ХИМИЯ ЛУНЫ И ЛУН

Из чего сделана Луна

 Я вне себя от изумления, так как уже успел убедиться,
 что Луна представляет собой тело, подобное Земле. 

ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЙ (1610)

Начало нового этапа в изучении Луны датируется вторым января 1959 года. В этот день к Луне ринулась первая советская ракета. Началось изучение Луны средствами космонавтики. Вспомним главные события, предшествующие рождению селенохимии.

В феврале 1966 г. советская автоматическая станция «Луна-9» впервые в истории совершила мягкую посадку на лунную поверхность. Изображения, переданные станцией на Землю, показали, что поверхность Луны состоит из мелких частиц твердого вещества и что на этой сравнительно плотной поверхности рассеяны камни до 10-20 см в поперечнике.

Химический анализ лунного грунта произвела в марте 1966 г. советская станция «Луна-10». С помощью бортового гамма-спектрометра станция измерила гамма-излучения лунных пород и установила, что лунные моря сложены из базальтов. Станция «Луна-12» с орбиты искусственного спутника Луны обнаружила рентгеновское излучение магния и алюминия, входящих в состав лунного грунта.

Достаточно полный химический анализ лунных пород (по рассеянию а-частиц) провели американские станции типа «Сервейор». Вот какие были получены результаты (в %):

Из этих данных видно, что материковый грунт содержит меньше железа и больше алюминия, чем морской.

Годы 1969 и 1970 отмечены в истории человечества двумя важнейшими событиями - первой высадкой людей на Луку («Аполлон-11», 20 июня 1969 г.) и первой доставкой с Луны на Землю проб лунного грунта, взятого космическим автоматом («Луна-16», 20 сентября 1970 г.). Эти великие свершения положили начало непосредственному изучению соседнего небесного тела.

В последующие годы с Луны на Землю людьми и автоматами было доставлено лунное вещество из восьми районов. Пять из них приходятся на лунные моря, три - на материки. Следует заметить, что в феврале 1972 г. автоматическая станция «Луна-20» успешно взяла пробы в труднодоступном для космонавтов горном районе Луны. Немалую роль в изучении лунного мира и состава лунного грунта сыграли советские «луноходы» (1970, 1973 гг.).

Чем же обогатило науку изучение образцов лунного вещества, доставленного в земные лаборатории? Прежде всего отметим, что лунный грунт (иначе называемый реголитом) - материал рыхлый, переработанный при падении на Луну и взрывах множества мелких и крупных метеоритов. Толщина реголита в разных районах неодинакова и в целом составляет от 3 до 6 метров. Материковый грунт светлее, грунт морских территорий темнее, что объясняется различием пород, его составляющих. Повсюду на поверхности Луны встречаются камни и глыбы, иногда исполинских размеров (до 2 км в поперечнике). Эта особенность лунного рельефа свидетельствует о процессах дробления лунной поверхности, сопровождающих всю историю Луны. Часть лунных камней - это вулканические бомбы, состоящие из изверженных пород. Они представлены двумя типами: базальтами на морских впадинах и анортозитами на материках.

Районы Луны, в которых были взяты пробы грунта (отмечены косыми крестами)

Лунные базальты - вулканические кристаллические образования со средней плотностью 3,19 г/см3. Они имеют сложный минералогический состав (полевой шпат, оливин, пироксены и другие минералы). При ударах метеоритов о лунную поверхность развиваются весьма высокие температуры, за счет чего образуются куски разноцветных стекол, найденных в лунном веществе.

Анортозиты состоят главным образом из минерала анортита, имеющего более светлую окраску, чем базальты. В анортозитах также встречаются следы метеоритной бомбардировки в виде примеси всевозможных стекол.

Следует отметить, что лунные пробы содержат много минералов, обогащенных такими тугоплавкими элементами, как хром, титан и цирконий. Некоторые из минералов привнесены в лунный грунт метеоритами. Для наглядности приведен минералогический состав и плотность (в г/см3) наиболее типичных лунных пород, доставленных с трех морских территорий (по А. Л. Туркевичу, 1971):

Любопытно, что в лунном веществе удалось обнаружить такие минералы, какие не встречаются ни на Земле, ни в метеоритах. К ним относится армолколит (Fe, Mg)Ti2O5, названный так в честь Нейла Армстронга, первого человека, ступившего на Луну; транквиллитит Fe3(Zr,Y)2Ti3Si3О24 и другие экзотические минералы.

Химический состав морских и материковых проб, как уже отмечалось, различен. В первых больше железа, хрома, титана, кальция, марганца, но меньше алюминия. По сравнению с метеоритами лунный грунт значительно обогащен такими, например, элементами, как стронций, цирконий, кадмий, углерод (графит), тантал, уран,и обеднен такими легколетучими элементами, как медь, цинк, никель, кобальт. По-видимому, это указывает на то, что первичная эволюция лунного мира происходила при высоких температурах. Судя по наиболее древним лунным пробам, возраст Луны как космического тела близок к 4,5 млрд. лет.

Хотя вода в лунном грунте практически не найдена, выяснилось, что лунное вещество содержит органогенные элементы, которые, в принципе, могли бы служить химической основой для формирования в условиях космоса более сложных органических соединений. К таким органогенным элементам относятся прежде всего углерод, водород и азот. Их содержание в пробах незначительно (сотые доли процента). Тем не менее с помощью высокоточных методов химического анализа в лунном веществе обнаружены (правда, в очень малом количестве) аминокислоты и другие важные для жизни химические соединения.

Так как содержание углерода в лунных образцах оказалось весьма низким, вряд ли на Луне когда-либо существовали какие-либо формы жизни. Примечательно, однако, что лунный грунт неожиданно оказался плодородной почвой для земных растений. На лунном веществе высеивались бобы, томаты, пшеница, сосна и другие земные растения. Все они не только выжили, но в ряде случаев росли даже лучше, чем контрольные образцы на обычной земной почве. Означает ли это, что на Луне все же могут существовать какие-то формы растительности?

Повременим с окончательным ответом. Ведь лунные пробы взяты пока только из восьми точек Луны. Среди них нет ни одной, где наблюдались бы загадочные изменения цвета поверхности, как, скажем, на дне кратера Платон. Может быть, новые пробы опровергнут общепринятые ныне представления о полной безжизненности Луны?

Мощная кора - характерная особенность Луны. Не исключено, что в некоторых районах толщина коры превосходит 100 км. По уточненной модели Луны, приводимой В. Н. Жариковым (В. Н. Жариков. Внутреннее строение Земли и планет. М., Наука, 1978), лунная мантия делится на верхнюю, среднюю и нижнюю. Первая, непосредственно подстилающая кору, имеет толщину 250 км и, видимо, состоит в основном из двух минералов - оливина и пироксена. Средняя мантия (глубиной от 300 до 800 км), вероятно, состоит из веществ, близких к веществу Луны в первичные эпохи ее существования. Кора, верхняя и средняя мантии составляют твердую литосферу Луны. Ниже, с глубины около 1000 км, начинается нижняя мантия, называемая иначе астеносферой. Здесь при температурах около 1500°С лунное вещество частично находится в расплавленном состоянии. Наконец, в центре Луны имеется расплавленное или полурасплавленное небольшое ядро с радиусом в несколько сотен километров. Судя по многим данным, оно состоит из раствора Fe - FeS.

Несомненно, что эта схема строения лунных недр в дальнейшем по мере изучения Луны будет уточняться. Однако общие черты внутреннего строения лунного мира в ней все же уловлены.