Луна

DjVu

      Полный текст книги

      ПРОЛОГ
      В то время, когда ты, дорогой читатель, приготовился раскрыть эту книгу, быть может, светит солнце и все цветет в саду, или окрестные поля покрыты снегом, а, быть может, осенний туман навис над землей, или воет ветер и дождь стучит в окна. Так что же? Наше сознание не связано тем, что происходит непосредственно вокруг нас, и мы легко можем вообразить обстановку, соответствующую ходу наших мыслей.
      А поэтому пусть будет ночь или лучше ранний вечер, когда после чудесного дня все постепенно погружается в темноту и бледный серебристый лик Луны спокойно плывет по темнеющему небу, в бездонных глубинах ледяного озера звезд. Наверное, после длинного трудового дня ты много раз наблюдал эту безмятежную картину. Но сегодня случай особый, так как мы собираемся нанести визит нашему спутнику.
      Принимая это приглашение, не думайте, что сразу придется вскочить в космический корабль, который доставит нас к цели путешествия. Осуществить это удастся только в будущем, правда, не очень отдаленном, если мерить время сроками жизни человеческих поколений. Если читатель пожелает принять участие в наших воображаемых научных приключениях, то путешествие можно успешно (и более надежно) осуществить, спокойно сидя в кресле, поскольку в отличие от тела наши мысли, не обремененные силой тяжести и релятивистскими оковами, могут переносить нас быстрее света.
      Цель автора — помочь читателям познакомиться с основами накопленных сведений о физических свойствах нашего спутника и условиях на нем. Конечно, »ти сведения получены не путем прямого ознакомления, а в результате изучения при помощи астроном^ ческих инструментов с расстояния, которое никогда не бывает меньше 356 000 км. Несмотря на такое большое расстояние, отделяющее нас от Луны, нащи сведения об условиях на ее поверхности отличаются удивительной полнотой. В частности, мы уже располагаем значительной долей информации, которая понадобится первым отважным межпланетным путеше-ственникам, чтобы благополучно высадиться на Луне. Давайте познакомимся с этим новым миром, мысленно опередив будущих путешественников.
      Мы предполагаем не только познакомить читателя с множеством фактов. Так же как на Земле исследователь стремится испытать каждую ответственную часть своего снаряжения, прежде чем положиться на нее, так и каждый, знакомящийся с астрономическими данными, полученными с больших расстояний, должно быть, пожелает познакомиться с экспериментальными методами получения результатов и с теоретическими соображениями, лежащими в основе их интерпретации. Поскольку эти методы и скрытая в них логика часто представляют собой подлинное торжество научной мысли, мы уделим им особое внимание в нашем повествовании. Всякий раз, рассказывая о заслуживающих внимания результатах, мы постараемся описать и методы, которыми они были получены (насколько это можно сделать, не пользуясь специальной терминологией), в надежде, что читатель заинтересуется и тем и другим. Мы надеемся, что, познакомившись хотя бы с наиболее важными результатами исследований Луны, проведенных при помощи управляемых с Земли межпланетных автоматических станций, читатель согласится с тем, что методы и результаты современного астрономического исследования могут оказаться более увлекательными и волнующими, чем научно-фантастические романы.
      После этих замечаний обратим свои взоры к Царице Ночи, безмятежной и далекой, плывущей высоко над нашими головами по небу, возможно уже совсем потемневшему, и отправимся в путешествие по волнам света, являющегося для нас единственным среДством сообщения. Мы будем описывать странный мир, где нечем дышать, где звезды видны на черном как смоль небе одинаково хорошо и в полдень, и в полночь и где мы сами весили бы в 6 раз меньше, чем на Земле. И все же, несмотря на такую обстановку, достойную новой Алисы в Стране Чудес, которую раскрывает перед нами современная наука, мы закончим наше повествование оптимистическим выводом, что веские причины побуждают нас достичь Луны, чтобы увидеть все своими глазами. В самом деле, может ли быть увлекательнее любой вымысел? Однако прежде чем начать наш рассказ, познакомимся с основными фактами и цифрами, которые помогут понять его содержание.
      ФАКТЫ И ЦИФРЫ
      «Джентльмены, каждый из вас, конечно, видел Луну или по крайней мере слышал о ней», — такими словами президент Барбикен из романа Жюля Верна начал свою знаменитую речь перед членами Балтиморского Пушечного клуба, доказывая целесообразность посылки снаряда на Луну. В наши дни, меньше ста лет спустя после этого достопамятного заседания, такое предисловие к этой книге едва ли уместно, поскольку наш спутник, на несколько десятилетий полузабытый астрономами, в последнее время оказался в центре внимания не только ученых-специалистов, но и широкой публики. Луна для астрономов — старый друг, хотя мы никогда не ощущали столь остро, как теперь, недостаточность наших знаний о ней. Впрочем, многие ли знакомы с результатами астрономических исследований Луны? Поэтому в настоящей главе мы представим читателю Луну как небесное тело и опишем ее основные свойства и характеристики, такие, как расстояние от Земли, размеры, масса и т. п., которые понадобятся нам в дальнейшем повествовании.
      Рассмотрим первую по практическому значению характеристику — расстояние, отделяющее нас от нашего спутника. Далеко ли до Луны? Определение среднего расстояния до нашего ближайшего соседа в космосе ничего нового не прибавляет к нашим знаниям. Правильный порядок его величины был известен уже Гиппарху (по относительной продолжительности последовательных фаз луного затмения) более двадцати столетий назад. Впоследствии астрономы значительно уточнили это расстояние, применив триангуляцию, к которой мы прибегаем всякий раз, когда нужно измерить расстояние до любой недосягаемой точки на суше или на море. Из определений расстояния до Луны путем астрономической триангуляции базисе, измеренном в долях земного диаметра, обнаружилось, что орбита Луны относительно Земли едставляет собой (очень приближенно) эллипс с радиусом-вектором, изменяющимся от 356000 до 407 000 км. Среднее расстояние до Луны равно 384 400 км, что составляет 60,267 экваториального радиуса Земли, или 0,00257 среднего расстояния, отделяющего нас от Солнца. Расстояние до Луны составляет меньше 1 % расстояния, отделяющего нас от двух близких небесных соседей — Венеры и Марса во время их наибольшего сближения с Землей. Вероятно, путь, проделанный в автомобиле многими людьми в течение жизни, в среднем окажется длиннее рейса от Земли до Луны и обратно. Свет проходит это расстояние за 1,28 сек, а ракета, способная преодолеть притяжение Земли, достигнет Луны после свободного полета в течение 1 — 2 суток.
      Мы можем добавить к этому, что еще совсем недавно физики, посылая к Луне радиолокационные импульсы и отмечая время возвращения эха, заново определили расстояние до Луны, используя известную с высокой точностью (10-5) скорость распространения радиоволн в вакууме. Однако, по правде говоря, их результаты пока не совпадают с результатами других астрономических наблюдений в той мере, как этого хотелось бы (поскольку расстояние, отделяющее нас от Луны в любой момент, известно теперь с точностью, большей 1 км , дальнейшие усовершенствования радиолокационной техники в состоянии понизить предел погрешностей измерения до 100 м и меньше).
      Орбита Луны похожа на эллипс (с эксцентриситетом 0,055), несколько искаженный притяжением Солнца (подобно тому как земной шар сплюснут у полюсов), и ее плоскость наклонена к эклиптике (т. е. к плоскости, в которой Земля обращается вокруг Солнца) немного больше чем на 5° 9 . Средний период обращения Луны вокруг Земли составляет 27,32166... суток; он был определен на основании наблюдений в течение многих столетий и представляет собой пока наиболее точно измеренную величину из известных науке (астрономы могут записать это число по крайней мере до двенадцатого десятичного знака). Зная размер и форму лунной орбиты, мы можем без труда рассчитать среднюю скорость движения Луны. Она достигает 3681 км/час, т. е. почти 1023 м/сек, что соответствует средней угловой скорости на небесной сфере порядка 33 в час (т. е. за час Луна перемещается на свой видимый диаметр).
      На небе средний видимый диаметр лунного диска достигает 1865",2 — немного больше половины градуса (с колебаниями в пределах 102",4 между перигеем и апогеем). При среднем расстоянии от Земли до Луны, равном 384 400 км, это соответствует радиусу шарообразного тела Луны 1738 км. Таким образом, радиус Луны в 4 раза меньше земного. Луна вращается вокруг оси, почти перпендикулярной плоскости ее орбиты, с постоянной угловой скоростью и периодом, точно равным периоду ее обращения вокруг Земли. Поэтому нам видна всегда одна и та же ее сторона. Однако, так как скорость обращения по эллиптической орбите меняется обратно пропорционально квадрату радиуса-вектора, вращение временами опережает, а временами отстает от орбитального движения на угол до 7°,7; следовательно, с Земли можно фактически видеть больше половины лунной поверхности. Это явление известно как либрация по долготе. Кроме того, ось Луны не строго перпендикулярна плоскости ее орбиты; угол между этой плоскостью и лунным экватором составляет около 6°,5. Значит, в течение одного месяца мы и в этом случае можем попеременно видеть то больше одной полярной области, то больше другой. Это явление называется либрацией по широте. Кроме того, при восходе и заходе Луны мы немного заглядываем за края диска и видим несколько большую часть поверхности Луны, чем видели бы из центра Земли. Эта суточная либрация (строго говоря, не Луны, а наблюдателя) составляет почти 1° и в совокупности с другими видами либрации позволяет нам обозревать с Земли значительно больше половины поверхности Луны. В итоге с Земли можно видеть не меньше 59% всего лунного шара; остается постоянно невидимым только 41%, и 41%!
      го поверхности никогда не исчезает; остальные 18% то доступны, то не доступны обозрению.
      Следующей величиной, которая должна служить ючом к другим важным характеристикам нашего спутника, является его масса. Массу Луны, как и любого другого небесного тела, можно определить только по действию ее притяжения на ближайшее тело известной массы: для Луны им оказывается Земля. Часто повторяемое утверждение, что наша планета обращается вокруг Солнца по эллипсу, не вполне точно, так как в действительности по этому эллипсу движется центр тяжести системы Земля — Луна (а не центр Земли). В то же время и Земля и Луна одновременно обращаются вокруг их общего центра тяжести по орбитам, совершенно одинаковым по форме, но размеры которых обратно пропорциональны их массам.
      Поэтому Земля не обращается вокруг Солнца по эллипсу, а скорее «покачивается» относительно него; неизбежным результатом этого месячного «качания» будет небольшое видимое перемещение по небесной сфере всякого астрономического объекта попеременно в восточном или в западном направлении по сравнению с тем положением, которое наблюдалось бы, если бы Земля не имела спутника и на ее движение оказывало влияние только Солнце. В случае звезд или удаленных планет это перемещение остается незаметным, однако его можно измерить по видимому движению Солнца или, еще лучше, одной из близких к Земле планет или астероидов.
      Из многочисленных наблюдений такого рода было получено, что радиус месячной орбиты центра Земли (т. е. среднее расстояние между центром Земли и общим центром тяжести системы Земля — Луна) равен 4670 км, т. е. приблизительно в 82,31 раза меньше среднего расстояния от Земли до Луны. Поэтому центр тяжести системы Земля — Луна расположен в недрах Земли ближе к поверхности, чем к центру. Из элементарных законов механики следует, что масса Луны составляет 1/(82,31 — 1) = 1/81,31 массы Земли.
      Существует еще гравитационный метод, при помощи которого можно определить массу Луны. Он состоит в интерпретации наблюдаемой скорости, при которой ось вращения Земли (наклоненная к эклиптике под углом 66°,5) под влиянием совместного притяжения Солнца и Луны прецессирует, подобно оси вращающегося волчка, с периодом свыше 25 000 лег. Этот метод подтверждает, что масса Земли приблизительно в 81,3 раза больше массы Луны, которая, следовательно, составляет немногим более 1 % земной массы. Поскольку известно, что масса Земли — 5,977 1027 г, получится, что масса Луны составляет 7,35 1025 г, т. е. больше 73 триллионов тонн. Это число может показаться чрезмерно большим по сравнению с земными величинами, но в космических масштабах оно составляет исчезающе малую величину.
      Не производит сильного впечатления и средняя плотность лунного шара. Если разделить только что приведенное значение массы на объем, равный 2,20 X X Ю25 см3, мы получим, что средняя плотность вещества Луны равна 3,34 г/см3, т. е. немного больше, чем плотность земных горных пород. Ускорение силы тяжести на лунной поверхности составляет 1,62 м/сек2, т. е. меньше /б земного. Критическая скорость (т. е. скорость, которую должна превысить частица вещества, чтобы покинуть лунную поверхность и удалиться в космическое пространство) составляет лишь
      2,38 км/сек. Относительно небольшое ускорение силы тяжести на поверхности Луны дает возможность поднимать грузы или бросать камни, затрачивая значительно меньше усилий, чем на Земле. Однако это означает также, что наш собственный вес меньше помогал бы нам, если бы мы пытались что-либо сжать или воткнуть в лунный грунт лопату, нажимая на нее ногой
      Между прочим, только что приведенная критическая скорость на Луне была бы постоянной на всей ее поверхности только при условии, что лунный шар не вращается вокруг оси и что можно пренебречь дополнительным притяжением Земли. Если мы примем во внимание (вводя соответствующие свойства так называемых «поверхностей нулевой скорости» в ограниченной задаче трех тел) как возникающую при вращении Луны вокруг оси центробежную силу, так и земное притяжение, то обнаружим, что скорость, достаточная для освобождения частицы вещества из поля тяготения Луны, уменьшается до 2322 м/сек, хотя частица не может покинуть систему Земля — Луна, если ее скорость не превосходит 2326 м/сек.
      Таким образом, близость Земли уменьшает критическую скорость в плоскости лунного экватора на 53 м/сек. Во время полнолуния, когда силы притяжения Солнца и Земли одинаково направлены, критическая скорость уменьшается еще на 118 м/сек, а в новолуние она увеличивается на такую же величину. В результате в тех областях лунной поверхности, где Земля находится вблизи зенита, критическая скорость доходит до 2204 м/сек, а две недели спустя она увеличивается до 2440 м/сек. Следовательно, ее изменения доступны оценке, но последствия (если они вообще имеются) таких изменений пока неизвестны.
      Малость массы Луны и относительно небольшое значение критической скорости на поверхности влекут за собой некоторые важные следствия, и возможно самое важное из них состоит в полном отсутствии какой-либо атмосферы или защитного газового покрова вокруг Луны. Что позволяет небесному телу, например планете, окружить себя газовой оболочкой? Притяжение, оказываемое его массой на молекулы газа, препятствующее по крайней мере большинству из них, несмотря на тепловое движение под действием солнечного тепла, приобрести скорость, достаточную для того, чтобы покинуть поле тяготения материнского тела. Тот факт, что небесное тело сохраняет свою атмосферу, характеризует исход непрекращающейся борьбы двух противоположных влияний. С одной стороны, сила тяжести центрального тела действует на каждую молекулу газа, как и на любой макроскопический объект, и будет пытаться помешать ей покинуть материнское тело. С другой стороны, нагревающее газ солнечное излучение (так же как тепло поверхности планеты) поддерживает его молекулы в постоянном движении и, таким образом, сохраняет протяженность атмосферы.
      В основном скорость постоянно соударяющихся молекул будет тем больше, чем выше температура газа, но для достижения критической скорости требуется тем большая температура, чем тяжелее молекула. В свою очередь критическая скорость зависит как от массы, так и от радиуса рассматриваемого тела (будучи в общем больше для тел тяжелых и плотных, чем для легких и менее плотных). Приведем несколько численных примеров. Критическая скорость для поля тяготения Юпитера (наибольшей по размеру и массе планеты) превышает 61 км/сек. Для Земли эта скорость равна 11,2 км/сек, а для Луны только 2,38 км/сек. С другой стороны, тепловой энергии, соответствующей средней температуре дневного полушария Юпитера (~130°К = — 143°С), едва достаточно для того, чтобы обеспечить хотя бы водород, не говоря уже о более тяжелых молекулах, средней скоростью 1,3 км/сек, чего совершенно недостаточно для ухода молекулы в пространство.
      Для Земли или для Луны, обладающих из-за большей близости к Солнцу более теплым климатом, средняя скорость теплового движения различных молекул будет выше. При 0°С средние скорости молекул водорода или атомов гелия должны составлять соответственно 1,84 и 1,31 км/сек для молекул азота или кислорода соответствующие значения будут 0,49 и 0,46 км/сек, тогда как для водяного пара и углекислого газа они составят соответственно 0,62 и 0,39 км/сек. Если температура газа поднимется до 100° С (действительно встречающаяся на Луне в полдень), все приведенные выше скорости увеличатся приблизительно в 1,17 раза.
      Несомненно, это лишь средние скорости, которыми обладает большинство молекул газа (однако не обязательно все). Некоторые из них могут временно, путем особенно энергичных (или слабых) столкновений, достичь случайных скоростей, значительно более высоких (или более низких), чем средняя скорость, и возможно, боле высоких, чем критическая скорость для любой планеты. Однако отношение числа особенно быстрых частиц к общему количеству всех молекул газа остается постоянным и может быть определено статистически для каждой температуры в соответствии с кинетической теорией газов. Следовательно, возможно оценить теоретически долю молекул или атомов любого газа, которые в данное время имеют возможность покинуть атмосферу любой планеты. В результате обстоятельного анализа обнаружено, что при средней тепловой скорости молекул, составляющей 1/3 критической скорости, половина соответствующей атмосферы рассеется в течение нескольких недель; если средняя тепловая скорость достигнет i/4 критической, то период полураспада нашей атмосферы увеличится приблизительно до 50 000 лет; в то же время при отношении 1/5 атмосфера сохранилась бы в течение 100 млрд. лет.
      Исходя из этих результатов, мы вынуждены предположить, что большие и массивные внешние планеты нашей солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — достаточно холодны, чтобы практически навсегда удержать даже самые легкие газы (например, Н2 и Не); их большие критические скорости (соответственно 61, 37, 22 и 25 км/сек) действительно защищают их от утечки атмосферы в пространство. Это заключение подтверждается спектроскопическими наблюдениями, при которых у этих планет обнаружены протяженные атмосферы, содержащие большое количество водорода и его соединений.
      Что касается Земли, то ее притяжение оказывается слишком слабым (а средняя температура слишком высокой), чтобы постоянно удерживать в своей атмосфере наиболее легкие газы. Водород или гелий в свободном состоянии «утекут» в пространство весьма быстро (в космическом масштабе). С другой стороны, более тяжелые газы, например молекулярный азот или кислород, могут сохраняться почти бесконечно долго. Вероятно, в течение долгой истории -Земли химический состав нашей атмосферы подвергался существенным изменениям, но, по-видимому, в ее газовой оболочке никогда не было недостатка в летучих элементах.
      Однако если мы перейдем к Луне, средняя температура которой не должна значительно отличаться от земной (поскольку оба эти тела одинаково удалены от Солнца и получают от него одинаковое количество тепла на единицу площади), но критическая скорость на поверхности составляет только 2,38 км/сек (т. е. в 42/3 раза меньше, чем на Земле), то мы встретимся с более сложной ситуацией. Любая атмосфера, состоящая из водорода или гелия, рассеялась бы с поверхности Луны за несколько дней. Водяной пар улетучивался бы медленнее, хотя все же исчез бы за весьма короткое (в геологическом смысле) время. При полуденных температурах кислород, азот и углекислый газ также полностью улетучились бы за относительно короткое время. Действительно, на Луне скорость диссипации в пространство всех, даже наиболее тяжелых, газов (которые к тому же редко встречаются в космосе) настолько велика, что нечего надеяться обнаружить вокруг нее сколько-нибудь ощутимую постоянную атмосферу. Справедливость такого предположения подтверждается всеми видами доказательств, вытекающих из наблюдений, полученных до сих пор.
      Вероятно, самым непосредственным наблюдением, которое давно наводило исследователей лунной поверхности на мысль об отсутствии на Луне воздуха, был общий вид Луны в телескоп и постоянное отсутствие заметных облаков над ее поверхностью. Те места на Луне, которые расположены вблизи края ее видимого диска (и должны были бы наблюдаться сквозь наибольшую толщу ее гипотетической атмосферы), всегда видны отчетливо, без малейшего помутнения. Все тени на Луне кажутся совершенно темными (хотя они должны быть окаймлены полутенью, так как Солнце не точечный источник света, а диск конечного углового диаметра), и на рогах полумесяца нет сумерек.
      Кроме того, когда наш спутник оказывается между Землей и любым более удаленным телом, никогда не наблюдается признаков рефракции на лунном лимбе
      Во Время солнечного затмения, когда Луна покрывает солнечный диск, очертания его края совершенно не подвергаются какому-либо искажению. К тому же во время покрытия звезд Луной свет их исчезает мгновенно (или настолько внезапно, насколько это допускается законами дифракции и угловым диаметром данной звезды), а не ослабевает постепенно, что наблюдалось бы, если бы он угасал вследствие рассеяния в сколько-нибудь заметной лунной атмосфере.
      Описанное отсутствие рефракции само по себе представляет достаточно строгую проверку и дает нам право сделать вывод, что у поверхности Луны плотность ее гипотетической атмосферы, если она вообще имеется, должна быть меньше 0,0001 плотности воздуха у поверхности Земли на уровне моря. Совсем недавно и этот верхний предел был еще понижен в результате неоднократных, но до сих пор бесплодных поисков признаков явления сумерек, которое должно было бы происходить в гипотетической лунной атмосфере во время восхода и захода Солнца.
      Чтобы полнее оценить эффективность этого метода, рассмотрим свет, поступающий к нам из какого-либо места вблизи центральной части лунного диска во время первой четверти как раз перед восходом Солнца, когда поверхность Луны еще погружена в темноту, а пространство сверху уже освещается первыми лучами восходящего Солнца. Этот свет должен состоять из трех компонент: 1) свет, поступающий от лунной поверхности, освещенной Землей; 2) солнечный свет, рассеянный по лучу зрения в гипотетической лунной атмосфере; 3) лунный свет, рассеянный в земной атмосфере в направлении к наблюдателю.
      При попытке выделить компоненту (2), имеющую смысл только при наличии какого-либо газа вокруг Луны, из паразитного (но значительно более интенсивного) рассеянного света, обусловленного источниками (1) и (3), нам, к счастью, помогает сама природа, так как свет, рассеянный газом в направлении, перпендикулярном направлению его падения, должен быть полностью поляризован, тогда как рассеянный свет, поступающий от лунной поверхности и от фона неба, должен быть фактически свободным от поля, ризации. Таким образом, исследование, имеющее целью обнаружить гипотетическую лунную атмосферу, сводится к выявлению поляризованной компоненты в рассеянном свете, поступающем к нам от площади лунной поверхности точно перед восходом Солнца около первой четверти.
      Измерения такого типа впервые были выполнены с достаточной точностью известным советским астрономом В. Г. Фесенковым; его результаты опубликованы в 1943 г. Вывод оказался отрицательным: никаких следов поляризации не было обнаружено. Точность эксперимента такова, что Фесенков должен был сделать вывод: плотность гипотетической лунной атмосферы (если она вообще имеется) составляет меньше 10_6 плотности атмосферы у поверхности Земли на уровне моря. Между прочим, если бы плотность гипотетической лунной атмосферы составила 10-4 плотности воздуха у поверхности Земли, то зона сумерек, освещаемая Солнцем во время новолуния, создавала бы вокруг лунного диска ореол, более яркий, чем пепельный свет на темной стороне Луны.
      Недавно этот предел был еще более понижен выдающимся французским астрономом Бернардом Лио, который изучал свет, приходящий к нам из областей, расположенных за рогами лунного серпа, т. е. пепельный свет (компонента (1)) Лио проводил свои наблюдения на высокогорной обсерватории Пик дю Миди во Французских Пиренеях, знаменитой прозрачностью атмосферы. Кроме того, он использовал коронограф (телескоп, в котором специальными мерами сведен к минимуму свет, рассеянный в самой аппаратуре). Поэтому Лио был в состоянии обнаружить следы поляризации света от рогов Луны, еще более слабые, чем мог найти Фесенков вблизи центра лунного диска. Однако, несмотря на значительно большую чувствительность аппаратуры, Лио также получил отрицательный результат: никаких следов поляризации не было обнаружено. На этом основании Лио пришел в 1949 г. к заключению, что плотность гипотетической лунной атмосферы должна быть меньше плотности воздуха у поверхности Земли. После ждевременной, вызвавшей всеобщее сожаление смерти Лио в 1952 г. эта работа была продолжена его учеником Дольфюсом. В 1956 г. последнему удалось путем дальнейших остроумных усовершенствований понизить вероятный верхний предел плотности гипотетической лунной атмосферы до 6- 10-10 плотности воздуха у земной поверхности. Следовательно, если бы Луна имела какую-либо газовую атмосферу, ее плотность у поверхности Луны не могла бы превысить ..., но, насколько она меньше этого значения, пока не известно.
      С точки зрения геофизики плотность газа порядка ... представляет собой достаточно высокий вакуум, который, между прочим, существует в атмосфере Земли на высоте около 180 км над уровнем моря. Однако даже на такой значительной высоте количество частиц газа остается все еще порядка 1010 в 1 см3, и, хотя средний свободный пробег таких частиц между взаимными столкновениями оказывается порядка 100 м, даже столь разреженный газ все-таки можно обнаружить с помощью различных методов наблюдений. Разумеется, такая атмосфера ни в коей мере не смогла бы защитить лежащую под ней поверхность Луны от вторгающихся метеорных частиц. Гипотетическая лунная атмосфера, имеющая плотность у поверхности ~10-12 г/см3, не могла бы затормозить метеорное тело (малого или большого размера) настолько, чтобы существенно ослабить его удар. Все метеорные частицы, захваченные Луной, должны падать на ее поверхность, по существу, с космическими скоростями и разрушаться на поверхности, а не при прохождении сквозь атмосферу, как в случае Земли. Излишне говорить, что частота ударов метеоритов (всех размеров) на единицу площади как Земли, так и Луны должна быть приблизительно одинакова. Однако метеор должен наблюдаться на Луне не в виде яркого следа во время приближения к поверхности, а скорее как мгновенная вспышка при ударе метеорной частицы о твердые горные породы. Такие вспышки при ударах метеоритов достаточно большой массы должны были бы наблюдаться в телескоп, особенно на темной поверхности ночного полушария Луны. Их систематическое наблюдение может включить нац спутник в область метеорной астрономии.
      Однако если мы рассмотрим земную атмосферу на высоте 180 км над уровнем моря, то, хотя ее плотности недостаточно, чтобы влиять на скорость пролетающих сквозь нее метеорных частиц, тем не менее она может вызывать другие интересные явления. На высоте между 180 и 200 км над уровнем моря мы оказались бы в середине зоны полярных сияний, где газ, светящийся под действием потоков частиц от Солнца, создает великолепное зрелище полярных сияний. Существуют ли подобные полярные сияния на Луне? Не так давно Герцберг указал на то, что исследование эмиссионных спектров подобного явления вокруг освещенного Солнцем края Луны могло бы оказаться одним из наиболее чувствительных способов обнаружения гипотетической атмосферы нашего спутника. Однако над поверхностью Луны никаких следов такого излучения пока не обнаружено, хотя совсем недавно поиски люминесцентного излучения, поступающего от Луны, привели к некоторым весьма интересным открытиям, которые будут кратко описаны в гл. 4.
      Тем не менее, насколько нам сейчас известно, плотность атмосферы у поверхности Луны не может превышать 10-12 г/см3, и мы можем только предполагать, насколько ниже окажется ее реальная величина. Добавим, что для астрономов, занимающихся изучением относительной распространенности элементов в космосе, даже только что установленный верхний предел кажется до некоторой степени неприемлемо низким, поскольку вокруг Луны должно быть больше газа, чем допускается этим пределом.
      В этой главе мы уже обсуждали вопрос о том, что в течение длительной истории Луны из-за слабого притяжения все легкие газы покинули бы ее поле тяготения, а большинство тяжелых газов (например, S02) снова вступало бы в реакцию с поверхностными породами, образуя твердые соединения. Однако это менимо к так называемым «инертным газам», таким, как аргон, криптон и ксенон. Структура их томов не позволяет им вступать в соединения; но они достаточно тяжелы для того, чтобы их критические скорости в поле тяготения Луны были сравнительно невелики (средние тепловые скорости атомов этих газов при 0°С составляют: для аргона 414 м/сек, для криптона 287 м/сек и для ксенона 229 м/сек).
      Особенно интересен аргон, потому что совершенно независимо от первоначального количества этого элемента, которое удерживается Луной со времени ее образования, его запас должен постоянно пополняться за счет распада тяжелого изотопа калия К40. Если (что весьма вероятно) химический состав Луны сходен с химическим составом наружного покрова нашей Земли, то вес калия составляет около 0,12% от веса Луны. Тогда общая масса Луны, которая, как известно, составляет 7,35 1025 г, должна содержать приблизительно 8,8- 1022 г калия, и около 0,012 этого количества, или 9,7- 1017 г, должен составлять радиоактивный К40, превращающийся (путем |3-распада) в обычный изотоп аргона Аг40.
      Следовательно, полный распад лунного К40 создает 9,7 -1017 г, или 1,5 1040 атомов, аргона, а земная атмосфера в настоящее время содержит 1044 частиц газа. Можно делать довольно произвольные предположения относительно того, какому именно количеству аргона удается мигрировать из недр лунных масс до поверхности путем постоянной дегазации, вызываемой повышением внутренней температуры. Однако довольно обоснованные оценки (при известной скорости убегания аргона) дают количество аргона в лунной атмосфере, превышающее верхний предел ее плотности, который допускал бы отсутствие явления ощутимых сумерек.
      Как объяснить это очевидное расхождение? Недавно Херринг и Лихт, по-видимому, нашли правильный путь. У Луны могла быть либо начальная атмосфера, либо она когда-нибудь возникла в результате Радиоактивного распада или ядерных расщеплений Под действием космических лучей. Тогда, как показали Херринг и Лихт, большинство атомов тяжелых газов содержавшихся в этой атмосфере, могли «еду! ваться» в пространство из-за столкновений с солнечными корпускулярными потоками (главным образом, с протонами), которые Солнце испускает спорадически, подобно порывам ветра. Существование таких «порывов», обычно связанных со вспышками и другими возмущениями солнечной поверхности, хорошо известно и подтверждается такими геофизическими явлениями, как полярные сияния и магнитные бури. Херринг и Лихт утверждают, что мощности этого «протонного ветра» солнечного происхождения достаточно для того, чтобы удалить большую часть аргона и других редких газов из окрестностей Луны и таким образом лишить лунную поверхность даже тех незначительных следов газового покрова, которые в состоянии было бы удержать ее слабое притяжение.
      Если Луна не обладает ощутимой атмосферой из-за слабого поля тяготения и относительно высокой дневной температуры, то она тем более не может удерживать на своей поверхности какую-либо жид-кость. Наверное, вблизи полюсов могут существовать никогда не освещаемые Солнцем впадины, где сконденсировались летучие вещества, которые, возможно, находятся в состоянии своего рода вечной мерзлоты; однако если бы они когда-либо испарялись, то неизбежно исчезли бы за очень короткое время. Следовательно, вода не могла бы существовать на Луне ни в твердом, ни в жидком состоянии сколько-нибудь длительное время. По-видимому, поверхность Луны совершенно иссохшая и остается такой с незапамятных времен. На ней не видно никаких деталей, которые могли бы образоваться или измениться под действием проточной, замерзшей или тающей воды. Следовательно, один из факторов, играющих наиболее важную роль в геологических изменениях земной поверхности, на Луне постоянно отсутствовал, и его нельзя привлечь для объяснения особенностей структуры поверхности нашего спутника. Мы обсудим этот вопрос более подробно в следующей главе.
      Заканчивая эту главу, скажем пока несколько слов нутренней структуре лунного шара. Первостепенное значение в этом вопросе имеют опять-таки масса Н°среДняя плотность нашего спутника. Исходя из имеющихся наблюдений массы и радиуса Луны, мы уже получили, что плотность составляет 3,34 г/см3. Кроме того, так как масса Луны относительно невелика, гидростатическое давление в ее центре не превосходит 50 000 атмосфер (такое давление существует на глубине 150 км под поверхностью Земли). Давления такого порядка без труда достигаются в земных лабораториях, и изменения в плотности обычных горных пород под таким давлением уже измерены. На основании всех данных, которыми мы теперь располагаем, разумно предположить, что действительная плотность вещества лунной поверхности близка к 3,28 г/см3 и увеличивается благодаря давлению до 3,41 г/см3 вблизи центра Луны. Такая модель удовлетворительно соответствует наблюдаемой плотности лунного шара и заставляет нас предположить, что в целом Луна состоит из вещества, очень близкого к веществу земной коры.
      Можно допустить, что в состав вещества Луны входят те же тяжелые элементы, что и в солнечное вещество, причем количество железа, вступившего в соединение с кислородом, неизвестно; во всяком случае, плотность Луны близка к плотности такого вещества, где большая часть железа находится в виде окислов. По-видимому, в лунном веществе содержится много силикатов базальтового состава (оливин), хотя их более точного отождествления следует ожидать после петрографического исследования, которое, вероятно, станет возможным в недалеком будущем (как сейчас проектируется, с передачей данных по радио с лунных ракет). Однако некоторые важные факты можно считать установленными в настоящее время, например, что весь лунный шар с химической точки зрения весьма однороден и постепенное увеличение его плотности при переходе к внутренним частям происходит главным образом в результате возрастания Давления. В частности, в противоположность нашей
      Земле и, возможно, другим родственным ей планетам Луна вряд ли имеет какое-либо плотное или жидкое ядро. По этой причине нельзя ожидать, чтобы спутник Земли обладал ощутимым магнитным полем, что подтверждается непосредственными наблюдениями, о которых мы сообщим подробнее в гл. 4. Из-за небольших размеров и массы Луна, вероятно, представляет собой массивную, однородную вплоть до ядра, совершенно лишенную влаги каменную глыбу.
      Была ли Луна когда-либо в расплавленном состоянии? Если и была, то она должна была быстро затвердеть — не меньше чем ~4,5-109 лет назад (что соответствует общепринятому в последнее время возрасту нашей солнечной системы) — и затем медленно охлаждаться путем теплопроводности. Однако известный американский химик Юри высказывает сомнение относительно того, имела ли Луна достаточно времени для охлаждения, если первоначально она находилась в расплавленном состоянии. Он приводит убедительные доводы в пользу того, что Луна образовалась путем «слипания» твердых тел при низкой температуре. Если это так, то современная внутренняя температура Луны должна в значительной степени определяться содержанием в ее коре радиоактивных элементов (например, калия К40, тория или урана). Если исходить из умеренных оценок содержания этих элементов, то даже вблизи центра Луны ее температура не может превышать ~ 2000° С, а средняя температура лунных недр должна быть близкой 1100° С. Вследствие большего отношения поверхности к объему (в 4 раза по сравнению с Землей) Луна должна была терять тепло значительно быстрее, чем Земля. Так, Юри подсчитал, что температура, равная 1100° С, существующая на глубине ~50 км под поверхностью Земли, на Луне достигалась бы только на глубине приблизительно 350 км.
      Резкая разница в химическом составе Земли и Луны, вероятно, указывает на совершенно различное происхождение этих двух тел. Прежние теории, содержавшие попытку объяснить происхождение Луны путем приливного разрыва жидкой Земли, вызванного
      езонансом между продолжительностью суток (т. е. реЖДу периодом солнечных полусуточных приливов) периодом свободных нерадиальных колебаний зем-н0го шара в начальной стадии развития, совсем недавно встретились с непреодолимыми трудностями, связанными главным образом с относительно большой вязкостью земного вещества, и поэтому от этих представлений пришлось отказаться. За последнее время мнение большинства ученых склоняется к тому, чтобы рассматривать происхождение Земли и Луны как не связанные между собой события. Предполагается, что оба эти тела возникли во время образования солнечной системы в целом в результате процессов, которые пока не нашли достаточно полного объяснения. Кроме того, Юри утверждает, что Луна, вероятно, старше Земли и, возможно, достигла своего современного размера раньше, чем завершилось накопление другого сгустка космической материи, давшего начало нашей планете. Если эта точка зрения правильна, то Луна — подкидыш, а не собственный ребенок Земли, хотя до сих пор приходится лишь строить предположения о том, когда и каким образом Земля могла приобрести свой единственный естественный спутник.
     
      УДИВИТЕЛЬНЫЙ МИР ЛУНЫ
      В предшествующей главе мы познакомились с основными физическими свойствами лунного шара в целом. В этом разделе мы намерены рассмотреть более внимательно некоторые видимые детали его поверхности, а также постараться понять природу основных сил, с незапамятных времен принимавших участие в их формировании.
      Что так привлекает к Луне наше внимание и что мы надеемся выведать у нее? Она очень стара (ее возраст, вероятно, не меньше 4,5 млрд. лет) и, по-видимому, оставалась близким спутником Земли с эпохи ее образования. Кроме того, постоянное отсутствие воздуха и воды на Луне, о чем уже шла речь в гл. 2, в сущности, свидетельствует о том, что большая часть ее сложной летописи, запечатленной в хорошо знакомых нам окаменелых чертах, возможно, восходит к весьма отдаленным временам, а наиболее древние детали, быть может, не подвергались слишком большим изменениям за все время с возникновения нашей солнечной системы. На Земле или на других соседних планетах все примечательные детали сравнимого возраста за длительное время должны были стать жертвой совместного действия их атмосфер или океанов и полностью исчезнуть. Однако, поскольку любые изменения на безжизненной Луне могут протекать только чрезвычайно медленно, ее морщинистый лик до сих пор должен носить шрамы и следы событий, происходивших в ближайших окрестностях солнечной системы со времени ее образования 4,5 млрд. лет назад. А если это так, то их правильное толкование действительно имеет большую научную ценность.
      Даже для невооруженного глаза Луна выглядит красивым объектом. Ее разнообразят пятна, с которыми связаны многочисленные мифы. Если мы посмотрим в телескоп на ее морщинистый, испещренный оспинами лик или еще лучше на составную фотографию для двух четвертей (фото I) ), то самый беглый взгляд обнаруживает, что поверхность Луны бывает двух различных типов: В одном случае это каменистый и пересеченный грунт сравнительно светлой окраски (отражающий местами до 20 — 30% падающего солнечного света), в другом — более темный (отражающий в среднем лишь 6 — 7% падающего солнечного света), значительно более ровный и часто настолько плоский, что производит впечатление жидкой поверхности. К первому типу мы отнесем в основном горы. Они занимают сплошь большие пространства, особенно в южном полушарии Луны, и в общем покрывают немного меньше 2/3 всего видимого лика нашего спутника. Остальную часть занимают плоские равнины — maria, или моря, как их прежде неверно назвали наблюдатели Луны, не сумевшие правильно объяснить истинную природу ее поверхности. Эти равнины испещрены трещинами и кое-где разбросанными скалами. Независимо от размера все они удивительно одинаковы по отражательной способности и общему виду.
      Если внимательнее посмотреть на Луну в телескоп с увеличением в несколько сотен раз или на фотографии лунной поверхности, полученные при помощи лучших в мире инструментов (сравните фото II и III), приближающих картину, которая откроется перед будущими путешественниками, когда они выглянут из иллюминаторов своих космических кораблей за несколько часов до посадки, то обнаружится почти сбивающее с толку множество образований и структур, среди которых нет ни одной, в точности похожей на Другую. Однако среди таких образований повсюду на Луне преобладающим и наиболее многочисленным типом являются кольцеобразные, окруженные
      См, фотографии в конце книги, — Прим, ред.
      валами впадины, которые обычно называют кратерами. Они встречаются на Луне почти всюду, как в гор. ных областях, так и в морях, в поистине огромном изобилии, придавая лунной поверхности вид рябого лица: число кратеров с диаметрами более 1 км, по-видимому, превышает 300 000 только на видимом полу, шарии Луны, а еще меньших по размеру кратеров, вероятно, так много, что их невозможно сосчитать.
      Диаметры наибольших кратеров превосходят 200 км. Типичные образцы таких кратеров показаны на фото IV и V. На фото IV сфотографирована часть лунной поверхности вблизи южного полюса Луны (ее мы уже видели с большего расстояния на фото II), в центре которой расположена большая, окруженная валами равнина, названная Клавием по имени выдающегося астронома Римской академии и старшего современника Галилео Галилея епископа Христофора Клавия (1537 — 1612). Диаметр впадины превосходит 230 км, а своими размерами и высотой валов она напомнила Галилею, впервые в истории науки применившему телескоп для наблюдения Луны, виды Чехии, расположенной в центре Европы. На фото V можно видеть восход Солнца на другой, окруженной валом и пока безыменной, равнине, расположенной на восточных склонах Моря Облаков, по размеру почти равной Клавию и удаленной от него только на несколько сотен километров к северу.
      На Луне имеется всего пять кратеров, размеры которых превосходят 200 км, и, кроме того, 32 объекта с диаметрами 100 — 200 км. Теперь спустимся и перейдем на берега долины, носящей поэтическое название Море Нектара, где мы находим значительную группу кратеров, из которых крупнейший, Феофил, имеет диаметр более 100 км. Он прекрасно виден в лучах заходящего Солнца на фото VI. Кроме того, в противоположном квадранте Луны над обширными равнинами Океана Бурь возвышается великолепный образец кратера, носящий имя Коперника. Его правильная структура с поперечником 90 км господствует над окружающим ландшафтом (фото VII и VIII). На тех же фотографиях можно видеть много примеров подобных кольцевых гор; их более подРобное описание можно было бы продолжать без конца.
      Во-первых, на Луне нет ни одного кратера, в точности подобного другому. Однако, кроме характерных индивидуальных черт, большая часть кратеров имеет и много общих характеристик. Если их расположить по размеру, то ряд будет тянуться непрерывно от самых больших, уже описанных выше, до самых маленьких кратерных углублений, различимых в наши телескопы. Распределение кратеров всех размеров на видимом лике Луны как будто имеет совершенно случайный характер.
      Во-вторых, высоты валов всех лунных кратеров оказываются, как правило, весьма малыми по сравнению с их абсолютными размерами. Последние измеряются довольно просто: зная угловой масштаб фотографий, можно без труда выразить измеренные на пластинке линейные диаметры в минутах и секундах дуги. Кроме того, поскольку для среднего расстояния от Земли до Луны каждая секунда дуги соответствует 1864 м лунной поверхности, перевод угловых измерений в линейные расстояния на Луне не представляет затруднений.
      С другой стороны, высоту любой горы или вала кратера следует определять из измерений теней, отбрасываемых соответствующей возвышенностью на окружающий ландшафт. Конечно, длина этих теней будет меняться с высотой Солнца над лунным горизонтом: она будет наибольшей (а также изменяется быстрее всего) во время восхода или захода Солнца. Поскольку для любого места на Луне нам с большой точностью известно мгновенное положение Солнца на лунном небе, непрерывная фотографическая регистрация укорочения и удлинения теней путем киносъемки во время восхода и захода Солнца может привести Яе только к установлению высоты любой возвышенности над окружающим ландшафтом, но и указать те Неровности грунта, на которые падают тени. Точность Позиционных измерений на лунной поверхности, достигаемая современными телескопами, дает нам возможность измерить местоположение любого отдельного пункта относительно других с ошибками порядка 300 — 400 м, тогда как высота любой горы опреде-ляется методом тени в пределах ±10 м. Такая точность измерений весьма высока, принимая во внимание, что триангуляцию приходится проводить на расстоянии, которое никогда не бывает меньше 356 000 км.
      В результате многочисленных измерений высот валов отдельных лунных кратеров оказалось, что они, как правило, невелики. Так, наибольшая высота, которой достигают края кратера Клавий (см. фото IV) над окружающим ландшафтом, составляет едва 1600 м (т. е. она приблизительно та же, что и высота самой высокой вершины в горной цепи, окружающей Чешское плато в Центральной Европе); над самой низкой частью дна кратера эта высота не превосходит 4900 м. Она настолько мала, а размеры всего кратера настолько велики, что стоящий посередине дна кратера наблюдатель совсем не видел бы края валов, так как для него все они окажутся под горизонтом! Для представленных на фото VI — VIII двух других больших кратеров, Феофил и Коперник, условия будут приблизительно те же. Наибольшая высота валов Феофила не превосходит 1200 м над окружающим ландшафтом и 4400 м над дном его впадины; центральная горка поднимается до высоты 2200 м над ближайшими окрестностями. Для Коперника соответствующие значения будут 1000 и 3300 м для валов и 1200 м для центральной горки.
      Представленные в виде диаграмм очертания этих двух и еще нескольких кратеров показаны на рис. 1. Одного взгляда на их размеры, выраженные в том же горизонтальном масштабе, что и кривизна лунной поверхности, достаточно, чтобы выявить плоскую структуру всех кратеров. Кроме того, у всех впадин дно лежит ниже окружающей поверхности, а их объем в большинстве случаев приближается к объему окружающих валов. Это наводит на мысль, что вещество краев кратера было смещено из коры силами, которые образовали центральную горку. Очень маленькие патеры почти не имеют никаких валов и представ-яют собой просто осевшие в лунную поверхность горки. Таким образом, кратеры на Луне едва ли заслуживают названия настоящих гор. Скорее они похожи на обильно рассеянные по стареющему лунному лику оспины и, по-видимому, не имеют явного сходства с земными горами.
      Относительно небольшие высоты и пологие склоны лунных кратеров характерны и для всех остальных гор на Луне. Впечатление от их размеров слишком сильно преувеличено благодаря тому, что они отбрасывают длинные тени во время восхода и захода Солнца. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим фото IX, относящееся к северо-восточному квадранту лунной поверхности, который занимает огромная равнина Моря Дождей, возможно, самое значительное лунное образование этого типа с поперечником около 1100 км. Вдоль большей части его берегов тянутся высокие горные цепи лунных Альп и Апеннин, высота самой значительной вершины которых (гора Гюйгенса) достигает 5500 м. Возможно, что эти горные Цепи представляют собой нечто иное, как разрушенные и неполные валы гигантского кратера, дно которого стало современным морем. По-видимому, то же будет верно и для соседнего Моря Ясности, окаймленного с трех сторон горами Кавказ, Гемус и Тралль,. дальше к западу для Моря Кризисов и, возможно, для других.
      Позже нам еще придется вернуться к этим округлым морям, а пока обратимся к западному заливу Моря Дождей, носящему несколько неприятное название «Гнилое Болото» (см. фото X). Три кратера, хорошо известные каждому, кто смотрел на Луну в телескоп, возвышаются над ландшафтом этого моря:
      Рис. 2. Профиль лунной горы Питон, расположенной на западе среди равнин Моря Дождей, по Рекхэму (ср. фото IX и X).
      Масштаб по горизонтали и вертикали одинаков.
      Архимед (поперечник ~80 км), Аристилл (поперечник 56 км, имеется центральная горка) и Автолик (поперечник 38 км). Однако особый интерес представляет гора Питон (отмеченная на фото X стрелкой), которая возвышается в виде одинокого утеса над равнинами и во время последней четверти отбрасывает длинную тень в лучах заходящего Солнца.
      Если, подлетая к Луне, смотреть на эту гору, то она выглядит скорее как крутая скала, вроде лунного Маттерхорна. И это будет близко к истине. Недавно, после измерений и анализа длины тени, проведенных Рекхэмом из Манчестерского университета, обнаружилось, что на наблюдателя, находящегося на Луне, гора не производила бы столь сильного впечатления. Установленное таким способом действительное поперечное сечение Питона показано на рис. 2. Оказывается, что, хотя эта гора достигает значительной высоты, свыше 2300 м, она настолько широка в основании (почти 28 км), что скорее похожа на большой холм, чем на отвесную скалу. У нее нет никакой сколько-нибудь заметной вершины. Кроме того, кривизна лунной поверхности такова, что для наблюдателя, находящегося на Луне на расстоянии приблизительно 90 км (на фото X эти пределы отмечены пунктирной линией в виде овала), даже вершина Питона окажется полностью ниже горизонта; любой наблюдатель, находящийся вне овала, совсем не увидит этой горы.
      Рис. 3. Вид берегов Моря Спокойствия, открывающийся из точек наблюдения, отмеченных на фото XI буквами X и Y (по Тернеру).
      в — панорама из точки V; б — панорама из точки X, причем в западной части горизонт ровный, без следов каких-либо образований. Вертикальный и горизонтальный масштабы одинаковы. Азимут отсчитывается от севера к востоку.
      Чтобы показать еще на одном примере, насколько ровен рельеф лунной поверхности, обратимся теперь к юго-восточной части Моря Спокойствия недалеко от кратера Феофил, в последнее время топографически изучавшегося Тернером в Манчестере. Что увидит наблюдатель, находящийся на Луне, допустим, в точках X и У (фото XI), если рассматривать высоты валов различных катеров в области, изображенной на фото XI, с учетом кривизны лунной поверхности? Ответ на этот вопрос Тернер дает в виде диаграмм, изображенных на рис. 3. Мы обращаем внимание на то, что расположенный в точке X наблюдатель не увидел бы совсем ничего над плоскими очертаниями свое-Го западного горизонта, а на восточном горизонте оказались бы только невысокие очертания соседнего кратера Араго В. Но даже вид, открывающийся с поверхности из точки У, расположенной в непосредственной близости к кратерам Риттер и Дионисий, не произвел бы большего впечатления. Он должен скорее напоминать поверхность пустыни, на которой вдали кое-где видны одинокие столовые горы, чем настоящую земную горную область.
      Оказавшись в любом месте на Луне и проведя измерения как линейных размеров, так и высот различных образований на лунной поверхности, мы обнаружили бы почти такую же картину. Вероятно, самым поразительным оказался результат всех последних исследований рельефа Луны, когда выяснилось, что, по-видимому, нигде на Луне нет крутых склонов сколько-нибудь заметной величины (в противоположность прежним представлениям, основанным скорее на зрительном впечатлении, а не на измерении). Склоны гор или валов кратеров, градиенты углов наклона которых пока удалось измерить, как будто составляют с горизонтом углы меньше 10°. Впечатление неровной поверхности, возникающее при беглом взгляде на фотографии восхода или захода Солнца, в значительной степени исчезает при правильном учете высоты Солнца над горизонтом (определить которую не так просто) . Кроме того, если мы вспомним, что относительно небольшой лунный шар имеет значительную кривизну, то неизбежно придем к заключению, что в большинстве мест на Луне ландшафт будет довольно унылым и однообразным; лишь немногие бросающиеся в глаза объекты могут служить надежными ориентирами.
      В результате лунные горы оказались бы мало привлекательными для альпинистов, привыкших сталкиваться с опасностями земных вершин: здесь нет ни льда или ледников, ни внезапных изменений погоды или страшных снежных метелей, ни крутых, почти непроходимых склонов; здесь не нужны кошки или ледорубы для подъема на крутые скалы. В довершение всего сила тяжести на поверхности настолько мала, что переносить снаряжение или продовольствие, весяшие на Земле 30 кг, нетруднее, чем совершать увеселительную прогулку. Единственное, чего потребовалось бы здесь значительно больше, чем на Земле, — это кислород, без которого мы не смогли бы сделать ни одного шага. К тому же в награду за восхождение на вершину перед нами вряд ли открылась бы грандиозная панорама, а прием солнечной ванны или ночевка под открытым небом быстро повлекли бы за собой возмездие — нам не пришлось бы проснуться. Кроме того, если принять во внимание хотя бы расстояние, которое пришлось бы преодолеть, чтобы достичь цели, то маловероятно, чтобы восхождение на лунные горы превратилось в популярный спорт и угрожало отвлечь значительную часть наших земных альпинистов от восхождений на Гималаи.
      Кроме кратеров и морей на поверхности Луны, бросается в глаза много других интересных объектов меньшей величины, таких, как купола, борозды, лучи, которые могут сыграть значительную роль в разгадке истории нашего спутника. Однако как будто нет основании сомневаться в том, что кратеры и моря как по количеству, так и по площади, занимаемой ими на лунной поверхности, представляют собой наиболее характерные черты поверхности нашего спутника. Любая попытка прочесть эту сложную окаменелую летопись должна будет внести ясность в проблему их происхождения, прежде чем для интерпретации будут собраны другие, менее важные подробности.
      Что же мы можем сказать в настоящее время о происхождении лунных кратеров? При одном взгляде на почти сбивающее с толку множество этих формаций всех размеров (см. фото II — XIV) кажется маловероятным, чтобы все они образовались одинаковым путем и одновременно. При более подробном анализе характерных особенностей кратеров обнаруживается, что догадка относительно их неодинакового происхождения, по-видимому, достаточно обоснована. В самом деле, быть может, всего разумнее подойти к вопросу, если сначала выяснить, каковы были основные физические процессы, которые могли бы содействовать созданию поверхности нашего спутника? При такой постановке задачи мы сразу встретимся с дву-мя противоположными теориями происхождения кратеров: с экзогенной теорией, основанной на эффектах, вызываемых ударами о лунную поверхность других небесных тел (астероидов, комет или метеоритов), и эндогенной теорией, в основу которой положены внутренние процессы, связанные с постепенным обезвоживанием и дегазацией лунного шара и локальной вулканической деятельностью.
      Уже в 1610 г. Галилео Галилей сообщил в своем «Звездном вестнике», что поверхность Луны «изобилует неровностями», и это обстоятельство вызвало сначала немалое смятение среди философов школы перипатетиков. Спустя 57 лет Гук, также интересовавшийся Луной, проделал такой опыт: бросал горох в сосуд с жидкой глиной и наблюдал возникновение образований, которые можно было бы назвать «ударными кратерами». Но, будучи настойчивым, Гук не остановился на этом эксперименте. Как он сообщает в своей «Микрографии» (1667 г.), он кипятил густой раствор масла и наблюдал образование на его поверхности неустойчивых кратерообразных структур. Таким образом, он положил начало очень интересному спору о происхождении лунных кратеров, который не разрешен до сих пор. Чтобы оценить преимущества и недостатки этих теорий, насколько это возможно сделать в настоящее время, перечислим в общих чертах лежащие в их основе доводы и свидетельства в их пользу.
      Прежде чем излагать экзогенную теорию, уместно вспомнить, что межпланетное пространство, в котором Земля и Луна обращаются вокруг Солнца, не совсем пусто. Оно содержит большое количество ингредиентов, весьма разнообразных по весу и размеру: от газа свободных электронов, доходящего до нас от Солнца и присутствующего далеко за пределами земной орбиты, микроскопических пылинок и метеорных тел (вероятно, оставшихся со времени образования всей солнечной системы) до больших метеоритов, астероидов или комет. Их орбиты могут пересекаться в пространстве с орбитой Луны, в результате чего они могут иногда сталкиваться с ней. Даже в настоящее пемя трудно оценить сколько-нибудь точно частоту, с которой лунная поверхность, подобно земной, испытывает непосредственные удары больших глыб космической материи в виде астероидов или комег, не говоря уже о том, какой эта частота могла быть в более отдаленном прошлом. Однако в течение долгой истории Луны следы некоторых таких ударов, несомненно, должны были сохраниться, и потому важно выяснить последствия, которые влечет за собой подобное событие, а они должны были бы быть поистине катастрофическими.
      Попытаемся представить их себе. Рассмотрим большой метеорит — глыбу весом в миллион тонн, движущуюся в пространстве со скоростью 30 км/сек относительно Луны. Полная кинетическая энергия такого тела, равная половине произведения его массы на квадрат скорости, будет порядка 1025 эрг. Если бы такое тело обрушилось на полной скорости на поверхность Луны, оно проникло бы в глубь ее коры, подобно снаряду, и углублялось бы в ее поверхностные слои до полной остановки. Однако кинетическая энергия, которой до удара обладало метеоритное тело, не может исчезнуть. Она должна проявиться в другой форме, в которую преобразуется в согласии с известными законами физики, главным образом в виде тепла, достаточного, чтобы полностью испарить всю вторгшуюся массу и превратить ее в чрезвычайно горячий газовый пузырь (с температурой порядка 1 000 000°) на глубине под поверхностью, вдвое большей диаметра первоначального тела.
      Не приходится говорить о том, что такое большое количество столь горячего газа не может ни на мгновение сдерживаться весом лежащих сверху обломков. Газ немедленно взорвется с огромной силой, и его расширение должно сильно воздействовать на районы, очень большие по сравнению с первоначальными размерами «снаряда». Следовательно, основной эффект взрыва, по существу, будет подобен действию взрывчатого вещества, а начальное направление движения сталкивающегося тезТа не обязательно оказывает
      значительное влияние на симметрию следа, образовав, шегося в результате взрыва на поверхности. Возможньщ результат изображен на рис. 4 в виде диаграммы представляющей вероятное поперечное сечение лун! ного кратера, образовавшегося в результате удара. Количество твердого вещества, которое останется от вторгшегося тела вокруг места взрыва, должно быть пренебрежимо малым. Большая часть этого вещества испарится и улетучится в пространство или рассеется по значительной части окружающей лунной поверхности.
      В результате проведенных на Земле разнообразных экспериментов с зарядами, взрываемыми в соответствующей среде, действительно обнаружилось, что взрывы вызывают локальные поверхностные эффекты, воспроизводящие с поразительной точностью валы некоторых типов лунных кратеров. Однако таким путем трудно моделировать все разнообразные типы лунных кратеров. Так, обстоятельства происхождения кратеров типа Феофил или Коперник (фото VI — VIII), валы которых окружают вогнутую впадину с центральной горкой, несомненно, были иными, чем те, которые привели к образованию Клавия (фото IV), Платона (фото IX, внизу) или Птолемея и Альфонса !(фото XIV), которые имеют совершенно плоское дно без следов центральной горки, и, по-видимому,
      стоят из такого же темного вещества, какое покры-°ает окрестные моря. Кроме того, немногие из отно-3ительно глубоких кратеров, подобных Тихо (фото II, сверху) или Копернику (фото VII), являются, по-ви-чимому. местами, откуда, подобно щупальцам, по gCeM направлениям на значительное расстояние расходятся радиальные системы ярких лучей и создают сразу впечатление «скопления» выброшенного при ударе вещества поверхностных слоев. Однако другие кратеры, в иных отношениях весьма сходные с этими (например, Феофил), не имеют и следов лучей.
      К тому же не нужно переоценивать значение косвенных указаний, основанных на сходстве между наблюдаемыми деталями поверхности Луны и эффектами удара в лабораторных экспериментах или другими сходными явлениями на Земле (воронки от бомб и т. д.), так как различия между масштабом и общей энергией, требуемой для проведения экспериментов на Земле, с одной стороны, и для гипотетических ударов, способных образовать большие кратеры на поверхности Луны, — с другой, приводят к величинам совершенно разных порядков. Болдуин, один из главных современных сторонников ударной теории происхождения лунных кратеров, в известной книге «Лик Луны» утверждает, что для образования кратера с диаметром 30 км посредством удара требуется затратить кинетическую энергию порядка 1025 эрг, а для увеличения его размеров в два или четыре раза необходимым условием были бы энергии в 10 или 100 раз большие. Кроме того, если бы вторгающиеся тела состояли из каменного вещества (р» 3 г/см3), то их поперечник составлял бы соответственно ~240, 540 и 1640 м и на 20% меньше, если бы их основной составной частью оказался сплав никеля и железа (р 7 г/см3). Последние исследования этого же вопроса, проведенные ван Дорном, также наводят на мысль, что полученные Болдуином числа следовало бы пересмотреть и значительно увеличить; и в действительности для образования кратера диаметром 50 км (в общем диаметр меняется как корень кубичный из энергии удара) потребовалась бы энергия порядка 1028 эрг. Следовательно, для образования по-средством удара такого большого кратера, как Кла-вин (фото IV), необходимы были бы энергии, подобные энергии ударов на большой скорости малых астероидов размера Эроса, Гермеса и Адониса (подходивших в последние десятилетия довольно близко к Луне), поперечники которых достигают 10 км, а массы — 1013 т.
      Однако мгновенное выделение такого огромного количества энергии приведет в действие цепь таких явлений, разрушительность которых непосредственно в месте удара (и вокруг него) не только трудно себе представить, но и последствия которых будут ощущаться в той или иной степени по всей Луне в результате распространения сейсмических волн. Чтобы оценить интенсивность вызываемых такими волнами возмущений, рассмотрим вторгающийся метеорит в тот момент, когда он полностью останавливается под наружными слоями лунной поверхности, что неизбежно влечет за собой превращение его полной кинетической энергии в другие виды энергии. Каким именно образом будет распределяться этот большой запас энергии? Хотя фактическое распределение энергии должно решающим образом зависеть от глубины проникновения, сведения, которыми мы располагаем, указывают на то, что только около половины кинетической энергии падающего тела превращается в тепло и вызывает его испарение. Большая часть остатка поглощается при ударе о грунт и расходуется на нагревание (пусть и без испарения) лежащих на небольшой глубине горных пород. Как только давление удара понизится до величины порядка предела упругости этих пород (около 1 кбар), оставшаяся энергия будет распространяться в виде сейсмических волн, а ее величину можно оценить в несколько процентов от полной кинетической энергии вторгшегося тела.
      Таким образом, мы снова получаем подтверждение того, что при ударе, способном образовать кратер диаметром 30 км, должна выделиться сейсмическая энергия порядка 1026 эрг. Это значение будет меняться пропорционально размерам кратера, а возникающие при ударе сейсмические волны как бы распространяют на своем пути весть о случившемся по всей поверхности лунного шара. Иными словами, любой удар тела, способный образовать лунный кратер, обязательно вызовет «лунотрясение» с весьма неглубоким эпицентром. Стоит рассмотреть влияние сейсмических волн на Луну в целом.
      Чтобы оценить более полно значение «лунотрясений», напомним, что при наиболее разрушительных землетрясениях, происходивших на нашей планете в историческую эпоху, выделялась энергия порядка IQ26 — ю27 эрг, т. е. в 10 — 100 раз меньше, чем расход энергии гипотетического «лунотрясения», сопровождаемого образованием кратера диаметром 100 — 120 км. Если принять во внимание, что только на видимом полушарии Луны имеется почти 50 кратеров такого или большего размера (вплоть до диаметра 230 км) и общее количество кратеров с диаметром, превышающим I км, составляет несколько сотен тысяч, то возникают следующие сомнения. Если бы все эти образования (или хотя бы большинство из них) возникли в результате ударов, то каким образом на Луне какая-либо древняя гора или вал могли выдержать длинный ряд внезапных и разрушительных сейсмических толчков, которые вызываются ударом каждого падающего из межпланетного пространства тела?
      Из различных типов разрушительных сейсмических волн, возникновение которых приходится связывать с ударами внешних тел о массивный шар Луны, поверхностные (релеевские) волны должны представлять особый интерес вследствие их относительно слабого затухания. Известно, что на Земле их амплитуды уменьшаются на /з на расстоянии 5000 км, а в слабом поле тяготения Луны они затухают, по-видимому, в еще меньшей степени. Кроме того, поскольку Длина окружности лунного шара составляет только 10 921 км, то релеевские волны, возникшие в результате удара метеорита, должны сойтись из всех направлений в диаметрально противоположных точках.
      и их полная энергия будет порядка 0,001 энергии пер. воначального удара. Этой величины, вероятно, был0 бы достаточно, чтобы произвести разрушения в диа. метрально противоположной области на большом протяжении. Несмотря на то что такие диаметрально противоположные точки для всех видимых кратеров, конечно, расположены на противоположной стороне Луны, интересно знать, какого рода явления могли бы происходить на видимом полушарии Луны в результате ударов о ее противоположную сторону. До сих пор сторонниками чисто метеоритного происхождения лунных кратеров совсем не учитывались отдельные и суммарные эффекты таких ударов. Пока никто не может сказать, каков будет окончательный вывод из соответствующего исследования значения этих эффектов. Однако, до тех пор пока в дополнение к локальным явлениям не будут должным образом исследованы сейсмические эффекты метеорных ударов о поверхность Луны, мы не можем быть вполне уверенными, что такие удары представляют единственный или даже главный ключ к расшифровке загадочных иероглифов на ее лике.
      Обсуждая этот вопрос, мы интересовались лишь эффектами столкновений Луны с твердыми телами, такими, как метеориты, малые астероиды или плане-тезимали, которые могли бы объяснить происхождение не только кратеров, но и существование протяженных лунных равнин, например Моря Дождей (фото IX) и Моря Ясности. Их можно рассматривать как огромные кратеры, образовавшиеся в раннюю эпоху развития солнечной системы в результате почти касательных ударов о лунную поверхность летевших с малыми скоростями планетезималей. Эту точку зрения, выдвинутую впервые в 1893 г. американским геологом Джилбертом, в последнее время стал успешно отстаивать Юри. Однако любое объяснение происхождения основных деталей лунной поверхности действием ударов только сплошных тел было бы весьма неполным без одновременного учета эффектов столкновений с другими «обитателями» межпланетного пространства, а именно с кометами.
     
      УДИВИТЕЛЬНЫЙ МИР ЛУНЫ
      Тякие столкновения также могли бы оказать влия-е на формирование лунного лика.
      Н Согласно статистическим данным, которыми в настоящее время располагают астрономы, появления комет в пределах земной орбиты по меньшей мере столь же часты, сколь и метеоритов или астероидов сравнимых масс (т. е. 1016 — 1018 г), а разнообразие кометных орбит допускает их столкновения с Луной на больших скоростях (порядка 30 — 70 км/сек) значительно чаще, чём подобные столкновения Луны с астероидами. Кроме того, согласно современным представлениям, ядра комет (единственно существенные при столкновении) представляют собой лишь рыхлый конгломерат замерзших углеводородов с заметной примесью неустойчивых химических соединений (например, перекиси водорода в твердом состоянии или азидов). При столкновении они будут вести себя как сильное взрывчатое вещество, выделяя химическую энергию в дополнение к кинетической энергии ядра в целом. В противоположность массивному метеориту, кометные ядра не обладают прочностью на растяжение, и их удар едва ли оставит на поверхности Луны заметное углубление. Вместо этого они сразу полностью испарятся и окутают на короткое время окружающую область потоком горячего газа, который быстро рассеется в пустоте.
      Одна только кинетическая энергия (помимо химической энергии) большой кометы, такой, как комета Галлея, имеет величину порядка 1031 эрг и, полностью превращенная в тепло, эквивалентна 2- 1023 кал. Если на основании довольно скромных оценок мы допустим, что для превращения 1 г вещества лунной поверхности в жидкую лаву требуется 2000 кал, то один кометный удар такого масштаба мог бы обеспечить в принципе ~ 1020 г лавы, способной покрыть 400 000 км2 поверхности Моря Дождей при равномерной глубине около 100 м. По-видимому, это может служить еще одним объяснением происхождения лунных морей. Оно не противоречит тому, что в центральных областях (место удара) морей не обнаруживается никакого нарушения структуры
      и что их валы (в случае Моря Дождей — горные цепи Альп и Апеннин), если смотреть на них из центра этих огромных равнин, окажутся, несомненно, под горизонтом. Этой гипотезе не угрожают трудности, связанные разрушительными сейсмическими эффектами, в отличие от теории ударов планетези-малей с массами, указанными Джилбертом и Юри.
      Кометы с кинетической энергией порядка 103|эрг, разумеется, относительно редки. С другой стороны, количество равнин на Луне такого размера, как Море Дождей, также ограничено. Поэтому вероятность того, что 4,5 млрд. лет назад Луна претерпела достаточное количество таких столкновений с кометами требуемых масс, может быть даже значительной. В свою очередь столкновения с кометами меньших масс, возможно, образовали кратеры типа Птолемея, Платона (фото IX) или Архимеда (фото X), у которых дно, окруженное относительно весьма низкими валами, обнаруживает поразительное сходство с близлежащими морями. Однако такое объяснение можно выдвигать пока только как вероятную гипотезу, для обоснования которой необходимо провести дальнейшие исследования.
      После того как мы критически оценили внешние факторы, именно удары многих небесных тел, которые могут изрыть лунный лик за долгое время, рассмотрим теперь внутренние процессы, также способные воздействовать на поверхность нашего спутника. В основном эти процессы связаны с постепенным накоплением внутреннего тепла в результате распада радиоактивных элементов (уже рассмотренного нами в гл. 2). Этот процесс заставляет продвигаться все газы и другие летучие элементы из недр Луны к поверхности и накапливаться там или удаляться в пространство. Эти процессы обезвоживания и дегазации, которые должны непрерывно происходить на Луне, как это происходило на Земле, на последнем этапе могут образовывать (путем излияния и оттока столбов расплавленных горных пород) локальные зоны погружения или оседания поверхности, называемые з геологии «кальдерами». Схематический вид некото-
      х известных земных кальдер показан на рис. 5 и 6. Действительно, их основные типичные черты обнаруживают удивительное сходство с характеристиками многих лунных кратеров (ср. рис. 1), из которых основными являются не столько относительно пологие края (этому нельзя придавать слишком преувеличенное значение), сколько значительное общее понижение уровней их дна относительно окружающего ландшафта.
      Тепловое расширение и сжатие, сопровождаемые процессом обезвоживания на ранней стадии эволюции Луны, могли бы привести к образованию структуры трещин и разломов в относительно охлажден, ной лунной коре, которые, по-видимому, служили каналами для выхода залегающей внизу расплавленной лавы. На Луне многочисленные равнины, окру, женные горами и валами, отчетливо полигональны (см., в частности, группу больших кратеров на фото XIV), что создает рисунок, который почти невозможно объяснить гипотезой удара. Поэтому наиболее разумным кажется заключение, что некоторые и, возможно, самые большие кратеры на Луне образовались именно таким образом, а другие кратеры могли возникнуть вследствие удара.
      Утечка летучих элементов путем дегазации составляет неизбежный длительный космический процесс, который непременно происходит в любом массивном теле в результате радиоактивного разогрева изнутри, и его нельзя смешивать с известными на Земле вулканическими процессами. Последние представляют собой явления, которые происходят, по существу, на поверхности. Масштаб этих процессов значительно меньше и длительность ограниченна. Все же вулканическую деятельность нужно в основном рассматривать как следствие обезвоживания. Возможно, это создало многие специфические черты лунных кальдер, подобно тому как это происходило на Земле (ср. рис. 6). Вероятно, они должны быть менее заметными, чем сами кальдеры, но все же наглядными благодаря характерным особенностям.
      Попытаемся отождествить хотя бы некоторые из подобных образований на поверхности Луны и для этого вернемся к фото V. Внутри кольцевой горы Региомонтан (вероятно, кальдеры) нам попадется небольшой вершинный кратер (отмеченный на фото стрелкой), который, как и другие кратеры такого типа, вряд ли возник в результате удара, так как вероятность того, что метеориту удалось попасть прямо в вершину столь небольшого холма, чрезвычайно мала. Весь холм возвышается над окрестностями не больше чем на 640 м, и поперечник кратерного отверстия на его вершине составляет 5,5 км. Все образование, основание которого имеет в окружности прибли-
      льНо 100 км, напоминает известный земной вул-31,теКракатау (в действительности последний по раз-k3V меньше) на острове Ява неподалеку от берега. И а таком же расстоянии (с Луны) Кракатау был !/ вероятно, похож на Региомонтан. По-видимому, то указывает на вулканическое происхождение этого катера, а его относительно больший размер можно отчасти объяснить значительно меньшей силой тяжести на Луне (что дает возможность силе данной величины выбрасывать вулканический материал в шесть раз дальше, чем на Земле). К этому добавится почти полное отсутствие атмосферы, которая оказывала бы сверху давление на кратер и сопротивление которой затормозило бы движение выбрасываемых вулканом частичек лавы. Гипотетические извержения вулканов на поверхности Луны должны фактически представлять собой выход газа и магмы в вакуум. Поэтому масштаб такого явления на Луне, вероятно, значительно больше, чем на Земле.
      Рассмотрим на том же фото дно большой (безыменной) кольцевой горы к востоку от Региомонтана: лучи восходящего Солнца очерчивают внутри нее значительное количество небольших деталей, имеющих вид куполов. Геологи называют их «лакколитами». Эти образования известны и на Земле и представляют собой неразвившиеся начальные стадии некоторых типов вулканизма. Размер видимых на нашей фотографии лунных куполов составляет только 2 — 3 км, а их высота не превосходит 200 — 250 м. Поэтому, как только Солнце поднимется больше чем на несколько градусов над горизонтом, эти детали исчезают в его сиянии и станут полностью невидимыми. Однако на Луне купола (даже большего размера) встречаются повсюду в достаточном количестве, что делает такие определенно выраженные признаки вулканизма характерными для лунной поверхности в целом.
      Перед лицом всех рассмотренных фактов трудно избежать заключения о том, что оба типа процессов (Удары — извне, утечка жидкости и газов — изнутри) принимали участие в формировании современного лика Луны. В то время как «лучистые кратеры», подобные Тихо (фото II) или Копернику (фото VII — VIII), почтц определенно обязаны своим происхождением ударац другие, такие, как Клавий (фото II), Птолемей и Альфонс (фото XIV), по-видимому, представляют со. бой кальдеры оседания. Что касается морей, то от-носительно их происхождения до сих пор существуют некоторые сомнения. В то время как большинство ис-следователей, серьезно занимающихся этим вопросом рассматривают их как потоки затвердевшей лавь{ Юри ищет причину образования лавы в крупномасштабном процессе плавления, вызываемом ударами твердых планетезималей, движущихся с малыми скоростями. В связи с этим сам автор считает уместным указать на возможность ударов комет, Грин же рассматривает моря как экструзии по всей вероятности базальтового вещества с сопутствующим процессом обезвоживания.
      Если этот последний процесс должен играть важную роль в образовании некоторых морей или кольцевых гор, то следовало бы оценить одно дополнительное интересное следствие — концентрацию минералов, содержащих химические соединения некоторых летучих элементов (например, хлора, брома, иода и серы) вблизи стенок образований, возникших в результате этого процесса. Такие скопления, если они существуют, могли бы иметь большое теоретическое и практическое значение, хотя их присутствие было бы весьма трудно проверить на расстоянии. Фактически самым надежным способом исследования химического состава этого вида лунных пород все же остается молоток геолога, и нужно надеяться, что он сможет найти применение для решения этой проблемы в недалеком будущем.
      Раз мы допустили, что формирование лунного лика, каким мы видим его сейчас, происходило при взаимодействии различных процессов, то возникает лишь вопрос об их относительном значении на различных этапах длительного прошлого Луны. Можем ли мы привести в соответствие с какой-либо приемлемой хронологической последовательностью те новные подробности рельефа местности, которые видны на Луне в наши дни? К сожалению, абсолютное датирование, по-видимому, невозможно (исключая косвенный метод, который будет кратко описан следующей главе), поскольку мы вынуждены наблюдать Луну на расстоянии. Однако относительное датирование можно получить и в настоящее время с некоторой надеждой на успех.
      Из различных признаков относительного возраста кратеров (или морей), по-видимому, наиболее прост и надежен «принцип перекрытия». Если наблюдаются два кратера, перекрывающие друг друга (много таких примеров имеется на фото II — XIV), то один из них, край вала которого не разрушен, должен быть моложе, чем тот, край которого частично разрушен или полностью исчез. Если два перекрывающихся кратера имеют сравнимые размеры (например, Феофил и Кирилл на фото VI), то применение этого принципа как будто не вызывает сомнения (т. е. в нашем примере образование Феофила должно было произойти позже, чем образование Кирилла). Однако этот критерий можно применить также к таким случаям, когда внутри валов большого кратера находятся меньшие (иллюстрацией этого может служить кратер Клавий на фото IV). Невозможно, чтобы любой процесс, в результате которого поднялись валы большего образования, не затронул бы расположенные внутри его небольшие кратеры; следовательно, последние должны представлять собой образования более поздние, чем те, которые охватывают большую площадь на лунной поверхности. Из этих рассуждений следует, что Клавий должен быть значительно более древним, чем все остальные (по крайней мере сорок из них) кратеры, видимые в настоящее время на его дне. Чем большее количество малых кратеров приходится на единицу площади внутри большого, тем больше должна быть разница в их возрасте.
      В определенных местах поверхности Луны кратерные перекрытия встречаются очень часто, и таким образом кое-где предоставляется возможность установить временную последовательность для пять или шести кратеров. Другим критерием относительна го возраста (дополняющим «перекрытие») служит су! шествование полос светлого вещества («лучей»), кот0. рые расходятся во всех направлениях от определен, ных кратеров, образовавшихся в результате удар3 (например, таких, как Коперник, фото VII). Посколь. ку эти лучи должны были образоваться (в резуль. тате какого-то скопления вещества) одновременно с расположенным в том месте, где они сходятся, ма-теринским кратером, он должен быть моложе, чем любые перекрываемые этими лучами детали. Эти лучи похожи на систему ярких щупалец, широко расходящихся по некоторым участкам лунной поверх ности и позволяющих распространять нашу систему относительного датирования на те области, в кото рые они простираются.
      Однако основное значение этих способов определения возраста заключается в их приложении к датированию морей. Если мы примем упомянутые выше предпосылки, то, по-видимому, нам не избежать заключения о том, что самыми древними участками видимой поверхности Луны оказываются те, которые имеют наиболее сложный рельеф местности и которые содержат наибольшее количество кратеров или гор других типов на единицу площади. Очевидно, в самых древних местах на поверхности Луны должно было скопиться наибольшее количество скал, независимо от того, равномерно ли протекали как внешние, так и внутренние процессы образования кратеров на Луне или они замедлялись со временем. Если это действительно так, тогда самыми древними местами на видимой поверхности Луны, несомненно, оказываются районы, расположенные вокруг южного полюса, как бы лунная Антарктида, которая может сохранять непрерывную летопись событий, оказавших на нее влияние со времени образования нашего спутника (или, во всяком случае, со времени отвердения лунной коры). Но, поскольку средняя плотность кратеров в большинстве больших темных долин лунной поверхности значительно меньше средней плотности, юдаемй вблизи южного полюса, отсюда следует, моря оказываются не просто моложе, но должны иметь значительно моложе гористых областей. Еще ложе должны быть некоторые из больших кратеров подобных Копернику, Кеплеру или Аристарху, Простирающих щупальца ярких лучей на большие площади окружающих их морей. Возможно, они представляют собой наиболее поздние добавления к полному набору деталей заметной величины, запечатленных на лике Луны за последние 100 млн. лет.
      Этим мы закончим наш краткий обзор удивительного мира Луны, каким увидят его в иллюминаторы ракеты незадолго до посадки в один прекрасный день не очень отдаленного будущего первые межпланетные путешественники. Однако в настоящее время такой обзор был бы неполным без хотя бы краткого описания того, что ожидает нас на обратной стороне нашего спутника. В течение весьма продолжительного времени, с тех пор как приливное трение в системе Земля — Луна уравняло период вращения Луны вокруг оси с периодом обращения вокруг Земли, наш спутник обращен к нам только одной стороной, а другая постоянно скрыта от наших глаз и служила излюбленным объектом для всякого рода предположений об ее основных свойствах. Совсем недавно скрывавший тайну покров был наконец сорван навсегда с ее лика. 7 октября 1959 г. третья советская космическая ракета совершила облет всего лунного шара и сфотографировала большую часть его обратной стороны. Несколько дней спустя эти снимки были успешно переданы по телевидению на Землю. Это последнее достижение передовой астрономической техники вызывает искреннее восхищение и чувство законной гордости у всех живущих на Земле и интересующихся раскинувшимся над нашими головами небом. Можно ли закончить эту главу, не рассказав читателю хотя бы коротко об этом потрясающем достижении?
      1959 год навсегда останется памятным в летописях исследования неба благодаря двум выдающимся событиям. 13 сентября в 21 час 2 мин. 24 сек. гринвичского времени вторая советская космиче, ская ракета достигла поверхности Луны в западной части Моря Дождей (см. фото X, место удара отмечено белым крестиком). Меньше чем через месяц, 4 ок. тября, оторвалась от Земли третья советская космическая ракета, которой надлежало облететь Луну передать нам изображение ее обратной стороны. Последняя ступень этой ракеты, представлявшая собой автоматическую межпланетную станцию размером немного больше одного метра и весившая 278,5 кг (см. рис. 7), преодолела расстояние до Луны 6 октября к 14 час. гринвичского времени. Пройдя около Луны на расстоянии 6200 км. она продолжала свой путь к апогею, которого достигла 11 октября, покрыв расстояние в 470 000 км. После этого автоматическая межпланетная станция повернула к Земле и 18 октября прошла через перигей своей орбиты на расстоянии 47 500 км от центра нашей планеты. Теперь она стала еще одним искусственным спутником Земли, движущимся по очень вытянутой орбите, ьно наклоненной к эклиптике, с апогеем 470 тыс. км, перигеем 40 тыс. км и с периодом обращения, составляющим 15 дней. После последнего тесного сближения с Луной автоматическая межпланетная станция может довольно долго продолжать движение по своей орбите.
      Дважды в течение месяца она пересекает орбиту Луны, хотя ближайшее время, когда снова состоится очередное свидание нашего естественного спутника с его новорожденным маленьким братом, наступит не раньше 1967 г., когда межпланетная станция должна пройти мимо него на расстоянии приблизительно 10000 км. Однако весьма сомнительно, чтобы время жизни ракеты оказалось достаточным, чтобы отметить эту дату. Предполагается, что ее настоящая орбита должна постепенно сокращаться в результате накапливающихся возмущений при каждом последовательном прохождении через перигей. Задолго до следующего назначенного для свидания времени она может спуститься достаточно близко к Земле, чтобы, ярко вспыхнув, сгореть в нашей атмосфере. Так кончали свое существование ее многочисленные, посланные рукой человека предшественницы, которые никогда еще не проникали так далеко в межпланетное пространство.
      Однако вернемся к первому тесному сближению, совершившемуся 7 октября 1959 г., и успехам, достигнутым в этот момент советской автоматической межпланетной станцией. Ее главный объектив должен был фотографировать обратную сторону Луны, и это могло бы не увенчаться успехом во время наибольшего сближения (так как в это время была видна только относительно малая часть ее поверхности). Поэтому межпланетная станция продолжила свое путешествие немного дальше. Она «перехитрила» притяжение Луны, отклонившее направление ее пути, Как показано на рис. 8 — 10. В конечном итоге притяжение переместило ее в положение, откуда дл„ фотообъективов станции стали видимыми 70% поверх, ности обратной стороны Луны (см. рис. 8). Это собы. тие должно было произойти рано утром 7 октября когда, следуя поданной с Земли команде, ракета (при помощи соответствующих фотоэлектрических устройств) направила свои объективы на Луну. Приблизительно в течение 40 минут, между 3 час. 30 мин. и 4 час. 10 мин. гринвичского времени, свершилась историческая миссия фотографирования невидимой с Земли стороны нашего спутника на расстоянии между 65 200 и 68 400 км. С такого расстояния для путешествующего в этой межпланетной станции наблюдателя Луна выглядела бы диском с угловым диаметром 3° (т. е. приблизительно в 6 раз крупнее, чем с Земли).
      Нa автоматической межпланетной станции были становлены две камеры с объективами, имеющими Фокусные расстояния 200 и 500 мм, при помощи которых на 35-миллиметровой пленке был выполнен последовательно ряд экспозиций длительностью порядка 0 01 сек- Объектив с фокусом 200 мм дал изображение лунного диска, диаметр которого составлял примерно Ю мм и полностью умещался на одном кадре.
      Большой объектив давал изображение лунного диска диаметром около 25 мм, что позволяло получить большее разрешение, но в каждый кадр попадала только часть изображения. После съемки пленка была автоматически проявлена и отфиксирована на борту движущейся межпланетной станции, затем изображение построчно передавалось миниатюрной камерой на Землю. Применявшаяся для этой цели телевизионная система делала возможным изменять число строк в изображении; максимальное число строк на кадр достигало 1000.
      Технические трудности, которые пришлось преодолеть, чтобы с успехом провести этот эксперимент, до сих пор поражают воображение. Прежде всего автоматическая межпланетная станция должна была следовать по курсу с точностью, не допускавшей углового отклонения больше чем на 0°,1 или изменения скорости, превосходящего 1 м/сек. Далее, после облета Луны она должна была быть ориентирована по команде с Земли так, чтобы ее объективы держали в поле зрения Луну в течение всего времени экспозиций. Половина станции страдала от ослепительного блеска Солнца, в то время как другая оказалась в холодных объятиях межпланетного пространства, и тем не менее внутри станции температура должна была автоматически поддерживаться около 25° С (так как иначе испортилась бы фотографическая эмульсия). Кроме того, в течение всего времени пленки должны были оставаться защищенными соответствующим образом, чтобы предупредить образование вуали под действием космических лучей. И, наконец, последним, но не менее важным будет упоминание 0 том, что ради экономии полезного груза мощность тевизионного передатчика на борту станции, вероят пришлось ограничить несколькими ваттами и все его сигналы должны были приниматься на Земле с максимального расстояния 470000 км Удачное завершение этого эксперимента продемонстрировало возможность передачи на таком большом расстоянии полутонового изображения сравнительно высокой четкости без значительного искажения. Это достижение позволяет многого ожидать от дальнейшего исследования Луны и планет на близком расстоянии.
      Что же «увидели» 7 октября объективы камер, направленные на обратную сторону Луны? Один из снимков, полученный при помощи объектива с фокусным расстоянием 200 мм, приведен на фото XII. Обратную сторону составляют только 70% лунной поверхности, сфотографированной на нем. Около 30% западного (т. е. левого) лимба видны с Земли и содержат много деталей, известных нам в различных проекциях (например, все Море Кризисов и многие меньшие по размеру моря или кратеры — Лангрен, Петавий и т. д.). Соответствующая часть обратной стороны выше восточного горизонта, справа, осталась вне поля зрения камеры. Следует иметь в виду, что во время фотографирования фаза на обратной стороне была близка к «полнолунию» и, следовательно, неровности почвы не отбрасывали тени и выглядели лишенными объемности, которая характерна для снимков, полученных во время восхода или захода Солнца. Тем не менее советские исследователи обнаружили на этих фотографиях ряд кратеров размерами до 70 км, названных в честь великих русских Ученых Ломоносова, Циолковского и недавно умершего французского физика Жолио-Кюри. Это были первые названия, присвоенные деталям обратной стороны нашего спутника.
      Однако наиболее интересный результат обработки Последних советских снимков — это возможность убедиться в том, что на обратной стороне Луны очень Мало морей и что общий рельеф ее местности преимущественно гористый. То обстоятельство, что на обратной стороне, по-видимому, полностью отсутствуют обширные равнины типа Моря Дождей или Океана Бурь, поддерживает наше прежнее представление о том, что столь заметные на обращенной к нам стороне обширные моря, возможно, пополнили лунную топографию относительно недавно и что они образовались главным образом на обращенной к нам стороне, после того как было достигнуто нынешнее равенство периодов вращения вокруг оси нашего спутника и обращения его вокруг Земли.
      Излишне говорить, что для любой попытки обосновать такое утверждение будет нужна более подробная информация относительно топографии обратной стороны Луны, а не те первые намеки на результаты, которыми мы располагаем в настоящее время. Разумеется, это не должно ни в коем случае преуменьшить или умалить поистине великого достижения советских ученых и инженеров, которые дали нам эти предварительные сведения, представляющие предел того, чего можно достичь на современной стадии развития ракетной техники и средств связи. Однако возможно, что снимки обратной стороны Луны, которые будут получены с ракет в будущем, окажутся сравнимыми с приведенным на фото XII в той же мере, в какой можно сравнить снимки видимого лунного лика, полученные в середине XIX столетия Резерфордом или Варреном де ля Рю, с современными, например с фотографиями, приведенными в этой книге. Полеты советских лунных ракет в сентябре и октябре 1959 г. открыли новую страницу в истории нашей науки и новые перспективы для астрономических наблюдений. Безусловно, этот новый способ исследования небесных тел будет разрабатываться в течение ближайших десятилетий в масштабе, который трудно представить или оценить скептикам.