Луна - спутник Земли

которой долго не затухают сейсмические колебания. Состав верхней мантии

предположительно оливин-пироксеновый, а на большей глубине присутствуют

шницель и встречающийся в ультраосновных щелочных породах минерал

мелилит. На границе с нижней мантией температуры приближаются к

температурам плавления, отсюда начинается сильное поглощение сейсмических

волн. Эта область представляет собой лунную астеносферу.

В самом центре, по-видимому, находится небольшое жидкое ядро

радиусом менее 350 километров, через которое не проходят поперечные

волны. Ядро может быть железосульфидным либо железным; в последнем случае

оно должно быть меньше, что лучше согласуется с оценками распределения

плотности по глубине. Его масса, вероятно, не превышает 2 % от массы всей

Луны. Температура в ядре зависит от его состава и, видимо, заключена в

пределах 1300 - 1900 К. Нижней границе отвечает предположение об

обогащенности тяжелой фракции лунного протовещества серой,

преимущественно в виде сульфидов, и образовании ядра из эвтектики Fe -

FeS с температурой плавления (слабо зависящей от давления) около 1300 К.

С верхней границей лучше согласуется предположение об обогащенности

протовещества Луны легкими металлами (Mg, Са, Na, Аl), входящими вместе с

кремнием и кислородом в состав важнейших породообразующих минералов

основных и ультраосновных пород - пироксенов и оливинов. Последнему

предположению благоприятствует и пониженное содержание в Луне железа и

никеля, на что указывает ее низкая средняя площадь.

Рельеф лунной поверхности.

Рельеф лунной поверхности был в основном выяснен в результате

многолетних телескопических наблюдений. «Лунные моря», занимающие около

40 % видимой поверхности Луны, представляют собой равнинные низменности,

пересеченные трещинами и невысокими извилистыми валами; крупных кратеров

на морях сравнительно мало. Многие моря окружены концентрическими

кольцевыми хребтами. Остальная, более светлая поверхность покрыта

многочисленными кратерами, кольцевидными хребтами, бороздами и так далее.

Кратеры менее 15-20 километров имеют простую чашевидную форму, более

крупные кратеры (до 200 километров) состоят из округлого вала с крутыми

внутренними склонами, имеют сравнительно плоское дно, более углубленное,

чем окружающая местность, часто с центральной горкой. Высоты гор над

окружающей местностью определяются по длине теней на лунной поверхности

или фотометрическим способом. Таким путем были составлены

гипсометрические карты масштаба 1: 1 000000 на большую часть видимой

стороны. Однако абсолютные высоты, расстояния точек поверхности Луны от

центра фигуры или массы Луны определяются очень неуверенно, и основанные

на них гипсометрические карты дают лишь общее представление о рельефе

Луны. Гораздо подробнее и точнее изучен рельеф краевой зоны Луны,

которая, в зависимости от фазы либрации, ограничивает диск Луны. Для этой

зоны немецкий ученый Ф. Хайн, советский ученый А. А. Нефедьев,

американский ученый Ч. Уотс составили гипсометрические карты, которые

используются для учета неровностей края Луны при наблюдениях с целью

определения координат Луны (такие наблюдения производятся меридианными

кругами и по фотографиям Луны на фоне окружающих звезд, а также по

наблюдениям покрытий звезд). Микрометрическими измерениями определены по

отношению к лунному экватору и среднему меридиану Луны селенографические

координаты нескольких основных опорных точек, которые служат для привязки

большого числа других точек поверхности Луны. Основной исходной точкой

при этом является небольшой правильной формы и хорошо видимый близ центра

лунного диска кратер Мёстинг. Структура поверхности Луны была в основном

изучена фотометрическими и поляриметрическими наблюдениями, дополненными

радиоастрономическими исследованиями.

Кратеры на лунной поверхности имеют различный относительный

возраст: от древних, едва различимых, сильно переработанных образований

до очень четких в очертаниях молодых кратеров, иногда окруженных светлыми

«лучами». При этом молодые кратеры перекрывают более древние. В одних

случаях кратеры врезаны в поверхность лунных морей, а в других - горные

породы морей перекрывают кратеры. Тектонические разрывы то рассекают

кратеры и моря, то сами перекрываются более молодыми образованиями. Эти и

другие соотношения позволяют установить последовательность возникновения

различных структур на лунной поверхности; в 1949 советский ученый А. В.

Хабаков разделил лунные образования на несколько последовательных

возрастных комплексов. Дальнейшее развитие такого подхода позволило к

концу 60-х годов составить среднемасштабные геологические карты на

значительную часть поверхности Луны. Абсолютный возраст лунных

образований известен пока лишь в нескольких точках; но, используя

некоторые косвенные методы, можно установить, что возраст наиболее

молодых крупных кратеров составляет десятки и сочни миллионов лет, а

основная масса крупных кратеров возникла в «доморской» период, 3-4 млрд.

лет назад.

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. Из-за отсутствия атмосферы и гидросферы значительная часть

этих кратеров сохранилась до наших дней. 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.

Приливы и отливы.

Жители побережий океанов ежедневно наблюдают, как во время приливов

поднимается вода и заливает берег. Через несколько часов наступает отлив,

и берег снова обнажается. Подъем воды достигает в отдельных местах

нескольких метров, и в зависимости от характера очертания берегов вода

может проникать в глубь материка даже на несколько километров.

Приливы и отливы вызываются действием Луны на Землю. Если Земля

притягивает Луну, то и Луна притягивает к себе Землю. При этом сторона

Земли, обращена к Луне, притягивается сильнее. Благодаря различию в

притяжении подвижная водная поверхность океанов как бы вытягивается,

образуя два «горба»: один со стороны Луны, другой с противоположной

стороны («отрастающий горб»). А так как Земля вращается, то «горбы» эти

перемещаются (оставаясь вытянутыми вдоль линии, соединяющей Землю с

Луной) и наступают на встречные берега.

В одном и том же месте бывает два прилива в сутки, а между ними –

два отлива. У нас наибольшие приливы и отливы бывают на берегах

Ледовитого океана, например в Мурманске, а также на Дальнем Востоке, на

берегах Тихого океана.

Приливы вызывает не только Луна, но и Солнце своим притяжением.

Однако в силу того, что Солнце находится гораздо дальше от Земли, чем

луна, его приливное действие слабее. Оба приливных действия будут

складываться, когда Земля, Луна и Солнце расположатся по одному

направлению. А это происходит в новолуние и полнолуние. В это время

приливы достигают наибольшей высоты. В первую же и последнюю четверти

Луны бывают наименьшие приливы, потому что солнечный прилив совпадает с

лунным.

Новый этап исследования Луны.

Неудивительно, что первый полет космического аппарата выше

околоземной орбиты был направлен к Луне. Эта честь принадлежит советскому

космическому аппарату "Луна-l", запуск которого был осуществлен 2 января

1958 года. В соответствии с программой полета через несколько дней он

прошел на расстоянии 6000 километров от поверхности Луны. Позднее в том

же году, в середине сентября подобный аппарат серии "Луна" достиг

поверхности естественного спутника Земли.

Еще через год, в октябре 1959 года автоматический аппарат "Луна-3",

оснащенный аппаратурой для фотографирования, провел съемку обратной

стороны Луны (около 70 % поверхности) и передал ее изображение на Землю.

Аппарат имел систему ориентации с датчиками Солнца и Луны и реактивными

двигателями, работавшими на сжатом газе, систему управления и

терморегулирования. Его масса 280 килограмм. Создание "Луны-3" было

техническим достижением для того времени, принесло информацию об обратной

стороне Луны: обнаружены заметные различия с видимой стороной, прежде

всего отсутствие протяженных лунных морей.

В феврале 1966 года аппарат "Луна-9" доставил на Луну

автоматическую лунную станцию, совершившую мягкую посадку и передавшую на

Землю несколько панорам близлежащей поверхности - мрачной каменистой

пустыни. Система управления обеспечивала ориентацию аппарата, включение

тормозной ступени по команде от радиолокатора на высоте 75 километров над

поверхностью Луны и отделение станции от нее непосредственно перед

падением. Амортизация обеспечивалась надувным резиновым баллоном. Масса

"Луны-9" около 1800 килограмм, масса станции около 100 килограмм.

Следующим шагом в советской лунной программе были автоматические

станции "Луна-16, -20, -24" , предназначенные для забора грунта с

поверхности Луны и доставки его образцов на Землю. Их масса была около

1900 килограмм. Помимо тормозной двигательной установки и четырехлапого

посадочного устройства, в состав станций входили грунтозаборное

устройство, взлетная ракетная ступень с возвращаемым аппаратом для

доставки грунта. Полеты состоялись в 1970, 1972 и 1976 годах, на Землю

были доставлены небольшие количества грунта.

Еще одну задачу решали "Луна-17, -21" (1970, 1973 года). Они

доставили на Луну самоходные аппараты - луноходы, управляемые с Земли по

стереоскопическому телевизионному изображению поверхности. "Луноход- 1 "

прошел путь около 10 километров за 10 месяцев, "Луноход-2" - около 37

километров за 5 мес. Кроме панорамных камер на луноходах были

установлены: грунтозаборное устройство, спектрометр для анализа

химического состава грунта, измеритель пути. Массы луноходов 756 и 840

кг.

Космические аппараты "Рейнджер" разрабатывались для получения

снимков во время падения, начиная с высоты около 1600 километров до

нескольких сот метров над поверхностью Луны. Они имели систему трехосной

ориентации и были оснащены шестью телевизионными камерами. Аппараты при

посадке разбивались, поэтому получаемые изображения передавались сразу

же, без записи. Во время трех удачных полетов были получены обширные

материалы для изучения морфологии лунной поверхности. Съемки "Рейнджеров"

положили начало американской программе фотографирования планет.

Конструкция аппаратов "Рейнджер" сходна с конструкцией первых

аппаратов "Маринер", которые были запущены к Венере в 1962 году. Однако

дальнейшее конструирование лунных космических аппаратов не пошло по этому

пути. Для получения подробной информации о лунной поверхности

использовались другие космические аппараты - "Лунар Орбитер". Эти

аппараты с орбит искусственных спутников Луны фотографировали поверхность

с высоким разрешением.

Одна из целей полетов состояла в получении высококачественных

снимков с двумя разрешениями, высоким и низким, с целью выбора возможных

мест посадки аппаратов "Сервейор" и "Аполлон" с помощью специальной

системы фотокамер. Снимки проявлялись на борту, сканировались

фотоэлектрическим способом и передавались на Землю. Число снимков

ограничивалось запасом пленки (на 210 кадров). В 1966-1967 годах было

осуществлено пять запусков "Лунар орбитер" (все успешные). Первые три

"Орбитера" были выведены на круговые орбиты с небольшим наклонением и

малой высотой; на каждом из них проводилась стереосъемка избранных

участков на видимой стороне Луны с очень высоким разрешением и съемка

больших участков обратной стороны с низким разрешением. Четвертый спутник

работал на гораздо более высокой полярной орбите, он вел съемку всей

поверхности видимой стороны, пятый, последний "Орбитер" вел наблюдения

тоже с полярной орбиты, но с меньших высот. "Лунар орбитер-5" обеспечил

съемку с высоким разрешением многих специальных целей на видимой стороне,

большей частью на средних широтах, и съемку значительной части обратной с

малым разрешением. В конечном счете, съемкой со средним разрешением была

покрыта почти вся поверхность Луны, одновременно шла целенаправленная

съемка, что имело неоценимое значение для планирования посадок на Луну и

ее фотогеологических исследований.

Дополнительно было проведено точное картирование гравитационного

поля, при этом были выявлены региональные концентрации масс (что важно и

с научной точки зрения, и для целей планирования посадок) и установлено

значительное смещение центра масс Луны от центра ее фигуры. Измерялись

также потоки радиации и микрометеоритов.

Аппараты "Лунар орбитер" имели систему трехосной ориентации, их

масса составляла около 390 килограммов. После завершения

картографирования эти аппараты разбивались о лунную поверхность, чтобы

прекратить работу их радиопередатчиков.

Полеты космических аппаратов "Сервейор", предназначавшихся для

получения научных данных и инженерной информации (такие механические

свойства, как, например, несущая способность лунного грунта), внесли

большой вклад в понимание природы Луны, в подготовку посадок аппаратов

"Аполлон".

Автоматические посадки с использованием последовательности команд,

управляемых радаром с замкнутым контуром, были большим техническим

достижением того времени. "Сервейоры" запускались с помощью ракет "Атлас-

Центавр" (криогенные верхние ступени "Атлас" были другим техническим

успехом того времени) и выводились на перелетные орбиты к Луне.

Посадочные маневры начинались за 30 - 40 минут до посадки, главный

тормозной двигатель включался радаром на расстоянии около 100 километров

до точки посадки. Конечный этап (скорость снижения около 5 м/с)

проводился после окончания работы главного двигателя и сброса его на

высоте 7500 метров. Масса "Сервейора" при запуске составляла около 1

тонны и при посадке - 285 килограмм. Главный тормозной двигатель

представлял собой твердотопливную ракету массой около 4 тонн. Космический

аппарат имел трехосную систему ориентации.

Прекрасный инструментарий включал две камеры для панорамного обзора

местности, небольшой ковш для рытья траншеи в грунте и (в последних трех

аппаратах) альфа-анализатор для измерения обратного рассеяния альфа -

частиц с целью определения элементного состава грунта под посадочным

аппаратом. Ретроспективно результаты химического эксперимента многое

прояснили в природе поверхности Луны и ее истории. Пять из семи запусков

"Сервейоров" были успешными, все опустились в экваториальной зоне, кроме

последнего, который сел в районе выбросов кратера Тихо на 41° ю.ш.

"Сервейор-6" был в некотором смысле пионером - первым американским

космическим аппаратом, запущенным с другого небесного тела (но всего лишь

ко второму месту посадки в нескольких метрах в стороне от первого).

Пилотируемые космические аппараты "Аполлон" были следующими в

американской программе исследований Луны. После "Аполлона" полеты на Луну

не проводились. Ученым пришлось довольствоваться продолжением обработки

данных от автоматических и пилотируемых полетов в 1960 - е и 1970 - е

годы. Некоторые из них предвидели эксплуатацию лунных ресурсов в будущем

и направили свои усилия на разработку процессов, которые смогли бы

превратить лунный грунт в материалы, пригодные для строительства, для

производства энергии и для ракетных двигателей. При планировании

возвращения к исследованиям Луны без сомнения найдут применение как

автоматические, так и пилотируемые космические аппараты.

Человек на Луне.

Работа над этой программой началась в США в конце 60 - х годов.

Было принято решение осуществить полет человека на Луну и его успешное

возвращение на Землю в течение ближайших десяти лет. Летом 1962 года

после длительных дискуссий пришли к заключению, что наиболее эффективным

и надежным способом является вывод на окололунную орбиту комплекса в

составе командно - вычислительного модуля, в состав которого входят

командный и вспомогательный модули, и лунного посадочного модуля.

Первоочередной задачей было создание ракеты носителя, способной вывести

не менее 300 тонн на околоземную орбиту и не менее 100 тонн на

окололунную орбиту. Одновременно велась разработка космического корабля

«Аполлон», предназначенного для полета американских астронавтов на Луну.

В феврале 1966 года «Аполлон» был испытан в беспилотном варианте. Однако

то, что произошло 27 января 1967 года, помешало успешному проведению

программы в жизнь. В этот день астронавты Э. Уайт, Р. Гаффи, В. Гриссом

погибли при вспышке пламени во время тренировке на Земле. После

расследования причин испытания возобновились и усложнились. В декабре

1968 года «Аполлон - 8 (еще без лунной кабины) был выведен на

селеноцентрическую орбиту с последующим возвращением в атмосферу Земли со

второй космической скоростью. Это был пилотируемый полет вокруг Луны.

Снимки помогли уточнить место будущей посадки на Луну людей. 16 июля

«Аполлон - 11» стартовал к Луне и 19 июля вышел на лунную орбиту. 21

июля 1969 на Луне впервые высадились люди - американские астронавты Н.

Армстронг и Э. Олдрин, доставленные туда космическим кораблем "Аполлон-

11. Космонавты доставили на Землю несколько сотен килограммов образцов и

провели на Луне ряд исследований: измерения теплового потока, магнитного

поля, уровня радиации, интенсивности и состава солнечного ветра (потока

частиц, приходящих от Солнца). Оказалось, что тепловой поток из недр Луне

примерно втрое меньше, чем из недр Земли. В породах Луны обнаружена

остаточная намагниченность, что указывает на существование у Луны в

прошлом магнитного поля. На Луне были оставлены приборы, автоматически

передающие информацию на Землю, в сейсмометры, регистрирующие колебания

в теле Луны. Сейсмометры зафиксировали удары от падений метеоритов и

«лунотрясения» внутреннего происхождения. По сейсмическим данным было

установлено, что до глубины в несколько десятков километров Луна сложена

относительно легкой «корой», а ниже залегает более плотная «мантия». Это

было выдающиеся достижение в истории освоение космического пространства -

впервые человек достиг поверхности другого небесного тела и пробыл на нем

более двух часов. Вслед за полет корабля «Аполлон - 11» к Луне на

протяжении 3.5 - х лет было направлено шесть экспедиций («Аполлон - 12» -

«Аполлон - 17»), пять из которых прошли вполне успешно. На корабле

«Аполлон - 13» из - за аварии на борту пришлось изменить программу

полета, и вместо посадки на Луну был сделан ее облет и возвращение на

Землю. Всего на Луне побывало 12 астронавтов, некоторые пробыли на Луне

несколько суток, в том числе до 22 часов вне кабины, проехали на

самоходном аппарате несколько десятков километров. Ими был выполнен

довольно большой объем научных исследований, собрано свыше 380

килограммов образцов лунного грунта, изучение которых занимались

лаборатории США и других стран. Работы над программой полетов на Луну

велись и в СССР, но в силу нескольких причин не были доведены до конца.

Продолжительность сейсмических колебаний на Луне в несколько раз большая,

чем на Земле, видимо, связана с сильной трещиноватостью верхней части

лунной «коры».

В ноябре 1970 АМС «Луна-17» доставила на Луну в Море Дождей лунный

самоходный аппарат "Луноход-1", который за 11 лунных дней (или 10.5

месяцев) прошел расстояние в 10 540 м и передал большое количество

панорам, отдельных фотографий поверхности Луны и другую научную

информацию. Установленный на нем французский отражатель позволил с

помощью лазерного луча измерить расстояние до Луны с точностью до долей

метра. В феврале 1972 АМС «Луна-20» доставила на Землю образцы лунного

грунта, впервые взятые в труднодоступном районе Луны. В январе 1973 АМС

«Луна-21» доставила в кратер Лемонье (Море Ясности) «Луноход-2» для

комплексного исследования переходной зоны между морскими и материковыми

равнинами. «Луноход-2» работал 5 лунных дней (4 месяца), прошел

расстояние около 37 километров.

Полеты космических кораблей «Аполлон»

|№ корабля |Экипаж |Даты полета |

|1 |Беспилотный |26.02.66 |

|2 |Беспилотный |05.07.66 |

|3 |Беспилотный |23.08.66 |

|4 |Беспилотный |09.11.67 |

|5 |Беспилотный |22.01 - 11.02.68 |

|6 |Беспилотный |04.04.68 |

|7 |У. Ширра, Д. Эйзел, У. |11 - 22.10.68 |

|8 |Каннингем |21 - 27.12.68 |

|9 |Ф. Борман, Дж. Ловелл, |03 - 13.03.69 |

|10 |У. Андерс |18 - 26.05.69 |

|11 |Дж. Макдивитт, Д. |16 - 24.07.69 |

|12 |Скотт, Р. Швейкарт |14 - 24.11.69 |

|13 |Т. Стаффорд, Дж. Янг, |11 - 17.04.70 |

|14 |Ю. Сернан |31.01 - 09.02.71 |

|15 |Н. Армстронг, М. |26.07 - 07.08.71 |

|16 |Коллинз, Э. Олдрин |16 - 27.04.72 |

|17 |Ч. Конрад, Р. Гордон, |07 - 19.12.72 |

| |А. Бин | |

| |Дж. Ловелл, Дж. | |

| |Суиджерт, Ф. Хейс | |

| |А. Шепард, Э. Митчелл, | |

| |С. Руса | |

| |Д. Скотт, Дж. Ирвин, А.| |

| |Уорден | |

| |Дж. Янг, Ч. Дьюк, Т. | |

| |Маттингли | |

| |Ю. Сернан, Р. Эванс, | |

| |Х. Шмитт | |

Использованная литература:

1. Большая Советская энциклопедия;

1. Детская энциклопедия. М., Академия педагогических наук РСФСР,1959г,

том 2;

1. Б. А. Воронцов - Вельяминов. Очерки о Вселенной. М., «Наука», 1985

г;

1. Болдуин Р. Что мы знаем о Луне. М., «Мир», 1977 г.;

1. Уиппл Ф. Земля, Луна и планеты. М., «Наука», 1967 г.;

1. Космическая биология и медицина. М., «Наука», 1997 г.

Страницы: 1, 2