Закрытая Луна

По словам Уильяма Хартмана, «трудно представить, что два небесных тела вырастают рядом из одного орбитального слоя вещества, но при этом одно из них забирает всё железо, а второе остается практически без него».

Сторонники гипотезы объясняют  это тем, что куски вещества роя  при столкновениях дробились, затем  тяжелые железные частицы выпадали на Землю, а силикатная пыль оставалась на орбите. Такое объяснение вряд ли можно признать удовлетворительным: для этого практически все  частицы роя должны были предварительно разрушиться до состояния пыли.

Сходным образом в этой гипотезе объясняется и дефицит  летучих веществ — они испарялись при столкновениях и дроблениях частиц роя. Но для этого частицам пришлось бы сталкиваться на высоких относительных скоростях, а ведь они все, как предполагается, обращались в одном направлении. Притом, аналогичный процесс должен был бы происходить и при формировании Земли и других планет земной группы, но результатов этого не наблюдается.

Эта гипотеза также не смогла дать вразумительного объяснения ни большому моменту импульса системы  Луна-Земля, ни наклону лунной орбиты в 5° к плоскости земной орбиты.

Гипотеза испарения

В 1955 году Эрнст Юлиус Эпик выдвинул гипотезу, частично соединяющую гипотезы центробежного разделения и совместного образования.* По его версии, прото-Земля, окруженная кольцом бомбардировавших её каменных частиц, от постоянных ударов разогрелась до высокой температуры — около 2000 °C. Значительные массы вещества были выпарены назад, в околоземное пространство. Солнечный ветер сдул летучие элементы, а более тяжелые компоненты сконденсировались и соединились с материалом вращающихся колец, которые затем слились в один большой кусок вещества — Луну. Если нагревание Земли произошло на поздней стадии её формирования, то к этому времени тяжелые железные породы уже опустились в ядро, а содержание железа в поверхностных слоях Земли было значительно меньше первоначального.

Соображения за и против

Гипотеза испарения очень  хорошо объясняет данные о химическом составе Луны, но не может разрешить  ни проблему высокого углового момента  импульса, ни проблему наклона лунной орбиты. Геологические данные также  не подтверждают столь сильный разогрев Земли на стадии формирования: состав пород земной коры свидетельствует, что Земля никогда не была полностью  расплавленной.

Гипотеза многих лун

Гипотезу образования  одной большой Луны из нескольких спутников представили в 1960-х  годах Томас Голд и Гордон Макдональд.* Их основная идея состояла в том, что Земле гораздо проще было бы захватить по отдельности несколько пролетавших мимо небольших небесных тел, чем одно крупное. Если Земля «поймала» от шести до десяти мелких лун, то их орбиты в дальнейшем могли изменяться приливными силами. На протяжении примерно миллиарда лет луны могли сталкиваться друг с другом, а из их обломков сформировалась бы Луна.

Соображения за и против

Неправдоподобно выглядит сама возможность захвата Землей большого количества спутников с их последующим  разрушением. Марс имеет два небольших спутника (Фобос и Деймос), которые до сих пор сосуществуют на околомарсианских орбитах. Венера, масса которой близка к земной, вообще не имеет спутников, как и Меркурий.

Эта гипотеза также не объясняет  идентичность изотопно-кислородного состава  Луны и Земли.

Гипотеза столкновения

Гипотеза столкновения была предложена Уильямом Хартманом  и Дональдом Дэвисом в 1975 году.* По их предположению, протопланета (её назвали Тейя) размером примерно с Марс столкнулась с прото-Землей на ранней стадии её формирования, когда наша планета имела примерно 90 % нынешней массы. 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. Из этих обломков собралась прото-Луна и начала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения.

Соображения за и против

Гипотеза столкновения в  настоящее время считается основной, поскольку она хорошо объясняет  все известные факты о химическом составе и строении Луны, а также и физические параметры системы Луна-Земля. Первоначально большие сомнения вызывала возможность столь удачного соударения (косой удар, невысокая относительная скорость) такого крупного тела с Землей. Но затем было предположено, что Тейя сформировалась на орбите Земли, в одной из точек Лагранжа системы Земля-Солнце. Такой сценарий хорошо объясняет и низкую скорость столкновения, и угол удара, и нынешнюю, почти точно круговую орбиту Земли.

Уязвимое место гипотезы столкновения: для объяснения дефицита железа на Луне приходится принимать  допущение, что ко времени столкновения (4,5 млрд лет назад) и на Земле, и на Тейе уже произошла гравитационная дифференциация, то есть выделилось тяжёлое железное ядро и образовалась лёгкая силикатная мантия. Однозначных геологических подтверждений этому допущению не найдено.

 

Одной из главных целей  американских лунных экспедиций 1960—1970 годов было найти доказательства одной из трёх лидировавших тогда  гипотез «Большой тройки» (гипотезы центробежного отделения, захвата  и совместной аккреции). Но первые же полученные данные обнаружили серьёзные противоречия со всеми тремя гипотезами. Все накопленные к настоящему моменту факты, как считается, свидетельствуют в пользу гипотезы, которой во время полётов «Аполлонов» ещё не существовало: гипотезы гигантского столкновения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. История лунных исследований.

Исследования Луны с помощью  космических аппаратов начались 14 сентября 1959 года со столкновения автоматической станции Луна 2 с поверхностью нашего спутника. До этого момента единственным методом исследования Луны были наблюдения за Луной. Изобретение Галилеем телескопа  в 1609 году было большим этапом в астрономии в частности в наблюдениях  за Луной. Сам Галилей использовал  свой телескоп для исследования гор  и кратеров на лунной поверхности.

С началом космической  гонки между СССР и США в  ходе холодной войны Луна была в  центре космических программ, как  СССР, так и США. С точки зрения США, высадка человека на Луну в 1969 году была кульминацией лунной гонки. С другой стороны, многие значительные научные  вехи были пройдены Советским Союзом раньше США. Для примера, первые фотографии обратной стороны Луны были получены советским спутником в 1959 году.

Первым рукотворным объектом, достигшим Луны, была советская станция  Луна 2. Обратная сторона Луны была сфотографирована станцией Луна 3 7 октября 1959 года. После  этих и других достижений СССР в  освоении космоса президент США  Джон Кеннеди сформулировал основную задачу США в космосе, как высадку  на Луну.

Несмотря на все усилия США, Советский Союз еще долгое время  оставался лидером в исследованиях  Луны. Станция Луна 9 первая совершила  мягкую посадку на поверхность нашего естественного спутника. После посадки  Луна 9 передала первые фотографии поверхности  Луны. В результате посадки Луны 9 было доказана возможность безопасной посадки на Луну. Это было особенно важно поскольку до этого момента считалось, что поверхность Луны состоит из слоя пыли, который может составлять в толщину несколько метров и любой объект просто бы «утонул» в этом слое пыли. Первым искусственным спутником Луны также была советская станция Луна 10, запущенная 31 марта 1966 года.

Образцы лунной породы были доставлены на Землю в рамках советской  программы Луна автоматическими  станциями Луна 16, 20 и 24. Также образцы  лунной породы были доставлены на Землю  астронавтами миссии Аполлон.

С середины 1960-х годов  до середины 1970-х 65 рукотворных объектов достигли поверхности Луны. Но после  станции Луна 26 исследования Луны фактически прекратились. Советский Союз переключил свои исследования на Венеру, а США  на Марс.

Программа «Аполлон-17» в 1972 году доставила на Землю анализы  образцов лунного грунта. Эти анализы  были проанализированы и по их результатам  можно сделать вывод, что Луна была такой же влажной, как мантия планеты Земля.

Затем в 2008 году были обнародованы результаты изучения лунных вулканических  кристаллов, которые показали содержание воды в образцах 750 частей на миллион.

Особый интерес представляли крошечные кусочки древней магмы, содержащиеся внутри твердых кристаллов. Эти кусочки по размеру не больше ширины человеческого волоса. Студент  из США (университет Браун) все таки нашел эти расплавные включения, когда проводил исследования над образцами.

Профессор Альберто Сал был  очень удивлен. «Я ему даже не рассказывал  о расплавных включениях, — признаётся ученый. — Мне и в голову не приходило, что они там могут  быть». Так ученые из университета Брауна обнаружили сверхмелкие расплавные включения в образцах лунного  грунта.

Анализ 7-ми мельчайших стеклоподобных гранул преподнёс еще один сюрприз. Считалось, что материал, из которого сформировалась Луна, возник из-за столкновения нашей планеты с телом размером с Марс. Компьютерное исследование этого события показало, что вода не могла пережить подобный опыт, но новая информация свидетельствуют  об обратном. «Это накладывает серьёзные ограничения на гипотезу о столкновении», — считает исследователь Сал. То ли удар был не столь сильным, как предполагалось, то ли молекулы воды смогли сформироваться заново после катаклизма. 

Поставлена также под  сомнение оценка количества воды на Луне, которая была сделана после того, как аппарат НАСА LCROSS в 2009 году врезался в один из постоянно затенённых кратеров. Пыль, поднятая им, была исследована, и  учёные пришли к выводу, что кратер содержит около 3,7 млрд литров воды. Эрик Хаури из Института Карнеги считает, что если анализ образцов грунта верен и его результаты можно отнести ко всей Луне, то там должно быть гораздо больше воды.

 

Сейчас, я предлагаю прочитать  вам фрагмент из статьи Нила Армстронга «Исследования лунной поверхности»

ПЕРВЫЕ ВПЕЧАТЛЕНИЯ  ПОСЛЕ ПРИЛУНЕНИЯ.

 Выключив ракетный  двигатель, мы проверили аппаратуру  и прильнули к иллюминатору. Пыль, поднятая двигателем, сразу осела,  видимость стала хорошей. Мы  прилунились на отлогой равнине,  изъеденной кратерами. Самый большой  из них имел диаметр 15 м,  самый маленький — только 2 см. Горизонт неровный. Склоны больших  кратеров создавали впечатление,  что вдали множество пологих  холмов. Грунт (в пределах видимости,  т. е. в радиусе двух метров  от нас) представлялся песчаным  с обломками пород. Угловатой  или слегка сглаженной формы  обломки сверху прикрыты песком. Лунная поверхность на момент  прилунения была ярко освещена. Казалось, что это не лунный  грунт, а песчаная поверхность  пустыни в знойный день. Но  если взглянуть еще и на  черное небо, то можно вообразить, что находишься на усыпанной  песком спортивной площадке ночью,  под ослепительными лучами прожекторов.  Ни звезд, ни планет, за исключением  Земли, не было видно.

КАК МЫ РЕАГИРОВАЛИ  НА ЛУННОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ.

 Лунный отсек  стоял в рабочем вертикальном  положении. Соблюдать равновесие  было нетрудно. Встать на ноги  после случайного падения тоже  не составляло затруднений. Подниматься  на носки, как это мы делали  на Земле в экспериментах, имитирующих  лунное притяжение, не хотелось. Вообще, ощущение притяжения на  Луне приятнее, чем земное и  даже приятнее состояния невесомости.

ОСВЕЩЕННОСТЬ  И ЦВЕТ.

 Солнце во  время нашего пребывания на  Луне поднималось над горизонтом  от 10,5 до 22°, а во время пребывания  лунной кабины «Аполло-на-12»—от 5,2 до 21,1°. Все наблюдения за  освещением и светом были ограничены  этими условиями. В среднем,  уровень освещения оказался очень  высоким (как в безоблачный  день на Земле). Тени были густыми,  но не черными. Солнечный свет  отражался от склонов лунных  кратеров и видимость становилась хорошей. Своеобразные фотометрические свойства Луны известны давно. Существовало опасение, что в определенный момент наши глаза, ослепленные Солнцем, ничего не смогут увидеть, поэтому траектория снижения лунной .кабины была рассчитана так, чтобы в точке прилунения солнечные лучи не мешали космонавтам. Цвет едва заметен или не обнаруживается вообще. При незначительной высоте Солнца над горизонтом, как например во время посадки «Аполлона-12», практически различать цвета невозможно. Когда Солнце поднимается над горизонтом до 10°, начинают появляться коричневые и бурые оттенки. В общем, исследованный нами район по освещенности может сравниться с пустыней, а его цвет напоминает цвет сухого цемента или песчаного пляжа. При выходе из кабины мы неожиданно обнаружили, что обломки пород и частицы лунного грунта имеют темно-серый или угольно-серый цвет.

ПОДВИЖНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА НА ПОВЕРХНОСТИ ЛУНЫ У космонавта, облаченного в скафандр и снабженного  ранцем, центр тяжести перемещается вверх и несколько назад. Чтобы  не потерять равновесие, он наклоняется  вперед. На поворотах его движения несколько замедлены. Это объясняется  небольшим сцеплением подошв обуви  с лунным грунтом. Однако привычной  скорости поворота можно легко добиться. Переход из состояния покоя в  состояние движения тоже заметно  медленнее, чем на Земле. Чтобы двигаться  быстрее, нужно сделать три или  четыре шага с небольшим ускорением или сильно наклониться вперед и  энергично оттолкнуться, набрав нужную скорость с первого шага. Оба эти  способа удовлетворительны, но обычно использовался первый из них. Были испробованы  три способа движения вперед: хождение, подскоки при ходьбе и бег вприпрыжку. Хождение использовалось для обычных  операций около лунной кабины и для  переноски грузов. Скорость хождения не превышала полуметра в секунду. При больших скоростях космонавт, делая шаг, как бы взлетал вверх. При беге вприпрыжку он обеими ногами одновременно отталкивался от поверхности. Последний способ оказался наиболее эффективным при передвижении на большие расстояния, так как достигалась скорость 1—1,5 м/сек, а на отдельных участках до 2,0 м/сек. Много времени уходило на то, чтобы выбрать наилучший пут|» на неровной поверхности. Скачки похожи на бег вприпрыжку, но при скачках на Луне, в отличие от бега, ноги двигаются довольно медленно. Создается ощущение медленного бега. Бег, каким мы его знаем на Земле, на Луне воспроизвести невозможно. Остановиться во время ходьбы сразу нельзя, можно только после одного или двух шагов, во время скачков — после трех или четырех скачков. Шаги в сторону затруднены ограниченной подвижностью скафандра. В общем, движение по лунной поверхности требует больше расчета г. внимания, чем передвижение по Земле. Конечно, в условиях лунного притяжения хочется прыгать вверх. Свободные прыжки с сохранением контроля за движением возможны до одного метра. Прыжки на большую высоту часто заканчивались падением. Наибольшая высота прыжка составляла два метра, т. е. до третьей ступени лестницы лунной кабины. В этом случае космонавту удалось сохранить равновесие только потому, что он сумел схватиться за лестницу руками. Падения не имели неприятных последствий. Скорость их настолько мала, что нет оснований опасаться, каких-либо повреждений. Обычно при нарушении равновесия падение можно предотвратить простым поворотом и шагом в ту сторону, куда падаешь. Если упадешь лицом вниз, можно легко подняться без посторонней помощи. При падении на спину нужно приложить больше усилий, чтобы подняться самостоятельно. Конечно, с помощью другого космонавта встать на ноги проще всего. Во время двух лунных экспедиций мы старались как можно меньше касаться скафандром поверхности Луны, чтобы не повредить его обломками пород. Скорость передвижения и стабильное положение в известной степени зависят от самой природы лунной поверхности. Хотя грунт и кажете» мягким, след углублялся обычно менее чем на 1 см. Частицы грунта малы и легко прилипали к скафандру и обуви. Следы были намного глубже (5 см) на валу и в донной части кратера, диаметр которого составлял 5 м. Обычно наш путь между двумя точками был извилистым, так как мы старались избежать неровностей. Один из космонавтов, ступив на покрытый пылью плоский кусок породы, поскользнулся. Но, в общем, устойчивость вполне достаточная. Крутизна склонов кратера 12—20°, где был обнаружен «Сервейер», не вызывала никаких трудностей для экипажа лунной кабины «Аполлона-12». Космонавтам пока не приходилось преодолевать крутые склоны больших кратеров (40°).