Пейзажи молодой Луны

Постоянство узора темных пятен на лике Луны уже в древности обратило на себя внимание и заставило сделать вывод, что Луна всегда обращена к Земле одной стороной. Иначе говоря, период обращения Луны вокруг Земли (27,3 суток) равен продолжительности лунных суток, то есть периоду вращения Луны вокруг ее воображаемой оси. Причина этого факта заключается, по-видимому, в приливной эволюции Луны. Подобно тому как Луна вызывает на Земле приливы, также существуют "земные" приливы на Луне. Есть, конечно, существенное различие в этих явлениях. Приливы на Земле наблюдаются не только в гидросфере и атмосфере, но и в твердом теле планеты. Так, например, каждые сутки под ногами москвичей пробегает твердая приливная волна высотой 30 см. Луна, по-видимому, никогда не обладала сколь-либо заметной атмосферой и гидросферой. Но "твердые" приливы, порожденные Землей, на ней всегда существовали. В те времена, когда сутки на Луне были короче ее периода обращения вокруг Земли, твердые приливные волны, пробегая по поверхности Луны, медленно, но неуклонно тормозили вращение нашей спутницы. Два приливных горба (на обращенном к Земле и противоположном полушарии Луны) играли роль своеобразных "тормозных колодок". Эта их роль свелась к нулю лишь тогда, когда Луна полностью "затормозилась", то есть приливные горбы перестали перемещаться по лунной поверхности. Вот в таком "заторможенном" состоянии человечество и застало Луну, и лишь космонавтика позволила увидеть обратную сторону нашего естественного спутника.

Нарисованная картина требует уточнения, после которого мы и приступим к изучению молодой Луны. Если говорить строго, то Луна демонстрирует земному наблюдателю не половину своей поверхности, а несколько большую часть. Она как бы слегка "покачивается" в двух направлениях и при этом земному наблюдателю немного приоткрывается то одна, то другая часть невидимого полушария Луны. Это явление получило название либрации (от латинского librare - раскачивать) и в буквальном переводе означает именно "покачивание". Есть несколько причин либрации, или, точнее, несколько разновидностей либрации.

Либрация по долготе. Она вызвана тем, что вращение Луны вокруг оси совершается почти равномерно, тогда как обращение Луны вокруг Земли совершается (по второму закону Кеплера) неравномерно. Из-за этого Луна периодически приоткрывает то восточную, то западную часть обратного своего полушария. Максимальное значение либрации по долготе составляет (в ту или другую сторону) 7°45'.

Либрация по широте.. Плоскость лунного экватора наклонена к плоскости эклиптики под углом 1,5°, а угол между лунной орбитой и эклиптикой близок к 5°. В результате наклон лунного экватора к лунной орбите близок к 6,5°. По этой причине, обращаясь вокруг Земли, Луна периодически "поворачивает" к нам то южный, то северный свой полюс, и потому нам частично приоткрываются околополярные зоны невидимого полушария Луны. Либрация по широте несколько уступает либрации по долготе и достигает ±6°41'.

Параллактическая либрация. При вращении Земли наблюдатель перемещается в пространстве на тысячи километров и по этой причине может несколько "заглядывать" в невидимое полушарие Луны и тем самым наблюдать с Земли более 50% лунной поверхности. Параллактическая либрация невелика и составляет примерно 1°.

Точности ради стоит упомянуть еще о физической либрации. Если первые три разновидности либрации вызваны, в сущности, геометрическими причинами (изменением расположения наблюдателя по отношению к Луне), то физическая либрация порождена некоторой, правда, незначительной, неравномерностью вращения Луны вокруг оси. Эта неравномерность объясняется тем, что Луна не имеет строгой шарообразной формы, а слегка вытянута в направлении к Земле. "Покачивания" Луны, называемые физической либрацией, крайне незначительны и составляют всего несколько минут дуги. И все же благодаря всем четырем либрациям земной наблюдатель видит не половину, а около 60% лунной поверхности.

В прошлом веке по наблюдениям "краевых" образований на лунном диске некоторые астрономы пытались себе представить гипотетический облик обратной стороны Луны. В какой-то мере их метод напоминал метод Кювье, позволяющий по нескольким костям ископаемых животных представить себе внешний облик древних обитателей Земли. В отношении Луны, как мы теперь убедились, этот метод в целом оказался неудачным, хотя отдельные предсказания получились достаточно близкими к истине. Так, в популярной когда-то монографии о Луне Ю. Франца утверждается, что "на задней стороне Луны, позади ее северо-восточного края, севернее пояса морей находится обширная, светлая, богатая кратерами возвышенность, совершенно лишенная морей^*".

^* (Франц Ю. - Луна. - М., 1923, с. 109.)

Наше знакомство с молодой Луной мы начнем с обзора краевых зон, расположенных вблизи лунного лимба. Продвигаясь от северного полюса Луны (см. Приложение VIII) вдоль лимба к югу, мы на самом краю лунного диска прежде всего встречаем вытянутую темную полоску - Море Гумбольдта (1 на рис. 78). Это море имеет форму слегка вытянутого овала, его средний поперечник порядка 200 км. Иную форму имеет Краевое Море, далеко уходящее в невидимое полушарие Луны. Хотя, как и Море Гумбольдта, оно кажется земному наблюдателю узенькой полоской, на лунном глобусе видно, что Краевое Море имеет весьма неправильную форму с многочисленными "заливами" и наибольший его поперечник близок к 400 км. Следующее к югу за Краевым Морем лунное Море Смита по площади превосходит Море Краевое и в южной части имеет на своем дне два крупных кратера, что хорошо видно на лунном глобусе. Наконец, Южное Море по площади превосходит все предыдущие моря вместе взятые. Его дно усеяно крупными кратерами, а форма совсем неправильная.

На самом верхнем краю, или, точнее, на верхнем роге (при наблюдении в телескоп) молодой Луны при достаточно большом увеличении можно заметить неровности лимба. Это самая высокая горная цепь на Луне, получившая наименование гор Лейбница. Некоторые из вершин этих гор, близких к южному полюсу, вздымаются вверх почти на 10 км. Одна из них, самая высокая, при всех фазах Луны постоянно освещается Солнцем. Эта высочайшая лунная гора пока никак не названа. Если вспомнить, что по диаметру Луна почти вчетверо меньше Земли, приходится признать, что лунная поверхность относительно гораздо более неровная, чем земная.

Интересно наблюдать краевые зоны Луны неоднократно, заглядывая при этом то в большей, то в меньшей степени в невидимое полушарие Луны. При таких наблюдениях лунный глобус особенно полезен - по нему можно установить, какие объекты невидимого полушария Луны временно оказываются в зоне видимости земного наблюдателя.

Рассмотрим теперь в телескоп общую панораму лунного серпа. Главное, что бросается в глаза, - обилие кратеров, этих характернейших, наиболее распространенных форм лунного рельефа. Со времен Галилея и до наших дней дошли никогда не прекращавшиеся споры о происхождении кольцевых лунных гор. Успехи космонавтики, пожалуй, лишь обострили эту дискуссию. Выявилось, что на всех уровнях и при всех масштабах " кратерность " - характернейшая черта лунной поверхности. Если в крупнейшие современные телескопы на поверхности Луны различимы кратеры поперечником в сотни метров, то космические автоматы и космонавты, посетившие Луну, обнаружили великое множество мелких и мельчайших кратеров с поперечниками в метры и даже сантиметры. Общее число всех лунных кратеров неисчислимо велико, но вряд ли все они имеют общее происхождение.

Есть две гипотезы о происхождении лунных кратеров. Одна из них, условно именуемая "метеоритной", полагает, что большинство (если не все) лунных кратеров образовалось при падении на Луну метеоритов. По земному опыту мы знаем, что, действительно, удар крупного метеорита о земную поверхность приводит к образованию так называемого взрывного метеоритного кратера (рис. 83). При скорости соударения в несколько километров в секунду (и выше) метеорит взрывается в буквальном смысле этого слова. При ударе кристаллическая решетка твердого метеоритного тела разрушается и молекулы метеорита, уже не связанные друг с другом, напоминают молекулы сильно сжатого газа. Такой "газовый сгусток", естественно, стремится расшириться, и это расширение происходит взрывообразно. Подсчитано, что при скорости соударения в 4 км/с взрыв получается таким же мощным, как если бы взорвалось равное метеориту по массе количество тринитротолуола. При большей скорости соударения выделение энергии при взрыве увеличивается в десятки раз.

Рис. 84. Аризонский метеоритный кратер

За последнее время в различных районах Земли найдены крупные метеоритные кратеры, и по размерам и по форме напоминающие некоторые из кратеров Луны.

Сторонники "вулканической" гипотезы обычно указывают на кальдеры. Любопытно, что при возникновении кальдеры образуется котловина с крутым валом и ровным дном, напоминающая лунный "цирк". Если внутри кальдеры образуется новый вулкан, он напоминает центральную горку лунных кратеров и аналогия с лунным рельефом становится еще более полной (рис. 84).

Рис. 84. Последовательные стадии образования кальдеры

В настоящее время спор между сторонниками той и другой гипотезы потерял смысл. Оказалось, что в формировании лунного рельефа принимали участие как внешние, так и внутренние факторы. Вероятно, мелкие и мельчайшие кратеры имеют метеоритное происхождение, крупные кратеры (как правило) - "вулканическое". Последнее слово мы поставили в кавычки не случайно - у нас пока отнюдь нет уверенности, что все или хотя бы некоторые центральные горки лунных кратеров - бывшие или даже нынешние действующие вулканы. С другой стороны, формирование кольцевой горы на Луне не обязательно похоже на возникновение земных кальдер - здесь пока лишь есть общие аналогии и нет количественной или даже хорошо обоснованной качественной теории. Впрочем, лунный мир таит в себе множество загадок, и мы еще, по-видимому, далеки от правильного понимания всех обстоятельств, способствующих формированию современного лика Луны.

Обратим теперь наше внимание на некоторые наиболее примечательные кратеры. Чуть южнее Моря Гумбольдта виден крупный лунный кратер Эндимион. Поперечник его близок к 100 км, а дно совершенно ровное, лишенное центральной горки. Зато расположенные южнее Эндимиона два лунных кратера Атлас и Геркулес морфологически представляют собой лунные образования иного типа. Внутри Геркулеса видно чашеобразное жерло, окруженное разбросанными вокруг лунками, столь же хорошо сохранившимися, как и это жерло. Вполне возможно, что из этих жерл и лунок извергалась лава и края лавового "озера" застыли, образовав вал кратера.

Внутри кратера Атлас видны несколько свежих небольших кратеров-лунок, прерывистые гребни полузатопленных валов. По-видимому, извержения лавы происходили здесь неоднократно.

В гористой области, расположенной юго-восточнее перечисленных кратеров, найдите кратеры с центральными горками. Из них типичны Эрстед, Франклин, Гемин, Клеомед. Из кратеров с ровным дном наиболее примечателен Гаусс, расположенный вблизи края лунного диска. Его поперечник превышает 130 км.

К югу от Моря Кризисов (рис. 85) на краю Моря Плодородия (или Изобилия) обращает на себя внимание крупный кратер Лангрен (поперечник 160 км) с центральной горкой высотой 900 м. Еще крупнее кратеры Венделин, Петавий и Фурыерий, вместе с Лангреном образующие цепочку кольцевых лунных гор, различимых даже в полевой бинокль. Венделин и Петавий имеют в поперечнике 136 км, Фурнерий несколько меньше-119 км. Вал последнего достигает высоты 3500 м. Но эти кратеры столь велики, что из их центра увидеть кольцевой вал невозможно - дальность горизонта на Луне из-за сравнительно большой искривленности ее поверхности составляет всего 2,5 км (на Земле - 4,8 км). Поэтому сказанное относится не только к исполинским лунным кратерам, но и к кольцевым горам средних размеров. При большом увеличении внутри Венделина и на его западном наружном склоне можно различить несколько трещин, пронизанных небольшими, но многочисленными жерлами. Вряд ли можно сомневаться, что образование такого рода трещин, этих разломов лунной коры, связано с вулканическими процессами.

Рис. 85. Море Кризисов и его окрестности

Рассмотрим внимательно еще один крупный лунный кратер Жансен, находящийся северо-восточнее Фурнерия в очень гористой, испещренной кратерами местности. Образование это замечательно прежде всего размерами - поперечник Жансена 204 км! Обратите внимание на сложную структуру дна кратера, на кратеры, сформировавшиеся там, где когда-то, по-видимому был древний вал Жансена. Картина эта характерна для многих районов Луны, где мы видим, как на валу крупного кратера возникли меньшие, "паразитные", как их называют, кратеры - образования, заведомо более молодые, чем основной крупный кратер. Вы можете в окрестностях Жансена найти немало подобных примеров. Они свидетельствуют о разном возрасте различных лунных образований, о постепенном формировании современного лика Луны, процессе, растянувшемся на миллиарды лет. Значит, на Луне есть образования молодые, старые и очень древние и вряд ли можно сомневаться, что эволюция лунной поверхности отнюдь не завершилась в прошлом, но продолжается и поныне.

Известный советский исследователь Луны А. В. Хабаков различает следующие шесть периодов в эволюции поверхности Луны^*:

(Подробнее см. в кн.: Xабаков А. В. Об основных вопросах истории развития Луны. - М.: Географгиз, 1949)

1. Первоначальный период, когда Луна была покрыта первобытной корой с бугристой или гребнистой поверхностью. Никаких кольцевых гор в ту пору на Луне не было. Быть может, лишь отдельные, лишенные кратеров участки лунных "материков" сохранили какие-то следы первоначального периода.

2. Древнейший период, последовавший за первоначальным, был периодом активного кратерообразования за счет главным образом внутренних, "эндогенных" сил. От этого периода следы также, по-видимому, не сохранились. Быть может, лишь "фестончатый" край Алтайских гор состоит из полуразрушенных древнейших лунных кратеров.

3. Древний, или алтайский период характерен опусканием значительных участков лунной коры, сопровождавшихся обильными излияниями лавы. В этот период формировались древние "моря" Луны, ныне почти полностью исчезнувшие. Алтайский хребет, расположенный на материке, возможно, когда-то был берегом древнего моря, исчезнувшего в следующий период.

4. Средний, или птолемеевский период, когда снова, как и в древнейший период, началось интенсивное кратерообразование, сопровождавшееся исчезновением древних лунных морей. Из старых кольцевых гор, возникших в ту эпоху, остался кратер Птолемей, а также ряд полузатопленных лавой кратеров.

5. Новый, или океанский период отмечен новыми грандиозными опусканиями лунной коры, затоплением лавой большинства возникших до этого кратеров и, наконец, формированием современного пояса лунных морей со знакомыми нам очертаниями.

6. Новейший, или коперниканский период характерен новым появлением кратеров на поверхности морей. Из этих молодых, отлично сохранившихся кратеров с их резким рельефом и расходящимися радиально от них светлыми лучами наиболее примечателен кратер Коперник, находящийся на поверхности Моря Дождей.

Периодичность в эволюции Луны связана, как считает А. В. Хабаков, с пульсацией лунного шара, с его периодическим расширением и сжатием. В эпохи расширения возникали кратеры, в эпохи сжатия - низменности морей, залитые лунным "соком" - лавовыми излияниями. Естественно, что сжатия и расширения приводили к растрескиванию лунной коры - отсюда то обилие трещин и борозд, которые мы наблюдаем на поверхности нашего спутника. Точнее, трещины и борозды, эти разломы открытого типа, возникали при расширениях Луны. При ее же сжатии на поверхности морей образовывались валы и жилы, то есть разломы закрытого типа.

В настоящее время гипотеза А. В. Хабакова о пульсациях лунного шара большинством селенологов считается устаревшей, но его периодизация истории лунного рельефа принята и в современной селенографии.

На рис. 86 показан современный рельеф видимого полушария Луны. Здесь нет мелких деталей (кратеров, борозд и т. п.), а представлена в целом панорама возвышенностей и низменностей на Луне. Этой картой читатель сможет воспользоваться и в дальнейшем, на всех этапах его знакомства с Луной.

Рис. 86. Карта высот и понижений на лунной поверхности

В нижней, северной части лунного диска на поверхности частично видимого Моря Холода выделяются валы. Они отлично просматриваются и на поверхности Моря Кризисов и Моря Плодородия.

Из разломов открытого типа весьма интересна Долина Рейта, расположенная в южной части лунного диска. Она тянется почти с юга на север, достигая в длину 150 км. Ширина долины в среднем близка к 20-25 км, хотя вблизи кратера Рейта эта долина сужается, уступая место кратерному валу. Любопытно, что Долина Рейта пересекается серией поперечных рубцов - также разломов лунной коры, но возникших позже долины.

Из полузатопленных лавой кратеров интересны кратер Гертнер в Море Холода, кратер Лемонье в Море Ясности, кратер Дагерр в Море Нектара. Читателю предоставляется интересная задача - отыскать сначала на карте, а затем и на молодой Луне другие полузатопленные и частично разрушенные лунные кратеры.

На поверхности Моря Плодородия есть два небольших, примкнувших друг к другу кратера-близнеца Мессье А и Мессье В. Их поперечники не превосходят 15 км, но от кратера Мессье А по поверхности моря тянется светлый луч длиной 217 км. Внешне он напоминает хвост кометы или луч прожектора и, несомненно, образован веществом, выброшенным из Мессье А. Кстати сказать, детальные исследования этого необычного кратера показали, что "жерло" кратера Мессье А направлено не вертикально вверх, а подобно жерлу пушки, наклонно к горизонту. Пожалуй, в этом случае светлое вещество могло быть лишь извергнуто из лунных недр - при падении метеорита и его последующем взрыве выброс лунного грунта происходил бы во все стороны примерно равномерно. О кратерах-близнецах Мессье существует обширная литература. При разных условиях освещения они видны по-разному и долгое время многие наблюдатели были уверены, что в данном случае речь идет о реальных изменениях лунного рельефа, происходящих буквально на глазах. На самом деле в этой иллюзии повинна игра света.

Мы закончим знакомство с достопримечательностями молодой Луны подробным обозрением Моря Кризисов (см. рис. 85). В сущности, это лунное море диаметром около 600 км, с округлой формой, обрывистыми берегами и ровным, чуть-чуть зеленоватым дном можно считать очень крупным лунным кратером. Во всяком случае морфологически оно сходно с уже знакомыми нам кратерами Ланг-рен или Венделин, отличаясь от них лишь большими размерами. Вдоль всей прибрежной линии Моря Кризисов видны частично разрушенные, полузатопленные древние кратеры, и есть данные, свидетельствующие о том, что под дном Моря Кризисов погребен древний кратерный рельеф.

Море Кризисов, как и чуть меньшее, но похожее на него Море Нектара, иногда называют кратерными морями. Некоторые исследователи склонны считать кратерными даже такие огромные лунные моря, как Море Ясности и Море Дождей. В какой мере это обобщение соответствует действительности, покажет будущее.