Небесная соседка

В сербской народной сказке щеголь Месяц задумал сшить себе платье. Портной снял с него мерку и принялся за работу. Пришел Месяц за платьем, а платье-то и узко, и коротко.

– Видно, ошибся я, – говорит портной. Снова снял он Мерку и снова засел за работу —

… Вот проходят за сутками сутки.

Не теряет портной ни минутки.

Ну, а месяц – гуляка ночной —

Стал тем временем полной луной…

В третий раз стал портной кроить да шить. Кончил, ждет заказчика. Вдруг видит, идет по небу совсем тощий Месяц —

… Весь затрясся от гнева портной:

— Нет, довольно шутить надо мной!

Угодить вам пытался я сдуру.

Что ни день вы меняли фигуру.

То вы делались круглым, как блин,

То худым, точно этот аршин…

Луна, подобно всем планетам Солнечной системы, видна на небе только потому, что ее освещает Солнце. Мы наблюдаем отраженный Луной солнечный свет. За счет изменения взаимного положения Солнца, Земли и Луны на протяжении одного оборота Луны вокруг Земли происходит медленное изменение ее облика, или, как говорят, смена фаз.

В Москве по праздникам подсвечивают прожекторами высотные дома. И тогда они очень красиво «светятся» на фоне темного неба. А в остальное время ночью контуров их почти не видно. И наверху приходится зажигать красные огни, чтобы на дома не наткнулись самолеты.

Луна «светит» точно так же, как освещенный высотный дом, – отраженным светом. Когда Луна находится между Солнцем и Землей, то ее сторона, повернутая к Земле, совсем не освещена. Поэтому увидеть ее на небе нельзя. Такой момент называется новолунием.

Постепенно Луна отходит в сторону от этого положения. Мы начинаем смотреть на освещенную половину Луны как бы сбоку, и Луна кажется нам узким серпиком. День за днем серпик растет, становится горбушкой и, наконец, на небе сияет полная Луна. К этому времени она успела сделать ровно пол-оборота, и теперь уже Земля располагается между Солнцем и Луной. Повернутая к Земле сторона Луны сейчас полностью освещена – наступает полнолуние. Потом полная Луна начинает идти на убыль и снова наступает новолуние.

Любители астрономии разных стран выдумали для удобства запоминания правила: как различить серп «молодой», растущей Луны от Луны «старой», идущей на убыль. Известен такой простой совет: коли лунный серп напоминает букву С – это СТАРАЯ Луна. Если же к серпу можно мысленно добавить палочку и выйдет буква Р – это серп Луны РАСТУЩЕЙ.

В самом названии этого небесного тела сохраняется память о древнейших страницах истории человечества. Название Луна сродни словам люстра, люкс, иллюминация; они все восходят к латинскому lux – свет. Но зато слово месяц гораздо древнее и вместе с английским Moon, немецким Mond и подобными же названиями месяца из многих других языков Европы берет начало от праиндоевропейцев IV тысячелетия до н. э. В основе названия «месяц» лежит тот же корень, что и в слове мера (английское measure); месяц – это измеритель, счетчик времени первобытного человека.

Если смотреть со стороны северного полюса, Луна – аналогично всем планетам и спутникам в Солнечной системе – обращается вокруг Земли в направлении против движения часовой стрелки. На один оборот вокруг Земли она затрачивает 27,3 суток. Такой промежуток времени называется сидерическим периодом, или же звездным месяцем. Поскольку Земля за это время смещается относительно Солнца, цикл смены лунных фаз длиннее: он продолжается 29,5 суток – отсюда, как мы знаем, и появилась в календаре такая единица, как месяц.

Поперечник единственного естественного спутника нашей планеты – Луны – в 4 раза меньше земного.

На поверхности Луны нигде нет открытых водных просторов: нет ни рек, ни ручьев, ни даже луж. Вода на Луне может существовать только в связанном состоянии, входя в состав горных пород.

Практически полностью лишена Луна и воздушной оболочки. Астрономы рады этому и мечтали бы устроить на ней обсерваторию. Однако работа на лунной обсерватории будет непростой. Поверхность Луны подвержена постоянной бомбардировке метеоритами.

Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной. Представьте нарядную новогоднюю елку, вокруг которой кружится хоровод. Каждый человек в хороводе обходит елку кругом, все время оставаясь повернутым к ней лицом. Если смотреть сверху, то видно, что, заканчивая обход вокруг елки, каждый ровно один раз поворачивается вокруг своей оси. Так же и Луна. Время одного оборота вокруг Земли в точности равно для нее времени одного оборота вокруг оси. И мы, жители Земли, вынуждены постоянно любоваться одной и той же стороной ее поверхности.

Некогда, в ранние периоды своей истории, Луна, вероятно, вращалась быстрее. Но из-за близости массивной Земли в теле Луны возникали значительные приливные волны. Всем известны морские приливы, возникающие на Земле под действием тяготения Луны. Менее известно, что приливы наблюдаются и в твердой коре Земли. Они незначительны по высоте – огромные площади земной поверхности плавно поднимаются и опускаются на несколько десятков см.

Возникали приливы и в твердом теле Луны. Приливные волны действовали на быстро вращающуюся Луну как огромные тормозные колодки, замедляя ее вращение. Так продолжалось до тех пор, пока Луна не осталась постоянно повернутой к Земле только одной стороной.

Луна – ближайшее к Земле небесное тело. Она удалена от Земли в среднем всего на 380 тыс. км. Видимые на небе угловые размеры Луны поэтому такие же, как и у гигантского Солнца, которое несравненно больше Луны, но во столько же раз дальше. Это обстоятельство позволяет нам время от времени наблюдать солнечные затмения. Они случаются тогда, когда Луна в новолунии оказывается точно на одной прямой – не выше и не ниже – между Солнцем и Землей. Луна во время полного затмения целиком загораживает Солнце. Среди дня наступает «ночь», а на небе зажигаются звезды.

Когда же Луна в полнолунии оказывается точно на продолжении прямой, соединяющей Солнце и Землю, ее закрывает тень Земли. В этом случае мы наблюдаем лунное затмение. Край тени Земли на Луне всегда круглый. Именно это послужило одним из важных доказательств шарообразности Земли. Только шар может из любых положений отбрасывать тень с круглым краем.

Причины изменения внешнего облика Луны, закономерности наступления затмений, влияние Луны на природные явления оставались непостижимыми для древнего человека, и Луна становилась объектом обожествления, религиозного поклонения, источником суеверий. Через тысячелетия выяснилось, что воздействие Луны на Землю в некоторых случаях реально. Так, с открытием закона всемирного тяготения было доказано, что именно Луна вызывает приливы в морях и океанах. Вместе с тем до наших дней сохранились, например, живучие поверия о влиянии Луны на погоду, – скорее всего, предубеждения, с научной точки зрения и поныне не имеющие под собой сколько-нибудь серьезных оснований.

Отдельные зарисовки поверхности Луны выполняли еще до изобретения телескопа. Темные пятна на поверхности Луны бывают хорошо видны невооруженным глазом, и они всегда порождали много догадок и споров. Однако систематическое изучение лунной поверхности началось только с появлением телескопов, три с половиной века назад.

Лунный кратер Коперник поперечником свыше 90 км по зарисовке с Земли. Один из интереснейших лунных объектов, который удобно наблюдать примерно через десять дней после новолуния. Кратер является центром мощной и сложной системы светлых лучей. Он относится к числу сравнительно молодых образований лунной поверхности

Сохранившиеся доныне названия деталей рельефа видимой стороны Луны обязаны своим происхождением энергичному польскому астроному-наблюдателю Яну Гевелию и итальянцу Риччоли. Гевелий присвоил лунным хребтам земные названия – Альпы, Апеннины, Кавказ и другие. Система обозначения столь характерных для Луны кольцевых гор – кратеров – именами астрономов и математиков введена профессором иезуитского колледжа в Болонье Риччоли.

С глубокой древности наиболее темным по тону областям лунного диска было присвоено название «морей». От них отличали «материки» – светлые области лунной поверхности. На картах появились Море Дождей, Море Спокойствия, Море Облаков, заливы и болота. Самому большому из «морей» Риччоли дал имя Океана Бурь.

Древние ученые во главе с Платоном оказались на карте Риччоли размещенными в северной части лунного диска. Средневековых ученых и своих современников Риччоли поместил в южное полушарие. Не забыл он и тех, кто «сдвинул» Землю с ее центрального места во Вселенной: Аристарха, Коперника, Кеплера. Их именами названы яркие, приметные кратеры, однако, следуя собственным оценкам исторического значения отдельных ученых, Риччоли символически раскидал этих «ниспровергателей основ» как крохотные островки в безбрежных просторах Океана Бурь. Самый же красивый кратер у берегов Океана Бурь уже на «твердой почве» лунного материка, получил имя Тихо – в честь Тихо Браге. Ибо Риччоли считал, что именно взглядам Тихо суждено примирить учение Коперника с догмами церкви.

Люди науки уважают традиции предшественников. До наших дней сохранились в астрономии мифологические названия созвездий. Сохранили современные исследователи Луны и устаревшие термины «моря», «мысы», «заливы», «материки».

Лунные «моря» совершенно сухи и представляют собой обширные залитые некогда лавой низины. Свидетельством тому служат поднимающиеся местами среди морей гребни кольцевых валов – следы кратеров, погребенных под лавовыми потоками.

Сохранность древних форм рельефа на Луне связана с ее замечательной особенностью. На Земле, как говорят, капля точит камень. На Луне же, где нет сегодня ни заметной тектонической активности недр, нет ни воды, ни ветра, ни живых организмов, разрушение и переработка поверхностного слоя сведены к минимуму. Они происходят, главным образом, только в результате бомбардировки поверхности микрометеоритами и облучения ее солнечным ветром – идущими от Солнца потоками элементарных частиц высоких энергий.

… Ни сумрака, ни воздуха, ни вод.

Лишь острый блеск гранитов, сланцев, шпатов.

Ни шлейфы зорь, ни веера закатов

Не озаряют черный небосвод, —

так писал о Луне в 1913 г. русский поэт Максимилиан Волошин. С присущей ему остротой восприятия научных идей Волошин нарисовал картину поверхности Луны, сформированной гигантскими космическими катаклизмами, хранящей следы «борьбы и исступлений, застывших мук, безумных дерзновений, двойные знаки пламени и льда». Словно предвидя, какую огромную роль для науки предстоит сыграть исследованиям Луны, Волошин создал на редкость яркий, запоминающийся образ безжизненного, несущего на себе отпечаток отдаленнейших этапов жизни нашей планетной системы лунного мира:

… И страшный шрам на кряже Лунных Альп

Оставила небесная секира.

Ты, как Земля, с которой сорван скальп —

Лик Ужаса в бесстрастности эфира!..

Нам представляется, что поэту в начале века удалось заглянуть в самое существо проблемы. Луна, подобная Земле, с которой «сорван скальп», отличающаяся от Земли отсутствием толстого чехла переработанных в сравнительно недавние геологические эпохи пород, действительно может стать ключом к изучению эволюции не только Луны и Земли, но и всей Солнечной системы в целом.

Однако как бы хороши ни были телескопы и астрофизические приборы, изучение Луны на расстоянии не давало ответов на очень многие вопросы. Десятки лет, от одного поколения ученых к другому, страницы научных журналов служили ареной острой полемики сторонников различных направлений. Суть всех споров сводилась в конечном счете к тому, какие силы – внешние или внутренние – имеют решающее значение для развития небесного тела. Обязаны ли кольцевые лунные кратеры и моря своим происхождением ударам гигантских метеоритов или это следы некогда очень активной вулканической деятельности?

Затянувшийся научный спор издавна стал достоянием писателей-фантастов. Герберт Уэллс не сомневался, что поверхность нашего спутника скалиста. Лунный пейзаж представляется героям его романа «Первые люди на Луне» диким и мрачным. Пришельцев окружают «обрывистые стены», «хаотические нагромождения пиков и гребней, перерезанных ущельями», «бесчисленные круглые вершины» и «призрачные холмы».

Воображение нашего современника Артура Кларка, автора романа «Лунная пыль», нарисовало картину пылевого покрова. «…Море Жажды заполнено не водой, а пылью. Вот почему оно кажется людям таким необычным, так привлекает и завораживает. Мелкая, как тальк, суше, чем прокаленные пески Сахары, лунная пыль ведет себя в здешнем вакууме словно самая текучая жидкость. Урони тяжелый предмет, он тотчас исчезнет – ни следа, ни всплеска…».

Вообще персонажи фантастических книг обживали Луну с очень давних пор. Ее посещали герои Лукиана из Самосаты (II в. н. э.), английского романиста XVI века Ф. Годвина, француза Сирано де Бержерака, американца Эдгара По. О полетах на Луну писали Жюль Верн, Герберт Уэллс, Александр Беляев, Айзек Азимов, Станислав Лем. На деле первые космические трассы к этому небесному телу были проложены советской наукой и техникой в 1959 г.

В октябре 1959 г. «Луна-3», совершив облет Луны, впервые сфотографировала обратную, никогда не видимую с Земли сторону Луны. Это были первые телефотографии, переданные из космического пространства.

По предложению советских астрономов Международный астрономический союз поместил на первую карту обратной стороны Луны 18 названий вновь открытых образований. Появились на Луне Море Москвы, кратеры Герц, Курчатов, Ломоносов, Максвелл, Менделеев, Пастер, Попов, Склодовская-Кюри, Циолковский и другие.

Фотографирование обратной стороны Луны было завершено в 1965 г. другой советской автоматической станцией – «Зонд-3».

Фотография, принадлежащая истории человечества. Это первое полученное на Земле изображение обратной стороны Луны (СССР, 1959 год)

Обратная сторона Луны оказалась, конечно, во многом подобной видимой. Там в изобилии обнаружились кратеры, имеющие обычные для Луны формы: кратеры с центральными горками, кратеры, окаймленные венцами лучевых систем, большие и малые кратеры, налагающиеся один на другой. Но подлинной сенсацией явилось то, что в крупных деталях поверхности обратная сторона Луны оказалась заметно отличающейся от видимой: она очень бедна «морскими» территориями.

Материалы фотографирования обратной стороны Луны 1965 г. дали советским ученым возможность вновь, так же как и после полета «Луны-3», внести в Международный астрономический союз предложения относительно наименований деталей лунного рельефа, выявленных на невидимом полушарии. XIV Генеральная ассамблея Международного астрономического союза, состоявшаяся в августе 1970 г. в Великобритании, утвердила список вновь принятых названий более чем 500 объектов. Среди деятелей мировой науки и техники в новых названиях увековечены имена ал-Бируни, С. В. Ковалевской, Н. Е. Жуковского, П. Л. Чебышева, Э. Галуа, Н. Винера, Р. Коха, Г. Менделя, Н. И. Кибальчича, С. П. Королева, Ю. А. Гагарина.

Новые названия станут достойным памятником тем, кто посвятил свою жизнь прогрессу человечества.

Космические полеты к Луне обусловили бурное развитие исследований в области геологии, геохимии и геофизики этого небесного тела. Стоит ли недоумевать по поводу столь непривычных словосочетаний: геология Луны, геохимия Луны? Конечно, упомянутые научные дисциплины родились на Земле, сохраняя в названиях непременный корень «гео». Однако имеет ли смысл в эпоху всестороннего изучения тел Солнечной системы приспосабливать терминологию к каждой планете в отдельности и говорить о селенологии, ареологии, гермесологии, афродитологии и т. д.? Предпочтительнее расширить старые земные понятия и не удивляться кажущемуся противоречию в таких терминах как геология Луны. Изучение Луны стимулировало развитие сравнительной планетологии – обобщающей отрасли научных знаний, занимающейся проблемами происхождения и эволюции всей семьи планет. Луна стала одним из небесных тел, изучение которого помогает ученым лучше понять особенности строения планеты Земли, на которой мы живем.

Первый советский вымпел на Луне

Особенно большое значение для понимания природы Луны имела доставка на Землю образцов лунного грунта. Изучение лунного грунта дало возможность установить точный химический состав лунных пород и их возраст. Выяснилось, что возраст Луны совпадает с возрастом Земли, – около 4,5 млрд лет.

Сегодня мы знаем, что история развития Луны – подобно истории развития Земли – богата событиями. Так же, как у Земли, недра Луны расслоены на оболочки: в ней выделяются различные по свойствам ядро, мантия и кора. На глубинах в несколько сот километров в мантии Луны залегают очаги лунотрясений, частота которых регулярно изменяется в зависимости от положения Луны на орбите по отношению к Земле.

Постоянная бомбардировка Луны крошечными метеоритами является причиной того, что вся ее поверхность на несколько метров глубины словно ватным одеялом укрыта слоем мелкого раздробленного вещества, которое в последующем спекается и образует как бы слежавшуюся губчатую массу. Этот тонкий слой лунной поверхности называют реголитом.

Реголит служит прекрасным термоизоляционным материалом. Вообще колебания температуры на поверхности Луны очень велики. На экваторе они составляют от +130 °C в лунный полдень до — 170 °C ночью. Очень резкие перепады температуры происходят в процессе лунных затмений: за два часа температура той точки поверхности, где Солнце находится над головой, падает на 240 °C, а потом столь же стремительно возрастает. Однако благодаря слою реголита указанные перепады температур распространяются до глубины всего в несколько десятков сантиметров. Ниже температура лунных пород остается постоянной. Так же, как на Земле, вследствие притока тепла из недр температура в теле Луны медленно возрастает с глубиной.

Лунная поверхность в районе Моря Дождей. Фрагмент одной из многочисленных телепанорам лунной поверхности, переданных в 1970-1971 гг. с борта «Лунохода-1»

Средняя плотность Луны составляет 3,35 г/см³, или же всего 60 % от средней плотности Земли; она примерно соответствует плотности верхней оболочки Земли – ее коры.

Среди важных физических характеристик Луны следует отметить, что ее масса всего в 81 раз меньше массы Земли. Это ставит Луну на совершенно особое место среди спутников всех других планет, которые меньше своих «хозяев», по крайней мере, в тысячи раз[21]. Добавим, что Луна находится вне сферы, где сила тяготения центрального тела – Земли – превосходит силу тяготения Солнца. Вследствие этих особенностей некоторые ученые склонны рассматривать систему Земля – Луна как уникальную «двойную планету».