Все о космосе

Геология (строение) Луны

Пепельный ландшафт простирается на сколько хватает глаз. Пустынная равнина окру­жена холмами со сглаженными очертаниями. Полузасыпанные глыбы беспорядочно наг­ромождены вокруг. Грунт мягкий, следы на нем остаются, как на мокром песке. Этот ландшафт, ограниченный аномально близким из-за малого радиуса планеты горизонтом, не да­ет никаких ориентиров для оценки расстояния. Полное отсутствие атмосферы создает иллю­зию необычайной близости предметов.

Бархатно-черное небо сияет миллиардами немерцающих, ярких звезд. Солнце в дневное время соседствует с ними. Оно выглядит как четко очерченный слепящий бело-желтый круг без при­вычных лучиков. Тени от неровностей рельефа здесь очень глубоки и черны, поскольку нет рас­сеянного света.

И совсем непривычно и фантастично выглядит большой незаходящий голубой шар, хрупкий и прекрасный — живая планета, украшающая небосклон этого абсолютно мертвого мира.

Луна — тринадцатое по величине тело Солнечной системы — вращается вокруг Земли по слабо вытя­нутой эллиптической орбите, удаляясь от нее на макси­мальное расстояние в апогее на 405 тыс. км и приближаясь в перигее до 363 тыс. км. Средний диаметр Луны около 3486 км, что приблизительно в 3,6 раза меньше диаметра нашей планеты, а масса составляет 1/81 от ее массы. Луну отличает невысокая, по сравнению с планетами земной группы, плотность — 3,34 г/см3 (для сравнения, плотность Земли — 5,52г/см3). Период обращения Луны вокруг своей оси строго соответствует периоду обращения вокруг Земли (27 суток и 8 часов), и поэтому она повернута к нам всегда одной стороной. Только часть противоположной стороны (18%) бывает видна из-за либрации Луны. Ось ее враще­ния наклонена на 5,1° к плоскости орбиты. Сила тяжести на поверхности Луны в 6 раз слабее, чем на Земле. Темпе­ратура здесь колеблется от -160° С в лунную полночь до + 120° С в лунный полдень. Такие резкие перепады приво­дят к быстрому разрушению лунных пород. Эти процессы объясняют очень пологие, сглаженные формы лунного ре­льефа.

Не только Земля оказывает гравитационное влияние на Луну, но и Луна заметно воздействует своим гравитационным полем на Землю. Деформа­ции земной коры вместе с перемеще­ниями масс воды во время приливов и отливов вызывают внутреннее тре­ние, тормозящее вращение нашей планеты. Замедление вращения Зем­ли доказано изучением линий роста палеозойских кораллов. Согласно этим данным, в начале палеозойской эры (540 млн. лет назад), земные сут­ки равнялись 22 часам, а это значит, что миллиарды лет назад, в самый ранний период истории Земли, они могли составлять всего 4 часа. Сейчас вращение Земли продолжает замед­ляться, и Луна удаляется от нее со скоростью 3 см в год. В палеозойскую эру, когда животные выбрались на су­шу, они могли видеть Луну ближе, чем видим ее мы, и гораздо больших размеров. Расчеты показывают, что примерно через 5 млрд. лет вращение Земли затормозится настолько, что она будет совершать за год всего 9 обо­ротов вокруг своей оси; к тому момен­ту и удалившаяся Луна будет обхо­дить Землю 9 раз за год. С этого вре­мени и уже навсегда с Луны будет видна только одна половина земного шара. Однако ученые предполагают, что через 4,5 млрд. лет наше Солнце, скинув оболочку, превратится в бе­лый карлик, и это катастрофически скажется на судьбе планетной пары Земля-Луна.

Эволюция и формы рельефа Луны

Характер поверхности Луны и сос­тав ее верхних оболочек формировался в течение долгой истории. Около 4,6 млрд. лет назад в окрестностях молодо­го Солнца происходили важные собы­тия — заканчивался процесс рождения планет и их спутников. Луна, как и Земля, представляла собой пылающий шар расплавленных горных пород, в который сыпался град метеоритов. В это время на Луне извергались вулканы и совершались катастрофические планетотрясения. Со временем внешняя расплавленная оболочка Луны, осты­вая, затвердевала. Период магматичес­кой "бурной молодости" Луны длился не более 0,5 млрд. лет. Это была эпоха формирования.

В ходе остывания внешней корки Луны и бомбардировки ее метеоритами 4,4 — 4,1 млрд. лет назад образовался типичный лунный кратерный рельеф. Этот период, длившийся примерно 0,5 млрд. лет, называют эпохой бомбарди­ровки. По мере "вычерпывания" кос­мического "сора" из околоземного спутникового роя, частота падения обломков на Луну уменьшалась. Но имен­но напоследок (4,1-3,9 млрд. лет назад) произошли катаклизмы, приведшие к образованию на поверхности гигант­ских впадин, которые называют "боль­шими ударными бассейнами" или "лунными морями".

Заключительной стадией активной внутренней жизни Луны явился гло­бальный базальтовый вулканизм. Кора на видимом полушарии, возможно, из-за приливного действия Земли, вдвое тоньше (60 км), чем на обратной сторо­не. Поэтому извержение лав легче про­ходило на видимой стороне. Базальты, поднимаясь из лунных недр, заполни­ли "большие ударные бассейны", обра­зовав гигантские равнины, покрытые застывшей лавой. Это время называют эпохой лавовых морей. Установлено, что возраст лунных базальтов состав­ляет 4-3 млрд. лет, т.е. активная текто­ническая жизнь планеты закончилась 3 млрд. лет назад.

С тех пор на Луне воцарилось отно­сительное спокойствие. Но падаю­щие метеоры, температурное вывет­ривание, солнечное и космическое излучения продолжают разрушать ее поверхность. В результате Луна вся покрылась слоем пылеватых частиц, толщиной до 10 м. Это самый дли­тельный период геологической исто­рии Луны, продолжающийся и сегод­ня. Он условно назван эпохой лунной пыли.

Еще на заре изучения Луны были приняты термины для обозначения различных областей на ее поверхнос­ти. Это лунные "моря" и лунные "кон­тиненты" или "материки". Материки (83% площади лунного шара) сложе­ны светлыми породами типа анортози­тов, они отличаются наличием значи­тельных неровностей и множеством кратеров. Моря — относительно ров­ные области, более темные из-за пок­рывающих их застывших потоков ба­зальтов, с меньшим количеством кра­теров.

На лунной поверхности встречаются кратеры диаметром от сотен километ­ров до миллиметров. Возраст боль­шинства крупных кратеров оценивает­ся в 1-3 млрд. лет. Они, как правило, ударного происхождения. У самых мо­лодых кратеров, например, Тихо, Ко­перник, поперечником в десятки кило­метров, при отвесно падающих лучах Солнца (в полнолуние) можно видеть радиально расходящиеся светлые по­лосы, простирающиеся на сотни, а иногда и тысячи километров. Полосы сложены светлыми обломками анорто­зитов (материковых пород), разлетев­шимися во все стороны при ударах ме­теоритов. Некоторые кратеры имеют вулканическое происхождение (кратер Варгентин, до краев заполненный ла­вой). Кроме ударных и вулканических структур, на Луне имеются трещины и разломы, хорошо различимые на фо­тографиях. Это, например, знаменитая Прямая стена в Море Облаков — 240-метровый уступ, протянувшийся на 125 км. Концентрация разломов отме­чается в зонах сочленения континен­тов и морей.

В середине XVII в. польский астро­ном Ян Гевелий предложил называть горы на Луне теми же именами, что и на Земле. Вокруг Моря Дождей распо­ложены Альпы, Кавказ, Апеннины, Карпаты. Море Нектара окружают Ал­тай и Пиренеи. Наиболее внушитель­ная горная цепь — Апеннины, длиной почти 600 км (максимальная высота 5638м). Самые высокие — Горы Лей­бница — лежат в районе южного полю­са. Высота их отдельных пиков, по пос­ледним данным, несколько превышает 9000 м.

Из чего состоит Луна

Вопрос об элементном, минерало­гическом и петрографическом составе лунной поверхности волновал ученых с тех пор, как они начали наблюдать и изучать это небесное тело. Но дать точный ответ на него удалось только при детальном исследовании образ­цов лунных пород и грунта, достав­ленных американскими и советскими космическими   аппаратами.   Сейчас для исследований имеется 385 кг ве­щества из разных областей видимой стороны Луны. Часть его была тща­тельно изучена всеми возможными способами в лабораторных условиях. А остаток, запакованный в гермети­ческие контейнеры, хранится в ожи­дании более совершенных методов исследования.

Основные химические элементы, обнаруженные в лунных породах — это кислород, кремний, железо, ти­тан, магний, кальций и алюминий. В лунных базальтах найдены благород­ные металлы — серебро и золото, но их содержание значительно меньше, чем в земных. В целом, лунная мине­ралогия оказалась довольно бедной.

На Земле существует несколько ты­сяч минералов, а на Луне их пока отк­рыто не более сотни. Впрочем, это легко объяснить: на Луне нет жидкой воды и атмосферы, поэтому условия формирования минералов менее раз­нообразны.

В лунном грунте не найдено окаменелостей или остатков органики. В нем отсутствуют даже небиологические ор­ганические соединения.

Какими же породами представлена лунная поверхность? Их делят на нес­колько типов.

Базальты — вулканические тяже­лые, темные, микрозернистые, плот­ные или пористые породы, образован­ные при застывании лавы.

Вулканические стекла — мелкие оранжевые и изумрудно-зеленые шарики, придающие цветовые от­тенки лунному грунту.

Анортозиты — относительно легкие светлые крис­таллические породы, похожие на земные, которые формируют лунные материки. Именно из-за них мате­риковые области Луны выглядят более светлыми, чем морские.

Брекчии — сложные породы, формирующиеся из всех других типов лунных пород и грунта при паде­нии метеоритов. Обломки пород цементируются стекловидной массой, выплавившейся при ударе из лунных пород и вещества метеорита.

Лунный грунт или реголит — пылевато-песчаный порошок со специфичес­ким запахом гари, которым покрыта вся поверхность Луны. Он обладает стран­ным свойством: при бурении поверхностного слоя, состоящего из реголита, мяг­кий порошок сопротивляется углублению буровой трубки, и в то же время, не держит ее в вертикальном положении.

Получены интересные данные, свидетельствующие о наличие пыли в около­лунном пространстве. Именно она вызывает свечение лунного горизонта при захо­де Солнца на Луне. Свечения были зарегистрированы американскими аппаратами Surveyor, а также при визуальных наблюдениях астронавтами с окололунной ор­биты во время полетов кораблей Apollo. Наиболее вероятные размеры частиц пы­ли оцениваются в 0,1 мкм.

Пока остается открытым вопрос о присутствии воды на Луне. Американская станция Clementine в 1994 г. и космический аппарат Lunar Prospector в 1998 г. засвидетельствовали небольшую (до 1%) концентрацию мелких кристаллов льда в лунном реголите в районе южного полюса. Источником воды предположительно могли быть ядра упавших на Луну комет или недра самой Луны. Однако радиоас­трономические исследования лунных полюсов в 2003 г. показали отсутствие там следов льда.

Внутреннее строение Луны

Образцы лунного грунта добыты с глубины до 2,5 м. А что находится глубже? Ответ на этот вопрос дали геофизические методы исследования. Американские астронавты установи­ли на лунной поверхности сейсмометры, регистрирующие колебания почвы. Их источником должны были служить удары метеоритов, лунотрясения, упавшие отработанные посадочные лунные модули кораблей Apollo и последние сту­пени ракет-носителей Saturn, которые направлялись в зара­нее выбранные точки.

Однако энергии этих ударов хватило для изучения стро­ения коры и верхней мантии до глубин 150-200 км. Для "просвечивания" всей толщи необходим был более мощный удар. И природа преподнесла ученым подарок в виде паде­ния двух крупных метеоритов на обратной стороне нашего спутника. "Просветив" Луну насквозь, сейсмические вол­ны качнули сейсмометры на всех четырех станциях сети Apollo и принесли феноменальную новость — у Луны су­ществует ядро.

Результаты изучения сейсмограмм позволяют сделать вывод, что лунные недра делятся на четыре условные зоны: кора, образованная породами анортозитового состава, мощностью 60 км на видимой стороне и более 100 км на об­ратной; верхняя мантия (литосфера), мощностью около 800 км, где фиксируются глубокофокусные лунотрясения; нижняя мантия, находящаяся в частично расплавленном состоянии, с температурой до 1500° С; и лунное ядро, рас­положенное глубже 1400-1500 км.

По сравнению с Землей, Луна геологически малоактив­на, но слабые тектонические лунотрясения все же удается проследить.

Лунотрясения приливного характера, наблюдаемые во время прохождения Луной апогея и перигея своей орбиты, связаны с гравитационным воздействием Земли. Их перио­дичность оставляет 13,6 земных суток.

Как образовалась Луна?

Космическая эра принесла много новых данных о внутреннем строении Луны. На Землю было доставлено сотни килограммов лунного грунта. Но можем ли мы с полной уверенностью ответить на вопрос, как образова­лась Луна?

Версий несколько. Это: 1. гипотеза "рождения" Луны из газово-пылевого протопланетного облака одновременно с Землей; 2. гипотеза захвата Землей Луны, образовавшейся в удаленной части Солнечной системы из протопланетного вещества, бедного железом; 3. гипотеза отрыва части мантийного вещества от разогретой и быстровращающейся Земли в ранний период ее формирования. Все они имеют свои недостатки.

Большинством планетологов се­годня принята ги­потеза "большого взрыва", согласно которой Луна об­разовалась в ре­зультате столкно­вения юной Земли с планетой, названной Тея, размерами близкой к Марсу. Оно могло произойти приблизительно через 50 млн. лет после рождения Солнечной системы. Масса Земли тогда составляла около 90% нынешней. Часть земного материа­ла и обломки столкнувшегося тела образовали дисковидное облако, из которого и сформировалась Луна. Удар зат­ронул лишь внешнюю мантийную часть Земли. Выбитый материал содержал мало тяжелых железных компонентов. Поэтому сформировавшееся новое тело оказалось относи­тельно легким.

Общность происхождения подтверждают полученные не­давно данные об изотопном составе Земли и Луны. Ученые даже не ожидали, что состав изотопов кислорода на Луне и Земле окажется практически одинаковым.

В пользу гипотезы свидетельствуют и данные объемно­го сейсмического зондирования Земли, которое показало существование тихоокеанской сейсмической аномалии в мантии, прослеживающейся на всех глубинных уров­нях, вплоть до ядра. Она может являться той "незажива­ющей раной", которая осталась после катастрофическо­го удара.

Луна хранит еще множество загадок. Раскрыв их, мы приблизились бы и к разгадкам галактических тайн. Ведь бесплодная лунная поверхность запечатлела следы самых древних событий, происходивших в Солнечной системе. Но для продолжения исследований человечеству необходимо вернуться в этот мир. Увы, спустя 30 лет после полета "Apollo 1 7", проекты построения на Луне научной базы по­ка не финансируются ни одним космическим агентством.

Марина и Сергей Крочак