Интересные факты о луне. Основные сведения о луне

Основные сведения о Луне

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Луна - ближайшее к Земле крупное космическое тело. Луна является единственным естественным спутником Земли. Расстояние от Земли до Луны: 384400 км.

В середине поверхности Луны, обращённой в сторону нашей планеты, находятся большие моря (тёмные пятна).
Они представляют собой районы, очень давно залитые лавой.

Среднее расстояние от Земли: 384000 км (мин. 356000 км, макс. 407000 км)
Диаметр экватора - 3480 км
Сила тяжести - 1/6 от земной
Период обращения Луны вокруг Земли - 27,3 земных суток
Период вращения Луны вокруг оси - 27,3 земных суток. (Период обращения вокруг Земли и период вращения Луны равны, это значит, что Луна всегда обращена к Земле одной стороной; обе планеты вращаются вокруг общего центра, находящегося внутри земного шара, поэтому принято считать, что Луна вращается вокруг Земли.)
Сидерический месяц (фазы): 29 суток 12 часов 44 минуты 03 секунды
Средняя скорость вращения по орбите: 1 км/с.
Масса Луны равна 7,35 x10 22 кг. (1/81 земной массы)
Температура на поверхности:
- максимальная: 122°C;
- минимальная: -169°C.
Средняя плотность: 3,35 (г/см³).
Атмосфера: отсутствует;
Вода: отсутствует.

Считается, что внутреннее строение Луны похоже на строение Земли. Луна имеет жидкое ядро диаметром около 1500 км, вокруг которого располагается мантия толщиной около 1000 км, а верхний слой представляет собой кору, покрытую сверху слоем лунного грунта. Самый поверхностный слой грунта состоит из реголита, серого пористого вещества. Толщина этого слоя около шести метров, а толщина лунной коры равна в среднем 60 км.

Люди тысячелетиями наблюдают это удивительное ночное светило. У каждого народа о Луне сложены песни, мифы и сказки. Причём песни в основном лирические, задушевные. В России, например, невозможно встретить человека, которому была бы не известна русская народная песня "Светит месяц", а на Украине все любят прекрасную песню "Нiч яка мiсячна ". Впрочем, я не могу ручаться за всех, особенно за молодых людей. Ведь могут, к сожалению, найтись и такие, каким больше по душе "Rolling Stones " и их ро́ковые эффекты. Но не будем отвлекаться от темы.

Интерес к Луне

Интерес к Луне люди испытывали с глубокой древности. Уже в VII веке до н.э. китайские астрономы установили, что промежутки времени между одинаковыми фазами Луны равны 29,5 суток, а продолжительность года равна 366 суткам.

Примерно в то же время в Вавилоне звездочёты издали своеобразную клинописную книгу по астрономии на глиняных табличках, где содержались све́дения о Луне и пяти планетах. Удивительно, но звездочёты Вавилона уже знали, как рассчитать периоды времени между лунными затмениями.

Не намного позже, в VI веке до н.э. грек Пифагор уже утверждал, что Луна светит не собственным светом, а отражает на Землю солнечный свет.

На основании наблюдений давно уже составлены точные лунные календари для различных районов Земли.

Наблюдая тёмные участки на поверхности Луны, первые астрономы были уверены, что они видят озёра или моря́, подобные земным. Они ещё не знали, что ни о какой воде нельзя говорить, потому что на поверхности Луны температура днём достигает плюс 122°C, а ночью - минус 169°C.

До появления спектрального анализа, а потом и космических ракет изучение Луны сводилось по существу к визуальному наблюдению или, как теперь говорят, к мониторингу. Изобретение телескопа расширило возможности изучения как Луны, так и других небесных тел. Элементы лунного пейзажа, многочисленные кратеры (различного происхождения) и "моря" впоследствии стали получать имена выдающихся людей, в основном учёных. На видимой стороне Луны появились имена учёных и мыслителей разных эпох и народов: Платона и Аристотеля, Пифагора и , Дарвина и Гумбольдта, и Амундсена, Птолемея и Коперника, Гаусса и , Струве и Келдыша, и Лоренца и других.

В 1959 году советская автоматическая станция сфотографировала обратную сторону Луны. К имевшимся лунным загадкам прибавилась ещё одна: в отличие от видимой стороны, на обратной стороне Луны тёмных участков "морей" почти нет.

Обнаруженные на обратной стороне Луны кратеры по предложению советских астрономов были названы именами , Жуля Ве́рна, Джордано Бруно, Эдисона и Максвелла, а один из тёмных участков назвали Морем Москвы . Названия утверждены Международным Астрономическим союзом.

Один из кратеров на видимой стороне Луны носит имя Геве́лий. Это имя польского астронома Яна Геве́лия (1611-1687), который одним из первых рассматривал Луну в телескоп. В родном его городе Гданьске Геве́лий, юрист по образованию и страстный любитель астрономии, издал подробнейший по тем временам атлас Луны, назвав его "Селеногра́фией". Эта работа принесла ему всемирную известность. Атлас состоял из 600 страниц in folio и из 133 гравюр. Гевелий сам набирал тексты, изготавливал гравюры и сам печатал тираж. Он не стал гадать, кто из смертных достоин, а кто не достоин запечатлеть своё имя на вечной скрижали лунного диска. Обнаруженным на поверхности Луны горам Геве́лий дал земные названия: Карпаты, Альпы, Апеннины, Кавказ, Рифейские (т.е. Уральские) го́ры.

Много знаний о Луне накоплено наукой. Мы знаем, что Луна светит отраженным её поверхностью солнечным светом. Луна постоянно повёрнута к Земле одной стороной, потому что полный оборот её вокруг собственной оси и оборот вокруг Земли одинаковы по продолжительности и равны 27 земным суткам и восьми часам. Но почему, по какой причине возникла такая синхронность? Это одна из загадок.

Фазы Луны

При вращении Луны вокруг Земли лунный диск меняет своё положение относительно Солнца. Поэтому наблюдатель на Земле видит Луну последовательно как полный яркий круг, затем как полумесяц, становящийся всё более тонким серпом, пока этот серп полностью не исчезнет из поля зрения. Потом всё повторяется: тонкий серп Луны вновь появляется и увеличивается до полумесяца, а затем и до полного диска. Фаза, когда Луну не видно, называется новолунием. Фаза, в течение которой тоненький "серп", появившись с правой стороны лунного диска, вырастет до полукруга, называется первой четвертью. Освещённая часть диска растёт и захватывает весь диск - наступила фаза полнолуния. После этого освещенный диск уменьшается до полукруга (последняя четверть) и продолжает уменьшаться, пока узенький "серп" с левой стороны лунного диска не исчезнет из поля зрения, т.е. снова наступает новолуние и всё повторяется.

Полная смена фаз происходит за 29,5 земных суток, т.е. примерно в течение месяца. Вот почему в народной речи Луну называют месяцем.

Итак, в явлении смены фаз Луны ничего чудесного нет. Не является также чудом и то, что Луна не падает на Землю, хотя и испытывает мощное тяготение Земли. Не падает потому, что силу тяготения уравновешивает сила инерции движения Луны по орбите вокруг Земли. Здесь действует закон всемирного тяготения, открытый ещё Исааком Ньютоном. Но... почему возникло движение Луны вокруг Земли, движение Земли и других планет вокруг Солнца, какая причина, какая сила изначально заставила эти небесные тела двигаться указанным образом? Ответ на этот вопрос надо искать в тех процессах, которые происходили тогда, когда возникали Солнце и вся Солнечная система. Но откуда можно получить знания о том, что было много миллиардов лет назад? Человеческий разум может заглянуть как в невообразимо далёкое прошлое, так и в будущее. Об этом свидетельствуют достижения многих наук, в том числе астрономии и астрофизики.

Высадка человека на Луну

Самыми впечатляющими и без преувеличения эпохальными достижениями научно-технической мысли в XX веке были: запуск в СССР первого искусственного спутника Земли 7 октября 1957 года, первый полёт человека в космос, выполненный Юрием Алексеевичем Гагариным 12 апреля 1961 года и высадка человека на Луну, осуществлённая Соединёнными Штатами Америки 21 июля 1969 года.

На сегодня на Луне побывало уже 12 человек (все они граждане США), но слава всегда принадлежит первым. Первыми людьми, ступившими на поверхность Луны были Нейл Армстронг и Эдвин О́лдрин. Они высадились на Луну из космического корабля "Аполлон-11", который пилотировался астронавтом Майклом Ко́ллинзом. Коллинз находился на космическом корабле, который летел по окололунной орбите. После завершения работы на лунной поверхности Армстронг и О́лдрин стартовали с Луны на лунном отсеке космического корабля и после стыковки на окололунной орбите перешли на корабль "Аполлон-11", который затем взял курс на Землю. На Луне астронавты провели научные наблюдения, сделали снимки поверхности, собрали образцы лунного грунта и не забыли установить на Луне государственный флаг своей родины.

Слева направо: Нейл Армстронг, Майкл Коллинз, Эдвин ("Базз") Олдрин.

Первые астронавты проявили мужество и настоящий героизм. Слова эти стандартные, но они в полной мере относятся к Армстронгу, О́лдрину и Ко́ллинзу. Опасность могла поджидать их на каждом этапе полёта: при старте с Земли, при выходе на орбиту Луны, при высадке на Луну. А где была гарантия, что они с Луны возвратятся на корабль, пилотируемый Ко́ллинзом, а затем и благополучно долетят до Земли? Но и это не всё. Не было никому известно заранее, какие условия встретят людей на Луне, как поведут себя их космические скафандры. Единственно, чего могли не опасаться астронавты, так это того, что они не утонут в лунной пыли. Советская автоматическая станция "Луна-9" в 1966 году совершила посадку на одной из равнин Луны, и её приборы сообщили: пыли нет! Между прочим, генеральный конструктор советских космических систем Сергей Павлович Королёв, ещё ранее, в 1964 году, основываясь исключительно на своей научной интуиции, заявил (причём письменно), что на Луне пыли нет. Конечно, имеется в виду не полное отсутствие какой-либо пы́ли, а отсутствие слоя пыли ощутимой толщины. Ведь раньше некоторые учёные предполагали наличие на Луне слоя рыхлой пы́ли глубиной до 2-3 метров и более.

Но Армстронг и О́лдрин убедились лично в правоте академика С.П. Королёва: никакой пыли на Луне нет. Но это было уже после посадки, а при выходе на поверхность Луны волнение было большое: частота пульса у Армстронга достигала 156 ударов в минуту, не очень успокаивало то обстоятельство, что прилуне́ние происходило в "Море спокойствия".

Интересный и неожиданный вывод на основе изучения особенностей поверхности Луны сделали совсем недавно некоторые российские геологи и астрономы. По их мнению, рельеф обращенной к Земле стороны Луны очень напоминает поверхность Земли, какой она была в прошлом. Общие очертания лунных "морей" являются как бы отпечатком контуров земных континентов, которыми они были 50 миллионов лет назад, когда, по , почти вся суша Земли выглядела как один огромный континент. Выходит, что по какой-то причине "портрет" молодой Земли отпечатался на поверхности Луны. Вероятно, это произошло тогда, когда лунная поверхность была в мягком, пластичном состоянии. Что это был за процесс (если он, конечно, был), в результате которого произошло такое "фотографирование" Земли Луной? Кто ответит на этот вопрос?

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

Плотность лунных пород составляет в среднем 3,343 г/см3, что заметно уступает средней плотности для Земли (5,518 г/см3). Это различие связано главным образом с тем, что уплотнение вещества с глубиной проявляется на Земле значительно заметнее, чем на Луне. Имеются и различия в минералогическом составе лунных и земных пород: содержание оксидов железа в лунных базальтах на 25%, а титана - на 13% выше, чем в земных. "Морские" базальты на Луне отличаются повышенным содержанием оксидов алюминия и кальция и относительно более высокой плотностью, что связывают с их глубинным происхождением.

Для исследования строения Луны использовались сейсмические методы. В настоящее время картина этого строения разработана довольно детально. Принято считать, что недра Луны можно разделить на пять слоев.

Поверхностный слой - лунная кора (ее толщина меняется от 60 км на видимой с Земли половине Луны до 100 км - на невидимой) - имеет состав, близкий к составу "материков". Под корой располагается верхняя мантия - слой толщиной около 250 км. Еще глубже - средняя мантия толщиной порядка 500 км; полагают, что именно в этом слое в результате частичного выплавления формировались "морские" базальты. На глубинах порядка 600-800 км располагаются глубокофокусные лунные сейсмические очаги. Нужно, однако, отметить, что естественная сейсмическая активность на Луне невелика.

На глубине около 800 км кончается литосфера (твердая оболочка) и начинается лунная астеносфера - расплавленный слой, в котором, как и в любой жидкости, могут распространяться только продольные сейсмические волны. Температура верхней части астеносферы порядка 1200 К.

На глубине 1380-1570 км происходит резкое изменение скорости продольных волн - здесь проходит граница (довольно размытая) пятой зоны - ядра Луны. Предположительно, это относительно небольшое ядро (на его долю приходится не более 1% массы Луны) состоит из расплавленного сульфида железа.

Поверхностный довольно рыхлый слой Луны состоит из пород, раздробленных постоянным потоком падающих на нее твердых тел - от микрометеоритов и пыли до крупных частиц - многотонных метеоритов и астероидов.

Над поверхностью Луны газовая атмосфера как таковая отсутствует, так как не может удерживаться Луной вследствие ее малой массы. В результате даже легчайшие атомы при средних тепловых скоростях способны преодолевать притяжение Луны. Поэтому плотность газа над Луной по крайней мере на 12 порядков меньше плотности приземной атмосферы (хотя и заметно выше плотности межзвездного газа).

Самый верхний слой представлен корой, толщина которой, определенная только в районах котловин, составляет 60 км. Весьма вероятно, что на обширных материковых площадях обратной стороны Луны кора приблизительно в 1,5 раза мощнее. Кора сложена изверженными кристаллическими горными породами - базальтами. Однако по своему минералогическому составу базальты материковых и морских районов имеют заметные отличия. В то время как наиболее древние материковые районы Луны преимущественно образованы светлой горной породой - анортозитами (почти целиком состоящими из среднего и основного плагиоклаза, с небольшими примесями пироксена, оливина, магнетита, титаномагнетита и др.), кристаллические породы лунных морей, подобно земным базальтам, сложены в основном плагиоклазами и моноклинными пироксенами (авгитами).

Под корой расположена мантия, в которой, подобно земной, можно выделить верхнюю, среднюю и нижнюю. Толщина верхней мантии около 250 км, а средней примерно 500 км, и ее граница с нижней мантией расположена на глубине около 1000 км. До этого уровня скорости поперечных волн почти постоянны, и это означает, что вещество недр находится в твердом состоянии, представляя собой мощную и относительно холодную литосферу, в которой долго не затухают сейсмические колебания. Состав верхней мантии предположительно оливинпироксеновый, а на большей глубине присутствуют шницель и встречающийся в ультраосновных щелочных породах минерал мелилит.

На границе с нижней мантией температуры приближаются к температурам плавления, отсюда начинается сильное поглощение сейсмических волн. Эта область представляет собой лунную астеносферу. В самом центре, по-видимому, находится небольшое жидкое ядро радиусом менее 350 километров, через которое не проходят поперечные волны. Ядро может быть железо-сульфидным либо железным; в последнем случае оно должно быть меньше, что лучше согласуется с оценками распределения плотности по глубине. Его масса, вероятно, не превышает 2% от массы всей Луны. Температура в ядре зависит от его состава и, видимо, заключена в пределах 1300 - 1900 К.

Луной всегда восхищались, о ней мечтали, к ней стремились. Это естественный спутник Земли, который стал вторым по яркости после Солнца. Она находится ближе к Земле, чем какой либо космический объект и первый по которому прошелся человек, обследовал ее, взял пробы грунта. Но Луна притягивает не только взгляд и мысли человека, а и полностью нашу планету. Появился спутник земли по данным ученых 4,46 млрд. лет назад почти сразу после образования Земли. Расстояние между Землей и Луной измеренное от их центров составляет 384467 км, что составляет 0,00257 астрономических единиц. Средний размер ее диаметра примерно 3476 км, немного больше чем четверть диаметра Земли. В объеме она 21,99 10⁹км³, то есть 0,02 от объема Земли. Период обращения ее вокруг Земли равен 27,3 земных суток. Масса Луны равна 7,35 10²² кг или 7,35 10⁹ тонн, что составляет 0,0123 от массы нашей планеты. Плотность нашего спутника 3340 кг/м³ почти такая же как у мантии Земли.
Условия на поверхности Луны.
Атмосфера на Луне очень сильно разряжена и по нашим меркам отсутствует. На Луне почти нет однородного магнитного поля, гравитационное очень слабое и все газы с поверхности мигом улетучиваются в космическое пространство. Из-за отсутствия воздуха. который нужен для образования голубого цвета, небо постоянно черное с яркими звездами даже если над горизонтом появляется Солнце. Наша Земля на Лунном небе почти неподвижна и по размерам земной диск в 3,7 раза больше виден чем Лунный с Земли. Земля светит на Луну отраженным светом Солнца почти в 50 раз сильнее чем Луна светит на Землю. Звездная величина Земли на Луне равна -16m. Фазы освещенности Земли на Луне обратны лунным фазам на Земле, то есть когда у нас полнолуние, то на Луне Земля видится неосвещенной. Температура поверхности в дневное время достигает примерно до плюс 120 градусов по Цельсию, а ночью быстро понижается до минус 160-170 градусов. Но уже на глубине одного метра температура грунта почти постоянна и равна - 35 градусам Цельсия. Самый верхний слой грунта состоит из пыли и обломков скалистых пород и называется реголитом. Поверхностный рыхлый слой реголит образовался из-за частых метеоритных бомбардировок, метеориты ударяясь в верхний слой, сильно нагреваются, дробят грунт превращая его в обломки и пыль.

Площадь поверхности Луны равна 37,96 10⁶км² и состоит примерно на 40% из огромных кратеров, образовавшихся от столкновения с небесными телами. О происхождении кратеров вулканическом или метеоритном ученые долго спорили. На сегодняшний день общепринятой считается метеоритная теория кратеров. Кратерам стали давать названия в честь ученых: Архимед, Коперник, Галилей, Риччоли и др.

Почти 16% поверхности занимают так называемые моря. Раньше, видя темные пятна на Луне, люди думали, что там есть вода и моря как у нас и дали даже названия этим морям. Первые названия лунным морям дал итальянский астроном Д.Риччоли: море Облаков, море Ясности, море Дождей и так далее. Узнав позже об отсутствии воды в жидком состоянии на Луне, название морей менять не стали. Основная часть так называемых лунных морей сосредоточена на стороне Луны, которая обращена к Земле. Ученые выяснили, что моря это настоящие лавовые затопления из недр Луны, они покрыты вулканическими породами в частности базальтом, имеют округлую форму с достаточно ровной поверхностью и образовались примерно 4 млрд. лет.
Горы на Луне впервые открыл Галлилей и им дали земные названия: Альпы, Кавказ, Карпаты и др. Совсем недавно при помощи японского зонда Кагуя на поверхности Луны вблизи плато Мариуса обнаружено отверстие диаметром 65 метров и примерной глубиной 80 метров. Есть предположение, что отверстие ведет в тоннель под поверхность как пещера. По предположениям ученых такие тоннели могли сформироваться во время вулканической активности нашего спутника. В будущем при освоении Луны это будет прекрасное место для поддержки жизнедеятельности и защиты людей от солнечной радиации.

Геология ( строение) Луны

Пепельный ландшафт простирается на сколько хватает глаз. Пустынная равнина окру-жена холмами со сглаженными очертаниями. Полузасыпанные глыбы беспорядочно наг-ромождены вокруг. Грунт мягкий, следы на нем остаются, как на мокром песке. Этот ландшафт, ограниченный аномально близким из-за малого радиуса планеты горизонтом, не да-ет никаких ориентиров для оценки расстояния. Полное отсутствие атмосферы создает иллю-зию необычайной близости предметов.

Бархатно-черное небо сияет миллиардами немерцающих, ярких звезд. Солнце в дневное время соседствует с ними. Оно выглядит как четко очерченный слепящий бело-желтый круг без при-вычных лучиков. Тени от неровностей рельефа здесь очень глубоки и черны, поскольку нет рас-сеянного света.

И совсем непривычно и фантастично выглядит большой незаходящий голубой шар, хрупкий и прекрасный — живая планета, украшающая небосклон этого абсолютно мертвого мира.

Луна — тринадцатое по величине тело Солнечной системы — вращается вокруг Земли по слабо вытя-нутой эллиптической орбите, удаляясь от нее на макси-мальное расстояние в апогее на 405 тыс. км и приближаясь в перигее до 363 тыс. км. Средний диаметр Луны около 3486 км, что приблизительно в 3,6 раза меньше диаметра нашей планеты, а масса составляет 1/81 от ее массы. Луну отличает невысокая, по сравнению с планетами земной группы, плотность — 3,34 г/см3 (для сравнения, плотность Земли — 5,52г/см3). Период обращения Луны вокруг своей оси строго соответствует периоду обращения вокруг Земли (27 суток и 8 часов), и поэтому она повернута к нам всегда одной стороной. Только часть противоположной стороны (18%) бывает видна из-за либрации Луны. Ось ее враще-ния наклонена на 5,1° к плоскости орбиты. Сила тяжести на поверхности Луны в 6 раз слабее, чем на Земле. Темпе-ратура здесь колеблется от -160° С в лунную полночь до + 120° С в лунный полдень. Такие резкие перепады приво-дят к быстрому разрушению лунных пород. Эти процессы объясняют очень пологие, сглаженные формы лунного ре-льефа.

Не только Земля оказывает гравитационное влияние на Луну, но и Луна заметно воздействует своим гравитационным полем на Землю. Деформа-ции земной коры вместе с перемеще-ниями масс воды во время приливов и отливов вызывают внутреннее тре-ние, тормозящее вращение нашей планеты. Замедление вращения Зем-ли доказано изучением линий роста палеозойских кораллов. Согласно этим данным, в начале палеозойской эры (540 млн. лет назад), земные сут-ки равнялись 22 часам, а это значит, что миллиарды лет назад, в самый ранний период истории Земли, они могли составлять всего 4 часа. Сейчас вращение Земли продолжает замед-ляться, и Луна удаляется от нее со скоростью 3 см в год. В палеозойскую эру, когда животные выбрались на су-шу, они могли видеть Луну ближе, чем видим ее мы, и гораздо больших размеров. Расчеты показывают, что примерно через 5 млрд. лет вращение Земли затормозится настолько, что она будет совершать за год всего 9 обо-ротов вокруг своей оси; к тому момен-ту и удалившаяся Луна будет обхо-дить Землю 9 раз за год. С этого вре-мени и уже навсегда с Луны будет видна только одна половина земного шара. Однако ученые предполагают, что через 4,5 млрд. лет наше Солнце, скинув оболочку, превратится в бе-лый карлик, и это катастрофически скажется на судьбе планетной пары Земля-Луна.

Эволюция и формы рельефа Луны

Характер поверхности Луны и сос-тав ее верхних оболочек формировался в течение долгой истории. Около 4,6 млрд. лет назад в окрестностях молодо-го Солнца происходили важные собы-тия — заканчивался процесс рождения планет и их спутников. Луна, как и Земля, представляла собой пылающий шар расплавленных горных пород, в который сыпался град метеоритов. В это время на Луне извергались вулканы и совершались катастрофические планетотрясения. Со временем внешняя расплавленная оболочка Луны, осты-вая, затвердевала. Период магматичес-кой "бурной молодости" Луны длился не более 0,5 млрд. лет. Это была эпоха формирования.

В ходе остывания внешней корки Луны и бомбардировки ее метеоритами 4,4 — 4,1 млрд. лет назад образовался типичный лунный кратерный рельеф. Этот период, длившийся примерно 0,5 млрд. лет, называют эпохой бомбарди-ровки. По мере "вычерпывания" кос-мического "сора" из околоземного спутникового роя, частота падения обломков на Луну уменьшалась. Но имен-но напоследок (4,1-3,9 млрд. лет назад) произошли катаклизмы, приведшие к образованию на поверхности гигант-ских впадин, которые называют "боль-шими ударными бассейнами" или "лунными морями".

Заключительной стадией активной внутренней жизни Луны явился гло-бальный базальтовый вулканизм. Кора на видимом полушарии, возможно, из-за приливного действия Земли, вдвое тоньше (60 км), чем на обратной сторо-не. Поэтому извержение лав легче про-ходило на видимой стороне. Базальты, поднимаясь из лунных недр, заполни-ли "большие ударные бассейны", обра-зовав гигантские равнины, покрытые застывшей лавой. Это время называют эпохой лавовых морей. Установлено, что возраст лунных базальтов состав-ляет 4-3 млрд. лет, т.е. активная текто-ническая жизнь планеты закончилась 3 млрд. лет назад.

С тех пор на Луне воцарилось отно-сительное спокойствие. Но падаю-щие метеоры, температурное вывет-ривание, солнечное и космическое излучения продолжают разрушать ее поверхность. В результате Луна вся покрылась слоем пылеватых частиц, толщиной до 10 м. Это самый дли-тельный период геологической исто-рии Луны, продолжающийся и сегод-ня. Он условно назван эпохой лунной пыли.

Еще на заре изучения Луны были приняты термины для обозначения различных областей на ее поверхнос-ти. Это лунные "моря" и лунные "кон-тиненты" или "материки". Материки (83% площади лунного шара) сложе-ны светлыми породами типа анортози-тов, они отличаются наличием значи-тельных неровностей и множеством кратеров. Моря — относительно ров-ные области, более темные из-за пок-рывающих их застывших потоков ба-зальтов, с меньшим количеством кра-теров.

На лунной поверхности встречаются кратеры диаметром от сотен километ-ров до миллиметров. Возраст боль-шинства крупных кратеров оценивает-ся в 1-3 млрд. лет. Они, как правило, ударного происхождения. У самых мо-лодых кратеров, например, Тихо, Ко-перник, поперечником в десятки кило-метров, при отвесно падающих лучах Солнца (в полнолуние) можно видеть радиально расходящиеся светлые по-лосы, простирающиеся на сотни, а иногда и тысячи километров. Полосы сложены светлыми обломками анорто-зитов (материковых пород), разлетев-шимися во все стороны при ударах ме-теоритов. Некоторые кратеры имеют вулканическое происхождение (кратер Варгентин, до краев заполненный ла-вой). Кроме ударных и вулканических структур, на Луне имеются трещины и разломы, хорошо различимые на фо-тографиях. Это, например, знаменитая Прямая стена в Море Облаков — 240-метровый уступ, протянувшийся на 125 км. Концентрация разломов отме-чается в зонах сочленения континен-тов и морей.

В середине XVII в. польский астро-ном Ян Гевелий предложил называть горы на Луне теми же именами, что и на Земле. Вокруг Моря Дождей распо-ложены Альпы, Кавказ, Апеннины, Карпаты. Море Нектара окружают Ал-тай и Пиренеи. Наиболее внушитель-ная горная цепь — Апеннины, длиной почти 600 км (максимальная высота 5638м). Самые высокие — Горы Лей-бница — лежат в районе южного полю-са. Высота их отдельных пиков, по пос-ледним данным, несколько превышает 9000 м.

Из чего состоит Луна

Вопрос об элементном, минерало-гическом и петрографическом составе лунной поверхности волновал ученых с тех пор, как они начали наблюдать и изучать это небесное тело. Но дать точный ответ на него удалось только при детальном исследовании образ-цов лунных пород и грунта, достав-ленных американскими и советскими космическимиаппаратами.Сейчас для исследований имеется 385 кг ве-щества из разных областей видимой стороны Луны. Часть его была тща-тельно изучена всеми возможными способами в лабораторных условиях. А остаток, запакованный в гермети-ческие контейнеры, хранится в ожи-дании более совершенных методов исследования.

Основные химические элементы, обнаруженные в лунных породах — это кислород, кремний, железо, ти-тан, магний, кальций и алюминий. В лунных базальтах найдены благород-ные металлы — серебро и золото, но их содержание значительно меньше, чем в земных. В целом, лунная мине-ралогия оказалась довольно бедной.

На Земле существует несколько ты-сяч минералов, а на Луне их пока отк-рыто не более сотни. Впрочем, это легко объяснить: на Луне нет жидкой воды и атмосферы, поэтому условия формирования минералов менее раз-нообразны.

В лунном грунте не найдено окаменелостей или остатков органики. В нем отсутствуют даже небиологические ор-ганические соединения.

Какими же породами представлена лунная поверхность? Их делят на нес-колько типов.

Базальты — вулканические тяже-лые, темные, микрозернистые, плот-ные или пористые породы, образован-ные при застывании лавы.

Вулканические стекла — мелкие оранжевые и изумрудно-зеленые шарики, придающие цветовые от-тенки лунному грунту.

Анортозиты — относительно легкие светлые крис-таллические породы, похожие на земные, которые формируют лунные материки. Именно из-за них мате-риковые области Луны выглядят более светлыми, чем морские.

Брекчии — сложные породы, формирующиеся из всех других типов лунных пород и грунта при паде-нии метеоритов. Обломки пород цементируются стекловидной массой, выплавившейся при ударе из лунных пород и вещества метеорита.

Лунный грунт или реголит — пылевато-песчаный порошок со специфичес-ким запахом гари, которым покрыта вся поверхность Луны. Он обладает стран-ным свойством: при бурении поверхностного слоя, состоящего из реголита, мяг-кий порошок сопротивляется углублению буровой трубки, и в то же время, не держит ее в вертикальном положении.

Получены интересные данные, свидетельствующие о наличие пыли в около-лунном пространстве. Именно она вызывает свечение лунного горизонта при захо-де Солнца на Луне. Свечения были зарегистрированы американскими аппаратами Surveyor, а также при визуальных наблюдениях астронавтами с окололунной ор-биты во время полетов кораблей Apollo. Наиболее вероятные размеры частиц пы-ли оцениваются в 0,1 мкм.

Пока остается открытым вопрос о присутствии воды на Луне. Американская станция Clementine в 1994 г. и космический аппарат Lunar Prospector в 1998 г. засвидетельствовали небольшую (до 1%) концентрацию мелких кристаллов льда в лунном реголите в районе южного полюса. Источником воды предположительно могли быть ядра упавших на Луну комет или недра самой Луны. Однако радиоас-трономические исследования лунных полюсов в 2003 г. показали отсутствие там следов льда.

Внутреннее строение Луны

Образцы лунного грунта добыты с глубины до 2,5 м. А что находится глубже? Ответ на этот вопрос дали геофизические методы исследования. Американские астронавты установи-ли на лунной поверхности сейсмометры, регистрирующие колебания почвы. Их источником должны были служить удары метеоритов, лунотрясения, упавшие отработанные посадочные лунные модули кораблей Apollo и последние сту-пени ракет-носителей Saturn, которые направлялись в зара-нее выбранные точки.

Однако энергии этих ударов хватило для изучения стро-ения коры и верхней мантии до глубин 150-200 км. Для "просвечивания" всей толщи необходим был более мощный удар. И природа преподнесла ученым подарок в виде паде-ния двух крупных метеоритов на обратной стороне нашего спутника. "Просветив" Луну насквозь, сейсмические вол-ны качнули сейсмометры на всех четырех станциях сети Apollo и принесли феноменальную новость — у Луны су-ществует ядро.

Результаты изучения сейсмограмм позволяют сделать вывод, что лунные недра делятся на четыре условные зоны: кора, образованная породами анортозитового состава, мощностью 60 км на видимой стороне и более 100 км на об-ратной; верхняя мантия (литосфера), мощностью около 800 км, где фиксируются глубокофокусные лунотрясения; нижняя мантия, находящаяся в частично расплавленном состоянии, с температурой до 1500° С; и лунное ядро, рас-положенное глубже 1400-1500 км.

По сравнению с Землей, Луна геологически малоактив-на, но слабые тектонические лунотрясения все же удается проследить.

Лунотрясения приливного характера, наблюдаемые во время прохождения Луной апогея и перигея своей орбиты, связаны с гравитационным воздействием Земли. Их перио-дичность оставляет 13,6 земных суток.

Как образовалась Луна?

Космическая эра принесла много новых данных о внутреннем строении Луны. На Землю было доставлено сотни килограммов лунного грунта. Но можем ли мы с полной уверенностью ответить на вопрос, как образова-лась Луна?

Версий несколько. Это: 1. гипотеза "рождения" Луны из газово-пылевого протопланетного облака одновременно с Землей; 2. гипотеза захвата Землей Луны, образовавшейся в удаленной части Солнечной системы из протопланетного вещества, бедного железом; 3. гипотеза отрыва части мантийного вещества от разогретой и быстровращающейся Земли в ранний период ее формирования. Все они имеют свои недостатки.

Большинством планетологов се-годня принята ги-потеза "большого взрыва", согласно которой Луна об-разовалась в ре-зультате столкно-вения юной Земли с планетой, названной Тея, размерами близкой к Марсу. Оно могло произойти приблизительно через 50 млн. лет после рождения Солнечной системы. Масса Земли тогда составляла около 90% нынешней. Часть земного материа-ла и обломки столкнувшегося тела образовали дисковидное облако, из которого и сформировалась Луна. Удар зат-ронул лишь внешнюю мантийную часть Земли. Выбитый материал содержал мало тяжелых железных компонентов. Поэтому сформировавшееся новое тело оказалось относи-тельно легким.

Общность происхождения подтверждают полученные не-давно данные об изотопном составе Земли и Луны. Ученые даже не ожидали, что состав изотопов кислорода на Луне и Земле окажется практически одинаковым.

В пользу гипотезы свидетельствуют и данные объемно-го сейсмического зондирования Земли, которое показало существование тихоокеанской сейсмической аномалии в мантии, прослеживающейся на всех глубинных уров-нях, вплоть до ядра. Она может являться той "незажива-ющей раной", которая осталась после катастрофическо-го удара.

Луна хранит еще множество загадок. Раскрыв их, мы приблизились бы и к разгадкам галактических тайн. Ведь бесплодная лунная поверхность запечатлела следы самых древних событий, происходивших в Солнечной системе. Но для продолжения исследований человечеству необходимо вернуться в этот мир. Увы, спустя 30 лет после полета "Apollo 1 7", проекты построения на Луне научной базы по-ка не финансируются ни одним космическим агентством.

Марина и Сергей Крочак

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.