Луна - активное небесное тело

Поток внутреннего тепла Луны

Прежде казалось, что исследование недр других планет возможно лишь теми способами, которые применяются на Земле, - с поверхности планеты. Однако с развитием науки для этого стали использовать собственное радиоизлучение планет. Так, важные сведения о недрах Луны получили, исследуя ее радиоизлучение радиотелескопами, расположенными на Земле.

В начале 60-х гг. в Горьковском научно-исследовательском радиофизическом институте член-корреспондент АН СССР В. С. Троицкий и кандидат физико-математических наук В. Д. Кротиков, изучая радиоизлучение Луны в широком диапазоне волн (от миллиметровых до дециметровых), обнаружили рост температуры Луны с ее глубиной и, следовательно, существование потока тепла из ее недр. Принцип измерения был основан на том, что все нагретые тела излучают радиоволны и чем выше их температура, тем больше интенсивность излучения, чем длиннее волна, тем из большей глубины она излучается.

Открытие роста температуры с глубиной Луны стало возможным благодаря разработке нового метода измерений интенсивности слабого радиоизлучения Луны и других источников с точностью на порядок большей, чем у всех существовавших до этого методов радиоастрономических измерений. В результате открытия было доказано, что недра Луны горячие. Оттуда идет поток тепла, близкий к потоку тепла Земли. Средняя плотность радиоактивных элементов недр Луны в 4-5 раз больше, чем у земных недр.

Все это проливает свет на проблему происхождения системы Земля - Луна и вносит вклад в решение фундаментальной проблемы происхождения планет. Открытие подтвердило существование горячих недр Луны, как и открытие проявлений вулканической деятельности на Луне, сделанное Н. А. Козыревым. Значительно позже американские космонавты непосредственно измерили поток тепла из недр Луны. Следует отметить полное совпадение данных о свойствах верхнего покрова Луны (плотности, структуре, тепловом режиме), полученных авторами открытия с помощью радиометодов, с последующими данными, полученными прямыми советскими и американскими измерениями на поверхности Луны.

Аналогичные радиоастрономические методы, разработанные и проверенные при изучении Луны, применяются сейчас для исследования поверхности и недр Марса, а также других планет Солнечной системы.

Открытие советских ученых получило широкое признание не только в СССР, но и.за рубежом. Так, американский астроном Дж. Линский в журнале "Икарус" пишет: "Важным результатом... является очевидное измерение температурного градиента в лунном поверхностном слое. Троицкий и Кротиков интерпретировали наблюдаемое увеличение яркостной температуры, которая измерялась рядом радиотелескопов, употребляя для калибровки "искусственную Луну" как поток тепла цз недр, имеющих радиоактивность в 4-6 раз большую, чем предполагалось Макдональдом (США) и другими на основании гипотезы хондритового состава материала Луны... Абсолютные измерения потока являются действительно очень трудными и делают честь тем, кто разработал и применил "метод искусственной Луны".

Открытие зарегистрировано под № 43 с приоритетом от 19 ноября 1962 г. Авторам вручены дипломы со следующей формулой открытия:

"Установлено ранее неизвестное явление увеличения усредненной радиотемпературы Луны с ростом длины волны излучения".

Вулканическая деятельность на Луне

Как возникла Луна с се неповторимым ландшафтом? Играли ли вулканы и метеориты решающую роль в ее образовании? Почему различаются видимая и невидимая стороны Луны? Была ли и есть ли жизнь на Луне? Ответы на эти вопросы помогают пролить свет на образование планет Солнечной системы, на развитие формы и рельефа Земли, условия зарождения на ней полезных ископаемых и т. п.

В течение многих лет доктор физико-математических наук Н. А. Козырев ведет в Главной астрономической обсерватории АН СССР в Пулкове исследования Луны. 3 ноября 1958 г. ему удалось открыть свечение газов, выходящих из недр этой планеты, что, по его мнению, свидетельствовало о вулканической деятельности на Луне. Однако не все ученые согласились с Козыревым, и вопрос долгое время оставался дискуссионным.

С 1955 по 1966 г. Н. А. Козырев проводил спектрофо-тометрические наблюдения Луны. На их основе он получил спектрограммы центра кратера Аристарх, а затем спектрограммы центральной горки кратера Альфонс, подтвердившие прежние выводы. Авторитетная комиссия XVI Международного астрономического союза после изучения полученных документальных данных согласилась с мнением советского ученого.

Н. А. Козырев доказал присутствие молекулярного углерода в газах, выходивших из центрального пика кратера Альфонс. По спектру поглощения, полученному 28 октября 1959 г., он установил, что облако вулканического дыма в кратере Альфонс аналогично дымам камчатских вулканов. В декабре 1961 г. вблизи центра кратера Аристарх исследователь несколько дней наблюдал свечение газов, обусловленное, как он считает, свечением молекулярного водорода.

Полученные Н. А. Козыревым данные доказывали, что Луна является активным космическим телом, жизнь которого продолжается и в настоящее время, и что рельеф Луны формируется за счет внутренней энергии Луны. Активность Луны может быть сравнима с вулканической активностью Земли. Открытие было подтверждено визуальными наблюдениями астрономов других стран.

Открытие вулканической деятельности на Луне зарегистрировано под № 76 с приоритетом от 3 ноября 1958 г. Автору вручен диплом со следующей формулой открытия:

"Экспериментально установлено неизвестное ранее явление вулканической деятельности на Луне, обнаруженное по выделению газов из ее недр".

Открытие имеет важное значение для дальнейших астрофизических исследований планетной системы и для космонавтики. Международная астронавтическая академия выдала профессору Козыреву диплом и наградила его золотой медалью "за его замечательные телескопические и спектральные наблюдения люминесцентных явлений на Луне. Они показали, что Луна является до сих пор активным небесным телом, и стимулировали во всем мире изучение люминесцентных явлений на Луне".

Бесспорным подтверждением того, что Луна не менее активна в геологическом смысле, чем Земля, и что она отнюдь не застывший шар, нагромождение камней, а живое космическое тело, служат данные сейсмометра, установленного на Луне экипажем американского космического корабля "Аполлон-12". К августу 1970 г. этот сейсмометр зарегистрировал 14 лунотрясений, вызванных тектонической активностью Луны. Непосредственное изучение доставленных с Луды горных пород также показало, что они образованы в основном в результате выхода расплавов на поверхность Луны и вулканических процессов.

Спектрами лунных извержений, вероятно, заинтересуются астробиологи. Ведь молекулы углерода, азота, водорода, выходящие из лунных кратеров, дают основание полагать, что в недрах нашего спутника немало органических соединений.

Аномальное отражение поверхности Луны в инфракрасной области спектра

7 июля 1963 г. во время лунного затмения кандидат технических наук М. Н. Марков (Физический институт имени П. Н. Лебедева АН СССР) и кандидат физико-математических наук В. Л. Хохлова (Астросовет АН СССР) с помощью разработанного ими двухканального радиометра, устанавливающего зависимость потока излучения от фазы затмения для большого количества участков поверхности Луны, открыли эффект аномально высокой отражательной способности поверхности Луны в области спектра около 3,5 мк.

Непрерывное сканирование лунной поверхности осуществлялось последовательно по четырем трассам с разрешающей способностью 50-100 км. Была исследована динамика потока излучения около 200 участков лунной поверхности во время затмения. В результате было впервые установлено, что отражательная способность в области спектра около 3,5 мк в 3-5 раз выше, чем в видимой и более далекой области спектра.

8 последнее время стало возможным лабораторно исследовать поверхностную фракцию лунного грунта, доставленного АМС "Луна-16", "Луна-20", а также экспедициями по программе "Аполлон". Эти исследования, проведенные Институтом геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР совместно с Физическим институтом имени П. Н. Лебедева АН СССР, показали, что инфракрасный спектр отражения лунного грунта вполне соответствует спектру, полученному авторами открытия. Было установлено, что максимум отражения соответствует области наибольшей прозрачности материала.

Падение отражения в видимой области прозрачности связано с увеличением поглощения примесями металлов, а в более длинноволновой области спектра - поглощением колебательных связей кремния - кислорода. В исследуемых образцах не было обнаружено воды, но тем не менее следует учитывать высказанное ранее соображение о зависимости аномально высокого отражения от наличия воды в связанной форме для некоторых районов Луны.

Изучение грунта обнаружило также предсказанные различия в спектре у образцов, взятых из лунных морей и материков. Характер этих различий зависит от степени обогащения грунта материков минералом типа анотро-зита весьма древнего происхождения.

Работы, приведшие к открытию аномалий в спектре отражения Луны, по существу, послужили началом изучения лунного грунта по инфракрасной спектроскопии. В настоящее время этот метод только начинает развиваться. У него большое будущее, так как он позволит произвести дистанционный анализ лунного грунта в масштабе всей лунной поверхности. Описываемое открытие очень важно для оптической локации Луны с помощью луча квантового генератора, навигации в окололунном пространстве и т. п.

Проблема спектра отражения Луны обсуждалась на сессиях КОСПАР в Сиэтле и Мадриде. Работы, связанные с открытием, вызвали большой интерес зарубежных ученых.

Открытие зарегистрировано под № 70 с приоритетом от 6 января 1964 г. в такой формулировке:

"Экспериментально установлено неизвестное ранее свойство повышенной отражательной способности лунной поверхности для излучения в диапазоне спектра около 3,5 мк по сравнению с отражением в видимой и более длинноволновой областях спектра".

Запущенный 2 января 1959 г. советский автоматический аппарат "Луна-1" впервые в мире прошел в непосредственной близрсти от поверхности Луны. Начавшаяся этим полетом эпоха исследования Луны космическими средствами успешно продолжается. Вслед за советскими автоматическими станциями "Луна-3" и "Зонд-3", сфотографировавшими обратную сторону Луны, советская станция "Луна-9" в феврале 1966 г. совершила мягкую посадку на лунную поверхность. Вскоре советская станция "Луна-10" стала первым искусственным спутником Луны.

За этими полетами последовали многочисленные запуски космических аппаратов серий "Луна", "Зонд", "Сервейор", "Лунар орбитер" и "Лунар эксплорер". В сентябре 1968 г. спускаемый аппарат советского "Зон-да-5" благополучно вернулся на Землю после облета Луны, став первым космическим аппаратом, прошедшим по трассе Земля - Луна - Земля. В декабре 1968 г. аналогичный путь проделал экипаж космического корабля "Аполлон-8". В июле 1969 г. члены экипажа "Аполло-на-11" ступили на поверхность Луны.

12 сентября 1970 г. весь мир следил за полетом советской космической станции "Луна-16" - первого автоматического аппарата, совершившего посадку на Луну, в Море Изобилия, и отправившего на Землю ракету с лунным грунтом. Вскоре, в ноябре 1970 г., в Море Дождей прилунилась советская автоматическая станция "Луна-17", доставившая на Луну первый самоходный аппарат "Луноход-1".

С помощью станции "Луна-19" в октябре 1971 г. было исследовано отражение и рассеяние лунной поверхностью радиоволн. Радиопросвечивание окололунного пространства позволило ученым впервые обнаружить и изучить плазму вблизи дневной стороны лунной поверхности. Вывод о наличии тонкой плазменной оболочки был сделан на основании анализа радиосигналов, излучаемых "Луной-19". Это дает возможность коренным образом изменить схему радиосвязи с Луной. Раньше считалось, что из-за отсутствия ионосферы на Луне радиосвязь с ней возможна лишь в пределах прямой видимости. В настоящее время, если удастся использовать плазменную оболочку для отражения сигналов, станет реальной и заго-ризонтная связь с Луной на длинных волнах.

В феврале 1972 г. на Луне побывала советская автоматическая станция "Луна-20". На этот раз лунный грунт был взят в материковом районе, что дало селенологам возможность изучать практически неисследованные лунные породы.

16 января 1973 г. советская автоматическая станция "Луна-21" совершила мягкую посадку на поверхность Луны, на восточную окраину Моря Ясности, внутрь кратера Лемонье. Место посадки находилось в непосредственной близости от материкового района, представляющего большой научный интерес. Станция доставила на Луну автоматический самоходный аппарат "Луноход-2", который продолжил исследования лунной поверхности, проводившиеся в Море Дождей аппаратом "Луноход-1".

Расстояние от западного берега Моря Дождей, где работал "Луноход-1", до материка, откуда стартовала лунная ракета автоматической станции "Луна-20", около 3 тыс. км. Для Луны, диаметр которой составляет примерно 3500 км, это весьма значительная дистанция.

Посадка космического аппарата на лунный материк существенно сложнее посадки в морской район. Материковые области Луны очень неровны, изрыты, сложно расчленены, тогда как моря представляют собой сравнительно гладкие участки поверхности. Ученые считают, что лунные моря образовались 2-3 млрд. лет назад (т. е. они примерно вдвое моложе материка Луны) путем заполнения расплавленными лавовыми массами более древних материковых поверхностей. Светлые возвышенности, наблюдаемые с Земли, в среднем примерно на 3 км выше лунных морей. Таким образом, материки и моря Луны различаются не только по рельефу, но и по высоте, плотности распределения кратеров, химическому составу пород,текстуре.

Но не только лунные моря и материки резко отличаются друг от друга. Как показывают работы советских и американских ученых, основанные на результатах полетов космических аппаратов, участки, принадлежащие к одному и тому же типу лунных образований, также имеют существенные различия. Так, например, образцы грунта, доставленные из морских районов американскими экспедициями по программе "Аполлон" и советской автоматической станцией "Луна-16", имеют значительные различия по химическому составу, дисперсности, степени связанности частиц, оптическим свойствам. Это свидетельствует о том, что полное и соответствующее действительности представление о Луне ученые получат только в том случае, если будут располагать данными 6 составе и физических свойствах грунта Луны в разных ее точках. Непосредственные исследования лунного грунта могут дополняться наблюдениями с окололунной орбиты и систематическими наблюдениями с поверхности Земли.

За 18 лет после первой борозды в небесной целине, проложенной автоматической станцией "Луна-1", на Луне побывало около 20 советских автоматических посланцев из серии "Луна".

20 августа 1976 г. в восточное полушарие Луны, в Море Кризисов, была запущена "Луна-24". В отличие от грунтозаборных устройств "Луны-16" и "Луны-20" буровой робот "Луны-24" решил более сложную и принципиально новую задачу - добыл породу грунта с глубины не 30 см, а около 2 м и доставил ее на Землю.

Главное, что подтвердили исследования Луны, - это общность в строении основных тектонических элементов планетных тел. Так, например, ложе земных океанов на огромных пространствах заполнено базальтами. Образцы, доставленные из разных лунных морей, не оставляют каких-либо сомнений в том, что они также покрыты базальтовыми лавами. А ведьoсовсем недавно бытовала гипотеза (главным образом среди американских ученых) о том, что лунные моря якобы заполнены мощным слоем пыли или битумами.

На Земле дно океанических впадин лежит на глубине 2-4 км. Поверхность лунных морей также опущена на 2-4 км по отношению к условной лунной поверхности, соответствующей среднему радиусу Луны. Материки на обоих планетных телах представляют собой крупные выпуклости, образованные веществом коры, относительно более легким и имеющим повышенную мощность по сравнению с другими веществами. На Земле материки возвышаются над уровнем океанических впадин в сред: нем па 3-4 км. Близкое по величине возвышение материков над впадинами (на 2-3 км) наблюдается и на Луне.

Исключительная эффективность автоматов для полетов в труднодоступные и малоисследованные области космоса доказана примером советских автоматических межпланетных станций. Надо полагать, что с помощью АМС на Луну будет доставлена нужная аппаратура и прочие полезные грузы для проведения дальнейших жизненно важных наблюдений и исследований непосредственно па ее поверхности, например с целью более точного прогнозирования погоды на нашей планете. С поверхности Земли трудно наблюдать и анализировать циркуляцию воздуха в ее атмосфере. Автоматические метеостанции, расположенные на видимом с Земли полушарии Луны, помогут определять закономерности движения теплых и холодных воздушных масс и других процессов в земной атмосфере, более точно предсказывать изменения погоды.

Другая "профессия" будущих лунных автоматов - радио- и телесвязь. Известно, что связь на ультракоротких радиоволнах, на которых ведутся телевизионные передачи, ограничена пределами прямой видимости. Дальность устойчивого приема телевизионных сигналов в значительной степени зависит от высоты передающих и приемных антенн. Но даже у одной из самых высоких в мире антенн - антенны Останкинской башни - радиус телевизионного вещания ограничен 130 км.

Искусственные спутники Земли и наземные станций типа "Орбита" в огромной мере расширили возможности телевидения. Но в еще большей мере область телевидения расширилась бы, если бы удалось разместить радиотелевизионную аппаратуру на самой Луне. Тогда Луна могла бы быть использована и как удобная база для организации автоматической обсерватории, откуда несравненно более эффективно, чем с поверхности Земли, без атмосферных помех смогли бы проводиться исследования солнечного ветра, космических лучей, корпускулярных потоков и т. д. На Луне нет радиопомех, а это очень важно для приема из далекого космоса слабых радиосигналов.

Новые полеты к Луне будут способствовать приумножению научных открытий.