Путешествие на Луну с научной точки зрения

Много загадок таит Луна. Это целый мир, в который на протяжении многих веков человек только мечтал попасть. И наконец, мечта сбылась – в 1969 году в ходе космической программы Аполлон-11 американские астронавты Нил Армстронг, Майкл Коллинз и Эдвин Олдрин первыми ступили на наш извечный спутник. А теперь представьте себе, что вам также посчастливилось участвовать в этой исторической экспедиции. Позади четверо суток полета в условиях полной тишины и невесомости…

Лунный шар под ногами человека

За стеклом иллюминатора — Луна, близкая, громадная. Она занимает почти полнеба, ее поверхность как бы поворачивается навстречу движению ракеты. Скорость сближения около трех километров в секунду. Включается двигатель, который теперь выполняет роль тормоза. Поверхность Луны кажется отвесной стеной, вдоль которой вы падаете. Создается впечатление, что горы на этой стене расположены горизонтально. Вот-вот оторвутся сейчас они и будут падать вместе с нами! Эта иллюзия связана с тем, что во время работы ракетного двигателя исчезает чувство невесомости в кабине и появляется ощущение силы тяжести.

Кажется, что поверхность Луны движется все медленнее, наклоняется, переходя из вертикального положения в горизонтальное, на мгновение останавливается и вдруг летит навстречу. Кабина сотрясается от удара, и наступает покой. Косой солнечный луч, падающий через иллюминатор на мягкую обивку кабины, неподвижен. Ракета благополучно прилунилась.

Прежде чем выйти из кабины, придется надеть скафандр, который надежно защитит космонавта от воздействия необычных условий. Нужно брать с собой в баллоне кислород для дыхания, автоматические устройства для того, чтобы поддерживать в скафандре привычное земное атмосферное давление. Кроме того, человеку предстоит нести на себе систему обогрева и охлаждения, электрические батареи, радиостанцию, аварийные запасы воды и продовольствия. На Земле это снаряжение показалось бы очень тяжелым, но на поверхности Луны сила тяжести в шесть раз меньше, потому что Луна по размерам и плотности уступает земному шару.

Пройдя через шлюз (чтобы не выпустить воздух из кабины), открываете люк, и перед вами до самого горизонта, до которого здесь рукой подать, раскинулась каменная пустыня. Ярко светит Солнце, но небо совершенно черное, и на нем видны знакомые созвездия. Неподалеку от Солнца блестит узкий серп, напоминающий Луну, как она видна с Земли, только больше по размерам и значительно ярче. Это Земля. Достаточно заслонить Солнце рукой, чтобы увидеть серебристо-жемчужные лучи солнечной короны. С Земли ее видно только в редкие минуты полных солнечных затмений.

Здесь все так необычно…

Вы спускаетесь по трапу и впервые ступаете на лунную поверхность. Твердая, темно-бурая, вся изрытая, она напоминает пористый шлак. Какое это удовольствие — свободно шагать после нескольких дней пребывания в тесной кабине! Но вот перед вами черная пропасть странной формы. Да это же тень от ракетного корабля!

Такие необычные картины можно видеть на Луне потому, что там нет атмосферы. Слой воздуха, который окутывает земной шар, утром и вечером дарит нам великолепные краски зари, а ночью создает эффект мерцания звезд. На Луне этого нет. Там не бывает погоды, подобной той, которая наблюдается на Земле. Здесь нелегко ответить на вопрос, тепло или холодно. На Земле это зависит от температуры воздуха, которая определяется скоростью движения составляющих его частиц — «молекул». А в безвоздушном пространстве «молекул» нет, и соседние предметы могут иметь различную температуру, в зависимости от их окраски и от условий освещения.

Впрочем, до последнего времени не исключалась возможность, что разреженный газ на Луне все же существует. Исследования радиоастрономов окончательно опровергли эту точку зрения. Дело в том, что в своем движении вокруг Земли наш естественный спутник иногда заслоняет собой далекие космические источники радиоизлучения. Если бы возле Луны была хотя бы сильно разреженная атмосфера, она заметно отклоняла бы радиоволны от их прямолинейного пути. Но отклонения не наблюдается, так как плотность газов у поверхности Луны составляет не более одной тысячемиллиардной доли плотности воздуха у Земли. Практически это равносильно полному отсутствию атмосферы.

Почему же на Луне нет воздуха! Луна сравнительно слабо притягивает к себе предметы, находящиеся на ее поверхности. Чтобы преодолеть притяжение Луны и улететь от нее навсегда, достаточно превысить скорость две тысячи четыреста метров в секунду, в то время как на Земле для этого нужна скорость, почти в пять раз большая. Средняя скорость движения молекул газа на Луне превышает критическую. Это означает, что лунное притяжение не смогло бы удержать атмосферу, и она должна была рассеяться в межпланетном пространстве.

Поскольку на Луне нет атмосферы, там не может существовать и вода. В безвоздушном пространстве вода без всякого подогревания закипает и обращается в пар. Поэтому если бы на Луне были моря, они скоро испарились бы, образовав атмосферу из водяного пара, и улетучились бы в мировое пространство.

Поверхность естественного спутника Земли так же безводна, как наши самые сухие пустыни. Но на Земле можно вырыть колодец и найти подпочвенную воду. Есть ли подпочвенная вода на Луне! Никто этого достоверно не знает. Известно только, что если бы она там была, то могла бы в виде льда сохраняться сколько угодно времени на глубине нескольких десятков метров. Правда, есть на Луне такие места, где лед может сохраниться и на поверхности. Условия для этого имеются внутри кольцевых гор, расположенных в полярных областях Луны (их поперечник всего лишь около 80 км), где бывают полярная ночь и полярный день. На полюсах Солнце поднимается над горизонтом не более чем на 1 градус 32 минуты, поэтому дно кратеров вечно остается в тени, и на почве там должна быть температура минус 150 градусов и ниже. При такой температуре лед может лежать, практически не испаряясь даже в условиях безвоздушного пространства.

День на Луне длится 354 часа. За это время голая, ничем не защищенная поверхность Луны накаляется на Солнце до 130°. Ночью, а она так же длинна, как и день, поверхность остывает до 150° ниже нуля.

Температуру Луны ученые узнали, измерив ее тепловое излучение. Всякий предмет испускает невидимые глазом тепловые лучи и радиоволны. Это излучение тем интенсивнее, чем сильнее нагрет предмет. Тепло от горячего предмета можно ощутить рукой на расстоянии. Чтобы почувствовать и измерить тепловое излучение предметов, имеющих низкую температуру, нужны очень чувствительные приборы.

Люди на расстоянии измерили температуру не только поверхности Луны, но и температуру вещества, лежащего под ее поверхностью. Ведь камень прозрачен для радиоволн примерно так же, как стекло для обычного света. С помощью радиотелескопов удалось измерить тепловое радиоизлучение слоя, лежащего на глубине 40 сантиметров. Оказалось, что температура здесь колеблется меньше, чем на поверхности. Днем около 30° тепла, а ночью около 75° холода!

Как показали исследования во время полных лунных затмений, когда наш естественный спутник на несколько часов погружается в земную тень, температура лунной поверхности очень быстро падает, а на глубине не изменяется. Это можно объяснить резкими изменениями температуры самого наружного слоя ничтожной толщины. Подсчитано, что лунная почва имеет такую теплопроводность, как мелко раздробленная пыль. В безвоздушном пространстве она примерно в тысячу раз хуже проводит тепло, чем гранит или песок. Сопоставление этого результата с результатом радионаблюдений Луны показывает, что слой пыли на поверхности Луны должен иметь очень небольшую толщину — всего несколько миллиметров.

Откуда же взялась эта пыль! Каждый из нас наблюдал явление, которое в народе называют падающими звездами. На самом деле это не звезды. Мелкие камешки — «метеорные частички» залетают на Землю из космического пространства. Двигаясь с огромной скоростью, они врезаются в земную атмосферу, которая тормозит их движения. Под действием трения о воздух космические пришельцы нагреваются до температуры в несколько тысяч градусов и еще в верхних, разреженных слоях атмосферы, на высоте около 80 километров, раскаляются и сгорают, не долетев до поверхности Земли.

Специалисты говорят — прилетел «метеор», а если остатки метеорного тела достигают поверхности Земли, то говорят — упал «метеорит». Луна лишена атмосферы. Метеорные частички ударяются о поверхность Луны с огромной скоростью. При ударе развивается настолько высокая температура, что некоторое количество вещества мгновенно обращается в раскаленный пар, который расширяется. Иными словами, происходит взрыв. Удары метеоритов постоянно дробят лунную поверхность. Полное отсутствие ветров и дождей на протяжении миллиардов лет способствовало тому, что сейчас вся поверхность Луны покрыта слоем вещества, раздробленного в мелкую пыль. Необходимо отметить, что «пыль» там вовсе не рыхлая, а твердая. Напрашивается вопрос, почему. Потому, что частички минерала, раздробленного в условиях безвоздушного пространства, а затем соприкоснувшиеся друг с другом, самопроизвольно цементируются за счет межмолекулярных сил. Пылинки накрепко слипаются друг с другом, а между ними остается множество пустых промежутков. Образуется легкое, но прочное вещество очень низкой теплопроводности.

На Луну, как и на Землю, летят не только мелкие, но и крупные метеориты. Воронки от взрывов при их ударе о поверхность Луны могут быть громадных размеров. Многие ученые считают, что кольцевые горы на Луне представляют собой следы падения гигантских метеоритов. Рытвины на Луне могут сохраняться на протяжении миллиардов лет, тогда как на Земле за такой срок от них не осталось бы и следа. В этом, как известно, виноваты вода и ветер. Поэтому на Земле очень мало кратеров метеоритного происхождения, но все же они есть. Например, в Канаде, в Австралии, в Претории (Южная Африка), в пустыне Аризона (США), на острове Саарема (Эстония).

Существует и другая точка зрения на происхождение лунных кратеров. Предполагается, что они возникли под влиянием вулканических сил. Сейчас трудно решить, которая из двух теорий — метеоритная или вулканическая — является правильной. Возможно, обе. К сожалению, на Луне не образовалось ни одного нового кратера, заметного в телескоп со времени его изобретения.

Путешествия продолжается

Но продолжим нашу прогулку по Луне. Вот наступает ночь. Солнце очень медленно заходит. На протяжении целого часа постепенно скрывается за горизонтом его ослепительно белый шар. Гаснет последний луч. В первый момент под ногами ничего не видно. Зато над головой великолепная, незабываемая картина. В черном небе, которое сплошь усыпано громадным количеством звезд, сияет Земля. Сейчас она выглядит полукругом.

Выпуклый край — это действительные очертания земного шара, а размытый прямой срез, где бело-голубоватый цвет переходит через розовые и багровые тона в черноту неба, — это граница между освещенным и ночным полушариями Земли. Глаза быстро привыкают к лунной ночи, и через несколько минут свет от Земли кажется настолько ярким, что при нем можно читать книгу.

Временами на почве то тут, то там появляются ослепительные вспышки. Это удары метеоритов. И ничто не нарушает величественную тишину. Ведь звук — это колебания воздуха, которого на Луне, как уже говорилось, нет. Проходят часы, а Земля как будто застыла в одном положении. Это кажется нам потому, что Луна в своем обращении вокруг Земли повернута к ней всегда одним и тем же полушарием. Так было не всегда. В давно минувшие времена Луна быстро вращалась вокруг собственной оси — об этом говорит ее форма, немного сплюснутая у полюсов.

Мощное притяжение Земли действовало не на всю массу Луны одинаково. Части лунного шара, расположенные ближе к Земле, притягивались сильнее, чем более удаленные. Вследствие этого Луна оказывалась немного растянутой по направлению к Земле. Но, поворачиваясь к Земле различными сторонами, она изменяла свою форму. Так тормозилось ее осевое вращение до тех пор, пока Луна оказалась повернутой к Земле всегда одним и тем же полушарием.

На той стороне Луны, которая видна с нашей планеты, земной шар никогда не заходит. Он занимает в небе неизменное положение и лишь немного «блуждает», отходя от среднего положения не более чем на 8 градусов. Земля изменяет свой вид, превращается то в узкий серп, то в полный диск, в зависимости от направления солнечных лучей. Когда на Земле полнолуние, то к Луне обращено ночное полушарие Земли. Когда у нас новолуние, то на Луне, если так можно выразиться, «полноземлие».

Автор: О. Рево.