Поверхность Луны. 
Астрономия. 
Солнечная система

Как и у Меркурия, чья поверхность очень похожа на лунную, у Луны нет атмосферы. Дело в том, что вблизи лунной поверхности параболическая скорость (вторая космическая, или скорость убегания) равна 2,38 км/с, что в 4,6 раза меньше, чем у Земли. В итоге частицы атмосферы, если бы она появилась у Луны, легко преодолели бы ее притяжение.

Отсутствие атмосферы в совокупности с большой длительностью суток, как и на Меркурии, определяет условия на поверхности Луны. Не случайно детали поверхности этих двух небесных тел очень похожи, хотя есть и существенные различия.

Даже невооруженным глазом можно заметить на Луне два типа поверхности, отличающиеся друг от друга по яркости — светлые материки и темные моря.

Основной тип лунной поверхности условно называется материковым (83% общей площади). Материки существенно светлее морей. Здесь наблюдаются значительные неровности, включая горные хребты высотой до 5,5 км (высота определяется лазерным дальномером с борта искусственных спутников Луны, а также по длине теней). Самые большие высоты находятся к западу от моря Восточного. Перепад высот от гребня кольцевого вала кратера Гагарин диаметром 174 км до дна кратера составляет 6 км.

Рис. 7.9. Участок лунной поверхности, покрытый застывшей лавой. Лава затопила старые кратеры (Европейская Южная обсерватория ESO,

комплекс телескопов VLT)

Кроме того, для материков характерно огромное множество ударных кратеров самых разных размеров, — от десятков сантиметров до 300 км (кратер Байе). Плотность кратеров составляет 392 объекта диаметром более 10 км на 1 млн квадратных километров — самая высокая среди планет земной группы и их спутников (см. рис. 7.3). Это означает, что подобная плотность была характерна и для древней поверхности Земли.

Высота кольцевых валов, окаймляющих крупные кратеры, в отдельных случаях достигает нескольких километров. Кратеры различаются по сохранности валов — есть разрушенные (старые), есть четко выраженные (молодые). Для многих (в основном крупных) кратеров характерны центральные горки. Дно большинства кратеров выглядит не как воронкообразное, а как сравнительно плоское и ровное. Видимо, это связано с тем, что воронки кратеров заполнялись расплавленным веществом, растекавшимся и создававшим ровную горизонтальную поверхность, а затем застывавшим.

Названия кратеров традиционно выбираются из списка выдающихся ученых (в первую очередь астрономов) и философов всех народов и времен, — например, Анаксагор, Альфонс, Аристарх, Кеплер, Коперник, Ломоносов, Платон, Птолемей, Тихо (в честь Тихо Браге). Благодаря Яну Гевелию, издавшему в 1646 г. карту Луны, на ней появились названия земных горных хребтов: Альпы, Апеннины, Кавказ, Карпаты, Кордильеры.

Рис. 7.10. Фрагмент крупного кратера Аристарх (спутник Луны LRO, NASA)

Относительно более светлая материковая лунная кора содержит породы анортозитового состава, их средняя плотность около 2,9 г/см³.

Большие темные округлые пятна размерами во многие сотни километров традиционно называются морями, несмотря на то, что они сухи и представляют собой равнины, сложенные темными базальтами.

Тем не менее вода на Луне есть. Получены данные о присутствии воды по крайней мере в некоторых районах Луны. Прямые эксперименты, проводившиеся США (управляемое падение ступени ракеты и космического аппарата внутрь полярного кратера и исследование спектров выброшенного вещества) показали, что там присутствует водяной лед. Последующие дистанционные исследования с борта американского искусственного спутника Луны с применением российского прибора LEND, созданного в Институте космических исследований РАН, подтвердили, что в районе южного полюса Луны доля водяного льда в грунте может достигать 4%. Речь идет о поверхностных отложениях (возможно, прикрытых пылью) внутри полярных кратеров, куда никогда не попадают солнечные лучи. Источником льда может являться как вещество упавших туда кометных ядер, так и вода, содержавшаяся в древних жидких лавах и испарившаяся, а затем осевшая в виде кристалликов льда на поверхность Луны. Если на дне кратера в приполярной зоне, загороженном высоким кольцевым валом от солнечных лучей, царит вечный холод, лед может сохраняться и накапливаться миллиардами лет. В этом смысле ситуация на Луне аналогична таковой на Меркурии, и скорее всего, на других безатмосферных небесных телах, отличающихся стабильными параметрами вращения.

Основываясь на астрологических представлениях о влиянии фаз Луны на земную погоду, итальянский астроном Джованни Риччоли в 1651 г. предложил экзотические названия морей: Спокойствия, Ясности, Изобилия, Нектара, Дождей, Облаков, Паров, Влажности, Холода, Кризисов, Океана Бурь и т. д., сохранившиеся на картах Луны до наших дней. Единственное из лунных морей, названное в честь ученого, — Море Гумбольдта. А море, открытое с помощью космического аппарата «Луна-3» (1959, СССР) на обратной стороне Луны, назвали Морем Москвы.

Лунные моря представляют собой обширные равнины из темных базальтов. Когда-то эти пространства были заполнены разлившейся базальтовой лавой, впоследствии застывшей. Плотность базальтов (3,3 г/см³) несколько выше, чем у материковых пород. Моря занимают 17% общей поверхности Луны, в том числе на видимом полушарии — 30% площади, на обратном полушарии — 3%. Таким образом, наблюдается глобальная асимметрия в распределении лавовых потоков на поверхности Луны. Если считать, что лунные моря образовались в результате столкновений Луны с крупными астероидами, проламывавшими кору, что приводило к массированным истечениям лавы через трещины, то может показаться, что большинство сильных ударов происходило со стороны Земли — если в этот период параметры вращения Луны были близки к сегодняшним. Однако, указанная асимметрия может объясняться иначе: на обратной (по отношению к Земле) сто ки роне Луны кора более толстая (в среднем 100 км) по сравнению с корой на видимой стороне (в среднем 60 км), и «пробить» ее гораздо сложнее.

Рис. 7.7 7. Округлая равнина из темной застывшей лавы — Море Кризисов на Луне (снимок Damian Peach).

Дополнительный довод в пользу импактного образования лунных морей состоит в следующем. Анализ орбит искусственных спутников Луны показал, что под лунными морями залегают некие образования повышенной плотности. Это может быть как вещество астероидов, погрузившихся в недра лунной коры, так и плотный лавовый материал, заполнивший в свое время образовавшиеся в результате импактов пустоты. Такие зоны повышенной плотности получили название масконы (от mass concentration — концентрация массы).

В лунных морях значительно меньше кратеров, чем на материках. Считается, что наиболее старые кратеры были погребены под лавовыми потоками, а в более поздние времена частота образования новых кратеров заметно понизилась ниже. В пользу этой гипотезы свидетельствует существование так называемых кратеров-призраков, не отбрасывающих теней. Похоже, речь идет о кольцевых светлых валах, просвечивающих сквозь некогда заливавшую их лаву, превратившуюся в базальты. Новых же кратеров на поверхности застывших лавовых полей, поглотивших старые кратеры, образовалось немного.

Возраст образования лунных морей оценивается в 3,8 млрд лет, во время так называемой поздней тяжелой бомбардировки. Ярким примером лунных морей является. Море Восточное — округлое образование диаметром 930 км на видимом полушарии Луны, окруженное системой из трех концентрических кольцевых валов. Оценки показывают, что удар привел к выбросу 3,4 млн кубических километров материала — как вещества астероида-ударника, так и (в основном) вещества мишени. Это вещество обрушилось на огромной площади обратно на поверхность Луны, образуя множество кратеров разных размеров. Моделирование этого процесса показало, что образовавшийся в ходе удара кратер сразу «схлопывается», а начальный кольцевой вал обрушивается, покрывая обнажившиеся глубинные породы.

Рис. 7.12. Фрагмент «морской» поверхности Луны в районе гор Мариуса (спутник Луны LRO, NASA)

Еще одно ярко выраженное море (Море Дождей) имеет размеры около 1120 км. Оно, судя по всему, порождено ударом крупного астероида размером от 50 до 300 км, согласно различным моделям. Возраст этого ударного бассейна — 3,8 млрд лет. Формирование других морей (Океан Бурь, Море Спокойствия и другие) также связано с катастрофическими падениями крупных астероидов в эпоху поздней тяжелой бомбардировки.

С импактными событиями связаны системы светлых лучей, радиально протягивающихся от некоторых ударных кратеров на гигантские расстояния (до 4000 км). По-видимому, лучи образованы ударными выбросами вещества, которые породили цепочки вторичных кратеров и другие изменения на поверхности Луны.

Уместно иметь в виду, что подобные события (по-видимому, даже в больших масштабах) происходили и на Земле. Однако, в отличие от безатмосферных тел типа Меркурия и Луны, следы древних столкновений на нашей планете не сохранились.

На окраинах лунных морей обнаружены глубокие долины длиной в сотни и шириной в десятки километров. Есть на Луне и так называемые борозды — длинные, узкие и извилистые ложбины, характерные как для «морского», так и для «материкового» рельефа. Вероятно, они связаны с лавовыми трубками. Привлекают внимание сбросы: например, Прямая Стена в Море Облаков представляет собой грандиозный уступ длиной в 125 км и высотой около 300 м.

Возраст лунных пород оказался громадным. Едва ли не первому же камню, который подобрал первый человек, ступивший на Луну — Нил Армстронг, — оказалось около 3 млрд лет. Возраст других привезенных на Землю образцов достигает 4,5 млрд лет, как и у большинства метеоритов. Для определения возраста пород используется радиоизотопный (в данном случае уран-свинцовый) метод. Возраст циркона, — минерала, привезенного с Луны и образовавшегося в ходе застывания магмы на поверхности Луны, — оказался равным 4,51 млрд лет. Считается, что с точностью до плюс-минус десяти миллионов лет это и есть возраст Луны.

В грунте Луны присутствует и земное вещество. Исследования доставленных образцов показали, что в них содержится кислород, изотопный состав которого совпадает с таковым для Земли и указывает на его биогенное происхождение. Космические аппараты в околоземном пространстве обнаружили поток земного водорода и кислорода, увлекаемого солнечным ветром из верхней атмосферы Земли. Это означает, что во время полнолуний Луна попадает в этот поток, и частицы земного происхождения внедряются в лунный грунт. Это процесс, по-видимому, происходит на протяжении всего времени существования Луны.

Как указано выше, солнечные сутки на Луне равны синодическому месяцу (29,53 суток). В результате лунный день и лунная ночь равны половине этого периода — по 14,7 земных суток. Отсутствие атмосферы приводит к тому, что поверхность Луны длинным днем нагревается до +130 °С. Такие экстремальные температуры характерны для полудня на экваторе. Высокой температуре грунта способствует крайне низкое альбедо лунных пород: в среднем около 12% (для сравнения, альбедо чистого снега на Земле составляет 85%, песка — 30%, воды — 5%).

После наступления лунной ночи поверхность стремительно охлаждается, и ее температура может упасть до -170 °С. Температура на Луне была измерена как дистанционными методами, так и непосредственно, с помощью аппаратуры, установленной на советских автоматических аппаратах «Луноход-1» (1970—1971 гг.) и «Луноход-2» (1973 г.), проработавших на поверхности Луны соответственно 11 и 4 лунных суток (земных месяцев).

Верхний слой грунта, как указано выше, покрыт реголитом — раздробленным благодаря метеоритным бомбардировкам материалом с крайне низкой теплопроводностью, как у сухого песка в вакууме. За счет этого свойства грунта уже на глубине в несколько десятков сантиметров температура ото дня к ночи практически не меняется. На глубине 20 м температура на 25 °C выше, чем на глубине 1 м. Вероятно, это связано с присутствием в лунной коре радиоактивных элементов, выделяющих тепло.

Рис. 7.13. Первый в мире дистанционно-управляемый самоходный аппарат «Луноход-1» (СССР, 1970)

Рис. 7.14. Первые в мире люди на Луне (посадочный модуль космического корабля «Apollo-11», NASA, 1969).