Луна — естественный спутник Земли, а также самое близкое к нам небесное тело.
В течение истории человечества Луне всегда придавали культовое и символическое значение, поэтому это небесное тело представляло огромный интерес для астрономического изучения. Наш спутник — каменистый объект диаметром 3476 км, равный четверти земного, и находится настолько близко от нас, что можно наблюдать его особенности в небольшой панорамный бинокль.
Постоянное изменение внешнего вида Луны представляет собой наиболее известное и просто наблюдаемое астрономическое явление.
История наблюдений. Уже в прошлом Луну считали самым близким к Земле вокруг нее телом; позднее Коперник низвел Землю с пьедестала, объяснив, что Луна действительно вращается вокруг Земли, но сама Земля вращается вокруг Солнца.
Из-за близости Луны главные особенности ее поверхности всегда были известны, так же, как и то, что ее фазы различны из-за изменения освещенности нашего спутника Солнцем в течение месяца.
Галилей заложил основы научных знаний как о Луне, так и о других объектах Солнечной системы; сначала он детально описал морфологию поверхности, выделив в рельефе моря, горы и кратеры. Кроме того, Галилей вычислил по размерам теней, отбрасываемых лунными горами, что они выше земных. Это описание рельефа, хоть и не очень точное, убедило наблюдателей того времени в некоторой похожести нашего спутника на Землю, и дало толчок к более подробному изучению Луны.
Объясняя причину формирования такой поверхности Луны, ученые разделились на две школы. Первая поддерживало теорию ее вулканического происхождения, другая, наоборот, считала, что кратеры и «моря» образовались из-за паде- ния очень крупных метеоритов или астероидов. Спор продолжался три последующих столетия, и только с изобретением зондов и высадки человека на Луну склонились ко второй гипотезе.
Итальянский астроном Джованни Риччоли опубликовал в 1651 году подробную карту Луны, дав имена большой части лунных структур с видимой стороны. Такая классификация в скором времени была признана и используется до сих пор. Названия — море Ясности, Спокойствия и Бурь, кратер Коперника и Тихо появились благодаря этому астроному. Имя Галилея из-за его «проблем» с церковью было присвоено лишь маленькому кратеру диаметром 15 км.
На общей карте обеих сторон Луны появились названия в честь известных личностей, работавших в различных областях человеческой деятельности.
Лунная поверхность. Поверхность Луны напоминает земную пустыню и покрыта слоем пыли, так называемого реголита. Поверхность очень неровная с несколькими заметными горными цепями, с многочисленными крутыми обрывами и кратерами, образовавшимися вследствие падения метеоритов. На горизонте видны холмы и горы, которые упираются в черное небо, усыпанное звездами даже днем из-за отсутствия атмосферы, которая преломляло бы солнечный свет, как это происходит на Земле.
Морфологически поверхность Луны разделена на моря и материки (континенты).
Моря — это углубления с ровным дном, то есть те области, которые находятся ниже среднего уровня поверхности, являющегося точкой отсчета изза отсутствия «уровня моря». Большая часть этих структур находится на стороне, повернутой к Земле. В лунных морях мало кратеров и выглядят они гладкой равниной. Кроме того, они плохо отражают солнечный свет и поэтому кажутся темными зонами. Происхождение морей относительно недавнее (возникли в период 3,8—3,3 млрд. лет назад) по сравнению с другими лунными структурами, и, похоже, их поверхность образована лавой вулканического происхождения.
Материки — это области, находящиеся выше среднего уровня поверхности. Обычно они освещены гораздо лучше, чем моря, покрыты кратерами разных размеров, которые во многих случаях накладываются друг на друга- Новые геологические образования обычно перекрывают старые. Таким образом, с помощью стратиграфии удалось установить последовательность возникновения различных зон поверхности.
Результаты исследований определили 5 геологических систем и их возрастную последовательность. Самые молодые зоны включают расходящиеся лучами кратеры, которые на Луне со временем покрыли более древние структуры, и они стали не видны. Наиболее древний рельеф складывался во времена образования самой Луны.
На лунной поверхности есть также несколько горных цепей высотой до 6 км. Их распределение неравномерно: они находятся в основном вокруг круговых морей, но самая большая гора расположена в районе Северного полюса.
Как уже подчеркивалось, большинство кратеров и крупных круговых морей образовалось в результате падения метеоритов. В тех случаях, когда они были больших размеров, сила удара приводило к выбросу из мантии лавы, которая смешивалась с материей поверхности. Вокруг некоторых кратеров видны лучи, которые образовались из потоков лавы, излившихся после падения метеорита. Лунная поверхность почти полностью покрыта такими кратерами от падении метеоритов, сохранившимися во времени из-за отсутствия как атмосферы, так и регулярной геологической активности.
Вулканическая деятельность и землетрясения. Горные породы, собранные космонавтами вблизи морей, по большей части базальтовые. На Земле такой тип пород встречается в вулканических бассейнах, и считается, что и но Луне у них такое же происхождение. Вулканическая деятельность на протяжении всей истории Луны согласно последним теориям не была очень сильной. Остались свидетельства о природных явлениях, происходивших на Луне 900 млн. лет назад, хотя до недавнего прошлого считалось, что это было через 1,5 млрд. лет после образования Луны.
Во время полета «Аполлона» космонавты доставили на поверхность Луны различные сейсмографы, которые работали в течение нескольких лет, передавая точные данные о сейсмической активности нашего спутника. Лунные землетрясения связаны как с внешними, так и с внутренними причинами. Различают поверхностные и глубинные землетрясения. Поверхностные зарождаются в мантии на глубине 50—300 км. Энергия, высвобождаемая во время этих процессов, в миллионы раз меньше, чем при соответствующих землетрясениях на Земле. Теллурические линии, вероятно, возникают из-за расширения и последующего сжатия всей Луны из-за радиоактивного разогрева ядра и последующего остужения его внешних слоев. Глубинные землетрясения происходят приблизительно в 1000 км от поверхности и носят циклический характер; они происходят чаще, чем поверхностные, и во время них выделяется значительно меньше энергии. Считается, что глубинные землетрясения обусловлены силами притяжения Земли. Это также могло бы объяснить совпадение их цикличности с обращением Луны вокруг Земли.
Недра Луны. Внутренняя структура нашего спутника похожа на внутреннюю структуру Земли, но различается соотношенем глубин различных слоев. Железистое ядро очень маленькое (диаметром около 700 км), в то время как мантия занимает большую часть объема Луны. Поэтому кора очень тонкая, имеющая разную толщину с разных сторон Луны: около 100 км на стороне, повернутой к Земле, и 60 км на обратной стороне.
Это разница в толщине объясняется различной морфологией двух сторон Луны. В течение лунной геологической истории лаве, находящейся в мантии, было проще изливаться в зонах с более тонкой корой и образовывать многочисленные моря. Зато обратная сторона Луны почти сплошь покрыта кратерами, различными горами и мелкими морями.
Лунная орбита. Луна совершает полный оборот вокруг Земли против часовой стрелки за 27,32 сут, если взять за точку отсчета далекую звезду; это так называемый звездный месяц.
Но по отношению к Земле, которая одновременно обращается вокруг Солнца, время обращения составляет 29,5 сут. Это время равно лунному месяцу, то есть времени, за которое Луна проходит две одинаковые фазы, например, между двумя полнолуниями; это так называемый синодический месяц.
Лунная орбита — сильно вытянутый эллипс, из-за чего расстояние нашего спутника от Земли сильно меняется; от 356 000 км в перигее до 407 000 км в апогее. Как следствие, меняется и видимый диаметр Луны: если смотреть на спутник невооруженным глазом, в отдельные вечера он кажется больше, в другие — меньше.
Из-за близости Земли и Луны земное притяжение заставляет Луну вращаться вокруг собственной оси за 27,32 сут, что равно времени, необходимому для полного обращения спутника вокруг Земли, и поэтому Луна всегда повернута к нам одной и той же стороной. Но практически с земной поверхности можно наблюдать чуть больше половины Луны. Лунная орбита отклоняется приблизительно на 5^o по отношению к эклиптике, а ось Луны — на 1,5^o по отношению к ее орбите, поэтому можно видеть до 6,5^o над и под лунными полюсами, Такое явление называется либрацией широт. Луна колеблется и по долготе, потому что скорость, с которой она движется по орбите, меняется в зависимости от расстояния до Земли, в то время как наклон оси не меняется. Вот почему кажется, что, обращаясь вокруг Земли, Луна совершает отклонения то к востоку, то к западу, демонстрируя до 7^o с каждой стороны. Итак, наблюдать с Земли в целом возможно 59% лунной поверхности.
Освоение Луны. Освоение человеком космоса совпало с освоением Луны, которая благодаря своей близости оказалась более доступной. Противостояние США и СССР в области контроля за космическим пространством заставило сверхдержавы умножить усилия для достижения лунной поверхности. После нескольких первоначальных неудач Советский Союз отправил много зондов серии «Луна», которые облетели и сфотографировали поверхность, а затем («Луна-15» и последующие зонды) прилунились, взяв образцы лунных пород и доставив их но Землю. Но именно американцы доставили на Луну первого человека, выполняя проект «Аполлон», которому предшествовали полеты космических кораблей «Джемини». Они облетели Луну, выбирая места для прилунения.
В 1969-1972 годах капсула с «Аполлона» совершило посадку на Луну 6 раз: первый раз 20 июля 1969 года, когда «Аполлон-11» доставил астронавтов Нейла Армстронга и Эдвина Олдрино на море Спокойствия, Эта первая экскурсия продлилась около 2 ч, во время которой астронавты собрали различные экземпляры пород.