§ 4.2. Луна
Луна — ближайшее к Земле небесное тело. Ее экваториальный радиус 1738 км или около 0,27 радиуса Земли, масса в 81,3 раза меньше массы Земли, ускорение свободного падения на лунной поверхности 1,63 м/c2, что примерно в шесть раз меньше земного.
Благодаря близости к Земле, малой силе тяжести и малой параболической скорости на поверхности, посадка на Луну космического корабля (и взлет с ее поверхности) может быть осуществлена относительно просто. Поэтому Луна явилась первым естественным небесным телом, на которое высадились космонавты (июль 1969 г., Н. Армстронг и Э. Олдрин).
Отношение массы Луны к массе Земли (1/81,3) очень велико по сравнению с аналогичными величинами для спутников других планет. Следующее по порядку место занимает спутник Нептуна Тритон, но его масса уже в 700 раз меньше массы планеты. Поэтому есть основание считать систему Земля-Луна двойной планетой. Другой особенностью Луны является ее относительно малая средняя плотность — 3,3 г/см3, которая в полтора раза меньше средней плотности Земли. Вероятно, это объясняется тем, что Луна, в отличие от Земли, не имеет плотного ядра.
Наиболее крупные детали лунной поверхности — моря и большие горные районы— видны даже невооруженным глазом (рис. 4.2). В любой телескоп, зрительную трубу или бинокль можно наблюдать своеобразные формы лунного рельефа. Первым наблюдал Луну в телескоп Галилео Галилей. Он и назвал большие темные области морями, и это название сохраняется по традиции, хотя известно, что лунные моря не содержат воды.
Рис. 4.2. Луна.
Обширные светлые участки лунной поверхности, называемые материками, занимают около 60% видимого с Земли диска. Это неровные, гористые районы. Остальные 40% поверхности — моря, ровные гладкие области. Им были присвоены в XVII в. наименования: Море Спокойствия, Море Дождей, Море Ясности, Океан Бурь и т.д. Части морей, вдающиеся в материки, называются заливами, изолированные темные пятна небольших размеров — озерами. Области, промежуточные по яркости между материками и морями, иногда называются болотами.
Материки пересечены горными хребтами. Они расположены главным образом вдоль «побережий» морей. Лунные горные хребты называются по именам земных горных цепей: Апеннины, Кавказ, Альпы, Алтай и др.
Одна из наиболее характерных форм лунного рельефа — кратеры. Лунный кратер состоит из кольцевого вала, внутри которого находится равнина (дно), а в центре равнины — центральная горка, высота которой обычно меньше высоты вала. Самые крупные кратеры имеют диаметр до 100 км.
Большие лунные кратеры названы именами ученых. Количество мелких кратеров очень велико. Образования, подобные кратерам, но без центральной горки, называются цирками. Цирки, как и кратеры, названы именами ученых (Платон, Птолемей и др.).
Самое благоприятное время для наблюдения лунных деталей — вблизи первой и последней четверти, когда они очень контрастны. Все неровности лунной поверхности отбрасывают в эти периоды хорошо заметные тени, длина которых тем больше, чем ближе данная деталь к терминатору. По длине теней определяется высота лунных образований. Наибольшая высота лунных гор достигает 5,6 км.
Около 40% лунной поверхности оставались недоступными для исследования из-за синхронного вращения нашего спутника до тех пор, пока не был совершен облет Луны советской межпланетной станцией «Луна-3» (1959 г.). Она впервые сфотографировала обратную сторону Луны. К числу наиболее выдающихся деталей обратной стороны Луны относятся Море Москвы, Море Мечты, кратеры Циолковский, Лобачевский, Ломоносов, Максвелл. Моря, расположенные на обратной стороне Луны, имеют гораздо меньшие размеры, чем на видимой с Земли, кроме того, их очень мало. В 1965 и 1969 гг. советские межпланетные станции «Зонд-3» и «Зонд-7» повторили фотографирование обратной стороны Луны.
В апреле 1966 г. был выведен на орбиту первый в мире искусственный спутник Луны «Луна-10». Запущенные вскоре американские спутники Луны «Лунар Орбитер» провели систематическое фотографирование лунной поверхности с разрешением около 200 м (наземные телескопы дают разрешение не лучше 1 км). Аппараты серии «Рейнджер», совершившие жесткую посадку, фотографировали лунную поверхность при подлете с расстояний всего в несколько километров.
31 января 1966 г. к Луне была запущена советская автоматическая межпланетная станция «Луна-9», которая 3 февраля совершила впервые мягкую посадку на лунную поверхность в Океане Бурь. Станция передала на Землю изображение лунного ландшафта в области прилунения. Этот эксперимент положил начало систематическому исследованию лунной поверхности с помощью АМС, совершающих мягкую посадку.
Измерения инфракрасного излучения Луны и ее радиоизлучения показали следующее:
1) В дневное время температура поверхности Луны составляет в полдень на экваторе около 120°С.
2) В ночное время температура поверхности очень низка и составляет около 170°С.
3) Теплопроводность лунного грунта очень мала, она близка к теплопроводности сухого песка в вакууме. Колебания температуры от дня к ночи почти полностью сглаживаются уже на глубине 10 см.
У Луны почти наверняка нет жидкого ядра. Об этом говорит отсутствие магнитного поля (у Земли оно поддерживается токами в жидком ядре). Еще в 1959 г. магнитометр, установленный на советской космической ракете, показал, что магнитное поле Луны не превышает одной десятитысячной доли земного.
Большинство кратеров имеет метеоритное происхождение, а часть — вулканическое. В некоторых случаях играет роль одновременное действие обоих эффектов, так как падение метеорита может нарушить прочность лунной коры и привести к образованию вулкана, к прорыву лавы, истечению газов и т.д. Таким образом, одни образования могут иметь чисто вулканическое происхождение, другие — чисто метеоритное, третьи — комбинированное.
Лунная атмосфера крайне разрежена, состав ее резко отличается от земной и плотность сильно меняется в течение суток.