17. Луна - естественный спутник Земли

1. Физические условия на Луне

Луна - самое близкое к Земле небесное тело, и потому изучена лучше всего. Ближайшие к нам планеты находятся примерно в 100 раз дальше. Луна меньше Земли по диаметру вчетверо, а по массе в 81 раз. Средняя ее плотность 3,3*10³ кг/м³, т. е. меньше, чем у Земли. Вероятно, у Луны ядро не такое плотное, как у Земли. На Луне нет атмосферы, смягчающей палящее солнечное излучение и защищающей от космических лучей и потоков микрометеоров. Нет там ни облаков, ни воды, ни туманов, ни радуги, ни зари с рассветом. Тени резкие и черные. Отсутствие на Луне водяных паров и атмосферы было подтверждено прямыми измерениями на ее поверхности. Небо на Луне даже днем было бы черное, как в космическом пространстве, но окружающая Луну разреженная пылевая оболочка немного рассеивает солнечный свет.

Частые удары метеоритов, падающих на лунную поверхность, дробят ее на мелкие осколки и пылинки. В условиях вакуума происходит молекулярное сцепление этой пыли в пористый шлакоподобный слой. Такая структура поверхностного слоя придает ему малую теплопроводность. В результате даже на небольшой глубине температура сохраняется постоянной, несмотря на ее сильные колебания снаружи. Огромные перепады температуры лунной поверхности от дня к ночи объясняются не только отсутствием атмосферы, но и продолжительностью лунного дня и лунной ночи, которая соответствует двум нашим неделям. Температура в подсолнечной точке Луны равна +120°С, а в противоположной точке ночного полушария - 170°С. Вот как изменяется температура в течение одного лунного дня!

Какие наблюдения Луны, которые может провести каждый, доказывают, что там происходит смена дня и ночи?

2. Рельеф

Уже со времен Галилея начали составлять карты видимого полушария Луны. Темные пятна на поверхности Луны были названы "морями". Это низменности, в которых нет ни капли воды. Дно их темное и сравнительно ровное. Большую часть поверхности Луны занимают более светлые возвышенности - "материки". Есть несколько горных хребтов, названных, подобно земным, Альпами, Кавказом и т. д. Высота гор достигает 9 км. Но основной формой рельефа являются кратеры. Их кольцевые валы высотой до нескольких километров окружают большие круглые впадины диаметром до 200 км, например Клавий и Шиккард. Всем крупным кратерам даны названия в честь ученых. Так, на Луне есть кратеры Тихо, Коперник и др.

В полнолуние в южном полушарии хорошо видны в сильный бинокль кратер Тихо диаметром 60 км в виде яркого кольца и расходящиеся от него радиаль-но светлые лучи. Их длина сравнима с радиусом Луны, и они тянутся, пересекая много других кратеров и темных впадин. Выяснилось, что лучи образованы скоплением множества мелких кратеров со светлыми стенами.

Лунный рельеф лучше изучать тогда, когда соответствующая местность лежит вблизи терминатора, т. е. границы дня и ночи на Луне. Тогда освещенные Солнцем сбоку неровности отбрасывают длинные тени и легко заметны. Очень интересно в течение часа проследить в телескоп за тем, как вблизи терминатора на ночной стороне загораются светлые точки - это вершины валов лунных кратеров. Постепенно из тьмы выплывает светлая подкова - часть кратерного вала, но дно кратера еще погружено в полный мрак, наконец обрисовывается весь кратер. При этом хорошо видно, что, чем меньше кратеры, тем их больше. Они часто расположены цепочками и даже "сидят" друг на друге. Позднейшие кратеры образовались на валах более старых кратеров. В центре кратера часто видна горка (рис. 46), в действительности это группа гор. Кратерные стены обрываются террасами круто внутрь. Дно кратеров лежит ниже окружающей местности.

Рис 46. Цирк Альфонс, в котором наблюдалось выделение вулканических газов (снимок сделан автоматической станцией вблизи Луны)

Вся поверхность Луны изрыта мелкими кратерами - пологими углублениями - это результат ударов мелких метеоритов.

С Земли, как мы знаем, видно только одно полушарие Луны (рис. 47). В 1959 г. советская космическая станция, пролетая мимо Луны, впервые сфотографировала невидимое с Земли полушарие. Принципиально оно не отличается от видимого, но на нем меньше "морских" впадин (рис. 48). Теперь составлены подробные карты этого полушария на основании многочисленных фотографий Луны, выполненных с близкого расстояния автоматическими станциями, посылавшимися к Луне. Аппараты неоднократно опускались и на ее поверхность. В 1969 г. на поверхность Луны впервые опустился космический аппарат с двумя американскими астронавтами. К настоящему времени на Луне побывало шесть экспедиций астронавтов США, благополучно вернувшихся на Землю. Они ходили и даже ездили на специальном вездеходе по поверхности Луны, устанавливали и оставляли на ней разные аппараты, в частности сейсмографы для регистрации "лунотрясений", и привезли образцы лунного грунта. Советские ученые получили пробы лунных пород из разных мест при помощи автоматов, которые по команде с Земли брали пробу грунта и возвращались с ней на Землю.

Рис. 47. Схематическая карта крупнейших деталей на обращенном к Земле полушарии Луны

Рис. 48. Схематическая карта обратной стороны Луны, невидимой с Земли

Химический анализ образцов лунного вещества показал, что породы Луны не столь разнообразны, как земные, и сходны по составу с базальтами.

Посылались на Луну и советские автоматические самоходные лаборатории - луноходы, выполнившие много научных измерений и анализов грунта и прошедшие по Луне значительные расстояния - несколько десятков километров. Даже в тех местах лунной поверхности, которые с Земли выглядят ровными, грунт изобилует воронками и засыпан камнями всевозможных размеров. Луноход, управляемый с Земли по радио, "шаг за шагом" передвигался с учетом характера местности, вид которой передавался на Землю по телевидению. Это величайшее достижение советской науки важно как пример прямого исследования физических условий на другом небесном теле, которое находится от Земли на огромном расстоянии.

Советские космические станции установили отсутствие у Луны магнитного поля и поясов радиации.

Изучение лунного рельефа и его происхождения интересно и потому, что Луна сохранила на своей поверхности следы древних геологических событий, так как вода и ветер не разрушают кору. Но Луна - это не совсем мертвый мир. В 1958 г. советский астроном Н. А. Козырев заметил в кратере Альфонс выделение газов из лунных недр.

Рассмотрите внимательно вид внутренности вала и центральной горки кратера Коперник, сфотографированных искусственным спутником Луны сбоку (рис. 49).

Рис. 49. 'Центральная горка', скорее, горная цепь в центре кратера Коперник и террасы его вала, обрывающиеся внутрь (кратер снят с искусственного спутника Луны. С Земли он выглядит сходно с цирком Альфонс)

В формировании рельефа Луны, по-видимому, принимали участие и внутренние, и внешние силы. Роль тектонических и вулканических явлений несомненна, так как на Луне есть линии сброса и цепочки кратеров, имеющих сходство с лавовыми озерами Гавайских островов. Что касается лунных "морей", то они, по-видимому, образованы проплавлениями лунной коры и излияниями лавы на поверхность. Однако на Луне не обнаружено пород моложе 2 млрд. лет, и это говорит о давнем прекращении магматической и вулканической активности.

Большинство лунных кратеров образовалось при ударах метеоритов и даже астероидов. На Земле также есть кратеры ударного происхождения (см. с. 82).

Многочисленные кратеры, обнаруженные на некоторых других телах планетной системы, например на Марсе и Меркурии, должны иметь такое же происхождение, как и лунные. Интенсивное кратерообразование, по-видимому, связано с разреженностью их атмосферы, неспособной уменьшить скорость падения метеоритов.

Упражнение 15

1. Видны ли с Луны те же созвездия (видны ли они так же), что и с Земли?

2. На краю Луны видна с Земли гора в виде зубца высотой 1". Рассчитайте ее высоту в километрах.

Задание 9

Используя формулы (§ 12.4), определите линейный диаметр лунного цирка Альфонс, измерив его на рисунке 47 и зная, что угловой диаметр Луны, видимый с Земли, составляет около 30', а расстояние до нее около 380 000 км.