Кроме морей, на огромных пространствах разбросаны кольцевые горы, имеющие круглую форму в центральных частях видимого лунного диска, и эллиптическую на краевых частях диска. Кольцевые горы—это большие и малые круглые образования, неодинаково углубленные, окруженные валами, возвышающимися над окружающей местностью на 0,5–1,5 км. Кольцевые горы диаметром больше 35 км получили название лунных цирков, а остальные—меньших диаметров—были названы лунными кратерами. Небольшие кратеры располагаются по всей поверхности Луны: на ее равнинах, на дне морей, на горных хребтах и других образованиях.
Внутри цирков и кратеров, как на их дне, так и на склонах встречаются так называемые паразитные кратеры—образования более позднего происхождения по сравнению с морями и основной системой кольцевых гор. Например, большой паразитный кратер есть на кратере Фебит, на цирке Катарина, Кирилл и несколько кратеров на цирке Фракастор. Часто из глубины кратера в центре поднимается конической формы гора. Имеющая зачастую не одну вершину, а две и даже более.
Можно встретить горные долины, представляющие узкие длинные прямые полосы, тянущиеся на десятки километров. Так, долина в горном хребте Альп имеет длину 120 км и ширину 10–15 км.
Характерными образованиями являются лунные горы, высота отдельных вершин которых достигает 9 км, и горные хребты, похожие на земные и получившие по аналогии названиями земных горных хребтов Кавказа, Альп, Апеннин.
Распространены системы различных трещин и лучей, исходящих от оснований кратеров, борозды и светлые лучи. Общее число лучистых кратеров, видных в полнолуние, составляет на видимой нам стороне Луны около 300.
Морские и материковые ландшафты располагаются на различных высотных уровнях. В масштабах всего лунного шара разность средних уровней материков и морей достигает 2,3 км. В пределах видимого полушария это значение составляет 1,4 км. Средний уровень круговых морей ниже среднего уровня морей неправильной формы на 1,3 км и ниже уровня материков почти на 4 км.
Химический состав и внутреннее строение Луны.
Образцы поверхностных лунных пород, доставленных на Землю из районов посадки космических кораблей «Аполлон» и автоматический станций «Луна», были детально исследованы в земных лабораториях. Пробы кристаллических пород и грунта были взяты из семи морских районов Луны и из двух материковых. Оказалось, что минералогический состав лунных пород очень близок к земным породам типа базальтов, норитов и анортозитов. Основными породообразующими минералами, как и на Земле, оказались пироксен, плагиоклаз, ильменит и оливин.
Конечно, лунные породы при общем сходстве с земными имеют свои существенные отличия. Лунные морские базальты выделяются высоким содержанием FeO, а в некоторых случаях также и TiO2. другие основные окислы, SiO2, MgO, CaO и Al2O3 входят в состав лунных пород примерно в тех же количествах, что и в состав земных аналогов лунного вещества.
Нориты—неморские базальты—отличаются от морских более высоким содержанием окислов алюминия. Некоторые образцы базальтовых и норитовых лунных пород имеют повышенное содержание калия, редкоземельных элементов и фосфора. Они получили общее название криповых пород (от словосочетания KREEP-породы).
Земным аналогом материкового вещества Луны являются анортозиты. Эти породы практически состоят из одного минерала—богатого кальцием анортита. По степени содержания Al2O3 и CaO анортозитовые породы Луны иногда подразделяют на собственно анортозиты, габбро-анортозиты и анортозитовые габбро. Внешним отличительным признаком анортозитовых пород является их относительно высокая отражательная способность, благодаря которой материковые области Луны выглядят более светлыми, чем морские равнины.
Подробное представление о внутреннем строении Луны дают сейсмические обследования, проводимые непосредственно на лунной поверхности. Условно лунные недра разделены на пять зон. Самая верхняя зона, имеющая на видимой стороне мощность около 60 км, а на обратной—около 100 км, отожествляется с лунной корой, образованной породами анортозитового состава.
Вторая зона носит название верхней мантии Луны. Ее мощность составляет, по-видимому, около 250 км. Скорость распространения продольных волн в этой зоне такова, что можно предположить в качестве основных ее составляющих минералы оливин и пироксен.
Мощность третьей зоны—средней мантии—составляет около 500 км. В этом слое характерное уменьшение скорости поперечных волн. Было высказано предположение, что морские базальты возникли вследствие частичного плавления вещества в средней мантии. Нижняя область зоны содержит большинство из обнаруженных очагов глубокофокусных лунотрясений.
Четвертая зона —нижняя мантия—характеризуется полным исчезновением поперечных волн. В связи с этим высказано предположение, что вещество нижней мантии может находится в частично расплавленном. Следовательно, на глубине 800 км литосфера заканчивается и ниже располагается лунная астеносфера. Возможная температура в верхней части слоя оценивается величиной около 1500°С.
На глубине 1380–1570 км было обнаружено резкое уменьшение скорости продольных волн. Эта граница отмечает начало пятой зоны—лунного ядра. Ядро может быть железо-сульфидным 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.
Атмосфера луны и окололунное пространство.
Поскольку масса Луны незначительная, газовая оболочка вокруг нее должна быть очень сильно разреженной, т. е. практически отсутствующей. Основными компонентами газовой оболочки оказались водород, гелий, неон и аргон. Наибольшая плотность наблюдается в ночное время и соответствует около 2·105 см–3. в дневное время концентрация газов падает до 104 см–3 в пересчете на плотность у поверхности. Поэтому можно говорить с полным основанием о наличии какой-то газовой оболочки вокруг Луны.
У Луны практически отсутствует глобальное магнитное поле дипольной природы. Этим обстоятельством объясняются особенности взаимодействия Луны с потоком заряженных частиц солнечного ветра, который состоит в основном из протонов и электронов с добавлением ионизированного гелия и других более тяжелых элементов с разной степенью ионизации. Луна является немагнитной, сравнительно непроводящей и холодной диэлектрической сферой. Поэтому Луна поглощает плазму солнечного ветра и потоки энергетических частиц, свободно падающие на лунную поверхность.
Наблюдения обнаружили постоянный избыточный фон яркости неба. Как полагают, подобное явление может быть связано с наличием над поверхностью пылевого рассеянного слоя толщиной около 103 км при размере частиц 70 мкм и концентрации 7·10–10 см–3. луна как бы окутана прозрачным пылевым облаком, имеющим протяженность, сравнимую с радиусом лунного шара.
Движение Луны.
Луна движется вокруг Земли со средней скоростью 1,02 км/сек по приблизительно эллиптической орбите в том же направлении, в котором движется подавляющее большинство других тел Солнечной системы, то есть против часовой стрелки, сели смотреть на орбиту Луны со стороны Северного полюса мира. Большая полуось орбиты Луны, равная среднему расстоянию между центрами Земли и Луны, составляет 384 400 км (приблизительно 60 земных радиусов). Вследствие эллиптичности орбиты и возмущений расстояние до Луны колеблется между 356 400 и 406 800 км. Период обращения Луны вокруг Земли, так называемый сидерический (звездный) месяц равен 27,32166 суток, но подвержен небольшим колебаниям и очень малому вековому сокращению.
В процессе своего движения в пространстве Луна испытывает влияние главным образом двух тел—Земли и Солнца. При этом солнечное притяжение в два раза сильнее земного. Поэтому Земля и Луна вращаются вокруг Солнца, находясь поблизости друг от друга.
Вращение Луны вокруг собственной оси описывается тремя законами Кассини. Луна вращается с постоянной угловой скоростью в направлении обращения Земли, причем период вращения Луны равен периоду обращения ее по орбите. Равенство периодов осевого и геоцентрического вращения Луны создает особенность системы «Земля—Луна», при которой к нашей планете обращено постоянно одно и тоже полушарие спутника—видимая сторона Луны. Реальное вращение Луны сопровождается малыми колебаниями нутационного характера. Эти малые колебания носят название физической либрации.
Лунная ось вращения составляет с плоскостью эклиптики почти прямой угол (88°,5) , поэтому лунные солнечные сутки делятся на равные промежутки темного и светлого времени независимо от положения Луны. На лунной поверхности нет наблюдаемых астрономических признаков сезонных изменений.
Фазы Луны.
Различные видимые формы Луны называются ее фазами. Полный цикл фаз заканчивается и начинает повторяться через каждые 29,59 суток. Не будучи самосветящейся, Луна видна только в той части, куда падают солнечные лучи, либо лучи, отраженные Землей. Этим объясняются фазы Луны. Из-за удаленности Солнца солнечные лучи, падающие на Луну, почти параллельны и всегда освещают ровно половину Лунного шара; другая его половина остается темной. К Земле обычно обращены часть светлого полушария и часть темного, поэтому Луна чаще всего кажется нам неполным кругом. Линия, отделяющая темную часть диска Луны от светлой, называется терминатором и всегда является полуэллипсом. Угол между направлениями от Солнца к Луне и от Луны к Земле называется фазовым углом. Различаются четыре основные фазы Луны, которые постепенно переходят одна в другую в следующей последовательности: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть.