Образование Луны.
К нам поступили добрые вести с полей: японскими исследователями открыты непрерывные излучения ионов углерода с поверхности Луны. Тем самым прозвучал похоронный марш Шопена (третья часть сонаты №2 си-бемоль минор) популярной гипотезе о столкновении некой Теи с Землей 4,5 миллиардов лет назад.
Дело в том, что углерод при горячей Луне (3,5 тысячи градусов Кельвина) улетучился бы. Излучение углерода, обнаруженное приборами японского спутника JAXA SELENE, дает ясное свидетельство отсутствия в истории Луны горячих происшествий глобального масштаба. Луна образовалась в нормальном режиме постепенной аккреции и попала на околоземную орбиту в результате гравитационного захвата, о чем я писал в своих предыдущих статьях в своей ленте "На берегу реки": "Земля. Образование планеты и ее суточного вращения" и "Гравитационная дифференциация - основа энергетики недр".
Свои суждения формулирую на основе теории планетогенеза советского геофизика академика РАЕН Сорохтина Олега Георгиевича. Его совершенно не интересовали гранты от NASA или там возможности или невозможности публикаций в "Science", поэтому Олег Георгиевич позволял себе вольности в создании своих теорий происхождения Земли и Луны. Хотя, возможно, и интересовали, но не настолько, чтобы быть от них зависимым. В "Science" публиковаться престижно для всех ученых.
Протолуна 4,5 миллиарда лет назад осталась последней и самой крупной планетезималью на земной орбите. Остальные уже были поглощены древней Землей. Протолуна была как бы главной соперницей Земли в собирании аккреционного вещества с орбиты. Но у Земли были по какой-то причине изначальные преимущества, которые стали основой для ее гравитационного доминирования.
Протолуна, сближаясь с Землей, или догоняла ее по орбите или, наоборот, притормаживалась. В обоих случаях она отклонялась от прямого столкновения с ней: при догоне во внешнюю сторону от Солнца, а при торможении - во внутрь. Ну вы понимаете о чем я: при ускорении вращающегося тела центробежная сила увеличивается, а при замедлении уменьшается. Проходя мимо Земли, планетезималь под влиянием гравитации отклоняется в ее сторону и становится спутником.
Орбита протолуны сначала была эллиптической с большим эксцентриситетом. Как показывает моделирование, при захвате протолуны должно было происходить ускорение вращения Земли вокруг своей оси в нужном направлении, то есть по ходу ее движения по орбите вокруг Солнца. Протолуна передала Земле энергию вращения, а сама, притормаживая, стала сближаться с ней своей орбитой вращения вокруг оной. И когда эта орбита вошла в полость Роша Земли, под действием приливной гравитации протолуна распалась на куски.
По мнению Сорохтина протолуна в 4-5 раз могла превосходить по массе нынешнюю Луну. Часть фрагментов отлетела за пределы Роша и образовала Луну, а остальное вещество стало вращаться в полости Роша в виде кольца камней (типа кольца Сатурна), которые в эпоху катархея (4,5-4,0 миллиарда лет назад), точнее в ее начале, упали на Землю в виде "тяжелой метеоритной бомбардировки".
Ну а Луна собралась из второго внешнего кольца камней за пределами Роша. Теперь мы видим кратеры на ее поверхности, которые любители красивых историй объясняют некой тяжелой бомбардировкой астероидами, прилетевшими издалека. А это всего лишь следы обычной аккреции обломков протолуны.
Луна имеет плотность вещества, которая в полтора раза меньше земельной. Чем это объяснить? При формировании Земли падение метеоритов происходило с большей интенсивностью, нежели при формировании Луны. Ну сами понимаете - ускорение свободного падения прямо пропорционально массе планеты или спутника. При падении на Землю крупного метеорита происходит даже частичное оплавление вещества, при котором легкие его компоненты становятся летучими и испаряются в атмосферу, а оттуда часть из них выветривается под давлением солнечного ветра в космос. Вещество Земли таким образом становилось более плотным по удельному весу. Аккреция на легкую Луну не имела таких последствий, что и предопределило разницу в плотности вещества этих объектов.
В начале своей истории спутника Земли лунная орбита располагалась в 7 тысячах километров от земной поверхности (расчеты О.Г.Сорохтина). В настоящее время - 384,5 тысячи км. В чем же дело, почему она отдалилась и продолжает отдаляться со скоростью 3,8 см в год?
Как было указано выше, протолуна сначала подтолкнула вращение Земли вокруг своей оси, передав посредством приливной гравитации свою энергию движения. После образования Луны пошел обратный процесс. Луна взаимодействует с Землей приливной гравитацией с позиции слабого партнера, воздействуя на ее поверхность, вызывая приливные волны сначала на твердом грунте, затем на океане. Третий закон Ньютона - действие равно противодействию. Более инертная Земля своим противодействием подталкивала Луну не к волновым процессам на ее поверхности, а к ускорению ее орбитального вращения. Луна слишком мала, чтобы реагировать иначе на это взаимодействие. А ускорение вращения - это центробежное ускорение, приводящее к удалению спутника от планеты.
Луна оказалась очень полезным для Земли партнером. В своей статье "Гравитационная дифференциация - основа энергетики недр" я уже отмечал решающую роль приливной гравитации для разогрева Земли в катархейском периоде (4,5-4,0 миллиард лет назад). Это как бы роль запала. Без лунных гравитационных приливов не запустились бы процессы дифференциации, поскольку энергии ядерного распада калия-40 и прочих радиоактивных веществ не хватило бы для первичного расплавления вещества Земли. Видимо, без Луны Земля до сих пор была бы недифференцированной и холодной. И безжизненной.
И в перспективе Луна будет нас выручать. Нефть и газ закончатся. Ну угля еще будет хватать надолго (порядка миллиона лет), но это неэкономичный вид топлива. Гораздо интереснее заниматься термоядерной энергетикой: сталкивать ядра гелия-3 с ядрами дейтерия (изотоп водорода с ядром из протона и нейтрона) в режиме управляемого процесса. На поверхности Луны солнечным ветром нанесено столько гелия-3, что его хватит на 15 тысяч лет всему человечеству, чтобы топить им термоядерные электростанции. Об этом ниже.
Космические программы освоения Луны.
Первыми космическую программу по освоению Луны начали советские аппараты АМС Луна-2 и Луна-3.
АМС Луна-2 (запуск 12.09.1959) жестко прилунилась на поверхность спутника со скоростью 3,3 км/сек., поскольку не имела тормозного двигателя.
При столкновении с грунтом Луны сработали устройства выброса, и на Луну высыпались 72 пятиугольных вымпела из нержавеющей стали с символикой СССР (герб и надпись СССР). Кто хочет, может их отыскать. Главными научными достижениями в этой акции были первые в мировой истории превышение второй космической скорости и измерение солнечного ветра.
АМС "Луна-3"(запуск 4.10.1959) не прилунялась, а кружилась по окололунной орбите 207 дней, сделав 14 витков вокруг спутника. Главным результатом этой операции было фотографирование обратной стороны Луны.
А первую мягкую посадку с тормозным двигателем на Луну 3 февраля 1966 года совершил АМС "Луна-9" (старт 04.01.1966).
С аппарата были осуществлены 7 сеансов связи общей продолжительностью 8 часов. Впервые были переданы на Землю панорамные изображения поверхности Луны на месте посадки и замеры радиации на спутнике.
Затем наступила очередь американцев удивлять мир своими достижениями в лунной программе. Они первыми организовали мягкую посадку на поверхность Луны пилотируемых космических аппаратов с обратным стартом. Это была легендарная программа "Аполлон".
Первым человеком, ступившим на поверхность Луны стал американский астронавт Нил Армстронг 20 июля 1969 года.
До декабря 1972 года было совершено шесть высадок астронавтов на Луну. То есть всего 12 американских астронавтов побывали на Луне. Ну что ж прекрасно, что тут скажешь.
Астронавты доставили на Землю 380 кг лунного грунта. Остается только восхищаться этими достижениями и по хорошему завидовать. А героям астронавтам вечная слава!
Что касается дискуссий по поводу были или не были эти полеты, то я в этом не участвую. Это оскорбляет мой интеллект, как говорится.
Наша страна проводила исследования с помощью двух радиоуправляемых самоходных аппаратов Луноход-1 (ноябрь1970 - сентябрь 1971) и Луноход-2 (январь 1973-май 1973). Оба аппарата собрали и передали на Землю большое количество данных о лунном грунте и множество фотоснимков деталей и панорам лунного рельефа.
Нам тоже удалось совершить кое-что замечательное и в технологиях возврата на землю космических аппаратов, побывавших на Луне.
Советские аппараты АМС Луна-16 (старт 12.09.1970), АМС Луна-20 (старт 14.02.1972) и АМС Луна-24 (старт 09.08.1976), совершив мягкие посадки на Луну, сделали заборы грунта, стартовали с помощью стартовых ступеней двигателей и доставили образцы лунных пород на Землю соответственно 101 (морской грунт), 55 (горный грунт) и 170 граммов (морской грунт с глубины 2 метров).
Исследования этих образцов привели к открытию советскими исследователями присутствия воды в лунном веществе. В исследованных образцах грунта содержалось 0,1 процента воды (по весу). Это была прекрасная новость: для будущих строителей лунной индустрии нет надобности перевозить воду с Земли.
Затем исследования лунной поверхности привели к открытию богатых залежей титана, тория и, самое интересное, гелия-3.
После "Луны-24" произошла пауза в космических достижениях по лунной программе. Запускались только окололунные спутники. И только в декабре 2018 года опять началось оживление в контактном исследовании лунной поверхности: китайцы запустили луноход Чанъэ-4 на обратной стороне Луны. Ну это неплохо, конечно. Но слабовато на фоне 60-70 годов, когда феерили советские и американские специалисты космической отрасли.
Проект "Гелий-3"
Выше я уже обозначал фактор гелия-3 в лунном проекте. И что индустрия термоядерной энергетики будет базироваться на реакции взаимодействия гелия-3 с водородом-2 (дейтерием) с выходом гелия-4 и водорода-1. Именно эта пара компонентов считается наиболее привлекательной в термоядерной теме.
В настоящее время отсутствуют данные о создании безупречной конструкции токамака (термоядерного реактора), готовой для промышленного использования. Все идет пока на этапе научно-исследовательских аппаратов. Что нужно для индустриализации процесса - бесперебойность долговременной стабильной работы в экономичном и безопасном режиме. Этого пока нет. США, Россия, Евросоюз, Китай, Япония, Индия - основные игроки на этом поле. Наверное, еще Эмираты подключатся к этому турниру.
Второй важнейший фактор проекта "Гелий-3" - создание рутинной технологии освоения маршрутов Земля-Луна и обратно. Полеты на Луну и обратно - это пока выглядит как нечто героическое и суперзатратное. Россияне почти ежегодно декларируют запуск на Луну АМС (автоматических межпланетных станций), но на стартовой площадке Байконура пока тишина по теме лунной программы. Это нас удивляет? Меня нет.
У американцев тоже шумят с этим вопросом. И токамак у них почти готов якобы. И то и это у них в ажуре, как они говорят про себя. Но старта тоже пока нет. А без фактических материалов верить не имеем права.
Вот у китайцев уже полтора года функционирует на обратной стороне Луны луноход Чанъэ-4. Хотя это и не новейшее достижение в космонавтике, но оно свидетельствует о деловитости китайских специалистов космической отрасли. Ну и экономический потенциал такой, что Китай как бы может, а не только хочет.
Гелий-3 залегает на поверхности Луны в виде льда, нанесенного за 4,5 миллиардов лет солнечным ветром. Но это выглядит не так, что вот приходи и набирай в мешок этот гелий-3. Он смешан с гелием-4 в пропорции 1:3000. Его нужно, получается, выуживать из гелия-4. Но теория и инженерия этого вопроса уже разработана.
Кто освоит добычу гелия-3 на Луне, его доставку на Землю и производство электроэнергии на токамаке или какой-то иной конструкции термоядерного реактора, тот или те и будут главными державами на планете Земля в недалеком уже будущем. Вот об этом нужно думать россиянам прежде всего.
Все на разработку промышленного токамака!!! Ударим личным примером по лунному бездорожью!!! Эти тексты должны быть лозунгами дня в настоящий момент.
Как-то так следует выступать на современных митингах.
Владимир Черевичко