§ 13.   ПРИРОДА ЛУНЫ

1. Физические условия на Луне. Луна практически ли­шена атмосферы. Если допустить, что в прошлом у Луны была атмосфера, то легко понять, почему ее нет сейчас. Дело в том, что сравнительно небольшие (по массе) небес­ные тела (подобные Луне) не могут длительное время удер­живать атмосферу. Уже при скорости 2,38 км/с (вторая кос­мическая скорость для Луны) молекулы газа способны по­кинуть Луну.

На поверхности Луны нет воды. Испарение воды образова­ло бы вокруг Луны газовую оболочку, которая быстро бы рассеялась. Однако, в конце 90-х гг. в результате полетов АМС «Клементина» было сделано предположение о том, что под поверхностным слоем пород некоторых кратеров сущест­вуют немалые запасы льда.

На небе Луны видны те же самые созвездия, что и на небе Земли. Из-за отсутствия атмосферы яркие звезды и планеты видны на Луне и днем. Поэтому космонавты могут ориентироваться на Луне по звездам и днем и ночью. Ори­ентировка по звездам приобретает на Луне особое значение, так как там магнитный компас бесполезен. (Луна не имеет магнитного поля, подобного земному.)

Меркурий и Венеру можно наблюдать с Луны даже в непосредственной близости от Солнца. Эффектное украшение неба Луны — наша Земля (рис. 31). Диск Земли примерно в 3,5 раза больше солнечного диска.

Рис. 31. Земля на небе Луны.

На протяжении лунного дня, длящегося около двух зем­ных недель, поверхность Луны сильно нагревается, а затем охлаждается в ночное время (ночь на Луне тоже длится почти две земные недели). Отсутствие атмосферы на Луне приводит к резким колебаниям температуры в течение лун­ных суток. В районе «подсолнечной» точки, т. е. там, где Солнце днем находится в зените, температура превышает 400 К (+130 °С). На противоположной стороне Луны вблизи «антисолнечной» точки поверхность Луны охлаждается почти до 100 К (-170 °С). Значит, на протяжении одних лунных суток (29,5 земных суток) температура изменяется на 300 К. Резкие колебания температуры, происходящие на Луне, относятся только к ее поверхности. Уже на глубине в несколько десятков сантиметров температура в течение лун­ных суток практически не изменяется. Это объясняется плохой теплопроводностью лунного грунта, который не успевает ни прогреться днем, ни охладиться ночью.

Вы знаете, что Луна сейчас обращена к Земле одной стороной. Так было не всегда. Миллиарды лет назад Луна была ближе к Земле, чем сейчас, а периоды вращения Земли и обращения вокруг нее Луны составляли лишь не­сколько часов. На нынешнем этапе эволюции системы «Земля — Луна» период вращения Луны совпал с периодом ее обращения. Это привело к двум важным следствиям. Во-первых, продолжительность солнечных суток на Луне равна синодическому месяцу (день и ночь на Луне длятся почти по две земные недели). Во-вторых, к Земле Луна всегда об­ращена одним полушарием (мы с Земли видим всегда одну и ту же сторону Луны).

Рис. 32. Видимая с Земли сторона Луны (вид в телескоп).

2. Поверхность Луны. Даже невооруженным глазом на Луне видны обширные темные участки (моря) и светлые (материки). Более подробно их можно рассмотреть в школьный телескоп (рис. 32). Несмотря на то, что в лунных морях нет ни капли воды, в науке сохранилась прежняя система наименований, предложенная еще в XVII в. В отли­чие от морей (сравнительно ровных участков лунной поверх­ности, покрытых темным веществом), материки представ­ляют собой гористые районы.

На обращенной к Земле стороне Луны материки зани­мают около 70%, а моря — 30% территории видимого с Земли полушария Луны.

Характерная особенность лунного рельефа — кольцевые структуры (кратеры). Только на видимой стороне кра­теров диаметром более1 км примерно 300 000. Среди них есть такие, диаметры которых превышают200 км. Большин­ство крупных лунных кратеров имеют ровное дно, в центре которого возвышается   горка.

Многие лунные моря окаймлены протяженными горными хребтами. Хребты получили названия земных горных цепей (Кавказ, Альпы, Пиренеи и др.).

В полнолуние в небольшой телескоп (призменный би­нокль) хорошо видны Океан Бурь, Море Дождей, Море Яс­ности, а также кратеры (Тихо, Коперник, Кеплер), от которых расходятся протяженные лучевые системы. Когда Луна находится в других фазах, то вблизи границы освещенной и неосвещенной частей поверхности Луны (та­кая граница называется  терминатором) кратеры вы­деляются особенно рельефно (рис. 33).

Рис. 33. Вид кратеров в школьный телескоп.

В отличие от продолжающихся несколько столетий теле­скопических исследований видимой стороны Луны, исследо­вание обратной ее стороны началось, когда впервые в исто­рии науки обратная сторона Луны была сфотографирована автоматической станцией «Луна-3» 7 октября1959 г. При­мерно через 6 лет (июль1965 г.) другая наша автоматиче­ская межпланетная станция (АМС) «Зонд-3», выведенная на гелиоцентрическую орбиту, передала новые фотографии. При этом удалось сфотографировать почти все области обратной стороны Луны, которые не попали в поле зрения фототеле­визионных устройств «Луны-3». Полученные снимки позволили составить карты и атласы обратной стороны Луны, лунные глобусы и полные карты, охватывающие почти всю поверхность   Луны.

На невидимом с Земли полушарии Луны преобладают материки. Средний диаметр крупного моря — Моря Москвы — достигает460 км. Много на обратной стороне Луны и кратеров (им присвоены имена выдающих­ся  деятелей   науки     Ломоносов, Джордано  Бруно,  Циолковский, Жолио-Кюри и др.) Нередко кратеры образуют длинные цепочки, тянущиеся на сотни километров. Там находится и самый большой кратер. Его диаметр около 2500 км(!), а глубина12 км. Скорее всего, это самый боль­шой   кратер   в   Солнечной   системе.

Большинство мелких и средних лунных кратеров образо­валось в результате падения метеоритов, которые, достигая поверхности Луны, обладают такой кинетической энергией, что при ударе происходит взрыв. Метеорит разрушается, дробится; лунный грунт разлетается в разные стороны от места взрыва. Так образуются первичные кратеры. Чем их больше на данном участке лунной поверхности, тем больше возраст этого участка. Выброшенные при образовании пер­вичных кратеров большие камни могут, падая на поверх­ность Луны, создавать вторичные кратеры. Возможно, что из таких вторичных кратеров состоят лучевые системы, ко­торые хорошо видны в полнолуние у некоторых крупных молодых кратеров. Образование крупных кратеров, веро­ятно, связано и с бурной вулканической деятельностью, ха­рактерной для далекого прошлого Луны.

3. Лунные породы. Благодаря мягким посадкам автома­тических станций на Луну, а затем и полетам на Луну аме­риканских астронавтов стали известны механические свой­ства лунного грунта и его химический состав. На Луне не оказалось толстого слоя пыли, которого когда-то опасались многие конструкторы лунников, но пыль на Луне есть. Она темно-серого цвета и по внешнему виду напоминает цемент.

Образцы лунных пород внешне похожи на земные извер­женные базальты. В состав их входят хорошо известные на Земле химические элементы (Si, Al, Fe, Ca, Mg и др.). Но в лунных породах больше, чем в земных, содержится туго­плавких элементов (Ti, Zr, Сг и др.) и меньше — легкоплав­ких (РЬ, К, Na и др.). Химический состав различных участ­ков поверхности Луны неодинаков.

В поверхностном слое Луны (реголите) содержатся осколки магматических пород, шлакообразные частицы с оплавленными гранями. Многие образцы как бы обработаны песком. Их вид свидетельствует о том, что они длительное время подвергались своеобразной эрозии (ударам мелких ме­теоритов и обработке потоками частиц, непрерывно исходя­щими от Солнца).

Из-за отсутствия воды минералов на Луне значительно меньше, чем на Земле. Микроорганизмов на Луне не обнаружено.

Лунные породы относятся к очень древним — их возраст составляет примерно 4 млрд. лет, причем самыми «моло­дыми» (несколько более 3 млрд. лет) оказались образцы, до­ставленные из морских районов. На Луне давно завершилась эпоха активного вулка­низма. С течением времени уменьшалась и интенсивность метеоритной бомбардировки лунной поверхности. Благодаря этому на протяжении последних 2—3 млрд. лет вид Луны практически не изменялся. А на Земле, как вы знаете из курса географии, под воздействием воды и воздуха древний рельеф не мог сохраниться. Сравнение лунного и современ­ного земного рельефа помогает воссоздать условия, в кото­рых на Земле формировались запасы полезных ископаемых. Это необходимо знать для разработки научных основ поиска полезных ископаемых.

Еще и сейчас происходят лунотрясения (напоми­нающие слабые землетрясения). Они зарегистрированы сейсмографами, установленными на Луне астронавтами. Данные этих приборов позволили исследовать внутреннее строение Луны, выделив кору (толщиной около 60 км), мантию   (до 1000 км) и   ядро   (его радиус около750 км).