Luna

1. Obshie astronomicheskie svedeniya
2. Dannye nablyudenii s Zemli
3. Issledovaniya Luny pri pomoshi kosmicheskih apparatov
4. Geofizicheskie i geohimicheskie osobennosti Luny
5. Proishozhdenie i evolyuciya Luny

1. Obshie astronomicheskie svedeniya

Luna (astronomich. znak ) - edinstvennyi estestv. sputnik Zemli, obrashaetsya vokrug Zemli po pochti elliptich. orbite so sr. udaleniem 384 400 km i s periodom 27,3217 sr. solnechnyh sutok (siderich. mesyac), chto sootvetstvuet 13,5 ob/god. Sr. skorost' dvizheniya po orbite sostavlyaet 1,02 km/s. Vrashenie L. vokrug ee osi proishodit s tem zhe periodom (27,3217 sut), vsledstvie chego ona obrashena k Zemle vsegda odnoi i toi zhe storonoi. V rezul'tate libracii (pokachivanii) L. nablyudeniyam s Zemli dostupny 59% ee poverhnosti.

Forma L. blizka k sharu s radiusom 1738 km (0,27 ekvatorial'nogo radiusa Zemli), ob'em L. sostavlyaet (1/49 ob'ema Zemli). Razlichiya v dlinah glavnyh osei lunnogo ellipsoida prevoshodyat 1 km (polyarnyi radius raven 1736,04 km, a napravlennyi k Zemle - 1739,23 km). Centr mass L. smeshen otnositel'no geometrich. centra na 3 km po napravleniyu k Zemle i na 1 km vlevo (esli smotret' s Zemli). Prichinoi sdviga yavl. neodnorodnost' struktury lunnyh nedr.

Massa L. kg, chto v 81,3 raza men'she massy Zemli. Sr. plotnost' L. 3,34 g/sm³ (Zemli - 5,52 g/sm³). Uskorenie svobodnogo padeniya na poverhnosti L. ravno 1,623 m/s² (v 6 raz men'she, chem na Zemle). Pervaya kosmich. skorost' dlya L. 1680 m/s, vtoraya kosmich. skorost' (skorost' uskol'zaniya) 2375 m/s (sm. Parabolicheskaya skorost'). Vsledstvie maloi massy L. ne mozhet uderzhivat' svoim prityazheniem gazovuyu atmosferu, i ee poverhnost' podverzhena neposredstv. vozdeistviyu el.-magn. i korpuskulyarnogo izluchenii Solnca, a takzhe udaram meteoritov.

2. Dannye nablyudenii s Zemli

Ris. 1. Fotokarta vidimoi storony Luny: 1 - More Dozhdei, 2 - More Yasnosti, 3 - More Gumbol'dta, 4 - More Krizisov, 5 - More Parov, 6 - Okean Bur', 7 - More Izobiliya, 8 - More Spokoistviya, 9 - More Nektara, 10 - More Oblakov, 11 - More Poznannoe, 12 - More Vlazhnosti, 13 - krater Platon, 14- krater Aristarh, 15 - krater Gerodot, 16 - krater Kopernik, 17- krater Al'fons, 18 - krater Kepler.

Iz-za godichnogo dvizheniya Luny vmeste s Zemlei vokrug Solnca lunnye sutki (29,53 zemnyh sut) nemnogo prevyshayut period vrasheniya Luny vokrug svoei osi. T.o., lunnyi den' i lunnaya noch' dlyatsya ok. 15 sut. V period lunnogo dnya solnechnye luchi nagrevayut poverhnost' L. v centre ee vidimogo diska do +130^oC, noch'yu poverhnost' v etoi tochke ohlazhdaetsya do -170^oS.

Poverhnost' L. v celom dovol'no temnaya - sr. geometrich. al'bedo ravno 0,073. Naibolee harakternye osobennosti poverhnosti L., nablyudaemye s Zemli optich. metodami: temnye, otnositel'no rovnye uchastki poverhnosti ("morya", oni zanimayut ok. 40% vidimoi poverhnosti L.); bolee svetlye goristye uchastki ("materiki") s harakternymi dlya L. kol'cevymi gorami ("cirkami") i kraterami (imeyushimi kol'cevoi val, a nek-rye i gorku v centre); lunnye gornye hrebty (chasto dlinoi v sotni km i vysotoi 3-5 km); protyazhennye treshiny i borozdy (ris. 1). Optich. metodami izucheny s Zemli lunnye obrazovaniya, razmery k-ryh sostavlyayut nesk. km, a v otdel'nyh sluchayah - sotni m.

Opyty po radiolokacii L. dali informaciyu o sv-vah uchastkov lunnoi poverhnosti, imeyushih razmery poryadka dliny volny v eksperimente (napr., pri = 1 m informaciya o ploshadyah ~ 1 m²). Bylo ustanovleno, chto mikrosherohovatosti lunnoi poverhnosti v srednem ne prevyshayut nesk. mm.

Poluchennaya iz nablyudenii v radiodiapazone amplituda sutochnyh kolebanii temp-ry lunnogo grunta men'she izmerennoi v vidimom svete i umen'shaetsya s rostom . Eto oznachaet, chto poverhnostnyi sloi L. obladaet ves'ma nizkoi teploprovodnost'yu. Poetomu na glubine nesk. dm pochti net kolebanii temp-ry, harakternyh dlya poverhnosti L.

Issledovaniya IK-izlucheniya L. pozvolili obnaruzhit' na nei sotni "goryachih" tochek (uchastkov poverhnosti, ostyvanie k-ryh vo vremya lunnyh zatmenii proishodit medlennee po sravneniyu s okruzhayushei ih mestnost'yu). Sushestvovanie "goryachih" tochek na L. svyazyvayut s razlichiyami v teploemkosti i teploprovodnosti lunnyh porod, a takzhe s t.n. lunnoi aktivnost'yu: slabymi gazovymi izverzheniyami iz lunnyh nedr, yavleniyami lyuminescencii i dr. Naibolee aktivnyi raion prihoditsya na oblast' Aristarh-Gerodot, Dolinu Shretera, a takzhe kratery Platon i Al'fons.

3. Issledovaniya Luny pri pomoshi kosmicheskih apparatov

Ris. 2. Fragment poverhnosti obratnoi storony Luny, peredannyi KA "Zond-3". Viden sdvoennyi krater Brat'ev Vavilovyh.

Intensivnoe razvitie kosmich. issledovanii sushestvenno povysilo uroven' nashih znanii o prirode L. S 1959 g. byli uspeshno osushestvleny polety k L. bolee 50 KA i kosmich. korablei (KK). KA serii "Luna" (SSSR), "Reindzher" (SShA), "Zond" (SSSR) provodili fotos'emku L. v razlichnyh masshtabah, prichem KA "Luna-3" (1959 g.) byla vpervye sfotografirovana obratnaya storona L. (ris. 2). Obshirnaya informaciya o mikrorel'efe L. byla poluchena s KA serii "Luna" (SSSR, 1959-76 gg.) i "Serveier" (SShA, 1966-68 gg.). Krome togo, stancii "Serveier" peredali dannye predvarit. analiza him. sostava i fiziko-mehanich. sv-v lunnogo grunta; 5 KA serii "Luna" i 5 stancii serii "Lunar Orbiter" (SShA, 1966-67 gg.) stali pervymi iskusstv. sputnikami L., soobshili cennuyu informaciyu o ee gravitac. i magn. polyah i osushestvili fotografirovanie poverhnosti v krupnyh masshtabah (ris. 3, 4, 5). Fotografirovanie L. s KA pozvolilo nachat' sostavlenie lunnyh kart kak na vsyu poverhnost' L., tak i na otdel'nye regiony.

Ris. 3. Panorama kratera Kopernik, peredannaya stanciei "Lunar Orbiter-2" (SShA, 1966 g.).

Krater Kopernik. Snimok, sdelannyi vo vremya poleta "Apollon-17" (SShA, 1972 g.).

Posredstvom KK serii "Apollon" (SShA) s 1969 g. byl osushestvlen ryad pilotiruemyh poletov k L., vklyuchavshih vysadku cheloveka na lunnuyu poverhnost'. V rezul'tate etih poletov, a takzhe poletov sovetskih avtomatich. stancii "Luna-16, -20 i -24" 1970-1976 gg.) byli dostavleny na Zemlyu obrazcy lunnogo grunta. Samohodnoe apparaty "Lunohod-1 i -2" (1970-73 gg.) obsledovali lunnuyu poverhnost' na ploshadi sv. 100 km². Rezul'taty vseh etih issledovanii kratko svodyatsya k sleduyushemu.

Atmosfera L.
chrezvychaino razrezhenna. Soderzhanie gazov u poverhnosti v nochnoe vremya ne prevyshaet chastic/sm³ i uvelichivaetsya dnem na dva poryadka za schet degazacii grunta. Takaya koncentraciya gazov ravnocenna glubokomu vakuumu.

Ris. 4. Krater Tiho (vid sverhu). Diametr kratera 85 km.

Na poverhnosti L.
vydelyayut dva osn. tipa geologich. i geomorfologich. obrazovanii - materiki i morya. Materiki - eto svetlye oblasti s nerovnym rel'efom, vozvyshayushiesya na 1-2 km nad prilegayushimi ravninami lunnyh morei i zanimayushie ok. 85% vsei poverhnosti L. Poverhnost' materikov pokryta mnozhestvom kraterov, diametry k-ryh imeyut razmery ot desyatkov i dazhe soten km do desyatkov i soten m i sm, t.e. shkala diametrov prakticheski ne imeet razryvov. Naibolee horosho sohranivshiesya kratery harakterizuyutsya nalichiem vseh priznakov udarno-vzryvnogo proishozhdeniya. Oni obrazovalis' v rezul'tate meteoritnoi bombardirovki. Lunnye morya predstavlyayut soboi ravniny, zapolnennye zastyvshei bazal'tovoi lavoi. Oni v osnovnom koncentriruyutsya na obrashennom k Zemle polusharii. Na obratnoi storone L. est' lish' dva "morskih" uchastka - More Vostochnoe i More Moskvy (3% ploshadi nevidimogo polushariya). Morya raspolozheny v depressiyah (progibah) materikovoi kory, proishozhdenie k-ryh ne sovsem eshe ponyato, obrazovanie nek-ryh morei svyazyvayut s padeniem na L. krupnyh tel tipa asteroidov. Poverhnost' lunnyh morei takzhe pokryta meteoritnymi kraterami, no chislo ih i razmery sushestvenno men'she.

Ris. 5. Krater Platon (diametr 100 km).

Teleskopich. izuchenie L. davno vyyavilo kratery s luchevoi strukturoi. Dolgoe vremya predpolagalos', chto svetlye luchi, rashodyashiesya ot mnogih kraterov, - eto obrazovaniya nasypnogo haraktera. Na krupnomasshtabnyh snimkah svetlye polosy raspalis' na melkie kratery, v osnovnom tipa kraterov-lunok. Veroyatnee vsego, eto - vtorichnye kratery, obrazovannye oskolkami, razletevshimisya pri obrazovanii krupnyh pervichnyh kraterov.

Informaciya, poluchennaya o poverhnostnom sloe L., razrushila ukorenivsheesya predstavlenie o moshnom pylevom pokrove na L. Eto sposobstvovalo uspeshnoi vysadke cheloveka na lunnuyu poverhnost'. Okazalos', chto poverhnostnyi sloi predstavlyaet soboi melkooblomochnyi material - regolit (ris. 6), yavlyayushiisya smes'yu melkih oblomkov gornyh porod i porodoobrazuyushih mineralov, a takzhe agglyutinatov (osteklovannyh agregatov chastic), voznikayushih pri krateroobrazuyushih processah, steklyannyh chastic i gruntovyh brekchii (scementirovannyh uglovatyh oblomkov porod). Sr. poristost' regolita v sloe tolshinoi 15 sm - ok. 50%. Dolya meteoritnogo veshestva v regolite ne prevyshaet 1%. Droblenie lunnyh porod proishodit v osnovnom za schet rezkih perepadov temp-ry (smeny dnya i nochi) i mikrometeoritnoi bombardirovki (atmosfernyh faktorov, privodyashih k erozii zemnyh porod, na L. net). Tolshina regolitovogo sloya v raionah morei kolebletsya ot 4 do 8 m, v materikovyh raionah sostavlyaet 4-12 m. Sr. diametr zeren regolita - menee 1 mm, no on soderzhit i znachit. kolichestvo oblomkov bolee krupnogo razmera. Samyi verhnii sloi imeet plotnost' 1,1-1,2 g/sm³ i vyderzhivaet nagruzku do 1 kgs/sm² (~ 10⁵ Pa), no uzhe na glubine nesk. dm plotnost' i prochnost' grunta znachitel'no vozrastayut. Regolit obladaet ochen' nizkoi teploprovodnost'yu, primerno v 10 raz men'shei, chem teploprovodnost' vozduha. Poetomu sloi regolita igraet dlya L. rol' termostata. Uzhe na glubine ~ 1 m prakticheski neoshutimy temperaturnye kolebaniya, dostigayushie na poverhnosti 300^oS.

Ris. 6. Chasticy regolita, dostavlennogo na Zemlyu vozvrashaemym apparatom stancii "Luna-16" (1970 g.). Razmer chastic 0,25-0,5 mm.

Vnutrennee stroenie L.
izucheno po zapisyam otdalennyh melkofokusnyh lunotryasenii i udarov meteoritov, zafiksirovannyh dostavlennymi na L. seismometrami. Glavnaya osobennost' vnutr. stroeniya L.- ee razdelenie na moshnuyu, zhestkuyu, holodnuyu litosferu, v kotoroi horosho rasprostranyayutsya prodol'nye i poperechnye seismicheskie volny (vysoka seismicheskaya dobrotnost'), i vnutr. oblast', nahodyashuyusya, sudya po neprohozhdeniyu cherez nee poperechnyh voln, v sostoyanii chastichnogo rasplava. Hotya sloistost' L. vyrazhena slabee zemnoi, nedra L., kak i Zemli, imeyut zonal'no-obolochechnoe stroenie (ris. 7).

Ris. 7. Model' vnutrennego stroeniya Luny: 1 - sloi regolita, 2 - kora, 3 - verhnyaya mantiya, 4 - srednyaya mantiya, 5 - nizhnyaya mantiya, 6,7 - astenosfera i yadro, 8 - zona tektonicheskih (melkofokusnyh) lunotryasenii (glubiny ot 25 do 300 km), 9 - zona prilivnyh (glubokofokusnyh) lunotryasenii (700-1100 km).

Soglasno sovr. modeli, pod sloem regolita tolshinoi 4-12 m raspolagaetsya materikovaya kora, tolshina k-roi na obrashennoi k Zemle storone sostavlyaet ok. 48 km, a na obratnoi - 77 km. Moshnost' "morskih" bazal'tov, perekryvayushih materikovuyu koru, kolebletsya ot 1 do 20 km. V srednem tolshina lunnoi kory ocenivaetsya v 50-60 km. Pod koroi nahoditsya mantiya. V sootvetstvii s izmeneniyami skorosti prohozhdeniya prodol'nyh uprugih voln vydelyayut verhnyuyu (do glubiny 300-400 km), srednyuyu (do 1000 km) i nizhnyuyu (glubzhe ~ 1100 km) mantii. Zona glubzhe 1000-1100 km napominaet zemnuyu astenosferu. Temp-ra zdes' ok. 1500^oS i davlenie bolee 10⁸ Pa (40 kbar). Krome togo, v etoi zone nizka seismich. dobrotnost' i mala vyazkost'. Yadro L., predpolozhitel'no, nahoditsya na glubinah bolee 1500 km. Ego sushestvovanie podtverzhdaetsya sil'nym spadom na etih glubinah skorosti rasprostraneniya prodol'nyh voln (do 4 km/s) i neprohozhdeniem cherez nego poperechnyh voln. Yadro - libo zheleznoe, libo sernistozheleznoe; predpolagaemyi radius yadra - ot 170 do 360 km.

4. Geofizicheskie i geohimicheskie osobennosti Luny

Seismichnost' L.
proyavlyaetsya v prilivnyh ("zemnyh"), teplovyh ("solnechnyh") i tektonicheskih ("lunnyh") sotryaseniyah. K etomu sleduet dobavit' udary meteoritov, vyzyvayushie sotryaseniya, prakticheski neizvestnye na Zemle, zashishennoi atmosferoi. Kolichestvo prilivnyh lunotryasenii v zavisimosti ot raiona mozhet kolebat'sya ot 600 (Okean Bur') do 3000 (raion kratera Dekart) v god pri summarnoi godovoi energii ~ 10¹²-10¹⁴ erg (srednegodovaya energiya vseh vidov zemletryasenii ~ 10²⁵-10²⁶ erg). Bol'shinstvo lunotryasenii imeet prilivnuyu prirodu. Kak pravilo, eto glubokofokusnye (glubiny 700-1100 km), slabye (maksimum s energiei 10⁷-10⁹ erg) i zakonomerno periodichnye tolchki. Naprotiv, tektonich. lunotryaseniya malochislenny, yavl. melkofokusnymi (glubiny ot 25 do 300 km) i naibolee moshnymi (do 10¹⁸ erg). Vydelyayutsya dve osobennosti lunnoi seismichnosti: pochti polnoe otsutstvie tolchkov na glubinah 300-600 km i lokalizaciya epicentrov tolchkov oboih tipov v predelah uzkih protyazhennyh poyasov planetarnogo masshtaba. Pri etom tektonich. epicentry raspolagayutsya po periferii poyasov seismichnosti i otsutstvuyut v centre vidimogo diska vnutri kruga s radiusom do 1000 km. Odin iz poyasov prohodit po zapadnomu obramleniyu Morya Dozhdei, Morya Poznannogo i Morya Oblakov. Ok. 50% lunotryasenii prihoditsya na ego 700-kilometrovyi uchastok v oblasti sochleneniya Okeana Bur' s Moryami Poznannym i Oblakov. Ustanovleno takzhe, chto vse bez isklyucheniya glubokofokusnye prilivnye lunotryaseniya priurocheny k trem kvadrantam vidimoi storony, gde raspolozheny molodye morskie basseiny. Oni polnost'yu otsutstvuyut v yugo-vostochnom kvadrante - raione gor i staryh morei. Prichinoi teplovyh lunotryasenii yavl. rezkie perepady temp-ry, vyzyvayushie szhatie i rasshirenie porod v samom poverhnostnom sloe. Oni namnogo slabee prilivnyh, no poskol'ku proishodyat po vsei lunnoi poverhnosti, to ih summarnaya energiya okazyvaetsya soizmerimoi s seismich. energiei prilivnyh lunotryasenii. Dlya lunotryasenii harakterno postepennoe narastanie amplitudy seismich. kolebanii i eshe bolee medlennyi ee spad. Voznikshie kolebaniya ne zatuhayut chasami, chto ob'yasnyaetsya vysokoi seismich. dobrotnost'yu lunnyh nedr (malymi poteryami energii na odnom cikle seismich. kolebanii).

Magnetizm L.
Sobstvennoe magn. pole L. kak nebesnogo tela prakticheski nerazlichimo na fone mezhplanetnogo magn. polya, imeyushego napryazhennost' ok. E (5). V to zhe vremya magnitometry, ustanovlennye na lunnoi poverhnosti, pozvolili vyyavit' otdel'nye nebol'shie uchastki L. s polyami do E. Lokal'naya magn. aktivnost' L. ob'yasnyaetsya vkrapleniem v ee telo namagnichennyh ili horosho provodyashih obrazovanii. Vysokaya ostatochnaya namagnichennost' (10^-2-10^-3 Gs u regolita, 10^-5-10^-6 Gs u bazal'tov, 10^-3-10^-4 Gs u brekchii) byla obnaruzhena pri issledovanii obrazcov lunnogo grunta. Ee mozhno ob'yasnit' sushestvovaniem u L. na rannei stadii evolyucii magn. polei vysokoi intensivnosti. Eshe odnim slabym istochnikom sovr. magn. polya L. sluzhat elektrich. toki, tekushie po poverhnosti polosti v t.n. slede L. Zaryazhennye chasticy solnechnogo vetra, popadaya na lunnuyu poverhnost', pogloshayutsya eyu. Pri etom na nochnoi storone L. dolzhna obrazovat'sya polost', svobodnaya ot plazmy solnechnogo vetra, no soderzhashaya magn. pole. Eto pole szhimaetsya pod davleniem plazmy, i ego napryazhennost'