Перед вами, уважаемые читатели, два номера журнала "Знание-сила" за 1958 и 1974 годы. Оба - достаточно старые, по нынешним меркам. Один вышел 66 лет назад, а второй - ровно пятьдесят. В обоих номерах есть статьи о Луне, но первый из представленных номеров вышел из печати накануне начала периода успешного штурма Луны, а второй - фактически "на излете" лунных программ. Автору было любопытно сравнить сведения о Луне, известные "до" и "после" периода так называемой "лунной гонки", что он и сделал, а теперь предоставляет это сравнение на суд читателей.
Журнал "Знание-сила" №12 за 1958 год.
В этом номере журнала была напечатана статья кандидата технических наук Ю. Хлебцевича под названием "Седьмой континент".
Вкратце напомню, что всю вторую половину 1958 года и СССР, и США пытались запустить ракету в сторону Луны. Особенно старались в этом отношении США, пытавшиеся взять реванш за второе место в запуске первого искусственного спутника Земли. Но удача им не способствовала, впрочем, как и СССР.
Поэтому Луна оставалась в 1958 году для землян своеобразной "terra incognita" ("неизвестной землей"). Недаром в статье она называется "седьмым континентом", отсылая читателей к эпохе великих географических открытий.
Что было известно о Луне в 1958 году.
Итак, обратимся к статье. Что люди знали о Луне на момент написания статьи?
- Луна самое близкое к нам небесное тело. Оно движется вокруг нашей планеты со скоростью 1 км/сек по почти круговой орбите со средним радиусом в 384 000 км и делает полный оборот за 27,32 земных суток.
- Первые искусственные спутники Земли движутся по тем же законам, по которым движется наш естественный спутник.
- Луна вращается вокруг собственной оси за тоже время, за которое она делает полный оборот вокруг Земли, поэтому мы и видим только одну её сторону. По своим размерам она в четыре раза меньше нашей планеты, а её масса составляет 1/81 часть массы Земли.
- На Луне нет атмосферы, вряд ли есть вода, о каких-либо формах жизни (хотя бы в виде бактерий) ничего не известно.
- Лунный день и ночь длятся 14,5 земных суток. Поверхность Луны днем нагревается до плюс 120 градусов Цельсия, а ночью остывает до минус 170 градусов Цельсия.
- Совсем недавно (3 ноября 1958 года) советский ученый Н.А. Козырев обнаружил вулканическое извержение на Луне (получил спектрограммы лунного кратера Альфонс, указывающие на выход газов (молекулярного водорода и углерода) из центральной горки кратера).
Три этапа освоения Луны.
Вот с такими знаниями о Луне человечество начало совершать попытки её достигнуть. В статье "Седьмой континент" дан план освоения Луны. Этот план выдвинут в качестве альтернативы другого плана, предусматривающего сначала постройку на околоземной орбите большой орбитальной станции-верфи, где из отдельных блоков будет собираться лунный корабль для первой экспедиции на Луну. Однако сроки реализации этой экспедиции были определены, как конец ХХ века, или даже начало следующего.
Согласно предложенному в статье плану, предполагавшему значительно более близкие сроки реализации, освоение Луны разбито на три этапа (причем на первых двух этапах люди на Луну не летят).
Первый этап -полет с падением на Луну управляемых с Земли космических ракет, снабженных электронно-телескопической аппаратурой. Во время падения на Земле ведется прием и запись телевизионных изображений и результатов всевозможных измерений.
На этом этапе будут раскрыты геологические подробности видимой и невидимой сторон Луны, определены плотность и состав лунной атмосферы, температура а также наличие каких-либо форм органической жизни на Луне.
В заключение выбирается место для посадки радиотелеуправляемых космических ракет на следующем этапе.
Если отбросить задачи, связанные с обнаружением форм органической жизни, то первый этап - это будущая американская программа "Рейнджер", аппараты которой (правда далеко не сразу) осуществляли падение на Луну в 1964-1965 годах, предварительно передав телевизионное изображение выбранного участка поверхности.
Подробнее об этом можно прочитать здесь:
Следует также отметить, что задачу с падением на Луну космической ракеты первым решил Советский Союз в сентябре 1959 года. Правда станция, упавшая на Луну, не имела ни телевизионного оборудования, ни специальных приборов, а только набор вымпелов. Все научные эксперименты проводились только во время полета к Луне. Так что этот полет был скорее пропагандистским, хотя конечно с помощью него и уточнялись некоторые методы небесной баллистики.
Подробнее об этом можно прочитать здесь:
Второй этап - посадка на Луне (на выбранное место) радиотелеуправляемых космических ракет. Этими ракетами доставляется специальная аппаратура и подвижные танкетки-лаборатории с телевизионной и измерительной аппаратурой, управляемой с Земли по радио. С их помощью проводится подробнейшее исследование Луны учеными различных специальностей с Земли.
О технических подробностях этого этапа можно прочитать в более ранней статье того же автора, опубликованной тоже в журнале "Знание-сила":
Второй этап предложенного плана также был в итоге претворен в жизнь. В 1966 году были произведены мягкие посадки автоматических станций "Луна-9" и "Сурвейор-1" на поверхность Луны, переданы первые изображения с её поверхности и начато исследование лунного грунта. Кроме того, были запущены орбитальные лунные аппараты, такие как "Луна" и "Лунар-Орбитер". Подробно об этом можно прочитать здесь:
Следует, правда, оговориться, что "подвижные танкетки-лаборатории" - советские луноходы, появились на поверхности Луны уже после того, как на неё ступила нога человека.
Однако, если бы была реализована советская лунная программа, то последовательность была бы именно такой: сначала посадка луноходов, а потом уже посадка лунного корабля с космонавтом.
Третий этап - создание постоянной научной станции с людьми на Луне. С помощью танкеток-лабораторий на Луне выбирается место разворачивания станции, а их аппаратура используется в качестве радиомаяка.
На выбранное место по схеме второго этапа доставляется оборудование станции, средства обеспечения жизни и работы персонала на Луне и ракетное топливо для возвращения людей на Землю.
Монтаж оборудования производится посредством танкеток-лабораторий, снабженных специальными манипуляторами и управляемыми с Земли по радио.
После такой подготовки на Луну доставляются первые люди (по схеме второго этапа - полет в один конец при полном управлении с Земли).
Во время полета и пребывания на Луне проводится контроль за состоянием астронавтов (!) путем передачи показаний приборов, вмонтированных в защитную одежду.
С астронавтами осуществляется надежная радиотелевизионная связь. В случае возникновения непредвиденных обстоятельств дополнительные грузы доставляются им с Земли.
Для возвращения на Землю астронавты используют топливо, запасенное на Луне, а потом, в полете будут дозаправлены на стационарной орбите ракетами-заправщиками, управляемыми с Земли.
Погасив частично скорость ракеты торможением в атмосфере Земли, они совершат планирующую посадку при полном управлении на всей трассе Луна-Земля по радио.
Что интересно, советский план высадки на Луну подразумевал примерно такую же последовательность действий: сначала на Луну доставлялся луноход, на котором было возможно передвижение космонавта (слово "астронавт" в нашей космонавтике не прижилось), потом резервный лунный корабль и лишь последним этапом - посадка на Луну пилотируемого лунного корабля.
В конце описания трех этапов приводится утверждение, что именно такой план потребует значительно меньших затрат, сохранит человеческие жизни и несомненно сократит сроки осуществления колонизации Луны по сравнению с предыдущими планами.
Обращает на себя внимание идея дозаправки на обратном пути к Земле, более нигде в литературе не освещенная. Хотя дозаправка по пути к Луне рассматривалась при ранних проектах советского облета Луны (первый проект под названием "Союз"), а также в настоящее время в программе "Артемида".
Но жизнь, как известно, распорядилась по иному. Первая высадка на Луну произошла в июле 1969 года, всего через 11 лет после выхода представленной в журнале "Знание-сила" статьи. Американцы пошли на несомненно больший риск в осуществлении программы "Аполлон", но и добились при этом успеха. А у Советского Союза программа высадки на Луну (Н-1 - Л3) не получилась и была просто закрыта в 1974 году, в том самом году, когда вышла вторая статья о Луне, рассматриваемая автором.
Журнал "Знание-сила" №8 за 1974 год.
В этом номере журнала была напечатана статья кандидата физико-математических наук И. Галкина под названием "Говорит Селена".
В отличие от первой, рассматриваемой автором статьи, вторая статья написана в самом конце периода пресловутой "лунной гонки", когда собственно гонка уже закончилась. Лунная программа США закончилась ещё в 1972 году полетом корабля "Аполлон-17", сама программа "Аполлон" доживала последние месяцы в подготовке к совместному полету "Союз-Аполлон". Советская пилотируемая лунная программа (Н-1 - Л3) именно в 1974 году была окончательно закрыта. Интерес к полетам на Луну неуклонно снижался. США с 1972 года не запускали к Луне никаких аппаратов. Советский Союз продолжал исследования Луны с помощью автоматических межпланетных станций (АМС): в 1974 году были запущены АМС "Луна-22" (тяжелый спутник Луны Е-8ЛС №220, проработавший на орбите до ноября 1975 года) и АМС "Луна-23" (аппарат для доставки грунта с Луны Е-8-5М №410, опрокинувшийся на бок при посадке).
После них в СССР к Луне будет запущена только одна станция - АМС "Луна-24" (Е-8-5М №413). Запущенная 9 августа 1976 года взамен опрокинувшейся предшественницы, она успешно доставила на Землю лунный грунт. После этого до запуска следующей автоматической станции к Луне пройдет целых 14 лет, а до запуска следующего отечественного аппарата к Луне (уже из другой страны) ещё больше - 47 лет.
Таким образом активное накопление фактов о Луне в то время заканчивалось, наступало время эти факты обрабатывать и осмысливать. Именно этому и была посвящена рассматриваемая здесь статья в журнале "Знание-сила". Автор статьи Игорь Николаевич Галкин - известный геофизик, сотрудник Института физики Земли Академии наук СССР. Работал в экспедициях в Антарктиде, на Тихом океане, в Арктике. Участник второй Советской Антарктической экспедиции (1956-1958 годы). Занимался сейсмическими исследованиями Земли и Луны.
Однако, обратимся к статье. Она начинается с того, что изучение Луны несет множество положительных моментов: оно может помочь узнать историю Земли - ведь на Земле не встречаются породы старше 3,8 млрд лет, то есть от взора ученых ускользает целый миллиард лет её жизни. Другое дело - Луна, где можно найти гораздо более старые породы. Луна - идеальная астрономическая обсерватория - звезды там будто "застывшие", они не заходят целый месяц и небо прозрачно. И ещё: малое притяжение делает Луну удобной стартовой площадкой для полетов к другим планетам. Кстати, длительное влияние облучения во время таких полетов тоже можно исследовать на Луне.
Откуда взялась Луна.
О происхождении Луны до сих пор, как говорится, "ученые спорят". Многочисленные гипотезы различных авторов могут быть грубо объединены в три группы.
Первая группа - гипотезы "отрыва", считают, что Луна была раньше частью вещества Земли и была вырвана из неё пронесшимся рядом небесным телом. В другом варианте, предложенным Джорджем Дарвином, первоначально единая жидкая масса в ходе вращения деформировалась в два шаровидных тела, ставших Луной и Землей после разрыва перемычки.
Вторая группа - гипотезы "захвата", предполагают, что Луна была готовой планетой Солнечной системы, но в какой-то момент перешла на околоземную орбиту, возможно под реактивным действием вулканического извержения необычайной силы.
Наконец третья группа, которой придерживаются вслед за О.Ю. Шмидтом многие советские и зарубежные ученые - Луна и Земля образовались в едином процессе объединения, слипания частиц из холодного газопылевого протопланетного облака, вращающегося вокруг Солнца.
Луна выделяется среди спутников других планет своей единичностью и аномально большой массой. В связи с этим в Институте физики Земли была предложена модель аккумуляции Луны в околоземном рое, согласно которой Луна образовалась в результате столкновения трех спутников протолун, в результате чего "новорожденная" Луна оказалась нагретой до температуры 1000 град Кельвина. В это время (а оно длилось 500 млн лет) Землю и Луну непрерывно хлестал "ливень" метеоритов, в результате чего кора Луны трескалась, базальт выливался наружу - так образовались лунные моря, которых много на видимой стороне Луны. Однако их оказалось очень мало на обратной стороне, где преобладают горные рельефы. Причины этого до конца не выяснены.
Луна постепенно удаляется от Земли - этим компенсируется замедление вращения Земли за счет сил трения приливов, создаваемых Луной. Очень нескоро, через 50 млрд лет, расстояние между ними возрастет в полтора раза, земные сутки удлинятся в 50 раз, и с Луны будет видно только одно полушарие Земли.
Странный мир Луны.
Первых людей, ступивших на поверхность Луны окружил очень странный мир. Ни воздуха, ни воды, ни жизни.
Незащищенная, но и не измененная атмосферой поверхность Луны имеет облик, определяемый внешними космическими факторами: ударами метеоритов, солнечным "ветром" и космическими лучами. За дневное время несколько верхних сантиметров лунной поверхности прогреваются выше температуры кипения воды (плюс 120 град Цельсия), а за время ночи остывают до минус 170 град Цельсия. Такие термические перегрузки вызывают растрескивание пород. Ещё больше взрыхляют её удары метеоритов.
В результате Луна оказалась покрытой рыхлым слоем так называемого реголита толщиной несколько метров. Но слой собственно пыли невелик: от 1 до 5 см. Твердые пылевые частички, не смоченные влагой и не "проложенные" воздушными прокладками, обладают странным свойством: мягкий порошок упорно сопротивляется углублению буровой трубки (не удалось получить колонку более 2,7 м) и в то же время не удерживает её в вертикальном положении.
Поразительная изменчивость цвета поверхности, он очень зависит от высоты Солнца. При низком Солнце поверхность Селены мрачно-зеленая. Ближе к полудню краски приобретают теплые коричневые тона, Луна становится "дружелюбнее".
Когда читаешь эти строки, сразу вспоминаются ожесточенные споры, идущие в настоящее время относительно цвета Луны и структуры лунного грунта. А, между тем, все просто, все укладывается в разумные объяснения, в которых абсолютно нет места конспирологии.
Надежной защитой от вакуума и тепловых перегрузок служит астронавтам скафандр. Его "лунный вес" менее 10 кг, но центр тяжести смещен вверх и назад, так что человеку приходится принимать позу "усталой обезьяны" - прямую стойку в полуприсяде. Первые "гости" Луны - Армстронг и Олдрин - отмечают, что лунное тяготение приятнее как земного, так и невесомости и что "Луна представляет собой весьма удобное и приятное место для работы". Они использовали три способа передвижения: хождение, подскоки при ходьбе и бег вприпрыжку. При этом скорость передвижения составляет от полуметра до 2 метров в секунду; свободные прыжки с сохранением контроля за движением возможны на высоту до 1 метра. "На Луне все время хочется прыгать вверх" (Армстронг).
Здесь можно сильнее, чем на Земле, наклониться в любую сторону без потери равновесия, а падения не имеют неприятных последствий - скорость их мала.
Вслед за первой на Луне побывало ещё 5 экспедиций. 12 человек в скафандрах оставили навечно свои следы в лунной пыли.
Сюрпризы лунной сейсмики.
Первый сейсмический сигнал с Луны был получен 21 июля 1969 года. В 1974 году было накоплено уже тысячи сейсмограмм, а сейсмическая жизнь Луны оказалась очень необычной.
После полета "Аполлона-16" на видимой стороне Луны оказалось 4 однотипных сейсмических станции. По сравнению с земными они были сделаны необычайно чувствительными, способными заметить смещение почвы, не только не ощутимые человеком, но прямо-таки соизмеряемые с размерами атома. На Земле такой аппаратурой работать нельзя - мешают шумы: океан, ветер, промышленные механизмы. Луна - благодатный полигон для тончайших измерений, уже преподнесла ученым несколько сюрпризов.
Первый сюрприз - необычная длительность лунных сигналов. От удара метеорита или космического аппарата, от толчка лунотрясения поверхность колышется...часами. Ничего подобного на Земле не встретишь. Вернее, подобие есть, но совсем иной масштаб и причина. Существует, например, эффект реверберации в море, когда звуковые волны оказываются "пойманными" в слое с низкой скоростью и бегут в нем, многократно отражаясь от кровли и подошвы волновода. Но земной "звон" не выходит за пределы нескольких минут.
Для разгадки этого явления астронавты "Аполлона-16" провели на Луне интересные опыты. Они поставили сейсмографы через несколько десятков метров и прошли между ними, постукивая по поверхности. Упругие волны от ударов просветили верхние слои лунного грунта. Кроме того, специально поставленные гранатометы уже после отлета людей по команде с Земли произвели взрывы зарядов.
Оказалось, что верхняя толща Луны состоит из нескольких слоев, скорость пробега волн в них очень мала. Лишь глубже одного километра она достигает значений, свойственных коренным кристаллическим породам. Слои эти очень неоднородны и разбиты трещинами из-за бесконечной метеоритной бомбардировки. Вот так и возникает странный сейсмический звон - волны, "пойманные" в низкоскоростном рыхлом слое Луны, бегут, рассеиваясь и растягиваясь на бесчисленных неоднородностях. К тому же из-за отсутствия воздуха там ничтожно малы неупругие тепловые потери - в этом убедились в земной лаборатории, прозвучивая породу в колбе, из которой откачали воздух.
Скорость распространения звуковых волн в лунном реголите из различных районов Луны оказалась равна 1,25 - 1,84 км/сек. Что интересно - скорость распространения звуковых волн в образцах швейцарских сыров оказалась сходной: 1,57 - 1,83 км/сек. Получается, что не так уж далеки от истины те шутники, кто утверждает, что "Луна сделана из сыра".
Но, может быть, лунные сейсмические волны из-за своей странности потеряли там "волшебную" способность видеть глубины недр? К счастью, не потеряли. Они преподнесли исследователям следующий сюрприз - на Луне существует кора, подобная земной. Строго говоря, сказать точно это можно лишь про юго-восточную часть Океана Бурь. Там на расстоянии 180 км поставлены две сейсмические станции "Аполлон-12 и 14". И сюда по команде с Земли были сброшены третьи ступени ракеты, выводящей "Аполлоны" к Луне. Эти удары, подобные взрыву 10 тонн тротила, "просверлили" недра на 150 км в глубину.
Лунным модулям (начиная с "Аполлона-12") тоже была уготована очень важная для науки роль - столкнуться с Луной на первой лунной космической скорости (1,7 км/ сек), разбиться вдребезги, но породить упругую волну. Лунные сейсмограммы были обработаны земными сейсмологами под руководством профессора Техасского университета Гарри Латэма. В результате был получен первый разрез лунной коры. Её толщина довольно внушительная - 60 км, такая толстая кора на Земле имеется лишь в горах, в океане она не превышает 10 км, а на континентальных равнинах - 40 км.
Продолжим наш разговор о необычном. Внимание, на Селену садится "Аполлон-15". С установкой третьей по счету сейсмической станции появилась возможность определять координаты очагов лунотрясений и изучать их более детально. Лунотрясения приготовили много сюрпризов. Основной - лунотрясения никому не могут принести вреда - они очень слабые, их энергия сравнима с энергией 100 электрических лампочек...Во-вторых, лунотрясения происходят всегда в одно время, как по заказу, точнее "по приказу" Земли, через две недели. Тогда приливные силы земного тяготения оказываются экстремальными: освобождается "спусковой крючок" - Луна тихонько "щелкает", рождая сейсмические волны, которые здесь не грозный бич, а лишь "разведчики недр".
Очень непросто было разобраться с показаниями сейсмических станций, прежде всего отличить лунотрясения от падений метеоритов, а также определить очаги лунотрясений. Сейсмическая станция "Аполлона-16" в континентальном районе Декарта оказалась самой чувствительной и результативной - на ней регистрировалось более 3000 лунотрясений в год, в 5 раз больше, чем в Океане Бурь. Предполагают, что здесь слой реголита толще и рыхлее, чем под станцией "Аполлона-12". Кроме того установленные станции позволили определить глубины очагов. Результат оказался тоже неожиданным - глубина очага 800 км, то есть почти половина расстояния от поверхности до центра Луны. На Земле очаги сосредоточены в основном на глубинах 150 км и, в редких случаях до 700 км, а ведь радиус Земли в 4 раза больше лунного. Странно, но факт.
Ещё один сюрприз преподнесла сейсмологам обратная сторона Луны.
17 июля 1972 года в районе кратера Москвы упал долгожданный метеорит. Его масса превышала одну тонну, а скорость столкновения - 20 км/сек. Незащищенная атмосферой поверхность содрогнулась, как при взрыве термоядерной бомбы. Сейсмические волны, пронзив планету качнули сейсмографы на видимой стороне. И что же? Среди волн, "заглянувших" глубже 800 км, не оказалось поперечных сдвиговых. Известно, что они не распространяются в жидкости - именно эта особенность убеждает сейсмологов в том, что ядро Земли расплавлено.
Следующие наблюдения над лунотрясениями подтвердили этот вывод: центральная область Луны не пропускает или чрезвычайно ослабляет поперечные волны. Тогда это аналог земной "астеносферы" - частично расплавленного слоя пониженной скорости и вязкости в верхней мантии Земли, по которому плавают глыбы "литосферы". И возможно Луна имеет "ядро" из сернистого железа радиусом 300 км, составляющее 1 процент массы планеты.
Самый древний камень мира.
До 1974 года на Землю было доставлено около 400 кг образцов лунной породы из восьми точек видимой стороны, находящихся на больших расстояниях друг от друга (имеется ввиду и грунт, доставленный советскими АМС "Луна-16" и "Луна-20"). Самый большой образец весит 10,5 кг.
Доставленные образцы пород исследуются в земных лабораториях самым тщательным образом. Часть образцов была исследована вскоре после доставки на Землю. Об этом можно почитать в статье:
Другая часть образцов оставлена будущим исследователям. Для этого они были упакованы в герметичные контейнеры ещё на Луне, и будут вскрыты в будущем, когда техника лабораторных измерений позволит сделать более тонкий химический анализ.
Изученные образцы показали, что породы Селены, разные на её морях и континентах, в общем напоминают земные. Там нет ни одного элемента, выходящего за рамки таблицы Менделеева, и найдено всего лишь 4 новых минерала.
Состав реголита, покрывающего порошком моря и горы Луны, соответствует составу лежащих под ним коренных пород. Значит он образовался при ударах и тепловых взрывах, вызванных падением метеоритов с космическими скоростями.
Очень существенно, что на Луне не было встречено пород моложе 3 млрд лет. Горы Апеннины "подарили" землянам самый древний кусок анортозита - 4,2 млрд лет, равный возрасту метеорного материала, из которого скомплектовались планеты Солнечной системы. А частички реголита имеют абсолютный возраст 4,6 млрд лет.
Первый и пока единственный ученый, побывавший на Луне, геолог Шмитт из экипажа "Аполлона-17", очень обрадовался, обнаружив оранжевую породу, так как это следы вулканизма, но возрастом более 3 млрд лет.
Это означает, что активная тектоническая, магматическая и вулканическая деятельность на Луне прекратилась очень давно. А в том, что Луна была активной и горячей, ученые не сомневаются. Об этом говорят застывшие потоки лавы, прорывавшие стенки кратеров. По-видимому, многие крупные кратеры Луны имеют вулканическое происхождение. Но даже в период "активной жизни" Луны эта жизнь отличалась от земной: например, хотя на Луне и есть высокие горы (до 4 км), но нет складок, образовавшихся при горизонтальном перемещении пластов. Чаще всего встречаются лунные горы, являющиеся стенками между крупными кратерами ударного и вулканического воздействия. Именно поэтому они на Луне только кольцевые.
Миллиарды лет неуклонно удаляясь от Земли, в последние годы Селена стала ближе и понятнее людям.
Выяснилось, что она во многом похожа на Землю, состоит из сходных пород и расслоена на кору, мантию и ядро, но в отличие от Земли - тектонически пассивна.
...
Поверхность Луны дошла до нас в том виде, в каком она образовалась миллиарды лет назад. Её не изменили ни ветры, ни течения, ни растения. Зато она подвержена своеобразному воздействию космической радиации, и её исследование поможет людям лучше планировать межзвездные перелеты.
Вот и закончилось сравнение информации о Луне в начале и конце периода "лунной гонки". Как видно из представленных материалов, и пилотируемые полеты на Луну, и изучение Луны с помощью автоматических станций очень много дало для понимания её происхождения, внутренней структуры, состава составляющих её пород. Мы живем в период оживления интереса к Луне со стороны землян и автор очень надеется, что он доживет до того момента, когда нога землянина опять (!) ступит на поверхность Луны. А кто будет этот землянин - уже не важно.
На этом все. Если у вас есть вопросы, замечания и пожелания пишите в комментариях, которые открыты для всех желающих. Автор очень ценит обратную связь с читателями.