Луна - самое близкое к Земле небесное тело и потому изучена лучше всего. Ближайшие к нам планеты примерно в 100 раз дальше, чем Луна. Луна меньше Земли по диаметру вчетверо, а по массе в 81 раз. Средняя ее плотность , т. е. меньше, чем у Земли. Вероятно, у Луны нет такого плотного ядра, какое есть у Земли.
Мы видим всегда только одно полушарие Луны, на котором никогда не заметно ни облаков, ни малейшей дымки, что служило одним из доказательств отсутствия на Луне водяных паров и атмосферы. Позднее это было подтверждено прямыми измерениями на поверхности Луны. Небо на Луне даже днем было бы черное, как в безвоздушном пространстве, но окружающая Луну разреженная пылевая оболочка немного рассеивает солнечный свет.
На Луне нет атмосферы, смягчающей палящие солнечные лучи, не пропускающей к поверхности опасные для живых организмов рентгеновское и корпускулярное излучения Солнца, уменьшающей отдачу энергии ночью в мировое пространство 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.
С помощью автоматических станций установлено, что непрерывные удары мелких метеоритов, дробя поверхность Луны, как бы обтачивают ее и сглаживают рельеф. Мелкие осколки не превращаются в пыль, а в условиях вакуума быстро спекаются в пористый шлакоподобный слой. Происходит молекулярное сцепление пыли в подобие пемзы. Такая структура лунной коры придает ей малую теплопроводность. В результате при сильных колебаниях температуры снаружи в недрах Луны даже на небольшой глубине температура сохраняется постоянной. 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!
2. Рельеф Луны.
Уже со времен Галилея начали составлять карты видимого полушария Луны. Темные пятна на поверхности Луны были названы «морями» (рис. 47). Это низменности, в которых нет ни капли воды. Дно их темное и сравнительно ровное. Большую часть поверхности Луны занимают гористые, более светлые пространства. 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.
Рис. 47. Схематическая карта крупнейших деталей на обращенном к Земле полушарии Луны.
В полнолуние в южном полушарии хорошо видны в сильный бинокль кратер Тихо диаметром 60 км в виде яркого кольца и расходящиеся от него радиально 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 малейшие 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
Рис. 48. Схематическая карта обратной стороны Луны, невидимой с Земли.
полный мрак. Лучи Солнца, скользя все ниже, постепенно обрисовывают и 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. В центре кратера часто видна горка (рис. 49), в действительности это группа гор. Кратерные стены обрываются террасами круто внутрь. Дно кратеров лежит ниже окружающей местности. Рассмотрите внимательно вид внутренности вала и центральной горки кратера Коперник, сфотографированных искусственным спутником Луны сбоку (рис. 50). С Земли этот кратер виден прямо сверху и без таких подробностей. Вообще с Земли в наилучших условиях едва видны кратеры до 1 км в диаметре. Вся поверхность Луны изрыта мелкими кратерами - пологими углублениями - это результат ударов мелких метеоритов.
С Земли видно только одно полушарие Луны. В 1959 г. со-ветская космическая станция, пролетая мимо Луны, впервые сфотографировала невидимое с Земли полушарие Луны. 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. Искусственно созданные аппараты неоднократно опускались на ее поверхность. В 1969 г. на поверхность Луны впервые опустился космический аппарат с двумя американскими космонавтами. К настоящему времени на Луне побывало несколько экспедиций космонавтов США, благополучно вернувшихся на Землю. Они ходили и даже ездили на специальном вездеходе по поверхности Луны, уста навливали и оставляли на ней разные аппараты, в частности сейсмографы для регистрации «лунотрясений», и привезли образцы лунного грунта. Образцы оказались очень сходными с земными горными породами, но у них обнаружили и ряд особенностей, свойственных лишь лунным минералам. 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, Более того, на Луну посылались советские луноходы (автоматические самоходные лаборатории, рис. 51), 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 зчасыпан камнями всевозможной величины. Луноход «шаг за шагом», управляемый с Земли по радио, передвигался с учетом характера местности, вид которой передавался
Цирк Альфонс, в котором наблюдалось выделение вулканических газов (снимок сделан автоматической станцией вблизи Луны).
(кликните для просмотра скана)
на Землю по телевидению. Это величайшее достижение советской науки и человечества важно не только как доказательство неограниченных возможностей человеческого разума и техники, но и как прямое исследование физических условий на другом небесном теле. Оно важно и тем, что подтверждает большинство выводов, которые астрономы делали лишь из анализа света Луны, приходящего к нам с расстояния 380 000 км.
Изучение лунного рельефа и его происхождения интересно и для геологии - Луна как бы музей древней истории ее коры, так как вода и ветер ее не разрушают. Но Луна - это не совсем мертвый мир. В 1958 г. советский астроном Н. А. Козырев заметил в кратере Альфонс выделение газов из лунных недр.
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, цепочки кратеров, огромная столовая гора со склонами такими же, как и у кратеров. Имеется сходство лунных кратеров с лавовыми озерами Гавайских островов. Менее крупные кратеры образовались от ударов больших метеоритов. На Земле есть также ряд кратеров, образованных при падении метеоритов. Что касается лунных «морей», то они, по-видимому, образованы проплавлениями лунной коры и излияниями лавы вулканов. Конечно, на Луне, как и на Земле, основные этапы горообразования происходили в далеком прошлом.
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 малой силой тяжести на поверхности планет и с разреженностью их атмосферы, мало смягчающей бомбардировку метеоритами.
Советские космические станции установили отсутствие у Луны магнитного поля и поясов радиации и наличие на ней радиоактивных элементов.
Луна полностью лишена атмосферы, и на её поверхности наблюдается колоссальный перепад температур. Грунт Луны обладает исключительно малой теплопроводностью; поэтому он быстро нагревается лучами Солнца до температуры около 120°C, но стоит зайти Солнцу или данному участку поверхности по-пасть в тень, как температура стремительно падает до -180°C.
Метеоритная бомбардировка
Сила тяжести на Лу-не невелика, поэтому упавшие астероиды (или их остатки) ча-стично сохранились под её поверхностью, образуя масконы . Вещество масконов имеет большую плотность, чем окружаю-щее вещество лунной коры. Они искажают гравитационное поле Луны, что проявляется в движении пролетающих над ни-ми искусственных спутников Луны.
Все крупные детали рельефа Луны получили собственные имена и названия. Большин-ство их было дано в XVII в. польским астрономом Я. Гевелием. Для морей он выбрал произвольные названия (Море Ясности, Океан Бурь и др.), кратерам дал имена крупнейших учёных (Птолемей, Коперник, Арис-тарх и др.), горным цепям — названия земных гор (Апеннины, Альпы, Кавказ). Эти названия утвердились, и только в 1972 г. к ним добавилось новое: место прилунения первой лунной экспедиции было названо Морем Познанным.
На Луне
нет атмосферы. Значит её рельеф
не защищен от метеоритов, на её поверхности
не происходит эрозии горных пород, и, на поверхности Луны нет пыли. Дело в том что в безвоздушном пространстве любая пыль быстро склеивается в пористую массу подобную пемзе.
Лунный ландшафт строгий и торжественный. Поверхность испещрена кратерами, как крупными горными цирками, так и мелкими с булавочную головку. Они имеют как метеоритное, так и вулканическое происхождение. Края у скал острые. Тени, которые отбрасывают скалы, четкие и черные.
Лунный грунт темного, практически черного цвета. У физиков есть такое понятие «альбедо», эта величина показывает,какое количество падающего света отражает та или иная поверхность в процентах. Альбедо Луны около 7 процентов. Так отражает черный цвет. Если бы на Луне была светлая почва, то у нас на Земле в лунную ночь было бы светло как днем.
Линия горизонта на Луне в одном километре от наблюдателя. Черное звездное небо слегка светится. Это пыль от метеоритных осколков рассеивает свет. В небе Луны голубой шар- Земля, которая по видимым размерам больше Луны на нашем небе в 40 раз, и хорошо освещает её поверхность.
Поверхность Луны можно условно разделить на типы: старая горная местность с большим количеством вулканов и относительно гладкие и молодые лунные моря. Главной особенностью обратной стороны Луны является её материковый характер.
Темные участки поверхности, которые мы можем видеть с Земли на поверхности Луны, мы называем «океанами» и «морями». Такие названия пришли из древности, когда древние астрономы думали, что Луна имеет моря и океаны, также как и Земля. На самом деле эти темные участки поверхности Луны сформировались в результате извержений вулканов и они заполнены базальтом, который темнее, чем окружающие его породы. Основные Лунные моря сосредоточены в пределах видимого полушария, крупнейшее из них - Океан Бурь. К нему примыкают Море Дождей с северо-востока, Море Влажности и Море Облаков с юга. В восточной половине видимого с Земли диска протянулись цепочкой с северо-запада на юго-восток Море Ясности, Море Спокойствия и Море Изобилия. К этой цепочке с юга примыкает Море Нектара, а с северо-востока - Море Кризисов. Сравнительно небольшие по размерам моря расположены на границе видимого и обратного полушарий - Море Восточное, Море Краевое, Море Смита и Море Южное. На обратной стороне Луны существует лишь одно значительное образование морского типа - Море Москвы. На поверхности лунных морей при определенных условиях освещения заметны извилистые возвышения, называемые валами. Высота этих преимущественно пологих возвышенностей не превышает 100-300 метров, однако протяженность может достигать сотен километров. Вероятной теорией их образования считается их возникновение при застывании лавовых морей за счет сжатия. На лунной поверхности несколько небольших образований морского типа, относительно обособленных от крупных формаций, носят название «озер». Образования, граничащие с морями и вдающиеся в материковые области, называются «заливами». Моря отличаются от материковых областей низкой отражательной способностью вещества их поверхности, более пологими формами рельефа и меньшим числом крупных кратеров на единицу площади, - в среднем в пересчете на единицу площади число кратеров на материковой поверхности в 30 раз превышает число кратеров в морях. К элементам рельефа относятся и лунные горы. Они представлены горными хребтами, окаймляющими берега большинства морей, а также многочисленными кольцевыми горами, называемыми кратерами. Отдельные пики и небольшие горные хребты, находящиеся на поверхности некоторых лунных морей, вероятно в большинстве случаев являются полуразрушенными бортами кратеров. Примечательно, что на Луне, в отличие от Земли почти отсутствуют линейные горные цепи, как то например Гималаи, Анды и Кордильеры на Земле.
Кратеры
Кратерность - самая характерная особенность лунного рельефа. Существует порядка полумиллиона кратеров размером более 1 км. Из-за отсутствия на Луне атмосферы, воды и значительных геологических процессов лунные кратеры фактически не подвергались изменениям и даже древние кратеры сохранились на ее поверхности. Самые крупные лунные кратеры находятся на обратной стороне Луны, например кратер Королев, Менделеев, Гершпрунг и многие другие. В сравнении с ними кратер Коперник диаметром 90 км, находящийся на видимой стороне Луны кажется очень небольшим. Также на границе видимой стороны Луны находятся гигантские кратеры, такие как Струве диаметром 255 км и Дарвин диаметром 200 км.
Ныне на картах Луны зафиксировано более 35 000 крупных и около 200 000 мелких деталей.
В образовании форм лунного рельефа принимали участие как внутренние силы, так и внешние воздействия. Расчеты термической истории Луны показывают, что вскоре после её образования недра были разогреты радиоактивным теплом и в значительной мере расплавлены, что привело к интенсивному вулканизму на поверхности. В результате образовались гигантские лавовые поля и некоторое количество вулканических кратеров, а также многочисленные трещины, уступы и другое. Вместе с этим на поверхность Луны на ранних этапах выпадало огромное количество метеоритов и астероидов - остатков протопланетного облака, при взрывах которых возникали кратеры - от микроскопических лунок до кольцевых структур поперечником во много десятков, а возможно и до нескольких сотен километров. Сейчас метеориты выпадают на Луну гораздо реже; вулканизм также в основном прекратился, поскольку Луна израсходовала много тепловой энергии, а радиоактивные элементы были вынесены во внешние слои Луны. Об остаточном вулканизме свидетельствуют истечения углеродосодержащих газов в лунных кратерах, спектрограммы которых были впервые получены советским астрономом Н.А. Козыревым.
На Луне принято выделять области двух типов: светлые - материковые, занимающие 83% площади лунного шара, и темные - морские, составляющие 17%. Материки отличаются более высокой отражательной способностью, поскольку сложены относительно светлыми породами типа анортозитов, наличием значительных неровностей и множеством ов разных размеров и степени сохранности вала. Моря - относительно ровные области, покрытые лавовыми потоками темных пород ового типа, с меньшим количеством ов. Таким образом, моря темнее материков как из-за различия в составе пород, так и по причине иной структуры поверхности (моря глаже и поэтому слабее рассеивают свет).
Моря лежат ниже уровня материковой поверхности. Например, Море Дождей расположено на 3 км ниже, а Море Влажности на 2 км ниже окружающей местности. На восточном лимбе вблизи а видны темные пятна Моря Краевого и Моря Смита. Интересно, что в одном из проектов создания будущей лунной базы Море Смита называют в числе возможных мест, удобных для проведения исследовательских работ. Площадь маленького пятна Моря Волн всего 21 тыс. км2. Наиболее четко выделяется граница Моря Кризисов, площадь которого 176 тыс. км2. Дно этого моря расположено на 3,5 км ниже окружающей местности. На его краю виден яркий с лучевой системой - Прокл диаметром 28 км.
Море Спокойствия, по площади равное Черному морю на Земле (421 тыс. км2), знаменито тем, что именно здесь американский астронавт Нейл Армстронг впервые ступил на лунную поверхность 20 июля 1969 г. Море Спокойствия соединяется с Морем Нектара и Морем Изобилия, в котором советский зонд " 16" (1970 г.) взял пробу лунного грунта и доставил ее на Землю. На границе Моря Ясности с материком выполнял исследования самоходный аппарат "Луноход 2" (1973 г.)
Площадь Моря Дождей - 829 тыс. км2. Темная область к югу от Коперника недавно была названа Морем Островов. Море Познанное получило свое название после того, как в 1964 г. здесь опустился американский зонд "Рейнджер 7". К югу от Залива Радуги совершил свое путешествие первый самоходный лунник "Луноход 1" (1970-71 гг.).
Слева от Моря Облаков в материковой части выделяется цепочка из трех ов, размеры которых превышают 100 км. Средний из них Альфонс, известен тем, что в 1957 г. там наблюдалось свечение, зарегистрированное на спектрограммах. Самый яркий с мощной лучевой системой назван в честь а Тихо Браге, составившего таблицы перемещения планет, на основе которых Кеплер вывел законы движения планет.
Горные образования на Луне представляют собой части колец, окаймляющих круговые моря. Еще в середине семнадцатого века польский Ян Гевелий предложил называть горы на Луне такими же именами, как и на Земле. Вокруг Моря Дождей расположены Альпы, Кавказ, Апеннины, Карпаты, Юра. Море Нектара окружено горами Алтай и Пиренеи. Горы Кордильеры и горы Рука окружают Море Восточное. Самые высокие горы на Луне Апеннины: там высота отдельных хребтов достигает 5,6 км над поверхностью соседнего Моря Дождей. Горы Юра возвышаются над Заливом Радуги на 5 км, в то время как в Карпатах лишь отдельные горки достигают высоты 2 км над окружающей местностью.
Преобладающей формой рельефа Луны являются ы. Если вал а четкий, хорошо сохранившийся, то это признак относительной молодости, а ы с разрушенными валами - более старые. Крупные ы часто имеют на дне центральную горку и сы на внутренних склонах, например, ы Коперник и Аристарх. У старых ов горки и сы встречаются реже. Особую группу составляют ы с лучевыми системами, представляющими собой длинные светлые полосы, радиально исходящие от вала а. Лучи можно видеть не всегда, а лишь при определенных условиях освещения поверхности. Наиболее четко эти образования проявляются в полнолуние. При других фазах они менее заметны, а в областях, близких к терминатору, не наблюдаются вовсе. Лучи встречаются как у крупных ов, например, Тихо диаметром 87 км, так и у небольших, но обязательно молодых. ов с лучевыми системами на Луне несколько десятков.
Долины - отчетливо выраженные обособленные впадины шириной в несколько километров и протяженностью в десятки и сотни километров - встречаются на склонах обширных горных областей (например, Альпийская долина), а также в материковых районах (например, долина Рейта). Более узкие, длинные, но не обрывистые ложбины, сохраняющие на всем протяжении одинаковую ширину называют бороздами (например, борозды Сирсалиса). Они часто тянутся на сотни километров вне зависимости от рельефа поверхности. Обрывистые разломы называют трещинами. В морях иногда встречаются уступы - типичные сбросы; например, в Море Облаков звестен уступ Прямая Стена.
На обратной стороне Луны особое внимание привлекают очень крупные кольцевые структуры, диаметром более 300 км, названные бассейнами. Самые большие из них, такие как Море Восточное, Герцшпрунг, Аполлон, Королев, Море Москвы и другие имеют помимо внешнего вала еще и внутренний, диаметр которого, как правило, вдвое меньше внешнего. Иногда внутренние кольца сильно разрушены.
Любопытно, что некоторые крупные бассейны обратной стороны Луны являются антиподами морей видимой стороны. Например, Королев - антипод Моря Изобилия, а Герцшпрунг - Моря Спокойствия.
К северо-востоку от Моря Восточного радиально отходят гигантские цепочки ов, простирающиеся на расстояния до тысячи километров. Диаметр ов, входящих в эти цепочки, составляет в среднем 10-20 км. Три самые протяженные цепочки получили названия ГДЛ (Газодинамическая лаборатория), ГИРД (Группа изучения реактивного движения) и РНИИ (Реактивный научно-исследовательский институт). Эти три научные организации внесли основной вклад в развитие ракетостроения в нашей стране.
Ы, отдельные горные вершины (пики, мысы), а также гряды называют (посмертно) именами ов и выдающихся ученых других специальностей. Исключением стали 12 ов, названных в честь живущих космонавтов и астронавтов. Все предложенные наименования утверждает Международный ический союз. Общее правило планетной номенклатуры - не использовать имена политических и религиозных деятелей, полководцев и философов XIX и XX вв.
Карты Луны используют для решения важных научных и практических задач: восстанавливают историю лунной поверхности, планируют экспедиции на Луну.