Данная статья включает в себя выдержки из научно-исследовательской работы МАН (Малая Академия Наук) члена астрономического кружка Харьковского планетария Гурового Кирилла.
Введение
Интерес человека к Луне находит истоки в глубокой древности, ведь все время она была его спутником. Даже невооруженным глазом на диске Луны видны темные пятна различной формы, напоминающие образы людей, животных. Эти пятна еще в XVII в. стали называть морями. В то время думали, что на Луне есть вода, а значит должны быть моря и океаны, как и на Земле. Более светлые области лунной поверхности считали сушей. Первым ученым, который сделал подробное описание лунной поверхности, был Галилео Галилей. Ведь именно он направил впервые построенный собственноручно телескоп на Луну и рассмотрел детали её поверхности, неизвестные ранее. Он первым классифицировал видимые структуры лунной поверхности. В результате исследований, проведенных Галилеем, у его современников возник интерес к спутнику Земли. Длительное время предпринимались попытки выяснить происхождение лунных структур.
В 1651 году итальянский астроном Джованни Риччоли опубликовал карту Луны и ввел обозначения большей части рельефа видимой стороны спутника Земли.
Вид поверхности Луны вызывает ассоциации с пустынями нашей планеты: все покрыто слоем пыли и реголита. Рельеф не ровный, для него характерны многочисленные углубления, наклоны и возвышенности. Характерной чертой морфологии ландшафта Луны является отличие морей от материков. Моря представляют собой низины, т.е. они находятся ниже среднего уровня поверхности Луны. В большинстве случаев моря расположены на стороне постоянно обращенной к Земле.
Моря являются равнинами с гладкой поверхностью. В связи с этим, поверхность морей отражает небольшие количества солнечного света, поэтому они кажутся более темными.
Материки образованы на возвышенностях Луны, это более светлые области с большим числом кратеров самых разнообразных размеров.
На поверхности Луны присутствуют и целые цепи гор, их высота достигает 6000 м. Они расположены бессистемно.
Происхождение Луны
История эволюции Луны интересна не только сама по себе, но и как часть общей проблемы происхождения Земли и других планет Солнечной системы. В последнее время мы много узнали о физических и химических характеристиках Луны. Эти данные получены не только с Земли, но и с помощью космических аппаратов. Например, автоматические станции «Сервейор-5, - 6 и - 7», совершившие мягкую посадку на Луне в 1967 и 1968, впервые позволили определить ее химический состав. Образцы лунных пород, доставленные американскими астронавтами по программе «Аполлон» (1969–1972 гг.) и советскими автоматическими аппаратами серии «Луна» (1970–1976 гг.), дали возможность детально измерить их химические и физические характеристики и установить по ним возраст Луны.
Полученные данные позволяют узнать многое об истории Луны, но вопрос о ее происхождении все равно остается спорным. Существует несколько теорий возникновения Луны.
Теория «захвата» Землей Луны популярна среди ученых, хотя на первый взгляд она кажется маловероятной, поскольку при захвате, Луна должна была бы потерять большую энергию, равную Gm1m2/2c, где m1 и m2 – массы Земли и Луны, G – гравитационная постоянная, c – большая полуось орбиты (среднее расстояние между Землей и Луной). В защиту этого предположения выступал Кадоган (Cadogan, 1983 г.). Однако, Гоулд (Gold, 1975) оспаривает гипотезу захвата на том основании, что подобный процесс совершенно неправдоподобен, хотя теоретически и возможен. Тэйлор (Taylor, 1987) считает: "Гипотезы, согласно которым Земля захватила уже сформировавшуюся Луну, больше не рассматриваются всерьез. Во-первых, они сталкиваются с серьезнейшими динамическими проблемами, во-вторых - не объясняют экзотическую геохимию Луны".
Трудно даже представить, каким образом скорость движения Луны могла уменьшиться настолько, чтобы "захват" ее Землею стал возможен. Но даже если бы ученым и удалось открыть этот механизм, главный вопрос - как образовалась Луна до захвата - оставался бы открытым.
Теория «двойной планеты» основана на том, что Луна образовалась из облака мелких твердых частиц, обращавшихся вокруг Земли на последней стадии ее формирования. Ученые предполагают, что эти частицы отличались от Земли по химическому составу и содержали больше воды или меньше тяжелых элементов, таких, как никель и железо. Но если было так, то система Земля – Луна должна была бы иметь больший удельный момент импульса, чем это следует из соотношения между массой и моментом для планет. По оценкам, Луна могла бы сформироваться из таких частиц за очень короткое время – примерно за 80 земных лет.
Теорию отделения Луны пытались недавно возродить идеей о том, что момент инерции Земли уменьшился, когда ее вещество разделилось на металлическое ядро и силикатную мантию; от этого возросла скорость вращения, что и заставило часть вещества оторваться в качестве самостоятельного тела. Но все равно для этого требуется высокая начальная скорость вращения Земли, чтобы гигантская энергия вращения затем перешла в тепло земных недр, а большая часть момента была бы унесена из системы Земля – Луна, например, путем выброса значительной массы. Проблемы, связанные с сохранением энергии и момента импульса, делают теорию отделения Луны от Земли маловероятной. Последние химические данные, особенно в отношении железа и редкоземельных элементов, показали, что состав лунной поверхности существенно отличается от земной поверхности. Поэтому теорию отделения сейчас не рассматривают всерьез.
Согласно другой теории, сначала было захвачено несколько небольших лун, а позже из них сформировалась современная Луна. Только после этого приливные эффекты стали играть заметную роль, поэтому маленькие спутники могли находиться вблизи Земли длительное время. Разрушительный захват, в результате которого Луну буквально «разорвало», когда она прошла вблизи Земли, мог бы объяснить потерю ею первоначального железа. С другой стороны, захват при столкновении мог бы объяснить сравнительно позднюю бомбардировку Луны. При этом избыток энергии был израсходован при столкновениях с малыми лунами, а бомбардировка происходила, когда Луна, удаляясь от Земли, встречалась с оставшимися спутниками.
По имеющимся данным можно предположить, что Земля сформировалась с периодом вращения около 10 ч, что дало ей большой удельный момент импульса. Одна Луна (или несколько лун) была захвачена Землей; эта Луна (или луны), обращаясь вокруг Земли, присоединяла к себе прочие тела, а некоторые выбрасывала с околоземной орбиты на околосолнечную. При этом Луна обращалась в прямом направлении по орбите с главной полуосью около 40 земных радиусов, которая не лежала в плоскости экватора Земли. Быстрое удаление Луны от Земли должно было начаться лишь в недавнем геологическом прошлом, когда океаны и континентальный шельф стали достаточно мощными, чтобы усилить приливное трение.
Лунная минералогия
Как образовались лунные кратеры? Этот вопрос стал причиной длительной дискуссии между сторонниками двух гипотез происхождения лунных кратеров: вулканической и метеоритной.
Согласно вулканической гипотезе, которую выдвинул в 80-х гг. XVIII в. немецкий астроном Иоганн Шретер, кратеры возникли в результате грандиозных извержений на поверхности Луны. В 1824 г. его соотечественник Франц фон Груйтуйзен предложил метеоритную теорию, объяснявшую образование кратеров падением метеоритов.
Лишь через 113 лет, в 1937 г., российский студент Кирилл Станюкович (будущий доктор наук и профессор) доказал, что при ударах метеоритов с космическими скоростями происходит взрыв, в результате которого расплавляется не только метеорит, но и часть пород в месте удара. Взрывная теория Станюковича разрабатывалась в 1947-1960 гг. им самим, а потом другими исследователями. [приложение 2]
Полеты на Луну начиная с 1964 г. американскими космическими аппаратами серии «Рейнджер», открытие кратеров на Марсе и Меркурии, а затем на спутниках планет и астероидах, подвели окончательный итог в этой дискуссии, продолжавшейся более 100 лет. Метеоритная теория теперь является общепринятой.
Экспедиции американских астронавтов на Луну (1969-1972 гг.), посадки советских автоматических станций «Луна-16, - 20 и - 24» (1970-1976 гг.), доставлявших на Землю лунный грунт привели к возникновению новой науки - лунной минералогии. Лунные минералы попали в руки специалистов. Это позволило минерологам сравнивать их строение и состав с земными минералами и метеоритами.
Прежде всего, по содержанию радиоактивных изотопов был определен возраст лунных пород. Древнейшие из них, как показало исследование урано-свинцовым методом, образовались 4, 46 млрд. лет назад. Похожие результаты дало применение стронциевого метода. Но ведь почти таков же (4, 6 млрд. лет) возраст древнейших горных пород Земли и метеоритов. Значит, именно тогда, около 4, 5 млрд. лет назад, сформировалась Солнечная система, в том числе Земля, Луна и те тела, осколки которых прилетают к нам в виде метеоритов. Анализ лунных минералов позволил понять, в чём состоят различия между материками и морями на Луне. Выяснилось, что моря покрыты вулканическими породами, в основном базальтами. Они имеют округлую форму, ровную поверхность, об относительной молодости которой говорит не только радиоактивный анализ, но и сравнительно малое число кратеров, образованных ударами крупных метеоритов. Все это показывает, что «моря» - результат грандиозных лавовых излияний из недр Луны, вызываемых ударами об её поверхность небольших астероидов.
Радиоактивный анализ показал, что большинство Лунных Морей (Море Паров, Море Ясности, Море Спокойствия, Океан Бурь) образовались 4 млрд. лет назад. Несколько моложе Море Дождей: со времени его возникновения прошло 3, 87 млрд. лет. Вероятно, в этот период на Луну выпадали остатки тел, из которого сформировались Земля и Луна.