ЗЕМЛЯ - ЛУНА




 
Исследование Солнечной Системы - Земля и Луна
Планета Земля
   Жизнь   
Космическая защита
    Луна   
Фотографии
Главная
Спутник Земли
Строение Луны
Большая одиссея
Люди на Луне
Затмения Луны
"Карта Луны"
Луна - наш космический спутник
Взгдяд на космос

Особенности "строения" - поверхность

     Как образовались лунные кратеры? Этот вопрос стал причиной длительной дискуссии, с легкой руки испанского астронома Антонио Палюзи - Бореля получившей название "столетней войны". Речь идет о борьбе между сторонниками двух гипотез происхождения лунных кратеров: вулканической и метеоритной.
     Согласно вулканической гипотезе, которую выдвинул в 80-х гг. XVIII в. немецкий астроном Иоганн Шретер, кратеры возникли в результате грандиозных извержений на поверхности Луны. В 1824 г. его соотечественник Франц фон Груйтуйзен предложил метеоритную теорию, объяснявшую образование кратеров падением метеоритов. По его мнению, при таких ударах происходит продавливание лунной поверхности.
     Лишь через 113 лет, в 1937 г., российский студент Кирилл Петрович Станюкович (будущий доктор наук и профессор) доказал, что при ударах метеоритов с космическими скоростями происходит взрыв, в результате которого испаряется не только метеорит, но и часть пород в месте удара. Взрывная теория Станюковича разрабатывалась в 1947-1960 гг. им самим, а потом другими исследователями.
     Полеты к Луне начиная с 1964 г. американских космических аппаратов серии "Рейнджер", открытие кратеров на Марсе и Меркурии, а затем на спутниках планет и астероидах подвели окончательный итог в этой "столетней войне", продолжавшейся не 100 лет, а гораздо дольше. Метеритная теория теперь является общепринятой.
     В 1811 г. французский астроном Франсуа Араго открыл поляризацию света, отражаемого Луной. Это означало, что лунная поверхность должна быть покрыта слоем тонко раздробленного грунта. В морях поляризация была сильнее, чем на материках.
     В 1918 г. российский ученый Николай Павлович Барабашов, изучая зависимость яркости лунных образований от угла падения солнечных лучей, обнаружил странное обстоятельство. Каждый участок лунной поверхности достигает максимальной яркости не тогда, когда Солнце стоит над ним в зените, как следовало ожидать, а в полнолуние, когда отраженный луч идет навстречу падающему солнечному лучу.
     Не сразу астрономы разобрались в причинах подобного явления. Ясные представления о природе лунной поверхности сформировались только в середине XX в. В 50-е гг. было установлено, что лунный грунт действительно мелко раздроблен (очевидно ударами небольших метеоритов), а такое вещество, как показали теоретические исследования и специальные эксперименты, отражает больше всего света в том направлении, откуда приходит освещающий луч.
     В 1959 г. российская исследовательница Надежда Николаевна Сытинская предложила метеорно-шлаковую теорию формирования лунного грунта. Согласно этой теории, тепло, передаваемое при ударе метеорита наружному покрову - реголиту Луны, расходуется не только на его расплавление и испарение, но и на образование шлаков, которые проявляют себя в цветовых особенностях поверхности Луны.
     Метеорно-шлаковой теории некоторое время противостояла пылевая гипотеза американского астронома Томаса Голда. Он считал, что Луна покрыта толстым слоем пыли, в котором могут утонуть опускающиеся на ее поверхность космические аппараты и сами астронавты. Мягкая посадка на Луну советской автоматической межпланетной станции "Луна-9" 3 февраля 1966 г. полностью опровергла эту точку зрения. В справедливости метеорно-шлаковой теории смогли убедиться американские астронавты Нил Армстронг и Эдвин Олдрин, впервые ступившие на лунную поверхность 21 июля 1969г.
     Еще в XIX в. была измерена температура лунной поверхности, прослежено ее изменение в течение лунных суток, а также во время затмений, когда Луна погружается в тень Земли и лишается при этом солнечного света и тепла. Из-за отсутствия атмосферы в дневные часы (а это 14,7 земных суток) под действием полящих солнечных лучей нагревается до 120-130°С. Ночью же лунное тепло беспрепятственно уходит в мировое пространство и температура падает до -150°С. Нечто подобное наблюдается и во время лунных затмений.

Внутреннее строение Луны

     Плотность Луны равна 3340 кг/м3 - как у земной мантии. Это значит, что наш спутник или не имеет плотного железного ядра, или оно очень маленькое. Более детальные исследования получены в результате сейсмических экспериментов.
     Сейсмические исследования Луны начались с курьеза. В самом конце первой экспедиции человека на Луну астронавты Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин, удалившись на 20 м к югу от лунного корабля, установили сейсмометр - один из двух научных приборов, которые они оставляли на Луну (вторым был кварцевый отражатель для лазерной локации с Земли). Астронавтам следовало очень тщательно установить этот прибор, сориентировав его по сторонам света и по вертикали, поскольку потом уже никто не смог бы подойти к нему, чтобы исправить возможную неполадку. Наблюдения с помощью этого сейсмометра должны были показать, есть ли на Луне современная тектоническая активность, или же это геологически мертвое небесное тело. Как только сейсмометр был установлен, его сразу же включили по команде из Центра управления полетом на Земле. Присутствовавшие в зале Центра управления в предместье техасского города Хьюстона с удивлением увидели, что прибор сразу же начал сообщать о лунотрясениях. Они происходили непрерывно, в виде целой серии последовательных толчков. Однако вскоре стало ясно, что это не было результатом неспокойствия лунных недр - поверхность нашего спутника сотрясали шаги двух
Установка сесмодатчика
Астронавт Эдвин Олдрин проверяет точность расположения солнечных батарей первого лунного сейсмометра, только что установленного на равнине Моря Спокойствия в 20 м к югу от посадочной кабины корабля "Аполлон-11". Фото сделано 21 июля 1969 года первым человеком, ступившим на Луну, - Нилом Армстронгом.
астронавтов, удалявшихся от сейсмометра к своему космическому кораблю. Прибор был настолько чувствительным, что мог зафиксировать падение на лунную поверхность камня размером с горошину на расстоянии в 1 км от места расположения сейсмометра.
     Впоследствии этот сейсмометр сообщил о многочисленных сотрясениях внутри Луны, развеяв тем самым представление о том, что геологическая активность на спутнике давно прекратилась. Оказалось, что сейсмические сотрясения происходят на Луне регулярно, однако они сильно отличаются от землетрясений на нашей планете. Впоследствии на лунной поверхности были оставлены еще четыре сейсмометра. Многолетние наблюдения с их помощью позволили зарегистрировать тысячи лунотрясений, большинство из которых многократно повторялись в одних и тех же очагах. За год на Луне происходит от 600 до 3 000 сейсмических событий. Было выявлено четыре вида лунотрясений - приливные, тектонические, метеоритные и термальные. Приливные сотрясения Луны случаются дважды в месяц, каждые две недели, когда Луна оказывается на одной прямой с Землей и Солнцем, то есть во время полнолуний и новолуний. В эти периоды усиливается действие на Луну приливных сил 3емли и Солнца. При расположении этих трех небесных тел на одной линии силы их взаимного влияния друг на друга суммируются, что приводит к возникновению на Луне лунотрясений на глубине 800-1000 км.
     Тектонические лунотрясения происходят при подвижках в неглубоких слоях Луны (100-З00 км). Они случаются реже, чем приливные, и сила их намного слабее.
      Источник метеоритных лунотрясений - взрывы, возникающие во время падений на поверхность Луны метеоритов. Большинство лунотрясений этого типа происходит, когда орбиту Луны пересекает какой-либо из метеорных потоков. Но могут быть и падения одиночных метеоритов.
     Термальные лунотрясения, самые слабые из всех, начинаются с восходом Солнца, когда после продолжительной ночи, длящейся на Луне около 14 земных суток, холодная поверхность начинает резко нагреваться. При этом происходят подвижки грунта на крутых склонах, оползни, осыпи и другие смещения верхнего слоя, приводящие к небольшим содроганиям поверхности Луны.
     Наблюдения, проводившиеся с 1969 по 1978 год, показали, что Луна очень «звучащая» - она продолжает вибрировать после лунотрясений целый час, а иногда и дольше. Такие сотрясения резко отличаются от земных, где колебания поверхности длятся лишь несколько минут. Отсутствие на Луне воды - главная причина длительности колебаний. Наличие в горных породах воды служит на 3емле сильным амортизатором, гасящим вибрацию.
     Колебания Луны при сейсмических событиях - слабые и длительные - напоминают тихий протяжный вой, в отличие от сильных, но недолгих колебаний Земли, похожих на громкий резкий вскрик.

Несимметричная Луна

     В результате проведенных исследований выяснилось, что наш естественный спутник оказался геологически асимметричным - почти все зарегистрированные сейсмометрами за 8 лет наблюдений лунотрясения произошли на видимой стороне Луны. На обратной же известно всего пять эпицентров лунотрясений, тогда как на видимой стороне их несколько десятков. Подобная же асимметрия наблюдается и в распределении по поверхности Луны основных типов рельефа - морей
Карта точек лунотрясений
Красные треугольники - сейсмометры "Аполлон"
Зеленые кружки - очиги тектонических лунотрясений
Синие кружки - очаги приливных лунотрясений
и материков. Практически все темные участки - лунные моря, находятся только на видимой стороне. Это равнины, сложенные темным материалом - базальтовыми лавами, подобными тем, что встречаются у нас на Среднесибирском плоскогорье. Светлые же участки, называющиеся лунным материком, занимают 2/3 видимой стороны Луны, а моря вкраплены в него отдельными небольшими по площади участками. Лунный материк более древний, чем моря, он сформировался 4,5 млрд. лет назад, а 3 млрд. лет назад наиболее низкие его участки были затоплены базальтами, излившимися из недр Луны. Вулканическая и сейсмическая активность Луны достигала своего пика 3 млрд. лет назад, когда происходили обширные лавовые излияния, создавшие темные базальтовые равнины лунных морей.
     Энергия, выделяющаяся за год при лунотрясениях, в несколько миллиардов раз меньше той, которой обладают землетрясения. Большая часть этой энергии выделяется на глубинах 600-800 км, то есть у подошвы твердой оболочки Луны - литосферы. Глубже этого слоя вещество находится в частично расплавленном состоянии (астеносфера), а в самом центре Луны может иметься полностью расплавленное небольшое ядро из сернистого железа.
     Основными причинами сейсмической активности Луны являются приливное воздействие 3емли и падения крупных метеоритов. Метеоритные лунотрясения могут приводить к обрушениям склонов лунных кратеров до тех пор, пока те не станут достаточно пологими, чтобы на них не образовывались оползни.
     На Луне очень малы потери энергии упругих волн, поэтому сатрясения ощущаются на очень больших удалениях от эпицентра сейсмического события. При этом на Луне амплитуда колебаний намного меньше, чем на Земле. Человек, стоящий на поверхности Луны, даже и не ощутит, что грунт под ним колеблется. А вот вторичные эффекты лунной сейсмической активности могут служить источником опасности для находящихся на Луне людей или приборов. Слабое затухание сейсмических волн может приводить к тому, что на обширных площадях и на больших удалениях от эпицентра возникнут обрушения склонов кратеров или оползни в горных местностях. Астронавты «Аполлона-17» - последней экспедиции на Луну, состоявшейся в 1972 году, - исследовали оползень, образование которого связывают с метеоритным ударом, создавшим 100 млн. лет назад кратер Тихо, расположенный в 2 000 км от места работы экспедиции. Однако вероятность крупных сейсмических событий очень мала. Такие лунотрясения случаются лишь при падениях крупных метеоритов, что происходит чрезвычайно редко.

Фонарь для каменных глубин

     Изучением землетрясений и причин, их порождающих, занимается сейсмология - наука, название которой происходит от греческого слова «сейсмос», что значит «колебания». Один из основоположников сейсмологии, русский физик академик Голицын, еще в 1912 году образно заметил, что «всякое землетрясение можно уподобить фонарю, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренности Земли, позволяя тем самым рассмотреть то, что там происходит». Действительно, почти все современные представления о внутреннем строении нашей планеты основаны на интерпретации
Кратер Аристарх
Кратер Аристарх и долина Штерера - разлом лунной коры. Здесь наиболее часто видно в телескоп свечение газов, выделяющихся из недр Луны
сейсмограмм - записей сейсмических волн. Слагающие Землю горные породы обладают определенной эластичностью, но в местах тектонических разломов постепенно накапливаются напряжения, вызываемые действием сил сжатия или растяжения. Когда эти напряжения превышают предел прочности самих пород, происходит резкое смещение слоев в вертикальном или горизонтальном направлении. Обычно оно составляет лишь несколько сантиметров, но при этом выделяется огромная энергия - ведь в движение приходят массы в миллиарды тонн! Мгновенное перемещение масс по разрывам в глубине Земли приводит к возникновению сейсмических волн, вызывающих вибрацию горных пород и образование в них разломов. От очага землетрясения (гипоцентра) сейсмические волны расходятся во все стороны и вызывают сильные колебания поверхности вблизи эпицентра - точки на поверхности планеты, расположенной прямо над очагом. По мере удаления от эпицентра эти колебания затухают. Однако сейсмические волны могут достигать даже противоположной стороны планеты, пройдя через глубинные оболочки-мантию и ядро. Причем через жидкий, расплавленный материал ядра проходят только волны, называемые продольными, они вызывают сжатие и растяжение среды, через которую проходят. Их движение напоминает перемещение червяка, сжимающегося и растягивающегося вдоль продольной оси. Волны другого вида - поперечные-через расплав не проходят, а затухают на границе земного ядра. В этих волнах происходит колебание частиц горных пород перпендикулярно направлениям распространения волн. Такие колебания можно сравнить с движением змеи, извивающейся по поверхности поперек направления движения.

Ракетные удары по Луне

     Сами астронавты, чтобы вызвать «просвечивание» лунных недр, умышленно создавали лунотрясения различными способами. Например, астронавты «Аполлона-12» после возвращения на орбитальный корабль сбросили свой лунный отсек с орбиты на поверхность Луны. Астронавты «Аполлона-14» Шепард и Митчелл провели сейсмический эксперимент, в ходе которого взорвали 13 небольших зарядов, расположенных на лунной поверхности. Взрывы таких зарядов, установленных на конце шеста, которым астронавт упирался в лунный грунт, создавали маленькие лунотрясения. Сейсмические волны от них фиксировались установленным неподалеку прибором. Таким образом были получены сведения о строении лунных недр на глубине в несколько десятков метров. Покидая Луну, несколько экспедиций оставили на ее поверхности гранатометы, которые впоследствии приводились в действие по командам с Земли. Взрывы этих гранат позволили получить представление о строении верхних слоев лунной коры на более значительной глубине, чем взрывы, произведенные самими астронавтами с помощью ручных устройств.
     Падения на Луну четырех лунных модулей кораблей «Аполлон» и пяти последних ступеней лунной ракеты-носителя «Сатурн-V» показали, что мощная материковая кора охватывает всю Луну, не разделяясь, как на Земле, на отдельные континенты, и лишь в некоторых местах она утончается и перекрывается базальтовыми покровами. Под корой до глубины 800 км лежит мантия, в которой, начиная с глубины примерно 100 км, появляются признаки слабой современной активности, проявляющиеся лунотрясениями. Глубже 800 км, по-видимому, появляется существенное количества расплава, который не пропускает поперечные сейсмические волны. Эпицентры лунотрясений складываются в два широких размытых пояса, не совпадающих с поясами темных морей.

Теории происхождения Луны

     За последние 120 лет были выдвинуты три гипотезы происхождения нашего спутника. Первую предложил в 1879 г. английский астроном и математик Джордж Дарвин, сын известного естествоиспытателя Чарльза Дарвина. Согласно этой гипотезе, Луна отделилась когда-то от Земли, пребывавшей в то время в жидком состоянии (такие представления о прошлом Земли господствовали в конце XIX в.). Изучение эволюции лунной орбиты действительно указывало на то, что некогда Луна была гораздо ближе к Земле, чем теперь.
     Изменение взглядов на прошлое Земли и критика гипотезы Дарвина российским геофизиком Владимиром Николаевичем Лодочниковым заставили ученых начиная с 1939 г. искать другие пути образования Луны. В 1962 г. американский геофизик Гарольд Юри предположил, что Земля захватила уже готовую, сформировавшуюся Луну. Однако помимо весьма малой малой вероятности такого события против гипотезы Юри говорило сходство состава Луны и земной мантии.
     В 60-е гг. российская исследовательница Евгения Леонидовна Рускол, развивая идеи своего учителя, математика Отто Юльевича Шмидта, построила теорию совместного образования Земли и Луны как двойной планеты из облака допланетных тел, окружавшего когда-то Солнце. Эту теорию поддержали многие западные ученые. По мнению австралийского геофизика Эдварда Рингвуда, много занимавшегося проблемой происхождения Луны, из всех гипотез, созданных до запуска космических аппаратов серии "Аполлон", только модель Рускол не имеет серьезных недостатков. Разработка ее продолжается...

Лунная минералогия

     Экспедиции американских астронавтов на Луну (1969-1972 гг.), посадки советских автоматических станций «Луна-16, -20 и -24» (1970-1976 гг.), доставлявших на Землю лунный грунт, - эти замечательные эксперименты привели к возникновению новой науки - лунной минералогии. Лунные минералы попали в руки специалистов, стало возможным сравнивать их строение и состав с земными минералами и метеоритами.
     Прежде всего по содержанию радиоактивных изотопов был определен возраст лунных пород. Древнейшие из них, как показало исследование уран-свинцовым методом, образовались 4,46 млрд лет назад. Близкие результаты дало применение стронциевого метода. Но ведь почти таков же (4,6 млрд пет) возраст древнейших горных порол Земли и метеоритов. Значит, именно тогда, около 4,5 млрд лет назад, сформировалась Солнечная система, в том числе Земля, Луна и те тела, осколки которых прилетают к нам в виде метеоритов. Анализ лунных минералов позволил понять, в чём состоят различия между материками и морями на Луне. Выяснилось, что моря покрыты вулканическими породами, в основном базальтами. Они имеют округлую форму, ровную поверхность, об относительной молодости которой говорит не только радиоактивный анализ, но и сравнительно малое число кратеров, образованных ударами крупных метеоритов. Все это показывает, что «моря» - результат грандиозных лавовых излияний из недр Луны, вызываемых ударами о её поверхность небольших астероидов.
     Таким образом, когда-то лунные моря были настоящими морями, только не водными, а лавовыми. Радиоактивный анализ показал, что большинство из них (Море Паров, Море Ясности, Море Спокойствия, Океан Бурь) образовалось 4 млрд лет назад. Несколько моложе Море Дождей: со времени его возникновения прошло 3,87 млрд лет. Вероятно, в этот период на Луну выпадали остатки того роя тел, из которого сформировались Земля и Луна.


Спутник Земли          Большая одиссея - 1


www.megavanna.ru - лучше купить душевую кабину в нашем интернет магазине.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru