§15.2. Рельеф Луны. Химический состав и физические условия на поверхности Луны Основные формы рельефа луны краткое описание

Луна - самое близкое к Земле небесное тело и потому изучена лучше всего. Ближайшие к нам планеты примерно в 100 раз дальше, чем Луна. Луна меньше Земли по диаметру вчетверо, а по массе в 81 раз. Средняя ее плотность , т. е. меньше, чем у Земли. Вероятно, у Луны нет такого плотного ядра, какое есть у Земли.

Мы видим всегда только одно полушарие Луны, на котором никогда не заметно ни облаков, ни малейшей дымки, что служило одним из доказательств отсутствия на Луне водяных паров и атмосферы. Позднее это было подтверждено прямыми измерениями на поверхности Луны. Небо на Луне даже днем было бы черное, как в безвоздушном пространстве, но окружающая Луну разреженная пылевая оболочка немного рассеивает солнечный свет.

На Луне нет атмосферы, смягчающей палящие солнечные лучи, не пропускающей к поверхности опасные для живых организмов рентгеновское и корпускулярное излучения Солнца, уменьшающей отдачу энергии ночью в мировое пространство и защищающей от космических лучей и потоков микрометеоров. Нет там ни облаков, ни воды, ни туманов, ни радуги, ни зари с рассветом. Тени резкие и черные.

С помощью автоматических станций установлено, что непрерывные удары мелких метеоритов, дробя поверхность Луны, как бы обтачивают ее и сглаживают рельеф. Мелкие осколки не превращаются в пыль, а в условиях вакуума быстро спекаются в пористый шлакоподобный слой. Происходит молекулярное сцепление пыли в подобие пемзы. Такая структура лунной коры придает ей малую теплопроводность. В результате при сильных колебаниях температуры снаружи в недрах Луны даже на небольшой глубине температура сохраняется постоянной. Огромные перепады температуры лунной поверхности от дня к ночи объясняются не только отсутствием атмосферы, но и продолжительностью лунного дня и лунной ночи, которая соответствует двум нашим неделям. Температура в подсолнечной точке Луны равна +120 °С, а в противоположной точке ночного полушария - 170 °С. Вот как изменяется температура в течение одного лунного дня!

2. Рельеф Луны.

Уже со времен Галилея начали составлять карты видимого полушария Луны. Темные пятна на поверхности Луны были названы «морями» (рис. 47). Это низменности, в которых нет ни капли воды. Дно их темное и сравнительно ровное. Большую часть поверхности Луны занимают гористые, более светлые пространства. Есть несколько горных хребтов, названных, подобно земным, Альпами, Кавказом и т. д. Высота гор достигает 9 км. Но основной формой рельефа являются кратеры. Их кольцевые валы высотой до нескольких километров окружают большие круглые впадины диаметром до 200 км, например Клавий и Шиккард. Всем крупным кратерам даны названия в честь ученых. Так, на Луне есть кратеры Тихо, Коперник и др.

Рис. 47. Схематическая карта крупнейших деталей на обращенном к Земле полушарии Луны.

В полнолуние в южном полушарии хорошо видны в сильный бинокль кратер Тихо диаметром 60 км в виде яркого кольца и расходящиеся от него радиально светлые лучи. Их длина сравнима с радиусом Луны, и они тянутся, пересекая много других кратеров и темных впадин. Выяснилось, что лучи образованы скоплением множества мелких кратеров со светлыми стенами.

Лунный рельеф лучше изучать тогда, когда соответствующая местность лежит вблизи терминатора, т. е. границы дня и ночи на Луне. Тогда освещенные Солнцем сбоку малейшие неровности отбрасывают длинные тени и легко заметны. Очень интересно в течение часа проследить в телескоп за тем, как вблизи терминатора на ночной стороне загораются светлые точки - это вершины валов лунных кратеров. Постепенно из тьмы выплывает светлая подкова - часть кратерного вала, но дно кратера еще погружено в

Рис. 48. Схематическая карта обратной стороны Луны, невидимой с Земли.

полный мрак. Лучи Солнца, скользя все ниже, постепенно обрисовывают и весь кратер. При этом хорошо видно, что, чем меньше кратеры, тем их больше. Они часто расположены цепочками и даже «сидят» друг на друге. Позднейшие кратеры образовались на валах более старых. В центре кратера часто видна горка (рис. 49), в действительности это группа гор. Кратерные стены обрываются террасами круто внутрь. Дно кратеров лежит ниже окружающей местности. Рассмотрите внимательно вид внутренности вала и центральной горки кратера Коперник, сфотографированных искусственным спутником Луны сбоку (рис. 50). С Земли этот кратер виден прямо сверху и без таких подробностей. Вообще с Земли в наилучших условиях едва видны кратеры до 1 км в диаметре. Вся поверхность Луны изрыта мелкими кратерами - пологими углублениями - это результат ударов мелких метеоритов.

С Земли видно только одно полушарие Луны. В 1959 г. со-ветская космическая станция, пролетая мимо Луны, впервые сфотографировала невидимое с Земли полушарие Луны. Принципиально оно не отличается от видимого, но на нем меньше «морских» впадин (рис. 48). Теперь составлены подробные карты этого полушария на основании многочисленных фотографий Луны, выполненных с близкого расстояния автоматическими станциями, посылавшимися к Луне. Искусственно созданные аппараты неоднократно опускались на ее поверхность. В 1969 г. на поверхность Луны впервые опустился космический аппарат с двумя американскими космонавтами. К настоящему времени на Луне побывало несколько экспедиций космонавтов США, благополучно вернувшихся на Землю. Они ходили и даже ездили на специальном вездеходе по поверхности Луны, уста навливали и оставляли на ней разные аппараты, в частности сейсмографы для регистрации «лунотрясений», и привезли образцы лунного грунта. Образцы оказались очень сходными с земными горными породами, но у них обнаружили и ряд особенностей, свойственных лишь лунным минералам. Советские ученые получили пробы лунных пород из разных мест при помощи автоматов, которые по команде с Земли брали пробу грунта и возвращались с ней на Землю, Более того, на Луну посылались советские луноходы (автоматические самоходные лаборатории, рис. 51), выполнившие много научных измерений и анализов грунта и прошедшие по Луне значительные расстояния - несколько десятков километров. Даже в тех местах лунной поверхности, которые с Земли выглядят ровными, грунт изобилует воронками и зчасыпан камнями всевозможной величины. Луноход «шаг за шагом», управляемый с Земли по радио, передвигался с учетом характера местности, вид которой передавался

Цирк Альфонс, в котором наблюдалось выделение вулканических газов (снимок сделан автоматической станцией вблизи Луны).

(кликните для просмотра скана)

на Землю по телевидению. Это величайшее достижение советской науки и человечества важно не только как доказательство неограниченных возможностей человеческого разума и техники, но и как прямое исследование физических условий на другом небесном теле. Оно важно и тем, что подтверждает большинство выводов, которые астрономы делали лишь из анализа света Луны, приходящего к нам с расстояния 380 000 км.

Изучение лунного рельефа и его происхождения интересно и для геологии - Луна как бы музей древней истории ее коры, так как вода и ветер ее не разрушают. Но Луна - это не совсем мертвый мир. В 1958 г. советский астроном Н. А. Козырев заметил в кратере Альфонс выделение газов из лунных недр.

В формировании рельефа Луны, по-видимому, принимали участие и внутренние, и внешние силы. Роль тектонических и вулканических явлений несомненна, так как на Луне есть линии сброса, цепочки кратеров, огромная столовая гора со склонами такими же, как и у кратеров. Имеется сходство лунных кратеров с лавовыми озерами Гавайских островов. Менее крупные кратеры образовались от ударов больших метеоритов. На Земле есть также ряд кратеров, образованных при падении метеоритов. Что касается лунных «морей», то они, по-видимому, образованы проплавлениями лунной коры и излияниями лавы вулканов. Конечно, на Луне, как и на Земле, основные этапы горообразования происходили в далеком прошлом.

Многочисленные кратеры, обнаруженные на некоторых других телах планетной системы, например на Марсе и Меркурии, должны иметь такое же происхождение, как и лунные. Интенсивное кратерообразование, по-видимому, связано с малой силой тяжести на поверхности планет и с разреженностью их атмосферы, мало смягчающей бомбардировку метеоритами.

Советские космические станции установили отсутствие у Луны магнитного поля и поясов радиации и наличие на ней радиоактивных элементов.

Луна полностью лишена атмосферы, и на её поверхности наблюдается колоссальный перепад температур. Грунт Луны обладает исключительно малой теплопроводностью; поэтому он быстро нагревается лучами Солнца до температуры около 120°C, но стоит зайти Солнцу или данному участку поверхности по-пасть в тень, как температура стремительно падает до -180°C.

Метеоритная бомбардировка

Сила тяжести на Лу-не невелика, поэтому упавшие астероиды (или их остатки) ча-стично сохранились под её поверхностью, образуя масконы . Вещество масконов имеет большую плотность, чем окружаю-щее вещество лунной коры. Они искажают гравитационное поле Луны, что проявляется в движении пролетающих над ни-ми искусственных спутников Луны.

Все крупные детали рельефа Луны получили собственные имена и названия. Большин-ство их было дано в XVII в. польским астрономом Я. Гевелием. Для морей он выбрал произвольные названия (Море Ясности, Океан Бурь и др.), кратерам дал имена крупнейших учёных (Птолемей, Коперник, Арис-тарх и др.), горным цепям — названия земных гор (Апеннины, Альпы, Кавказ). Эти названия утвердились, и только в 1972 г. к ним добавилось новое: место прилунения первой лунной экспедиции было названо Морем Познанным.

На Луне нет атмосферы. Значит её рельеф не защищен от метеоритов, на её поверхности не происходит эрозии горных пород, и, на поверхности Луны нет пыли. Дело в том что в безвоздушном пространстве любая пыль быстро склеивается в пористую массу подобную пемзе.
Лунный ландшафт строгий и торжественный. Поверхность испещрена кратерами, как крупными горными цирками, так и мелкими с булавочную головку. Они имеют как метеоритное, так и вулканическое происхождение. Края у скал острые. Тени, которые отбрасывают скалы, четкие и черные.

Лунный грунт темного, практически черного цвета. У физиков есть такое понятие «альбедо», эта величина показывает,какое количество падающего света отражает та или иная поверхность в процентах. Альбедо Луны около 7 процентов. Так отражает черный цвет. Если бы на Луне была светлая почва, то у нас на Земле в лунную ночь было бы светло как днем.

Линия горизонта на Луне в одном километре от наблюдателя. Черное звездное небо слегка светится. Это пыль от метеоритных осколков рассеивает свет. В небе Луны голубой шар- Земля, которая по видимым размерам больше Луны на нашем небе в 40 раз, и хорошо освещает её поверхность.

Поверхность Луны можно условно разделить на типы: старая горная местность с большим количеством вулканов и относительно гладкие и молодые лунные моря. Главной особенностью обратной стороны Луны является её материковый характер.

Темные участки поверхности, которые мы можем видеть с Земли на поверхности Луны, мы называем «океанами» и «морями». Такие названия пришли из древности, когда древние астрономы думали, что Луна имеет моря и океаны, также как и Земля. На самом деле эти темные участки поверхности Луны сформировались в результате извержений вулканов и они заполнены базальтом, который темнее, чем окружающие его породы. Основные Лунные моря сосредоточены в пределах видимого полушария, крупнейшее из них - Океан Бурь. К нему примыкают Море Дождей с северо-востока, Море Влажности и Море Облаков с юга. В восточной половине видимого с Земли диска протянулись цепочкой с северо-запада на юго-восток Море Ясности, Море Спокойствия и Море Изобилия. К этой цепочке с юга примыкает Море Нектара, а с северо-востока - Море Кризисов. Сравнительно небольшие по размерам моря расположены на границе видимого и обратного полушарий - Море Восточное, Море Краевое, Море Смита и Море Южное. На обратной стороне Луны существует лишь одно значительное образование морского типа - Море Москвы. На поверхности лунных морей при определенных условиях освещения заметны извилистые возвышения, называемые валами. Высота этих преимущественно пологих возвышенностей не превышает 100-300 метров, однако протяженность может достигать сотен километров. Вероятной теорией их образования считается их возникновение при застывании лавовых морей за счет сжатия. На лунной поверхности несколько небольших образований морского типа, относительно обособленных от крупных формаций, носят название «озер». Образования, граничащие с морями и вдающиеся в материковые области, называются «заливами». Моря отличаются от материковых областей низкой отражательной способностью вещества их поверхности, более пологими формами рельефа и меньшим числом крупных кратеров на единицу площади, - в среднем в пересчете на единицу площади число кратеров на материковой поверхности в 30 раз превышает число кратеров в морях. К элементам рельефа относятся и лунные горы. Они представлены горными хребтами, окаймляющими берега большинства морей, а также многочисленными кольцевыми горами, называемыми кратерами. Отдельные пики и небольшие горные хребты, находящиеся на поверхности некоторых лунных морей, вероятно в большинстве случаев являются полуразрушенными бортами кратеров. Примечательно, что на Луне, в отличие от Земли почти отсутствуют линейные горные цепи, как то например Гималаи, Анды и Кордильеры на Земле.

Кратеры

Кратерность - самая характерная особенность лунного рельефа. Существует порядка полумиллиона кратеров размером более 1 км. Из-за отсутствия на Луне атмосферы, воды и значительных геологических процессов лунные кратеры фактически не подвергались изменениям и даже древние кратеры сохранились на ее поверхности. Самые крупные лунные кратеры находятся на обратной стороне Луны, например кратер Королев, Менделеев, Гершпрунг и многие другие. В сравнении с ними кратер Коперник диаметром 90 км, находящийся на видимой стороне Луны кажется очень небольшим. Также на границе видимой стороны Луны находятся гигантские кратеры, такие как Струве диаметром 255 км и Дарвин диаметром 200 км.

Ныне на картах Луны зафиксировано более 35 000 крупных и около 200 000 мелких деталей.

В образовании форм лунного рельефа принимали участие как внутренние силы, так и внешние воздействия. Расчеты термической истории Луны показывают, что вскоре после её образования недра были разогреты радиоактивным теплом и в значительной мере расплавлены, что привело к интенсивному вулканизму на поверхности. В результате образовались гигантские лавовые поля и некоторое количество вулканических кратеров, а также многочисленные трещины, уступы и другое. Вместе с этим на поверхность Луны на ранних этапах выпадало огромное количество метеоритов и астероидов - остатков протопланетного облака, при взрывах которых возникали кратеры - от микроскопических лунок до кольцевых структур поперечником во много десятков, а возможно и до нескольких сотен километров. Сейчас метеориты выпадают на Луну гораздо реже; вулканизм также в основном прекратился, поскольку Луна израсходовала много тепловой энергии, а радиоактивные элементы были вынесены во внешние слои Луны. Об остаточном вулканизме свидетельствуют истечения углеродосодержащих газов в лунных кратерах, спектрограммы которых были впервые получены советским астрономом Н.А. Козыревым.

Рельеф лунной поверхности изучается около 400 лет. За
это время сложилась специфическая терминология, которая
может ввести в заблуждение, так как по традиции лунные об-
разования наименовывались по аналогии с земными, хотя за-
частую они не имеют ничего общего ни в строении, ни в проис-
хождении.
Наиболее близкими к земным формами на Луне считают-
ся горные хребты и горные цепи. Они включают как хорошо
сохранившиеся, так и частично разрушенные объекты, или
объекты со сглаженными формами. Этозия лунного рельефа
происходит из-за воздействия комплекса разных причин. Лун-
ные породы трескаются и измельчаются под воздействием пе-
репада температур. (Суточный перепад температур составля-
ет 270° - от +120 до -150°). Корпускулярное и коротковол-
новое излучение Солнца также разрушительно воздействует
на поверхность Луны. Кроме того, считается доказанным, что
в формировании лунного рельефа принимал участие вулка-
низм, который в прошлом обладал огромной мощью и сопро-
вождался извержением аулканов, излиянием лавы и различ-
ными тектоническими процессами.
Характерная черта лунного рельефа - большое количе-
ство кольцеобразных гор. В настоящее время они называются
лунными кратерами, однако в старых печатных изданиях встре-
чается и другая классификация. Так, кольцевой горный хре
бет, ограничивающий гладкую долину, называется цирком; уг-
лубления диаметром в несколько километров с более плоским
дном носят название пор или кратерочков.
Для некоторых районов Луны характерны цепи крате-
ров длиной порядка сотен километров.
Кроме гор к положительным (выпуклым) формам лун-
ного рельефа относятся пики (достаточно изолированные вер-
шины на равнинном дне лунных морей) и валы - пологие
возвышения высотой порядка 1-2 км.
К отрицательным (вогнутым) формам лунного рельефа
относятся трещины, борозды и долины. Трещины - как пра-
вило, крупные образования протяженностью от десятков до
сотен километров и глубиной и шириной от десятков до сотен
метров. Борозды сходны с трещинами, но склоны у них менее
крутые, а дно более плоское. Долины характеризуются наи-
большей шириной и плоскостью дна.
212 Астрономия
Современный облик Луны формировался в течение мил-
лиардов лет, причем эволюция лунной поверхности продол-
жается в настоящее время. Принята следующая периодизация
эволюции лунной поверхности (по Хабакову):
1. Первоначальный период. Луна покрыта первобытной
корой с бугристой или гребнистой поверхностью. Кольцевые
горы отсутствуют.
2. Древнейший период. Активное кратерообразование за
счет внутренних процессов.
3. Древний (алтайский) период. Опускание обширных
участков лунной коры и лавоизвержение, формирование древ-
нейших мерей, в настоящее время исчезнувших. Назван по
имени Алтайского хребта, который, возможно, является бере-
гом древнего моря.
4. Средний (птолемеевский) период. Интенсивное кра-
терообразование и исчезновение древних морей. Назван по
имени кратера Птолемей, очевидно, возникшего в ту эпоху и
являющегося одной из немногих сохранившихся с тех пор
древнейших кольцевых гор.
5. Новый (океанский) период. Произошли новые круп-
номасштабные опускания лунной коры. Большинство имею-
щихся на тот момент кратеров затапливается лавой. Форми-
руется современный пояс лунных морей с известными нам
очертаниями.
6. Новейший (коперниковский) период. Появление но-
вых кратеров на поверхности лунных морей. Назван по имени
кратера Коперник, характерного для данного периода, с от-
лично сохранившимся резким рельефом.
ОБРАЗОВАНИЕ ЛУНЫ
Происхождение Луны естественным путем интересовало
астрономов еще со времен Галилея, впервые рассмотревшего
рельеф лунной поверхности. Высказывалось много предпо-
ложений о том, как образовался спутник Земли. Наиболее ши-
роко разрабатывались гипотеза первоначального разделения,
гипотеза захвата и гипотеза одновременного формирования
Лупы и Земли. Первая теория принадлежит астроному и мате-
матику Дж. Дарвину, который предположил, что первоначально
обе планеты представляли собой единую раскаленную массу.
В целом гипотеза Дарвина находилась в струе конкурирую-
щих теорий о холодном и горячем формировании планет Сол-
нечной- системы. Согласно первой, они представляли собой
первоначально холодное газопылевое облако, разогревающе-
еся с результате сжатия и выделения большого количества
энергии, согласно второй - изначально находились в разогре-
том состоянии, но постепенно остывали, сохраняя лишь горя-
чее ядро. Дарвин склонялся ко второму варианту. По его
мнению, по мере остывания и ускорения вращения, единая
раскаленная масса разделилась на две неравные части, из боль-
шей образовалась Земля, из меньшей - Луна, причем после-
днюю образовали отделявшиеся наружные слои первоначаль-
ной массы. Это объясняло разницу в плотности Луны и Земли,
так как внешние слои должны были состоять из более легких
веществ. Однако сторонникам этой теории не удалось убеди-
тельно показать механизм подобного процесса. После того, как
были подучены образцы лунного вещества, оказалось, что раз-
личия в химическом составе противоречат гипотезе первона-
чального разделения.
Гипотеза захвата долгое время была популярной как среди
ученых, так и и кругах любителей. Немецкий ученый К. Вейц-
зеккер, шведский ученый X. Альфвен и американский ученый
Г. Юри независимо друг от друга предложил: теорию, по ко-
торой Луна изначально не являлась спутник’ чл Земли, а была
самостоятельно движущейся малой планетой. При критичес-
ком прохождении вблизи зоны гравитационного воздействия
Земли Луна изменила траекторию движения и превратилась в
элемент системы из двух небесных тел. Но вероятность по-
добного явления столь невелика, что это противоречит боль-
шой частоте наличия спутников у планет. Астрономы давно
установили путем наблюдений, что спутник! - не редкое ис-
ключение, а, скорее, правило.
Наиболее доказанной считается гипоте:!;!, предложенная
О. IO. Шмидтом и его последователями в с< редине XX века.
Она предполагает образование всех планет Солнечной систе-
мы из единого газопылевого облака, в котором благодаря на-
личию неоднородного распределения веще!! ва образовыва-
лись конгломераты, нечто вроде зародышей будущих планет
- планетезимали. Меньшая плотность, которую имеет Луна
по сравнению с Землей, требовала объяснен ia: почему веще-
ство протопланетного облака разделилось i концентрацией
тяжелых элементов в Земле. Возникло пре,(положение, что
первой начала формироваться Земля, окр> хенная мощной
атмосферой, обогащенной относительно летучими силиката-
ми; при последующем охлаждении вещество;>той атмосферы
сконденсировалось в кольцо планетезималей, из которых и
образовалась Луна. В пользу этой гипотезы говорит тот факт,
что у многих планет Солнечной системы имеются не только
спутники, но и кольца, состоящие из более и; и менее мелких
частиц вещества. Установлено, что такие кольца есть не толь-
ко у Сатурна, но и у Урана, Меркурия, Плутона, хотя и более
разреженные и не такие эффектные, как у Сатурна. В целом
гипотеза холодного образования вписывается в общую тео-
рию об образовании Солнечной системы примерно в одно вре-
мя из единой массы, но и сейчас пет точных фактов, позволя-
ющих окончательно подтвердить или опровергнуть ее.