§ 40. Что наблюдать на Луне?

Лунный ландшафт весьма разнообразен. Главные, бросающиеся в глаза при наблюдении в бинокль лунные моря уже описаны нами. Это - протяженные равнины, окруженные цепями холмов и горных хребтов. Почти все лунные «моря» имеют округлую форму. Большинство морей расположено на «нашей», обращенной к Земле, стороне Луны. Обратная сторона Луны чрезвычайно гориста, и на ней находятся только два моря - Восточное и Море Москвы. Размеры их сравнительно невелики. Особенно интересно Восточное Море. Его «дно» очень темное; оно окружено тремя концентрическими кольцами горных хребтов, напоминающих расходящиеся волны застывшей лавы (рис. 90). На обратной стороне Луны обнаружены такие детали, которых нет на нашей стороне. Это подобные морям округлые площади, которые залиты не темным, а более светлым веществом. Их диаметры доходят до 500 км. Они были названы талассоидами.

Рис. 90. Фотография Восточного Моря и его окрестностей

На нашей стороне Луны видны также горные цепи, которым были даны «земные» названия - Пиренеи, Алтай, Кавказ, Апеннины, Альпы и др. Некоторые из горных хребтов пересечены широкими ущельями. Такую «Альпийскую долину» легко видеть на рис. 91 и 92. Видны также и узкие глубокие ущелья, которые называются трещинами.

Однако для лунного рельефа наиболее характерны не горные хребты, долины и трещины, а огромное количество кольцевых гор - цирков и кратеров. Каталогизировано свыше 17 тысяч кратеров, а сколько их на самом деле, если учесть мелкие «кратерочки», и сказать трудно. Ведь даже в самые сильные телескопы нельзя разглядеть на Луне деталей менее 100 м в поперечнике!

Можно принять следующую терминологию. Цирком называется плоская гладкая равнина (дно цирка), окруженная кольцевым горным хребтом - валом цирка. Наиболее характерным цирком является Платон, который виден в северной части обращенного к Земле лунного диска. Он изображен на рис. 91, который воспроизводит фотографию лунной поверхности, сделанную с Земли.

Рис. 91. Море Дождей и окрестности цирка Платон на снимке, полученном с Земли (север-внизу). В верхней части снимка видны кратеры Архимед, Аристилл и Автолик

Кратером называется кольцевая гора, окружающая круглую низменность, в центре которой находится крупная остроконечная гора (иногда несколько тесно расположенных горок). Кратеры обладают более крутыми склонами вала, чем цирки. На том же рис. 91 можно видеть кратеры Автолик и Аристилл и цирк Архимед. Здесь же видна и Альпийская долина.

Кратерочком (или порой) называется небольшое углубление в лунной поверхности, не имеющее вала или окруженное очень низким пологим валом.

Не все наблюдаемые на Луне детали легко классифицировать- очень они разнообразны. Сколь сложен характер лунного рельефа, можно видеть на рис. 92, воспроизводящем снимок, полученный во время облета Луны.

Мы уже говорили, что полнолуние - время неблагоприятное для наблюдений Луны, так как горы и кратеры не дают в этот момент теней. Однако мы видим в этой фазе весь лунный диск и Автолик.

и можно одновременно видеть все детали. На рис. 93 мы приводим карту Луны; обращаем внимание на то, что на нем изображение лунного диска перевернутое, так как видно в телескоп. Чтобы сравнить этот рисунок с рис. 89, надо последний перевернуть. Мы не хотели загромождать рис. 93 надписями, и потому сравните его с рис. 94, на котором нанесены контуры деталей и указаны номера. По ним можно найти в таблице V кратеры, названные именами выдающихся ученых. Кроме того, некоторые детали, о которых будет рассказано в дальнейшем, помечены римскими цифрами.

Рис. 92. Снимок кратера Аристарх и его окрестностей, сделанный при облете Луны

Астроному-любителю полезно затратить несколько часов и изучить расположение этих кратеров на лунном диске. Особенно это нужно, если он хочет активно наблюдать лунные затмения.

Конечно, эта таблица содержит названия только главнейших или чем-то выделяющихся кратеров. Более полный список кратеров и подробная карта Луны приведены в Приложении I книги П. Г. Куликовского «Справочник любителя астрономии» (изд 4-е «Наука», 1971).

После того как советская автоматическая межпланетная станция впервые в истории астрономии произвела 7 октября 1959 г. снимки обратной стороны Луны, можно было приступить к составлению карты той части Луны, которая земному наблюдателю не видна. В последующие годы фотографирование обратной стороны^ Луны стало обычным делом и теперь мы располагаем подробнейшей картой всей Луны. В связи с этим список названий лунных кратеров значительно пополнился.

Один из самых больших кратеров был назван именем первого космонавта Юрия Гагарина, а рядом с ним расположен кратер основоположника звездоплавания К. Э. Циолковского. Большой кратер назван именем одного из творцов космических ракет и кораблей С. П. Королева. Увековечена память космонавта В. М. Комарова.

Многие кратеры названы именами выдающихся физиков и астрономов - И. В. Курчатова и Ф. Жолио-Кюри, Л. Д. Ландау и А. Эйнштейна, П. П. Паренаго и Э. Герцшпрунга. Не только астрономы и физики, но и другие естествоиспытатели «поселены» навечно на Луне. Среди них И. И. Мечников, Л. Пастер, И. П. Павлов, Ж. Бюффон, поэт, астроном и математик Омар Хайям...

К сожалению, эти кратеры мы можем увидеть только на фотографиях, так как они расположены на обратной стороне Луны. В книге П. Г. Куликовского приведена полная карта Луны и схема, позволяющая отождествить кратеры на карте.

Размеры лунных кратеров весьма разнообразны. Маленькие кратерочки имеют диаметры порядка метров, в то время как диаметры кратеров-гигантов могут доходить до 250 км. И здесь уместно вспомнить об одном любопытном свойстве Луны. Если бы мы попали в центр такого цирка-гиганта, каким является Платон, то мы не увидели бы ограничивающих его «стенок» - валов, которые столь рельефно видны при рассматривании Платона с Земли вблизи первой четверти, когда валы отбрасывают черные тени.

Дело в том, что кривизна поверхности Луны очень велика, так как ее радиус гораздо меньше земного и для лунного наблюдателя горизонт оказывается расположенным очень близко, всего лишь в 2,5 км. Поэтому, находясь внутри большого кратера, мы не видели бы его краев - их закрывает линия горизонта. Наоборот, края малых кратеров и кратерочков будут очень хорошо видны. Помимо описанных деталей на Луне существует несколько все еще загадочных образований, так называемых «лучей». Вдоль дуг больших кругов от некоторых кратеров (Тихо, Коперник, Кеплер) отходят длинные, светлые, сравнительно тонкие линии-лучи. На снимках, полученных при облетах Луны, эти лучи представляются длинными цепочками мелких кратеров, обладающих повышенной яркостью. Для земного наблюдателя они сливаются в почти прямые линии. Загадку лучей еще предстоит разрешить. Особенности лунного рельефа, в частности, обилие на Луне кольцевых образований, требовали объяснения. В самом деле, как возникли лунные кратеры и моря?

Долгое время боролись две гипотезы о происхождении лунных образований. Одна из них утверждает, что кратеры возникли в результате падения на лунную поверхность метеоритов, которые создавали в результате взрыва воронки типа тех, которые образуются от разрыва артиллерийских снарядов. Другая гипотеза предполагает, что лунные кратеры возникли в результате извержений. Создавалось лавовое озеро, окаймленное кольцевым бортом. При остывании уровень лавы понижался и образовывался кольцевой вал с плоским дном и центральной горкой. В качестве доказательства эта гипотеза приводила пример кратера Варгентин (рекомендуем посмотреть на него при сильном увеличении).

В нем лава не смогла осесть и весь кратер заполнен до краев веществом - образовалась «столовая гора».

Вулканическая гипотеза имеет много привлекательных сторон. В самом деле, Луна тем отличается от Земли, что ее «первозданный» вид сохранился до наших времен. Внешние же слои Земли подверглись существеннейшей переработке как метеорологическими причинами (выветривание и размывание), так и биологическими явлениями: растения и животные создали протяженные слои «биосферы», скрыв от геологов ту картину, которая была много миллионов лет назад, когда земная кора еще только образовывалась. Если подвергнуть поверхность Луны сравнительному изучению, то можно выделить несколько периодов в ее развитии.

Нет никакого сомнения в том, что Луна за многие сотни миллионов лет должна была пройти несколько стадий своего образования. Об этом говорит хотя бы приливная история системы «Земля - Луна».

Мы хорошо знаем, что приливное действие заставляет Землю замедлять свое вращение - сутки постепенно удлиняются. Это замедление вращения должно приводить к постепенному удаленнию Луны от Земли; размеры лунной орбиты должны со временем возрастать. Если обратить это явление и рассматривать историю развития системы Земля - Луна в далеком прошлом, то приходится признать, что миллионы лет назад Земля вращалась вокруг оси гораздо быстрее, а Луна была много ближе к Земле. Были ли они когда-то единым телом, а затем разделились, или образовались одновременно, как два отдельных сгущения в едином протопланетном облаке, для нас сейчас не существенно.

Таблица V. список наиболее заметных лунных кратеров и цирков (к рис. 93 и 94)
1. Клавий
2. Шейнер
3. Бэкон
4. Лицет
5. Маджини
6. Лонгомонтан
7. Вильгельм
8. Тихо
9. Мавролик
10. Бароцци
11. Шиллер
12. Фокидид
13. Варгентин
14. Ингирами
15. Шиккард
16. Вителло
17. Доппельмайер
18. Фурье
19. Виета
20. Вюрцельбауер
21. Гаурик
22. Вальтер
23. Алиацензий
24. Вернер
25. Пурбах
26. Сакробоско
27. Рейта
28. Фурнерий
29. Петавий
30. Лангрен
31. Гуттенберг
32. Теофил
33. Кирилл
34. Катарина
35. Абуль Феда
36. Тэйлор
37. Аль-Баттани
38. Парро
39. Гиппарх
40. Арзахель
41. Альфонс
42. Птолемей
43. Мерсенн
44. Гассенди
45. Летрон
46. Флемстид
47. Гримальди
48. Кеплер
49. Ландсберг
50. Коперник
51. Геродот
52. Аристарх
53. Эйлер
54. Ламберт
55. Тимохарис
56. Архимед
57. Автолик
58. Аристилл
59. Платон
60. Фонтенель
61. Бьянкини
62. Шарп
63. Меран
64. Евдокс
65. Аристотель
66. Гертнер
67. Геркулес
68. Атлас
69. Эндимион
70. Мессала
71. Гемин
72. Клеомед
73. Посидоний
74. Литтров
75. Менелай
76. Плиний
77. Боскович
78. Агриппа
79. Годин
80. Маскелайн
81. Тарунций
82. Пикар
83. Мессье
84. Линней
85. Торричелли
86. Мариус
87. Лексель
88. Геликон

Находясь значительно ближе друг к другу, Земля и Луна имели не шаровые, а грушевидные формы, обращенные вытянутостями друг к другу. По мере отхода Луны от Земли ее форма должна была приближаться к шаровой, а в результате этого должна была происходить перестройка ее внутреннего строения. При нарушении равновесия внутренних сил обширные пространства могли оседать внутрь Луны, и выступившая из трещин расплавленная магма могла заливать просторные области, образуя тем самым ровные поверхности морей. В пользу такого объяснения свидетельствуют наблюдающиеся в некоторых местах на границе морей полуразрушенные кратеры, у которых половина вала сохранилась, а вторая половина «погрузилась» вглубь «моря»; иногда она даже просвечивает сквозь «морское дно». Проследите за «берегами» морей и вы найдете такие кратеры; надо только применять сравнительно большие увеличения.

Рис. 93. Карта Луны

Вместе с тем нет сомнения, что кратерочки могли возникнуть и возникают в настоящее время в результате падения на Луну метеоритов.

Среди гипотез, объясняющих сложную историю развития Луны, заслуживает внимания гипотеза радиоактивного разогрева. В ее основу положено предположение о том, что как Земля, так и Луна образовались за счет конденсации «пылевых» частиц. Среди них были и такие, которые содержали радиоактивные химические элементы. Выделение тепла при радиоактивном распаде привело к расплавлению по крайней мере довольно протяженного внешнего слоя лунных недр. Более тяжелые массы «континентов» медленно оседали в глубь Луны, а в образовавшиеся провалы выступала из недр расплавленная лава, которая после застывания образовала протяженные равнины «морей».

Рис. 93. Схематическая карта лунной поверхности (для сравнения с рис. 93)

Строение лунных недр пока еще не исследовано. Однако известно, что их свойства существенно отличаются от свойств недр Земли. Когда на поверхность Лупы была сброшена кабина лунного корабля «Аполлон-12», после благополучного возвращения космонавтов в основной отсек, лунные недра отозвались длительным лунотрясением, которое продолжалось 55 минут. На Земле такое колебание быстро затухло бы, а на Луне оно было очень длительным, что было зарегистрировано лунным сейсмографом.

Долгое время считали, что на Луне не происходит никаких изменений, что Луна - «мертвый мир». Однако, по-видимому, это не так. В прошлом столетии немецкий астроном Ю. Шмидт уделил много времени детальным наблюдениям лунной поверхности. Он производил зарисовки мельчайших деталей. На его рисунках был изображен небольшой кратер, носящий имя естествоиспытателя Линнея. Этот кратер, резко выделявшийся на фоне лунного моря Ясности (№ 84 на рис. 94), им4л диаметр около 10 км и отбрасывал хорошо видимую черную тень. Когда же через 20 лет Шмидт снова наблюдал эту область Луны, на месте кратера Линней было видно нерезко очерченное светлое пятно; сам кратер исчез. По-видимому, он был залит выступившей из лунных недр лавой.

Внимательные наблюдатели лунной поверхности неоднократно обнаруживали на ней, в том или ином определенном месте, как изменение окраски, так и появление красноватых пятен. Так как жизни на Лунвчнет, то эти пятна можно объяснить только люминесценцией, т. е. вынужденным свечением некоторых веществ под действием ударов идущих от Солнца наэлектризованных частиц. Таким образом, есть несомненный смысл в систематических наблюдениях Луны при большом увеличении с целью поиска возможных изменений.

То, что вулканическая деятельность на Луне не прекратилась, стало очевидным после одного очень важного наблюдения, которое выполнили советские ученые Н. А. Козырев и В. И. Езерский в ночь на 3 ноября 1958 г. В приведенном нами списке под номером 41 значится кратер Альфонс. В 1956 г. американский астроном Ол-тер обратил внимание на то, что кратер, хорошо видимый в красных лучах, невидим в синих, что можно было объяснить появлением над кратером непрозрачного облака.

Н. А. Козырев и В. И. Езерский получили спектрограмму излучения этого кратера именно в тот момент, когда в нем появилось красноватое пятно. В спектре были обнаружены характерные полосы, производимые молекулами углерода при температуре около 2000°.

Таким образом, было обнаружено, что центральная горка кратера Альфонс выбрасывает плотные массы нагретого газа. Конечно, это не обычное «земное» извержение вулкана, но оно свидетельствует о наличии вулканической активности на Луне.

В заключение остановимся еще на одном вопросе. Каков цвет Луны? Вопрос может показаться нелепым. Всякий ответит - серебристый. Каждый из нас не раз смотрел на освещенный Луной пейзаж и помнит, что все предметы кажутся нам залитыми сверкающим серебристым светом. Однако это оптический обман и вызван он свойствами нашего ночного зрения. Инструментальные определения цвета Луны показывают, что она темно-желтая или оранжевая. Однако и это не совсем так. Подсчеты отражательной способности поверхности Луны показывают, что она рассеивает только 7% падающего на нее солнечного света, а 93% поглощает. Интересно вспомнить, что самая черная сажа поглощает только 90% света, а рассеивает 10%. Таким образом, лунная поверхность чернее сажи!

Эти парадоксы решаются очень просто. Низкая отражательная способность лунной поверхности вызвана ее пористостью. Это, в частности, приводит к тому, что яркость всех деталей лунного диска, где бы они ни были расположены, возрастает в момент полнолуния, когда солнечные лучи падают на лунную поверхность «из-за спины» земного наблюдателя.

Вообще же говоря, различные части Луны окрашены очень бледно и оттенки очень нежные, трудно различимые для глаза. Стоит наблюдать Луну через различные светофильтры, что поможет выделять окрашенные части.

Не все участки лунной поверхности обладают одинаковой яркостью. Для калибровки были определены относительные яркости отдельных деталей. Принимая яркость самой блестящей точки лунного диска - центральной горки кратера Аристарх - за единицу, приводим в табл. VI сравнительную яркость различных деталей. Они отмечены на рис. 94 римскими цифрами.

Таблица VI. Шкала яркости деталей лунного диска

Яркость других деталей можно сравнивать с этими по способу Пиккеринга (см. главу VIII, § 88).

Любитель астрономии, располагающий точными часами, может принести большую пользу, выполняя наблюдения покрытий звезд Луною. В определенные, заранее предвычисленные моменты Луна, перемещаясь по небу на фоне звезд, закрывает от нас ту или иную звезду, расположенную на ее видимом пути. Моменты ожидаемых покрытий сообщаются в астрономических календарях. Эти наблюдения не представляют интереса для физики Луны, но имеют огромное значение для уточнения теории ее движения. Правда, если выполнять эти наблюдения с электрофотометром и записывать интенсивность фототока на осциллографе, то такие наблюдения позволяют определять угловые диаметры звезд.

Наблюдения состоят в следующему Тщательно проверив хорошие часы по радиосигналам, чтобы можно было определять время с точностью до 0,1 секунды (чему помогает также секундомер), наблюдатель должен отметить момент покрытия (когда звезда исчезает за краем лунного диска) или момент открытия (когда звезда появляется из-за края диска Луны). Особенно эффектен момент открытия - звезда вспыхивает подобно огоньку! Наблюдения покрытий звезд наиболее точны, если в это время звезда скрывается (или появляется) за темной частью лунного диска.

Дадим также один практический совет. Производя наблюдения, держим палец на кнопке секундомера, наготове. В момент исчезновения (или появления) звезды нажимаем кнопку и пускаем в ход секундомер. Затем, подойдя к часам, останавливаем секундомер вторым нажатием кнопки в тот момент, когда секундная стрелка выверенных часов показывает ноль секунд. Отнимая от показания часов показание секундомера, находим момент покрытия. Разумеется, ход секундомера должен быть предварительно выверен.