Описание луны.  Луна: описание, характеристика, интересные факты

На Луне можно выделить три основных типа образований :
1) моря - обширные, темные и довольно плоские участки поверхности, покрытые базальтовой лавой. Берега большинства морей представляют собой обрывы, а по дну тянутся невысокие валы в десятки метров. Моря наверняка связаны с вулканической деятельностью, с извержением богатой железом базальтовой лавы. Крупнейшее из дюжины морей на видимой стороне Луны - Море Дождей диаметром ок. 1200 км. Кольцо из отдельных пиков на его дне и окружающая цепь гор с радиальными лучами говорят о том, что Море Дождей возникло вследствие удара о Луну огромного метеорита или ядра кометы. Его дно не идеально ровное, а пересечено волнообразной рябью, которую можно заметить при малом угле падения солнечных лучей. Эта рябь с сопутствующей ей разницей в цвете указывает, что лава разливалась здесь не единожды, а возможно, в результате нескольких последовательных ударов. По фотографиям с окололунной орбиты более впечатляющий бассейн -это Море Восточное, которое с Земли частично видно на левом лимбе Луны, но лишь «Лунар орбитер» показал его настоящий вид. Центральная темная равнина этого моря довольно мала, но она служит центром большого числа круговых и радиальных горных цепей. Центральный бассейн окружен двумя почти идеально концентрическими цепями гор диаметром 600 и 1000 км, а за внешнюю горную цепь еще более чем на 1000 км выброшены породы в виде сложных радиальных образований. Почти круглый контур Моря Ясности тоже указывает на столкновение, но меньшего масштаба. Другие моря, видимо, также заполнились лавой в результате одного или нескольких столкновений, более поздние из которых уничтожили кратер, возникший после первого столкновения.
Другие крупные кратерированные области, не разрушенные мощным столкновением, могли стать морями после мощного излияния лавы. Примерами такого рода служат Океан Бурь и Море Спокойствия, имеющие неправильные контуры и содержащие частично затопленные древние кратеры. Небольшие, но необъяснимые различия в цветах характерны для разных морей. Например, центральная область дна Моря Ясности имеет красноватый оттенок, типичный для старых, более глубоких слоев, а внешняя часть этого моря и соседнее Море Спокойствия имеют голубоватый оттенок. Морщины, образованные сжатием, видны внутри большинства морей. Часто они имеют ступенчатую структуру с параллельными, но слегка смещенными сегментами. Иногда они похожи на довольно сложную плетенку.
Странное отсутствие темных морей на обратной стороне Луны говорит о том, что они формируются не так уж часто. Вероятно, вся система морей образовалась в результате лишь нескольких столкновений. Например, заполнение Океана Бурь и Моря Облаков могло произойти от одного удара в районе Моря Дождей. Возможно, эта сторона Луны сначала была отвернута от Земли. Когда в результате ударов образовавшиеся кратеры заполнились тяжелой лавой и породили масконы, возникшая асимметрия в распределении массы позволила притяжению Земли повернуть Луну и навсегда закрепить ее полушарие с морями в направлении нашей планеты.
Несколько по иному ученые-планетологи Ларами Поттс (Laramie Potts) и профессор геологических наук Ральф фон Фресе (Ralph von Frese) из американского Университета штата Огайо (Ohio State University - OSU) объяснили происхождение самых заметных деталей ландшафта Луны - "морей" и "океанов" в результате столкновения с астероидом, который врезался в Луну с противоположной стороны. Согласно новым исследованиям, чрезвычайно крупный объект некогда поразил невидимую сторону Луны и смог послать ударную волну даже сквозь лунное ядро к той стороне Луны, что обращена к Земле. Лунная кора там местами "отшелушилась" и "полопалась" - и вот теперь Луна имеет характерные шрамы от того давнего катаклизма. Уже первые полеты советских лунных станций и американских "Аполлонов" показали, что форма Луны далека от идеальной сферы и наиболее значительные отклонения от этой сферы наблюдаются сразу в двух местах, причем выпуклости на той стороне, что всегда обращена к Земле, соответствует вмятина на невидимой стороне Луны. Однако долгое время считалось, что эти поверхностные особенности вызваны воздействием лишь земной гравитации, "вытянувшей" этот горб из Луны еще на заре ее существования, когда лунная поверхность была расплавленной и пластичной.
Поттс и фон Фресе пришли к такому заключению после того, как изучили данные по вариациям гравитационного поля Луны, полученные с помощью спутников NASA "Клементина" (Clementine, DSPSE) и "Лунный Разведчик" (Lunar Prospector). Под лунной поверхностью, где произошло предполагаемое столкновение обнаружили "вогнутую область", где мантия углубляется в ядро. "Вмятина" в ядре расположена в 700 километрах под поверхностью. Поттс и фон Фресе считают, что все ключевые события, определившие нынешний рисунок лунных "морей", произошли около 4 миллиардов лет назад, в ходе того периода, когда наша Луна была еще геологически активна - ее ядро и мантия тогда были жидкими и заполненными текущей магмой. Луна в те времена располагалась гораздо ближе к Земле, чем сейчас (позднее она постепенно удалилась вследствие приливно-отливных взаимовлияний), так что гравитационные взаимодействия между этими небесными телами были особенно сильны. Когда магма была высвобождена из глубин Луны соударениями с астероидами и создала своеобразный обширный "холм", то земная гравитация как бы "подхватила" его и уже не выпустила из своих объятий до тех пор, пока все там не затвердело. Странноватые темные долины-"моря" на видимой с Земли лунной стороне объясняются вытекшей на поверхность, да так навсегда и застывшей магмой. Каким именно образом столь обширным объемам магмы удалось найти путь к лунной поверхности, остается пока неясным, однако ученые предполагают, что те мощнейшие катаклизмы, о которых шла речь выше, возможно, спровоцировали появление геологической "горячей точки" - концентрации магматических пузырей у поверхности. Спустя какое-то время часть содержащейся там под давлением магмы смогла просочиться сквозь трещины в коре.
2) материки - яркие приподнятые области, заполненные множеством больших и маленьких круглых кратеров, часто перекрывающихся, на долю которых приходится немногим более 83% площади поверхности Луны. Поверхность «материков», являющаяся более старой, гориста, ее уровень выше, чем у «морей», и разность средних высот достигает 2,3 км. Трещины и крутые каньоны шириной 1-2 км часто тянутся на сотни километров почти по прямой. Их глубина составляет от одной до нескольких сотен метров; более тысячи из них внесены в каталоги. Эти разрывные трещины в лавовой коре часто параллельны краям морей. Некоторые из них напоминают меандры русел земных рек.
Морщины и трещины, а также широкие и узкие долины образуют гигантскую сеть. Радиальные детали рельефа, связанные с Морем Дождей, образуют самую крупную сетчатую систему на Луне. Некоторые исследователи считают, что сетчатая система отражает внутрилунные процессы напряжения и сжатия, но другие думают, что это результат внешнего воздействия, связанного со столкновениями, породившими моря.
3) горные цепи , столь знакомые нам на Земле, такие, как Апеннины, довольно редки на Луне и много небольших горных систем - кольцевые структуры (цирки), подобные той, что окружают кратер Коперник. Основные цепи гор на видимой стороне Луны (Апеннины, Альпы и Кавказ), конечно, были сформированы столкновением, породившим Море Дождей. Концентрические цепи гор окружают и некоторые другие моря. Некоторые горы вдоль южного края Луны сравнимы по высоте с Эверестом. Максимальные высоты лунных гор ~ 5 км. Горы пологие с уклоном в 15-20 0 . Более гориста обратная сторона Луны. Уровень в круговых «морях» в районах несколько повышенной плотности лунной породы (в так называемых масконах) обычно более чем на километр ниже, чем у «морей» неправильной формы и уступает 4 км максимальной высоте «материков».
Глядя на Луну невооруженным глазом мы видим темные, относительно ровные участки - это «моря», а разделяющие их более светлые — «материки», или «континенты».
Поверхность Луны покрыта большим числом кратеров ударного (метеоритного) происхождения. С Земли можно видеть кратеры диаметром 2-3 км и в исключительных случаях диаметром 0,7 км. Малых кратеров встречается больше. Обычно вдвое меньших катеров по диаметру вчетверо больше по количеству. Число кратеров на морях примерно в 15 раз меньше, чем на материках на той же площади.
Обнаружено на Луне и множество других особенностей. Наиболее грандиозным разломом является Прямая Стена, протянувшаяся в Море Облаков примерно на 170 км; это крутой откос высотой около 300 м. Долина Рейта - пример грабена, т.е. зоны разрыва, где значительный участок поверхности стал опускаться. На дне морей обнаружено несколько маленьких потухших вулканов. Еще одна любопытная особенность лунной поверхности - небольшие лавовые купола.
Итальянский астроном Джованни Риччолли и Ф.М. Гримальди в 1651г присвоили возвышенностям и впадинам на Луне названия: Альпы, Апеннины и Кавказ, Океан Бурь, моря Дождей, Холода и Спокойствия, кратеры Тихо, Пифагор, Птолемей и т.д. и предлагают систему названия объектов на Луне, которой в дальнейшем все придерживались. Так по предложению советских астрономов Международный астрономический союз поместил на первую карту обратной стороны Луны 18 названий вновь открытых образований. Так появились на Луне Море Москвы, кратеры Герц, Курчатов, Ломоносов, Максвелл, Менделеев, Склодовская-Кюри, Циолковский.

Давайте посмотрим на то, как устроена Луна.

Форма и состав Луны

Луна, в отличие от Земли, более правильной шарообразной формы.

• Ее радиус - примерно 1738 км, что составляет 0,272 земного радиуса в районе экватора.
• Масса Луны меньше массы Земли в 81 раз.
• Притяжение в 6 раз меньше земного.

Из-за этой особенности (слишком слабая гравитация) Луна не способна удерживать вокруг себя атмосферу (атмосфера будет захвачена Землей), поэтому проекты по созданию искусственной атмосферы вокруг Луны заранее обречены на неудачу. На Луне возможно только создание куполов, заполненных воздухом для дыхания.

Среднее расстояние от Луны до Земли 384 400 км. Наибольшее удаление - 405 500 км, наименьшее - 363 300 км. Невидимая с Земли часть Луны составляет 41 процент всей лунной поверхности. Температура Луны в подсолнечной точке +130 градусов по Цельсию. Температура Луны на ночной стороне -160 градусов по Цельсию.

Из чего состоит Луна

Лунный грунт, который был доставлен на Землю лунными экспедициями, состоит, как показал анализ, из обломчато-пылевого слоя, который называется риголитом. Этот слой образовался на скальных выступах лунной поверхности под влиянием метеоритных ударов (Луна постоянно бомбардируется метеоритами), процессов нагревания и остывания, дробления, смешивания и спекания.

А благодаря тому, что на лунный грунт воздействует солнечный ветер, риголит насыщен нейтральными газами. В целом лунные породы имеют двоякое происхождение: одни из них принадлежат космосу, другие ведут лунную родословную.

Собственно лунный грунт часто носит следы оплавления в результате падений метеоритов либо представлен вулканическими (лавовыми) породами вроде земного базальта, а другая часть риголита - это метеориты. Их на Луне очень и очень много.

Встречаются и породы, которые похожи на земные. Некоторые породы обогащены калием, фосфором и редкоземельными металлами. По мнению ученых, вулканические породы характерны для лунных морей, а сходные с земными - для лунных материков.

В целом отличие от земных пород связано с отсутствием в породах воды, пониженным содержанием натрия и калия, повышенным содержанием железа и титана. Иными словами, Луна - это рай для добывающей промышленности.

Как устроена Луна

Лунные породы очень древние - их возраст составляет примерно 4 млрд лет, причем самыми «молодыми» (более 3 млрд лет) оказались образцы, доставленные из районов лунных морей.

Эпоха активного вулканизма на Луне завершилась давно.

С течением времени уменьшалась и интенсивность метеоритной бомбардировки ее поверхности. Благодаря этому на протяжении последних-2- 3 млрд лет вид лунной поверхности не изменялся. (На Земле под воздействием воды и воздуха древний рельеф не мог сохраниться.)

Впрочем, еще и сейчас на Луне происходят лунотрясения (напоминающие слабые землетрясения), которые зарегистрированы сейсмографами, установленными на Луне астронавтами. Данные этих приборов позволили исследовать внутреннее строение Луны, выделив кору (толщиной около 60 км), мантию (до 1000 км) и ядро радиусом около 750 км.

Лунный рельеф

Сухие моря Луны. Морями и океанами их назвали земные наблюдатели еще в ту эпоху, когда считалось, что на Луне есть настоящие моря с водой. Этому способствовало и то, что по-другому люди просто не могли представить свою соседку, и то, что на общем фоне моря и океаны имеют вид темных пятен.

Только потом стало ясно, что эти моря и океаны - сухие. А сегодня мы знаем, что цвет морей Луны, в отличие от лунных «материков», связан с более темной окраской пород, которые их слагают.

Солнечные лучи неодинаково освещают лунный ландшафт, они сильнее отражаются от высоких и светлых «материков» и слабее - от более глубоких и темных морей, поэтому мы и видим их на поверхности нашего спутника как пятна.

Лунные моря занимают около 40 процентов поверхности обращенной к Земле стороны планеты. Эти лунные впадины практически лишены цирков, зато в них много глубоких трещин и невысоких сглаженных валов. Многие лунные моря окружены цепями лунных гор.

Более мелкие впадины на Луне получили название озер и заливов.

Названия, которые носят моря Луны, хорошо показывают, как представлялась людям Луна: Море Дождей, Море Спокойствия, Море Кризисов, Океан Бурь... Первые имена лунные моря получили еще в XVII веке. Их дал лунным низменностям итальянский астроном Джованни Батиста Риччоли в 1651 году.

Самые крупные моря Луны - Море Холода, Море Дождей, Море Плодородия, Море Спокойствия.

Лунные горы

Материковые области представлены горами и горными цепями. Высоту лунных гор с Земли определить очень сложно, поскольку спутник повернут к нам одной стороной и мы все время видим довольно плоскую картинку. К тому же для определения высоты нужно иметь хоть какой-то ориентир.

На Земле мы вычисляем высоту гор относительно уровня мирового океана. Луна - сухая планета. У нее нет воды, а следовательно, нет и уровня океана.

Поэтому сложная картография Луны с определением глубины впадин и высоты гор - это задача для будущих селенографов. Очевидно, для этой работы потребуется их присутствие на самой планете. Ведь снимки Луны даже со спутников не дают точных данных о высоте гор. Первые лунные горы, открытые астрономами, получили названия земных - Кавказ, Апеннины, Альпы, Карпаты...

Горные цепи образовались в результате метеоритной бомбежки или вулканической деятельности на самой Луне. По высоте они сильно варьируются - от пары сотен метров до нескольких километров. Например, известная горная цепь Апеннины имеет вершины до 6 км высотой.

Для Луны характерны и складчатые жилы или горные складки. Они имеют не метеоритное происхождение, а образовались в результате опускания и поднятия лунной коры. Складчатые образования наблюдаются только в областях, примыкающих к морям или горным системам.

Лунные кратеры

Поверхность Луны испещрена кратерами, или, как принято их называть, лунными цирками. В основном лунные цирки образовались в результате падений на нее метеоритов или столкновения Луны с другими крупными космическими телами. Но не все лунные цирки - результат бомбардировки Луны.

Есть целая группа кратеров, которые имеют иное, вулканическое происхождение. Кратеры не так глубоки, как это видится с Земли. В основном они имеют глубину от 10 м до 10 км, причем последние встречаются не так часто.

В целом все цирки ученые делят на пять категорий.

• К первой относят крупные одиночные кратеры,
• другие три типа отличаются более светлой окраской прилегающих областей и более поздним временем образования,
• пятая группа кратеров - это цирки, заполненные лавой (поэтому нередко их называют затопленными).

Затопленные кратеры характерны тем, что не имеют впадины и выглядят гладкими, точно закрыты сверху крышкой. Все кратеры имеют округлую форму и специфические бороздки на склонах. Как правило, молодые кратеры окружены светлыми «лучами». Иногда они перекрывают уже имеющиеся древние цирки.

Некоторые кратеры собраны в цепи. Эти цирки имеют явное вулканическое происхождение, потому что даже при активной бомбардировке метеоритами не могли образоваться такие длинные и четкие узоры на Луне. Тянутся кратерные цепочки более чем на 150 км.

Трещины, сбросы и купола на Луне

Кроме морей, гор и цирков на Луне есть и другие интересные особенности рельефа. Она вся испещрена трещинами и бороздами. Считается, что эти борозды образовались в результате сдвига лунных разломов. Некоторые появились как след бомбардировки метеоритами, при столкновении с крупными объектами.

А часть имеет лунное вулканическое происхождение. Борозды тянутся на значительные расстояния, иногда не на одну сотню километров. Глубина борозд относительно невелика - от 500 м до 1 км, и что очень характерно - ширина борозд на всем протяжении не изменяется.

Интересная особенность лунного пейзажа - сбросы. Это образования в виде прямых отвесных стен, которые могут занимать до нескольких сотен километров. Наиболее известна Прямая Стена в Море Облаков. Ее длина около 100 км, а глубина до 400 м.

Еще одна интересная деталь лунной географии - купола. Это выгнутые щиты, которые, как считают ученые, образовались в результате вулканической деятельности, то есть лавовые образования. Некоторые такие купола имеют проломы, которые могли появиться, когда лава схлынула и внутри щитов образовались пустоты наподобие наших карстовых. Уфологи нередко помещают тайные заводы инопланетян именно в купола. Куполов на Луне немного, буквально несколько десятков.

Также является первым (и на 2010 год единственным) внеземным объектом естественного происхождения, на котором побывал человек. Среднее расстояние между центрами Земли и Луны - 384 467 км.

Лунный ландшафт своеобразен и уникален. Луна вся покрыта кратерам разного размера - от сотен километров до пары миллиметров. Долгое время учёные не могли заглянуть на обратную сторону Луны, это стало возможно с развитием технологий.

Сейчас учёные уже создали очень подробные карты обеих поверхностей Луны. Подробные лунные карты составляют для того, чтобы в ближайшем будущем подготовиться для высадки человека на Луну, удачного расположения лунных баз, телескопов, транспорта, поиска полезных ископаемых и т. п.

Название

Слово луна восходит к праславянской форме *luna < и.-е. *louksnā́ «светлая» (ж. р. прилагательного *louksnós), к этой же индоевропейской форме восходит и латинское слово lūna «луна». Греки называли спутник Земли Селеной (греч. Σελήνη), древние египтяне - Ях (Иях). На всех тюркских (кроме чувашского) языках луна будет «ай».

Движение Луны

В первом приближении можно считать, что Луна двигается по эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,0549 и большой полуосью 384 399 км. Реальное движение Луны довольно сложно, при его расчёте необходимо учитывать множество факторов, например, сплюснутость Земли и сильное влияние Солнца, которое притягивает Луну в 2,2 раза сильнее, чем Земля. Более точно движение Луны вокруг Земли можно представить как сочетание нескольких движений:

Вращение вокруг по эллиптической орбите с периодом 27,32 сут;
прецессия (поворот плоскости) лунной орбиты с периодом 18,6 лет (см. также сарос);
поворот большой оси лунной орбиты (линии апсид) с периодом 8,8 лет;
периодическое изменение наклона лунной орбиты по отношению к эклиптике от 4°59′ до 5°19′;
периодическое изменение размеров лунной орбиты: перигея от 356,41 Мм до 369,96 Мм, апогея от 404,18 Мм до 406,74 Мм;
постепенное удаление Луны от Земли (примерно на 4 см в год) так, что её орбита представляет собой медленно раскручивающуюся спираль. Это подтверждают измерения, проводившиеся на протяжении 25 лет.

Силой, заставляющей Луну отдаляться от Земли, является передача момента импульса вращения Земли - Луне, посредством приливного взаимодействия.

Гравитационное взаимодействие Луны и Земли не постоянно, с увеличением расстояния сила взаимодействия падает. Это приводит к тому, что с увеличением расстояния скорость удаления Луны уменьшается.

Период обращения Луны вокруг Земли относительно звёзд равен 27,32166 суток, это так называемый сидерический месяц.

Полная Луна отражает только 7 % падающего на неё солнечного света. После периодов бурной солнечной активности отдельные места лунной поверхности могут слабо светиться вследствие люминесценции. Так как Луна не светится сама, а лишь отражает солнечный свет, с Земли видна только освещённая Солнцем часть лунной поверхности.

Луна обращается по орбите вокруг Земли, и тем самым угол между Землёй, Луной и Солнцем изменяется; мы наблюдаем это явление как цикл лунных фаз. Период времени между последовательными новолуниями составляет 29,5 дней (709 часов) и называется синодический месяц.

То, что длительность синодического месяца больше, чем сидерического, объясняется движением Земли вокруг Солнца: когда Луна относительно звёзд совершает полный оборот вокруг Земли, Земля к этому времени проходит уже 1/13 часть своей орбиты, и чтобы Луна снова оказалась между Землёй и Солнцем, ей нужно дополнительно около двух суток.

Хотя Луна и вращается вокруг своей оси, она всегда обращена к Земле одной и той же стороной, то есть вращение Луны вокруг Земли и вокруг собственной оси синхронизировано. Эта синхронизация вызвана трением приливов, которые производила Земля в оболочке Луны. Согласно законам механики, Луна ориентирована в поле тяготения Земли так, что на Землю направлена большая полуось лунного эллипсоида.

Между вращением Луны вокруг собственной оси и её обращением вокруг Земли существует различие: вокруг Земли Луна вращается по закону Кеплера (неравномерно, то есть близ перигея быстрее, близ апогея медленнее). Однако вращение спутника вокруг собственной оси равномерно. Именно благодаря этому возможно взглянуть на обратную сторону Луны с запада или с востока. Такое явление колебания называется оптической либрацией по долготе.

В связи же с наклоном оси Луны относительно плоскости Земли возможно заглянуть на обратную сторону с севера или с юга. Это также оптическая либрация, но по широте. Эти либрации суммарно позволяют наблюдать около 59 % лунной поверхности. Данное явление оптической либрации было открыто Галилео Галилеем в 1635 году, когда он был осуждён Инквизицией.

Также существует физическая либрация, обусловленная колебанием спутника вокруг положения равновесия в связи со смещённым центром тяжести, а также под действием приливных сил со стороны Земли. Эти колебания составляют т. н. физическую либрацию, которая составляет 0,02° по долготе с периодом 1 год и 0,04° по широте с периодом 6 лет.

Условия на поверхности Луны

На Луне практически отсутствует атмосфера. Содержание газов у поверхности в ночное время не превышает 200000 частиц/см³ и увеличивается днём на два порядка за счёт дегазации грунта. Такая концентрация газов равноценна глубокому вакууму, поэтому днём её поверхность накаляется до +120 °C, но ночью или даже в тени она остывает до −160 °C.

Небо на Луне всегда чёрное, даже днём. Огромный диск Земли выглядит с Луны в 3,67 раз больше, чем Луна с Земли и висит в небе почти неподвижно. Фазы Земли, видимые с Луны, прямо противоположны лунным фазам на Земле. Освещение отражённым светом Земли примерно в 50 раз сильнее, чем освещение лунным светом на Земле.

Поверхность Луны покрыта так называемым реголитом - смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате столкновений метеороидов с лунной поверхностью. Толщина слоя реголита бывает от долей метра до десятков метров.

Приливы и отливы

Гравитационные силы между Землёй и Луной вызывают некоторые интересные эффекты. Наиболее известный из них - морские приливы и отливы. Если бы мы взглянули на Землю со стороны, мы увидели бы две выпуклости, находящиеся на противоположных сторонах планеты.

Причём одна точка - со стороны, ближайшей к Луне, а другая - с противоположной стороны Земли, наиболее удалённой от Луны. В мировом океане этот эффект выражен намного сильнее, чем в твёрдой коре, поэтому выпуклость воды больше. Амплитуда приливов (разность уровней прилива и отлива) на открытых пространствах океана невелика и составляет 30-40 см.

Однако вблизи берегов вследствие набега приливной волны на твёрдое дно, приливная волна увеличивает высоту точно так же, как обычные ветровые волны прибоя. Учитывая направление вращения вокруг Земли, можно составить картину следования приливной волны по океану. Сильным приливам больше подвержены восточные побережья материков. Максимальная амплитуда приливной волны на Земле наблюдается в заливе Фанди в Канаде и составляет 18 метров.

Две высших точки прилива образуются вследствие того, что гравитационное поле Луны достаточно неоднородно на протяжении размеров Земли. Если разложить вектор гравитационного поля, направленный к Луне, на 2 компоненты - параллельную оси Земля-Луна и перпендикулярную ей, то можно видеть, что причиной приливов является перпендикулярная компонента. Параллельная компонента на протяжении размеров

Земли меняется мало, но перпендикулярная компонента меняет знак! Она максимальна по модулю и направлена противоположно на боковых сторонах Земли, максимально удалённых от оси Земля-Луна. Это и есть «сила тяжести прилива», создающая сток воды океана в сторону участков, находящих на оси Луна-Земля с двух сторон земного шара.

Неоднородность поля Луны возле Земли значительно выше неоднородности поля Солнца. Хотя гравитация Солнца намного больше, но его поле на протяжении размеров Земли является практически однородным, так как расстояние до Солнца в 400 раз больше, чем расстояние до Луны. Поэтому приливы возникают главным образом по причине влияния Луны. Приливообразующая сила Солнца в среднем в 2,17 раза меньше.

Геология Луны

Благодаря её размеру и составу Луну иногда относят к планетам земной группы наряду с Меркурием, Венерой, Землёй и Марсом. Поэтому, изучая геологическое строение Луны, можно многое узнать о строении и развитии Земли.

Толщина коры Луны в среднем составляет 68 км, изменяясь от 0 км под лунным морем Кризисов до 107 км в северной части кратера Королёва на обратной стороне. Под корой находится мантия и, возможно, малое ядро из сернистого железа (радиусом приблизительно 340 км и массой, составляющей 2 % массы Луны). Любопытно, что центр масс Луны располагается примерно в 2 км от геометрического центра по направлению к Земле. На той стороне, которая повёрнута к Земле, кора более тонкая.

Измерения скорости спутников «Лунар Орбитер» позволили создать гравитационную карту Луны. С её помощью были обнаружены уникальные лунные объекты, названные масконами (от англ. mass concentration) - это массы вещества повышенной плотности.

Луна не имеет магнитного поля, хотя некоторые из горных пород на её поверхности проявляют остаточный магнетизм, что указывает на возможность существования магнитного поля Луны на ранних стадиях развития.

Не имеющая ни атмосферы, ни магнитного поля, поверхность Луны подвержена непосредственному воздействию солнечного ветра. В течение 4 млрд лет водородные ионы из солнечного ветра внедрялись в реголит Луны.

Таким образом, образцы реголита, доставленные миссиями «Аполлон», оказались очень ценными для исследования солнечного ветра. Этот лунный водород также может быть когда-нибудь использован как ракетное топливо.

Поверхность Луны

Поверхность Луны можно разделить на два типа: очень старая гористая местность (лунный материк) и относительно гладкие и более молодые лунные моря. Лунные моря, которые составляют приблизительно 16 % всей поверхности Луны, - это огромные кратеры, возникшие в результате столкновений с небесными телами, которые были позже затоплены жидкой лавой. Б

ольшая часть поверхности покрыта реголитом. Лунные моря, под которыми лунными спутниками обнаружены более плотные, тяжёлые породы, сконцентрированы на обращённой к Земле стороне из-за влияния гравитационного момента при формировании Луны.

Большинство кратеров на обращённой к нам стороне названо по имени знаменитых людей в истории науки, таких как Тихо Браге, Коперник и Птолемей. Детали рельефа на обратной стороне имеют более современные названия типа Аполлон, Гагарин и Королёв.

На обратной стороне Луны расположена огромная впадина (бассейн) диаметром 2250 км и глубиной 12 км - это самый большой бассейн в Солнечной системе, появившийся в результате столкновения. Море Восточное в западной части видимой стороны (его можно видеть с Земли) является отличным примером многокольцевого кратера.

Также выделяют второстепенные детали лунного рельефа - купола, хребты, рилли (от нем. Rille - борозда, жёлоб) - узкие извилистые долиноподобные понижения рельефа.

Пещеры

Японским зондом Кагуя обнаружено отверстие в поверхности Луны, расположенное недалеко от вулканического плато Холмы Мариуса, предположительно ведущее в тоннель под поверхностью. Диаметр отверстия составляет около 65 метров, а глубина, предположительно, 80 метров.

Учёные считают, что подобные тоннели сформированы путём затвердевания потоков расплавленной породы, где в центре лава застыла. Данные процессы происходили в период вулканической активности на Луне. Подтверждением данной теории является наличие извилистых борозд на поверхности спутника.

Подобные тоннели могут послужить для колонизации, благодаря защите от солнечной радиации и замкнутости пространства, в котором проще поддерживать условия жизнеобеспечения.

Похожие отверстия имеются и на Марсе.

Происхождение луны

До того, как учёные получили образцы лунного грунта, они ничего не знали о том, когда и как образовалась Луна. Существовало три принципиально разных теории:

Луна и Земля сформировались в одно и то же время из газо-пылевого облака;
Луна образовалась в результате столкновения Земли с другим объектом;
Луна сформировалась в другом месте и впоследствии была захвачена Землёй.

Однако новая информация, полученная путём детального изучения образцов с Луны, привела к созданию теории Гигантского столкновения: 4,57 миллиарда лет назад протопланета Земля (Гея) столкнулась с протопланетой Тейя. Удар пришёлся не по центру, а под углом (почти по касательной). В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту.

Планетарные особенности. Задолго до космических полетов были рассчитаны масса, средняя плотность, радиус Луны, ее вращение и параметры орбиты. У планет Солнечной системы, как правило, несколько спутников с относительно небольшими массами. Луна у Земли единственная, относительная ее масса большая (1 / 83 массы Земли), расстояние от Земли равно 60 земным радиусам.

Луна вращается вокруг Земли по слабо вытянутому эллипсу с периодом, совпадающим со временем ее обращения вокруг собственной оси (и поэтому Луна всегда повернута к Земле одной стороной). Лунные сутки почти равны земному месяцу - 27,3 земных суток.

Видимая фигура Луны - сфера с радиусом 1738 км (в 3,6 раза меньше земного). Благодаря вращению Луна слегка сплющена, ее точная фигура - трехосный эллипсоид, но оси отличаются мало. Полярный радиус на 2 км меньше среднего, а направленный к Земле - вследствие ее притяжения на 1 км больше. Взаимное притяжение Земли и Луны вызывает сложное приливное взаимодействие, влияющее на структуру и тектонику обоих небесных тел.

Существенная особенность Луны - центр масс смещен от геометрического на 3 км к Земле и на 1 км влево (если смотреть с Земли). Рельеф поверхности также асимметричный: на видимой стороне он на несколько километров ниже уровенной поверхности, на обратной - выше. Максимальный размах рельефа поверхности Луны достигает 14 км, а самая высокая вершина не уступает Джомолунгме.

Астрономические измерения момента инерции Луны показали, что он близок к однородной сфере (0,4), одно время даже казалось, что плотность в недрах Луны слегка уменьшается к центру. Позже выяснилось, что такой инверсии плотности на Луне нет, но рост ее с глубиной невелик. Об этом же свидетельствует тот факт, что средняя плотность Луны (3,34 г/см 3) близка к плотности образцов лунной коры и практически равна плотности минералов, слагающих верхнюю мантию Земли. Все это свидетельствует об относительной однородности строения Луны по сравнению с Землей. Земля имеет огромное плотное ядро, так что ее момент инерции (0,33) намного меньше, чем у однородной сферы, а средняя плотность (5,54 г/см 3) существенно больше, чем у пород мантии.

Последние космические исследования установили слоистую внутреннюю структуру Луны. Она состоит из отдельных различающихся физическими свойствами оболочек (кора, мантия, проблематичное ядро), только отличия эти не такие резкие, как у Земли.

Многие планетарные свойства Луны отличаются от Земли. На Луне отсутствует атмосфера, гидросфера, биосфера. Нет стабильного дипольного магнитного поля. В то же время поток тепла из недр неожиданно велик, что может свидетельствовать о завершении процесса выделения коры из вещества мантии и концентрации в ней всех радиоактивных элементов.

Неравновесность, асимметричность фигуры Луны, смещение центра масс, равно как аномалии гравитационного и других селенофизических полей, указывают на горизонтальную неоднородность структуры Луны. Рассмотрим устройство лунных недр по оболочкам.

Лунная кора. Как и на Земле, на Луне имеется кора» отделенная от мантии резкой границей. Толщина лунной коры в юго-восточной части Океана Бурь (60–65 км) такая же, как в горах Памира или Гималаях и больше не только океанической (7 - 10 км), но и континентальной земной коры (40 км) (рис. 10). Лунная кора составляет одну тридцатую часть размеров Луны, и таким образом, по отношению к радиусу планеты она в 5 раз толще средней земной коры.

Рис. 10. Сравнение скоростных моделей Луны (1 - пример разреза; 2 - полоса возможных моделей) и Земли (3 - континент; 4 - зона перехода; 5 - океан)

Сейсмические измерения, дающие наиболее точные оценки мощности коры, проведены пока лишь в Океане Бурь. По другим, в особенности гравиметрическим, данным можно заключить, что мощность коры в разных районах различная: в восточном полушарии, а также на обратной стороне Луны кора в несколько раз мощнее, чем в западном. Возможно, что в районе масконовых Морей Кризисов и Ясности более плотное подкоровое вещество залегает ближе к поверхности, здесь толщина коры уменьшается до 70–80 км.

Различие физических свойств пород коры в разных районах отмечается не только по скоростям сейсмических волн и плотностям пород - они по-разному намагничены и имеют разную электропроводность.

Они делятся на два типа: темные базальты «морей» и светлые богатые плагиоклазами и алюмосиликатами габбро-анортозиты континентов. В земных лабораториях измерены скорости упругих волн в образцах лунных пород. В результате их сравнения с сейсмическими скоростями высказаны предположения о составе пород коры. Можно думать, что первозданная лунная кора сложена габбро-анортозитами - продуктом разделения исходного вещества Луны. Кстати, анортозиты относятся к числу самых древних пород и на Земле. На континентах Луны кора однослойная, на морях имеется базальтовый слой. Возможно, базальты слагают 25-километровую толщу, и увеличение скорости на 1 км/с объясняется здесь сменой химического состава коры - переходом от базальтов к габбро-анортозитам. Такая мощность базальтов получается, если предположить, что различие в рельефе морей и континентов Луны (в среднем 4 км) компенсируется массой более плотных базальтов, так что на некоторой глубине наступает равновесие: вес столба вышележащих пород на морях и континентах оказывается одинаковым.

Однако многие геологи сомневаются, что базальтовый слой, образовавшийся при глубинных излияниях лавы в результате раздробления и пробоя коры метеоритами, может быть таким мощным. Судя по результатам активного сейсморазведочного эксперимента в районе посадки «Аполлона-17», уже на глубине 1,5 км скорости пробега сейсмических волн такие, как в образцах окружающих гор Тавр. В таком случае вся остальная толща коры анортозитовая, быстрый рост скорости в верхнем слое объясняется уплотнением пород, а ее скачок на глубине 25 км означает полное закрытие трещин при критическом давлении 1 кбар. Кстати, ведь именно такая мощность рассеивающего слоя получается при анализе затухания амплитуд на лунных сейсмограммах.

Необычное по сравнению с Землей явление представляет и весь верхний слой коры толщиной до 25 км. Он отличается очень малой электропроводностью (этот своеобразный «изолятор» способствует успеху электромагнитных зондирований), низкой теплопроводностью (такой «термостат» помогает Луне остывать не слишком быстро), малыми величинами, но быстрым ростом скоростей сейсмических волн, большой скоростной неоднородностью (разрушающей сейсмические сигналы) и слабым затуханием сейсмической энергии (отсюда долгий «сейсмозвон» и сверхдальнее распространение сейсмических волн).

Под корой залегает лунная мантия. Граница между ними резкая - в мантии заметно увеличиваются скорости пробега сейсмических волн (8–9 км/с для продольных и 4,7 км/с для поперечных волн) и плотность (3,3–3,4 г/см 3 по сравнению с 2,8–2,9 г/см 3 для коры). Такая четкая граница на Луне единственная (тогда как на Земле существует еще более резкая - между мантией и внешним ядром). Она объясняется изменением химического состава вещества. Мантия Луны, как и Земли, судя по соотношению скоростей сейсмических волн и плотности, сложена ультраосновными породами, в которых по сравнению с корой мало окислов кремния и много железа и магния. Главные породообразующие минералы здесь - оливин и пироксен.

Высокоскоростной «козырек», обнаруженный в верхах мантии района Фра-Мауро, может означать, что примерно четверть количества оливина перешло в более плотную разновидность того же состава - шпинель. Возможно и другое объяснение: ери давлениях и температурах, свойственных лунным глубинам 60 - 100 км (до 5 кбар и до 300 °C), образуется устойчивая плотная разновидность граната, отличающаяся высокой скоростью сейсмических волн.

Литосфера. Планетарной особенностью глубинной структуры Луны является ее разделение на мощную жесткую, холодную внешнюю сферу и разогретую, частично расплавленную и пластичную внутреннюю область. Внешняя оболочка Луны названа по аналогии с Землей литосферой - здесь сравнимые с Землей термодинамические условия: давление 35–40 кбар и температура порядка 1200 °C (ниже температуры плавления базальтов). Однако достигаются эти условия на глубинах (800–900 км), во много раз превышающих мощность литосферы Земли - 50–70 км под океанами, 100–200 км под континентами (рис. 11). В. целом литосфера Луны - это литосфера Земли, типертрофированная по мощности, жесткости и сейсмической добротности. Она так жестка, что миллиарды лет удерживает масконы, и так добротна, что волны от слабых лунотрясений «просвечивают» ее насквозь.

Рис. 11. Структура Земли и Луны в шкале давлений

В лунной литосфере выделяется несколько слоев: кора, верхняя мантия (до 200–300 км), средняя мантия (до 500–600 км), переходный слой (до 800–900 км). Верхняя (мантия сложена очень плотными компактными кристаллическими породами ультраосновного состава. Сейсмическая добротность как по продольным, так и по поперечным волнам, а также вязкость вещества на 2–3 порядка превосходит соответствующие параметры в литосфере Земли. В отличие от Земли, где скорости сейсмических волн в литосфере в среднем растут. На Луне они растут только в коре, а в верхней мантии остаются постоянными или слегка ослабевают. Это объясняется тем, что влияние температур (до 500–600 °C) превосходит эффект давления (15 тыс. атм, что соответствует низам земной коры платформенных областей).

Из 250-километровой толщи оливинов верхней мантии, как это следует из теоретических геохимических расчетов, могла выплавиться полевошпатовая кора мощностью 50–60 км.

В средней мантии Луны происходит скачкообразное уменьшение скорости продольных, и в особенности поперечных волн. За счет этого резко увеличивается упругий параметр - коэффициент Пуассона. Высокий коэффициент Пуассона означает уменьшение компактности пород, приближение их к аморфному состоянию. Его значение для средней мантии (0,35) такое, как в лунном реголите, а также глиноподобных веществах. Эта особенность средней мантии Луны позволяет некоторым сейсмологам полагать, что здесь находится первозданное метеоритное вещество, которое никогда полностью не переплавлялось.

В средней мантии до глубины 500–600 км продолжает все более заметно уменьшаться скорость поперечных волн, а также сейсмическая добротность. Давление здесь 25 кбар (как на границе кора - мантия в горных районах Земли) и температура 1000–1100 °C (как в районе Байкальского рифта).

Гидростатистическая неуравновешенность фигуры и смещение центра масс свидетельствуют о существовании горизонтальной неоднородности структуры Луны, прежде всего в ее литосфере. Аномалии силы тяжести над круглыми морями Луны могут быть вызваны блоками вещества повышенной плотности, залегающими в верхней мантии Луны.

Горизонтальная неоднородность плотностей приводит к возникновению напряжений, которые и вызывают тектонические лунотрясения на глубинах 25 - 300 км. Эти напряжения (100–200 кг/см 2) в десятки раз меньше горизонтальных сил, определяющих тектоническую активность литосферы Земли, поэтому тектонические лунотрясения столь слабы по сравнению с землетрясениями.

Еще большие неоднородности намечаются в низах средней мантии. Этот слой, по существу, можно выделить как особый слой перехода от литосферы к центральной зоне Луны. Здесь, в интервале глубин от 600 до 800–900 км, сохраняется высокий коэффициент Пуассона и происходит резкое изменение физических свойств вещества Луны: на 2 порядка уменьшается электрическое сопротивление, в 3 раза уменьшается добротность для продольных волн и в 100 - 1000 раз - вязкость. Переход от литосферы к центральной зоне происходит постепенно. Поэтому на записях лунотрясений отсутствуют фазы волн, отраженных от подошвы литосферы.

К переходной зоне приурочены очаги приливных лунотрясений. Большой разброс глубин очагов и их концентрация в двух узких «сейсмических швах» планетарного размера подчеркивают сложный характер перехода от литосферы к астеносфере Луны и неоднородность строения этой зоны. Повторяемость формы записи и малая энергия приливных лунотрясений увязываются с представлением о том, что средняя мантия Луны состоит из однородных блоков относительно небольшого размера.

В свете новых знаний о глубинном строении Луны картина подготовки лунотрясений выглядит так. Под действием сил притяжения Земли и Солнца в Луне возникают большие перепады приливных напряжений. Они концентрируются на контакте жесткой внешней и разогретой внутренней зон Луны. Этому способствует сложный, контрастный рельеф переходной зоны. Возможно, положение эпицентров лунотрясений отражает направление конвективных потоков вещества в астеносфере.

В моменты увеличения притяжения Луны Землей и Солнцем в переходную зону импульсами впрыскиваются горячие флюиды и газы. Они образуют своего рода «смазку», которая в дальнейшем облегчает движения блоков по разрыву в момент лунотрясения. Размеры очагов, интервалы между сотрясениями и их энергия неплохо согласуются в рамках теории, описывающей процесс землетрясения как быстрое «вспарывание» трещин в ослабленных зонах. На Луне разрывы происходят в пределах однородных блоков плохо сцементированного материала. Поэтому от толчка к толчку так хорошо сохраняется форма колебаний в волнах из каждого очага. Из-за малых размеров блоков сотрясения не получаются большими. А их «расписание» полностью регулируется гравитационной «указкой» Земли и Солнца. Не успевают напряжения накопиться, как поступают очередные импульс напряжений и «смазка» из астеносферы - происходит слабое лунотрясение. Приливные силы Земли заставляют Луну сотрясаться часто и слабо, не давая ей накопить силы для мощного толчка.

Астеносфера и проблема ядра Луны. Внутренняя зона Луны обнаружена по резкому ослаблению энергии поперечных волн на глубинах более 800–900 км. Это соответствует уменьшению сейсмической добротности поперечных волн до величины 100–200 и продольных волн - до 500. Эффектом отсутствия поперечных волн внутренняя зона Луны напоминает внешнее ядро Земли, которое на основании этого кардинального факта считается эффективно жидким (известно, что поперечные волны не распространяются в воде). Однако она названа «астеносферой», потому что в ней давление (более 35 тыс. атм) и вязкость (1020–1021 пуаз) такие же, как в астеносфере Земли на глубинах 100–150 км. По-видимому, астеносфера Луны частично расплавлена, капли базальта в перидотите плавятся при соответствующем давлении при температуре 1450–1550 °C. В астеносфере Земли также имеет место частичное плавление зерен базальта, однако поперечные волны через нее проходят, хотя скорость их падает, и энергия ослабевает. Эта разная реакция на распространение поперечных волн объясняется существенно разной мощностью астеносферы в Земле и Луне и их различной ролью в тектонической жизни этих небесных тел. Астеносфера Земли имеет толщину 100–200 км, что составляет 1 / 30 - 1 / 60 часть ее радиуса; астеносфера Луны в 10 раз мощнее, она занимает половину лунного радиуса. А если учесть, что глубже лунной астеносферы нет твердого сейсмически добротного материала, как на Земле, то оказывается, что поперечные волны в Луне долго движутся в неблагоприятных условиях, поэтому они не могут «пробиться» сквозь центральную зону на, противоположную сторону Луны.

В астеносфере Луны, как и Земли, возможны конвективные потоки частично расплавленного вещества, однако их скорость (0,1 см/год) и действие существенно иные. Они не в состоянии расколоть или передвинуть глыбы литосферного монолита, их силы хватает лишь на то, чтобы произвести в нижние горизонты литосферы инъекции разогретого вещества, на которые планета откликается слабыми сейсмическими «щелчками».

Современные представления о структуре центральной зоны Луны сугубо ориентировочные. Уменьшение скоростей продольных волн до значений 3,6–5,2 км/с не противоречит предположению о существовании в центре Луны железо-сульфидного ядра радиусом 200–400 км. Ограничение на размеры ядра дает величина относительного момента инерции Луны, которая измерена с высокой точностью (0,395 ± 0,05). Расчеты показывают, что для модели с корой, имеющей плотность 3 г/см 3 , и однородной мантией (плотность 3,43 г/см 3) момент инерции должен быть 0,399. В случае железо-сульфидного ядра с радиусом 700 км момент инерции уменьшится до 0,391. Если же ядро чисто железное, то оно не скажется на величине момента инерции при радиусе не более 450 км. Низкие скорости продольных волн в центре Луны нельзя объяснить металлизацией силикатов мантии, для этого здесь слишком малые давления (не более 50 тыс. атм) и температуры (до 2000 К). В центре Земли температура почти такая, как на поверхности Солнца (6000 К), а давление в несколько миллионов раз больше атмосферного (3,5 · 10 6 атм).

Интересно посмотреть на недра Земли и Луны, сравнив их в едином масштабе глубин, т. е. отношение глубин слоев к радиусу планеты (рис. 12). Тогда наблюдается совпадение относительных глубин основных планетарных оболочек. На глубине 0,05 относительных радиусов происходит самое резкое увеличение скоростей сейсмических волн. На Луне это соответствует переходу от коры к мантии, на Земле - началу перехода от верхней к нижней мантии. На половине радиуса начинается область, где исчезают поперечные волны. При этом на Луне состав вещества, по-видимому, остается мантийным, т. е. преобладают ультраосновные силикаты. На Земле же это связано скорее всего с изменением химического состава. Наконец, в обоих небесных телах обнаружена внутренняя сфера с относительным радиусом 0,2, в основном состоящая из железа.

Рис. 12. Основные оболочки Земли и Луны

Эволюция и тепловое состояние Луны. Данные о составе, состоянии и физических свойствах лунных пород, собранные по крупицам в сложных и рискованных экспедициях, несмотря на известную ограниченность этих данных, позволяют сделать важные, пусть предварительные, заключения об основных этапах и направленности эволюции Луны.

Большинство исследователей сходятся в том, что Луна образовалась достаточно быстро, и начальная температура ее была высокой. По мнению ученых из Института физики Земли АН СССР, тело Луны скомпоновалось в околоземном «спутниковом рое» 4,5 млрд. лет назад, вскоре после того, как сама Земля возникла из холодных газовых и пылевых частиц протопланетного облака. Этим объясняется наблюдаемый дефицит железа и легкоплавких элементов в Луне по сравнению с Землей.

Определения мощности лунной коры и литосферы, эффект «пропадания поперечных волн» в ее центральной зоне, величина теплового потока и отсутствие планетарного магнитного диполя позволяют судить о нынешнем состоянии недр Луны. Возраст самых древних (4,15 млрд. лет) и самых молодых (3 млрд. лет) пород, время выплавления морских базальтов (3,75 -3,15 млрд. лет) и высокая остаточная намагниченность пород свидетельствуют о далеком планетарном прошлом Луны.

Реконструкция тепловой истории Луны проводится многими исследователями путем решения на электронно-вычислительных машинах уравнений теплопроводности. При этом задаются перечисленные граничные условия и оцениваются начальная температура Луны, концентрация радиогенных элементов, плотность, теплоемкость, теплопроводность, а также изменчивость этих физических констант во времени.

По-видимому, основная направленность планетарного «жизненного» процесса на Луне (равно как на Земле и других планетах земной группы) состоит в расслоении изначально однородного тела планеты на оболочки: легкую кору, мантию, тяжелое ядро.

Закат Солнца на Луне 4,5 млрд. лет назад не был таким величественно-спокойным, как теперь. Светило погружалось в плещущий «океан» расплавленных горных пород. Град метеоритов сыпался в него, приводя к перемешиванию, дегазации, закалке и переплавлению материнского вещества Луны. В расплавленной оболочке в планетарном масштабе совершалось фракционное разделение фаз - формировались кора и мантия Луны. При этом радиоактивные элементы концентрировались в коре, обусловливая высокий тепловой поток, породы коры обогащались кальцием и алюминием (образовывались анортозиты), в мантии преобладали окислы железа и магния (пироксены и оливин).

Период магматической активности Луны длился не более 1,5 млрд. лет. Постепенно внешняя оболочка Луны, остывая снаружи, затвердевала, мощность литосферы наращивалась примерно на 200 км каждый миллиард лет.

По-видимому, в конце первого миллиарда лет возникло центральное расплавленное ядро. Возможно, в нем действовал саморегулирующийся механизм «электромагнитного динамо»; свидетельство его былой силы-высокая палеонамагниченность лунных пород, его жидкие «останки» видимо подсекли сейсмические волны вблизи центра Луны.

По мере остывания внешней корки и продолжения метеоритной бомбардировки 4,4–4,1 млрд. лет назад образовался типичный лунный кратерный рельеф. Трещины от ударов метеоритов протягивались в кору на десятки километров, а реголит имел гигантскую мощность - несколько километров.

Со временем частота падений космических тел на Луну сокращалась, но напоследок, 4,1–3,9 млрд. лет назад, произошли катаклизмы, оставившие неизгладимый след на поверхности в виде гигантских котловин - Больших Бассейнов. Самые древние из них (как Море Спокойствия) имеют неправильную форму, неглубокое днище и не содержат избытка или дефицита масс. А относительно молодые (Моря Дождей, Кризисов и т. д.) - круглые, глубокие, «масконовые». Похоже, что 4 млрд. лет назад что-то переменилось в механических свойствах коры, быть может, завершились подъем и кристаллизация расплавов оболочки.

Последняя глава активной эндогенной жизни Луны - затопление Больших Бассейнов видимой стороны ныне «замерзшими» морями темных базальтов. Базальты поднимались из недр, где распад радиоактивных элементов обеспечивал необходимую для их расплава температуру. Излияния носили скорее всего импульсный характер и были приурочены к местам коры, раздробленным и ослабленным падением метеоритов. Благодаря различиям состава и температуры недр в разных регионах Луны период заполнения морских бассейнов базальтами затянулся от 3,8 до 3,0 млрд. лет. Отсутствие морей на обратной стороне Луны может объясняться как большей мощностью ее коры, так и тем, что притяжение Земли направляло метеориты на всегда обращенную к ней сторону Луны.

На Луне 3 млрд. лет назад воцарилось относительное спокойствие. Столь древний образ космического мира подарила Луна исследователям последнего 18-летия (рис. 13).

Рис. 13. Основные этапы эволюции (верх) и распределение температуры во времени (низ) по Токсоцу:

1 - дифференциация с образованием коры; 2 - образование анортозитов; 3 - магматическая активность, метеоритная бомбардировка; 4 - образование Больших Бассейнов; 5 - заполнение «морей» базальтами (косая штриховка - зона частичного плавления веществ, клетка - зона полного плавления)

В настоящее время Луна исчерпала свои «жизненные» тектонические ресурсы. Процесс разделения ее вещества давно завершен. Луна остывает - излучение тепла через поверхность превосходит его генерацию в недрах. Если тепловой поток за все время существования Луны был соизмерим с теперешним, то она потеряла энергию ~10 36 эрг, которая превышает энергию разделения по плотности и теплосодержание вещества в состоянии полного плавления и соизмерима с энергией гравитационной связи Луны.

На Земле картина иная: суммарные теплопотери здесь меньше энергии гравитационной дифференциации, в результате которой образовалось железное ядро Земли.

Возможно, ключ к пониманию тепловых различий режимов планет кроется в их «способности» превращать тепло в другие виды энергии. Общая энергия, выделяемая в год землетрясениями, всего лишь на 2–3 порядка меньше теплопотерь Земли. С учетом КПД «тепловой машины» получается, что Земля «умеет» превращать тепло в механические движения при землетрясениях и других тектонических процессах.

На Луне все иначе: менее одной миллиардной части ее тепловыделений превращается в сейсмическую энергию - остальное «улетучивается» в космос бесполезно для селенотектоники. Тектоническая «жизнь» Луны «парализуется» мощной жесткой холодной литосферой. В ее разогретой астеносфере могут существовать конвективные потоки вещества, но они слабы и недостаточны, чтобы расколоть или передвинуть литосферу и лишь в состоянии вызвать слабые потрескивания на контакте с ней. К тому же давление и температура ее недр недостаточны для фазовых превращений минералов, которые на Земле служат мощным источником ее активности.

Примечания:

Перидотит - ультраосновная горная порода, богатая окислами железа и магния и обедненная кремнием. Состоит в основном из минералов оливина и пироксена.

Луна сама по себе уже уникальна тем, что это единственный сферический спутник на орбите . Считается, что причиной такой формы является то, что ее масса достаточно велика для равномерного притяжения материи по направлению к центру спутника.

Размер Луны составляет чуть более одной четвертой диаметра Земли (3475 км) и это тоже уникальное явление. Пока еще астрономам не удалось обнаружить у какой-либо планеты спутника с большими или хотя бы такими же размерами относительно размеров планеты.

Однако, не смотря на столь значительные для спутника размеры, масса Луны сравнительно невелика. Это же указывает и на низкую плотность спутника. Объяснение этого явления заключается в причине формирования Луны. У ученых есть версия, что в период зарождения Земли с нашей планетой столкнулось какое-то огромное космическое тело размером с . В результате такого столкновения на орбиту Земли было выброшено большое количество внешней мантии и коры. Постепенно объединяясь под действием гравитационных сил, материал сформировал спутник, который мы сегодня знаем как Луну. Учитывая, что внешняя мантия Земли намного менее плотная, чем внутренние слои, такая концепция позволяет в какой-то мере объяснить низкую плотность Луны.

Наблюдения с Земли позволяют рассмотреть многочисленные кратеры на поверхности Луны. Причина существования такого рельефа достаточно проста. В отличие от Земли, Луна не является геологически активным телом, у нее нет атмосферы, и не наблюдается вулканической активности. Именно поэтому поверхность Луны столетиями остается неизменной.

На приведенной ниже схеме выделены восемь различных фаз Луны: полная Луна, растущий месяц, первая четверть, растущая Луна, полнолуние, убывающая луна, третья четверть и спадающий месяц.

Структура Луны

Луна является дифференцированным космическим телом и по своей структуре подразделяется на кору, мантию и ядро. Несмотря на то, что Луна является вторым (после Ио) по плотности спутником в Солнечной системе, его внутреннее ядро считается очень небольшим по размерам, так как его диаметр составляет всего лишь порядка 700 километров, что является незначительным показателем относительно размеров спутника.

У внутреннего ядра оболочка насыщена железом и имеет радиус около 240 километров. Внешнее же ядро также в основной своей массе состоит из железа, только расплавленного, его толщина составляет примерно 300 километров.

Так же у лунного ядра существует частями расплавленный пограничный слой. Согласно расчетам планетологов, он образовался в результате процессов фракционной кристаллизации огромного магматического океана 4,5 млрд. лет назад. Толщина данного слоя составляет порядка 480 километров.

Как и Земли, мантия Луны состоит в основном из ультраосновных пород, который в отличие от тех, что содержатся в коре, содержат незначительные примеси окислов кремния и достаточно большое количество железа и магния. Оливин и пироксен являются главными породообразующими минералами.

Средняя толщина лунной коры составляет порядка 50 километров. Из-за периодических лунотрясений, вызванных гравитацией Земли, в ней могут появляться трещины.

Первый человек на Луне

На поверхности Луны посчастливилось погулять двенадцати представителям человечества. Начало положил Нил Армстронг в 1969 году в рамках миссии Apollo 11, а последним на текущий момент был Джин Сернан в 1972 году с миссией Apollo 17. С 1972 года полеты людей на Луну были прекращены, а изучение спутника Земли осталось в сфере автоматических космических аппаратов.

В ближайшем будущем человек может вновь посетить Луну. С этим связаны планы ведущих космических агентств, таких как NASA, Роскосмос и ЕКА. Возможно, уже в 2020-х годах на Луне появится первая космическая станция.

Первый шаг человека на Луне

“Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества” , — эту знаменитую фразу произнес Нил Армстронг спустившись на поверхность Луны.

У Луны нет темной стороны. Обе стороны Луны получают одно и то же количество солнечного света, но с учетом того, что Луна связана с Землей приливными силами, земляне всегда могут наблюдать только одну ее сторону. Эта сторона отражает солнечный свет и люди могут рассматривать ее даже невооруженным взглядом, тогда информация о так называемой «темной стороне» была получена при помощи космических аппаратов.

Отливы и приливы на Земле осуществляются именно при помощи Луны. Они возникают как результат ее гравитационного притяжения. Приливы происходят на той стороне Земли, которая в данный момент обращена к Луне, тогда как на другой стороне происходят отливы.

Каждый год Луна медленно удаляется от Земли, примерно на 3,8 сантиметров. По расчетам ученых данный процесс будет продолжаться еще 50 миллиардов лет.

Если бы вы находились на Луне, то весили бы намного меньше. Лунная гравитация гораздо слабее, чем гравитация Земли. Это связано с тем, что ее масса значительно меньше. То есть ваш вес на Луне составил бы всего лишь одну шестую (около 16,5%) от вашего земного веса.

В 50-е годы США планировало взорвать атомную бомбу на Луне. Секретный проект был разработан в разгар холодной войны и носил название «Проект A119». Основной целью такого неординарного плана было продемонстрировать СССР военное и космическое превосходство. К счастью, затея так и не была осуществлена.

У Луны нет атмосферы. Поверхность спутника Земли абсолютно не защищена от космических лучей, метеоритов, астероидов, комет и солнечных ветров. Вот почему на Луне наблюдают такие огромные колебания температуры, а вся ее поверхность покрыта кратерами. Отсутствие атмосферы также означает, на Луне невозможно услышать ни единого звука, а небо всегда черное.

На Луне происходят толчки. Гравитационное притяжение Земли приводит к небольшим лунотрясениям, которые происходят в нескольких километров под поверхностью и образуют небольшие разрывы и трещины. Считается, что Луна имеет расплавленное ядро как у Земли.