узнать, как выглядит обратная, невидимая с Земли сторона Луны. Правда, фантазий романистов на эту тему было много, а ученые уже давно признали, что общий ее характер должен быть очень сходен с характером видимого полушария. Там также не должно быть ни воды, ни атмосферы, а горы должны быть также преимущественно в виде круглых цирков и кратеров.

Диаметры лунных кольцевых гор несравненно больше в сравнении с высотой окружающего их вала, чем у кратеров земных вулканов. Отсутствие плотной атмосферы — участь всех небесных тел с небольшой силой тяжести на поверхности. Они не могут удерживать летучие газы. А чем сила тяжести больше, тем выше и плотнее может быть атмосфера.

Казавшаяся несбыточной мечта увидеть невидимое с Земли полушарие Луны была осуществлена всего лишь через два года после запуска в СССР первого искусственного спутника Земли.

Автоматическая станция «Луна-3», запущенная в СССР 4 октября 1959 г., обогнула Луну и в течение 40 минут фотографировала ту ее сторону, которую человек никогда не видел. Не менее замечательным было и то, что телевизионные изображения с автоматически проявленных фотографий были затем по команде переданы на Землю.

Рис. 32. Фотография обратной стороны Луны, полученная 23 октября 1970 г. советской автоматической межпланетной станцией «Зонд-8».

Выполнение описанной задачи и сейчас представляется поразительным, между тем с тех пор радио- и телепередачи производятся (и даже более высокого качества) с расстояний до Юпитера, т. е. более 600 млн. км! Таковы сказочно быстрые успехи радиотехники.

Для съемки невидимой нам стороны Луны вместе с частью известной уже поверхности фотокамеры станции надо было в определенный момент направить точно на Луну. Надо было ориентировать станцию в пространстве, так как по ряду причин она всегда вращается. Это было достигнуто специальной системой станции.

Рис. 33. Схематическая карта обратной стороны Луны с названиями крупнейших деталей.

Заснять часть известного уже полушария Луны тоже было необходимо, чтобы при составлении карты к ней можно было «привязать» положение новооткрытых деталей.

В дальнейшем Луну атаковали приборы, падавшие на ее видимое полушарие и разбивавшиеся, но успевавшие передать по телевидению картину приближающейся поверхности. Затем Луну стали облетать в разных направлениях ее искусственные спутники, фотографировавшие ее с разных расстояний и со всех сторон. В результате была составлена карта обоих полушарий Луны с подробностью и точностью большей, чем карты многих районов Земли. Выяснилось, что «морей» — углублений с темной поверхностью, созданных проплавлениями лунной коры и излияниями глубинных пород — базальтов, на обратной стороне меньше, чем на видимой, а кратерами она усыпана так же, как сторона, обращенная к Земле. Новое, что было обнаружено на обратной стороне Луны, — это большие круглые понижения, но со светлым дном, названные талассоидами (мореподобными). Названия кратерам на Луне были даны по согласованию между учеными разных стран; они были названы именами выдающихся ученых. Так, на Луне есть кратеры Платон, Архимед, Коперник и другие.

Рис. 34. Фотографическая карта видимого полушария Луны. Кружками отмечены 5 мест высадки космонавтов («Аполлон»), а звездочками — места посадки «Луноходов-1 и 2».

На обратной стороне Луны мы встречаем более современные нам имена: Море Москвы, кратеры Королев, Циолковский, Жюль Верн, Эдиссон, Герцшпрунг, Менделеев, Гагарин и многие, многие другие.

Рис. 35. Лунные цирки. Сверху вниз: Птолемей, Альфонс и Арзахель. Стрелкой отмечена центральная горка Альфонса, возле которой наблюдался выброс газа.

Подобно земной коре лунная кора формировалась посредством чередовавшегося горообразования и опускания обширных областей, заливаемых расплавленной каменистой массой (магмой), поступавшей из недр и родственной излияниям лавы из вулканов. На лунной коре есть складки — горные цепи. Полагают, что многие крупные лунные кратеры образовались при вулканических процессах. Из кратера Тихо (в честь датского астронома Тихо Браге) в южном полушарии Луны, 60 км диаметром, во все стороны строго по радиусам почти до половины видимого полушария распространяются светлые лучи. Это тонкий слой вещества, выброшенного из кратера при его возникновении. В этих местах обнаружены скопления мелких кратеров. Лунные кратеры напоминают гораздо меньшие по размеру лавовые озера с относительно невысокими краями, находящиеся на Гавайских островах. Ведь на обычные вулканы лунные кратеры совсем не похожи, хотя в центре некоторых из них есть крутые конусы, более похожие на вулканы.

Луна признана мертвым миром, на котором не замечается признаков жизни и даже геологических изменений. (Правильнее было бы назвать их селенологическими, так как «ге» — по-гречески Земля, а «селена» — Луна.) Поэтому особый интерес заслуживает наблюдение пулковского астронома Н.А. Козырева. При фотографировании спектра лунного цирка Альфонс Козыреву посчастливилось наблюдать явление, которое, по-видимому, похоже на вулканическое извержение. 4 ноября 1958 г. он обнаружил, что на некоторое время центральная горка этого кратера покраснела и в ее спектре наблюдались полосы излучения молекул углерода. По-видимому, произошло извержение паров углерода в безвоздушное пространство вокруг Луны, которые засветились под действием лучей Солнца так же, как они светятся в головах комет. Такие явления на Луне, несомненно, очень редки и подстеречь их очень трудно.

Число кратеров тем больше, чем они меньше. Так, на десяток кратеров диаметром более 100 км приходится около двухсот между 20 и 50 км и более 600 от 5 до 20 км. Самые мелкие подробности, различимые с Земли в наибольшие телескопы, имеют размеры немногим меньше километра. Местами обнаружены кратеры среднего размера, расположенные в виде цепочек длиной до 600 км. На Земле вдоль так называемых поясов разлома земной коры вулканы так же располагаются цепями, но отстоят друг от друга далеко и их мало.

Рис. 36. Внутренний вид кратера Коперник и его центральной «горки». Снято с искусственного спутника Луны «Орбитер-2» с высоты около 50 км.

Рис. 37. Фотография лунных Альп и Альпийской долины с трещиной вдоль нее с искусственного спутника Луны «Орбитер-4».

При наблюдении Луны в телескоп при косом освещении ее солнечными лучами горы отбрасывают длинные тени. Захватывающее зрелище открывается наблюдателю, замечающему, как под лучами восходящего Солнца, загораются лунные вершины, достигающие 8 км высоты, и как они постепенно «вырастают» из мрака. Луна не только крайне гориста, но и сплошь усеяна острыми обломками скал и камней, так что по ней транспорту передвигаться крайне трудно. Этого можно было ожидать. В самом деле, на Луне нет воздуха и воды, которые сглаживают и разрушают горы и скалы, делают их более пологими и округлыми. Но... с другой стороны, на Луну должна оседать пыль, поступающая из космического пространства. Такая метеоритная пыль поступает и на Землю. Но при большой скорости пылинок (десятки километров в секунду) они испаряются, когда их движение тормозит сопротивление воздуха. Лунным кратерам нет предела по размерам и самые мелкие из них, диаметром до полуметра (!), усеивают всю поверхность даже на дне кратера Альфонс, а ведь дно кратеров кажется в телескоп ровным по сравнению с гористыми областями.

Обнаружилось, что у небольших кратеров в десятки метров диаметром часто не бывает высокого вала, круто обрывающегося внутрь, или же он имеет высоту лишь несколько метров. Не только внешний, но и внутренний край пологи, как будто их размыла вода (действие водной эрозии). Но ведь на Луне воды нет! Несомненно, что древние кратеры сглажены ударами метеоритов — камней, падающих на Луну из Космоса. Их удары не смягчены действием атмосферы, как на Земле. За миллионы лет мелкие метеориты как бы обточили края древних кратеров. Возникшие из них позднее более мелкие кратеры менее разрушены, их воронки круче, тогда как некоторые древние превратились просто в пологие углубления без вала. В противовес вулканической гипотезе образования лунных кратеров давно возникла гипотеза, что кратеры образовались на Луне в древности при падении крупных метеоритов, быть может, тех, из которых путем столкновения и слипания по некоторым гипотезам еще раньше возникли сами планеты. Падая со скоростью нескольких километров в секунду, метеориты должны взрываться и образовывать, как бомбы, воронки размера гораздо большего, чем они сами. Полученное свидетельство обточки метеоритами древних кратеров не объясняет, закономерностей в расположении лунных образований. Они не объяснимы случайными падениями метеоритов, а указывают на связь с подкорковой деятельностью лунных недр. К этим вопросам мы еще вернемся в разделе «Небесные бомбардировки». Многочисленные лунные «трещины», давно уже обнаруженные в телескоп, в действительности являются длинными долинами, шириною менее 1 км с очень пологими краями. Это края древних трещин коры, сглаженные метеоритной эрозией и засыпанные обломками. С другой стороны, местами «трещины» превращаются в цепочки мелких кратеров, сливающихся друг с другом. Их могла создать вулканическая деятельность, проявлявшаяся вдоль разлома лунной коры, где вулканические силы легче находили себе выход.

Рис. 38. Пик кратера Альфонс, отбрасывающий треугольную тень, и лунные трещины.

Лично я думаю, что округлые лунные моря и, по крайней мере, крупные лунные кратеры созданы вулканическими проплавлениями лунной коры, а метеоритные удары в основном лишь сглаживали рельеф, производя преимущественно мелкие кратеры. Да и в наше время в окрестностях Земли метеориты встречаются тем реже, чем они больше.

А что мы можем сказать о пыли на Луне? В 1966 г. на Луну впервые в мире произвела мягкую посадку советская автоматическая станция «Луна-9», доставив туда в целости все приборы. «Луна-9» передала на Землю первые круговые панорамы окружавшего ее ландшафта. Станция «Луна-9» дала первую возможность оценить прочность лунного грунта. Он оказался достаточно прочным для того, чтобы станция не погрузилась заметно. Между вторым и третьим сеансами передачи панорамы произошел сдвиг станции. Значит, грунт под ней осел, но толстого слоя пыли на нем не оказалось.

Поверхностный слой Луны, называемый реголитом, имеет пористую структуру. Он образовался из раздробленного метеоритами первоначального слоя Луны, перемешанного с метеоритами и спекшегося от нахождения в вакууме.

Нелегко приспособиться и к крайне резким колебаниям температуры. Ведь день на Луне тянется две наши недели и за это время ее поверхность на экваторе в полдень накаляется до 125°C. Зато за двухнедельную лунную ночь температура падает до 150° мороза! На Земле атмосфера, как заботливая няня, укутывает ее от потери тепла в мировое пространство, а днем умеряет солнечные лучи. Мы, астрономы, часто клянем земную атмосферу как помеху, но без нее мы не могли бы жить. Она нас спасает от губительного ультрафиолетового излучения Солнца. Крайне малая теплопроводность лунных пород обусловливает то, что во время лунного затмения, когда на Луну падает тень Земли, всего за час температура меняется на 225°! Такое быстрое изменение объясняется тем, что верхний слой Луны порист, напоминая строением пемзу.

В первые десятки минут тепло теряется лишь из самого наружного слоя толщиной в несколько миллиметров, поскольку теплопроводность лунита очень мала.

Только в пунктах, где теплопроводность грунта велика, приток тепла из глубоких слоев препятствует быстрому остыванию, и поверхность остается некоторое время более теплой, чем в окружающих областях. При наблюдениях лунных затмений приборами, чувствительными к инфракрасным лучам, было открыто несколько сотен «теплых» точек, неравномерно рассеянных по Луне. В них температура выше, чем в их окрестностях, и, в частности, выше, чем в кратере Тихо, на 48°. На приводимом рисунке сопоставлены виды Луны в визуальных лучах (справа) и в инфракрасных лучах (слева), где теплые точки выглядят более яркими. Среди них кратеры Коперник, Кеплер, но в большинстве случаев это мелкие кратеры в несколько километров диаметром, притом выглядящие яркими в полнолуние или имеющие яркие лучи. На материках их даже меньше, чем на дне морей, где кратеров очень мало. Среди них много молодых кратеров. Сходные по виду кратеры часто бывают сильно отличающимися по интенсивности тепловыделения. В чем причина этого различия, еще не выяснено.

Рис. 39. Горячие пятна на Луне.

Радионаблюдения наших радиоастрономов в Горьком (группа В.А. Троицкого) позволили проникнуть под видимую поверхность Луны. В радиоволновом диапазоне колебания температуры на Луне оказались гораздо меньше, чем в инфракрасных лучах; это означает, что радиоволны идут из более глубоких слоев.

Цветная фотография звездных спектров, полученная с помощью большой призмы, поставленной перед объективом крупного телескопа. Фотография Нассау (США).

Цветная фотография Луны, полученная Н.П. Барабашовым.

Горьковские радиоастрономы заключили, что температура лунита растет с глубиной и что плотность вещества глубже 4 см близка к 1 г/см³. Впоследствии это подтвердилось.

Чешский астроном Линк указывал на возможность люминесценции некоторых участков Луны под действием корпускулярного облучения их Солнцем. Копал и Рэкхем в 1963 г. действительно наблюдали на французской высокогорной обсерватории Пикдю-Миди флуоресценцию вблизи кратера Кеплер. За два часа в красных лучах яркость этой области увеличивалась вдвое два раза. Перед этим на Солнце произошла вспышка. Электрически заряженные частицы — корпускулы, выброшенные при вспышке, по-видимому, достигли Луны за 8 часов и своей бомбардировкой вызвали дополнительное свечение лунной поверхности.

Таким образом, астрономам удалось еще с Земли «проникнуть» под видимую поверхность Луны, свойства которой мы все еще знаем недостаточно. Станции, опустившиеся на Луну, подтвердили возможность высадки космонавтов на Луне. Обеспечение возвращения их на Землю — гораздо более трудная задача.