ФИЗИКА ЛУНЫ И ПЛАНЕТ

В. А. Бронштэн

1970 год — год столетия со дня рождения В. И. Ленина — советские ученые ознаменовали новыми успехами в изучении природы ближайших к нам тел Солнечной системы методами космической техники. Наибольшие успехи были достигнуты в исследованиях Луны и Венеры.

1. Новые исследования лунного грунта

12 сентября 1970 г. была запущена советская автоматическая станция «Луна-16». Спустя 8 суток, 20 сентября, она совершила мягкую посадку в районе Моря Изобилия, в точке с координатами 0°41'' южной широты и 56° 18' восточной долготы. Груитозаборное устройство станции произвело бурение и извлечение колонки грунта до глубины 35 см. 24 сентября лунный грунт, общим весом около 100 г, был благополучно доставлен на Землю. Впервые взятие образцов грунта с другого небесного тела было произведено автоматически, без высадки людей на лунную поверхность.

Этот метод сам по себе сулит большие перспективы, потому что таким же образом можно будет в дальнейшем получать образцы грунта Марса, Венеры, Меркурия, спутников Юпитера. Правда, это потребует больших сроков, чем в случае Луны, но зато отпадает элемент риска, боязни за судьбу космонавтов. Необходимо твердо помнить, что космические полеты — отнюдь не легкое дело, Доставленные «Луной-16» образцы лунного грунта были подвергнуты внимательному исследованию, которое было проведено коллективом ученых под общим руководством академика А. П. Виноградова. Рыхлый поверхностный материал Луны (реголит) представляет собой темносерый зернистый порошок, легко слипающийся в отдельные рыхлые комки. Это свойство отличает его от земной бесструктурной пыли и приближает к свойствам влажного песка или почв с комковатой структурой. Несмотря на хорошую слипаемость, лунный грунт легко просеивается через сита. Отмечена высокая способность лунного грунта к электризации.

Зернистость грунта увеличивается с глубиной: если у поверхности преобладает тонкозернистый материал, то на глубине 35 см преобладают крупные зерна размером более 3 мм.

Средний объемный вес грунта оказался равным 1,2 г/см³, а вредняя пористость—около 50%.

При микроскопическом изучении выделено несколько разновидностей частиц лунного грунта. Чаще всего встречаются частицы первичных магматических пород (типа базальтов). Основные минералы этих пород — плагиоклазы, пироксены, ильменит и оливин. В незначительных количествах встречаются белые, поликристаллические зерна анортозитов (полевошпатовых пород). Некоторые исследователи считают их представителями материковых пород Луны, рассеявшихся на большие расстояния.

Кроме этих ненарушенных зерен и зернистых пород встречаются застывшие стеклянные шарики, грушевидные и похожие на гантели капли разного цвета: прозрачные, мутновато-белые, зеленоватые, желто-бурые и непрозрачные, часто пустотелые. Они образуются при температурах, значительно превышающих температуру плавления горных пород и метеоритов, при их разбрызгивании в расплавленном состоянии. По-видимому, это происходит при ударах метеоритов о лунную поверхность.

Наконец, характерными образованиями лунного грунта являются так называемые брекчии: сцементированные породы, образовавшиеся в результате уплотнения мелкораздробленпого вещества реголита и содержащие в различных пропорциях все перечисленные выше фракции. Наблюдаются и мелкие спекшиеся частицы, образующие агрегаты очень сложной, неправильной ветвистой формы, в которые входят, как и в брекчии, все минералы—компоненты реголита.

Более половины лунных частиц носит следы оплавления. Встречается как пузыристое шлакообразное оплавление, так и гладкое глазурное остеклование. Эти виды оплавления могут происходить лишь при мгновенном нагреве холодной частицы, что резко отличает эту структуру от вулканических стекол. Впрочем, один тип буроватых, крупнопузыристых, насквозь проплавленных зерен с раковистым изломом напоминает стекло вулканического происхождения, но количество стекол этого типа невелико.

В лунном грунте изредка встречаются частицы металлического железа, как в виде отдельных осколков (по-видимому, железных метеоритов), так и в виде мелких включений в брекчии и спеки.

Сравнение химического состава лунных пород по данным «Луны-16» и «Аполлона-12» показало довольно хорошее сходство, несмотря на то, что места посадки обоих аппаратов разделяло 2500 км. Данные о составе базальтовых пород Луны приведены на стр. 261.

Содержание радиоактивных элементов, тория и урана, оказалось того же порядка, что и в образцах «Аполлона-11 и 12», а именно: тория около 10^-4, а урана 10^-5процента.

Хотя гораздо более близким к месту посадки «Луны-16» было Море Спокойствия, где прилунился «Аполлон-11» (расстояние около 900 км}, пробы «Луны-16» отличаются от проб «Аполлона-11» более низким содержанием ТiO₂, ZrO₂, редкоземельных элементов и более высоким содержанием FeO. Зато содержание в тонких фракциях космогенных инертных газов (гелия, неона, аргона, криптона, ксенона) оказалось в обоих случаях одинаково высоким, в отличие от образцов «Аполлона-12».

Всего в лунных породах определено содержание 70 химических элементов, выполнены определения содержания изотопов. Среди них — короткоживущие изотопы, образовавшиеся под действием солнечного ветра.

Таким образом, кристаллические породы, слагающие поверхность лунных морей, принадлежат к одному базальтовому типу, хотя и отличаются друг от друга по содержанию тех или иных химических элементов. Их состав близок к составу примитивных базальтов Земли.

Сейчас уже можно считать окончательно усгановленным, что лунные моря — это равнины, затопленные когдато вулканической лавой. Как указывает акад. А. П. Виноградов, горные породы типа базальтов образуются как наиболее легкая часть при зонном (послойном) плавлении внутреннего вещества планеты. Все это говорит о том, что дифференциация недр Луны проходила примерно по тому же пути, что и у земных недр, хотя и не зашла так далеко в своем развитии. Поэтому изучение пород Луны очень важно для понимания процессов, происходивших на Земле в так называемый догеологический (самый ранний) период ее существования.

На Земле громадную роль в изменении ее лица, состава и структуры пород играли процессы эрозии — размывания, выветривания, химического разрушения под действием содержащихся в земной атмосфере кислорода, углекислоты, воды, а также в результате деятельности живых организмов. На Луне все эти факторы отсутсвуют (и отсутствовали, по-видимому, ранее). Основную роль в процессах эрозии на Луне играют другие факторы: солнечный ветер, космические лучи, удары метеоритов и микрометеоритов. Наконец, могут происходить (и, вероятно, происходят) вулканические явления. Все эти процессы вызывают дробление, измельчение лунных пород, а метеориты и вулканические извержения могут приводить к изменению деталей рельефа. Наконец, кое-что на Луне уже изменилось от вмешательства человека: мы имеем в виду новые кратеры, образовавшиеся при падении на Луну последних ступеней лунных ракет, а также лунных станций, которые совершали там жесткую посадку.

2. «Луноход-1» шагает по Луне

10 ноября 1970 г. к Луне была запущена очередная автоматическая станция «Луна-17». 17 ноября она совершила мягкую посадку на поверхность Луны в Море Дождей, южнее Залива Радуг, примерно в 80 км к югу от оконечности Мыса Гераклид. В тот же день с посадочной ступени станции сошел и приступил к выполнению обширной программы научно-технических исследований и экспериментов автоматический самоходный аппарат «Луноход-1». Таким образом, впервые на поверхности Луны появилась самоходная движущаяся лаборатория, управляемая по радио с Земли и позволяющая непрерывно следить за окружающим «Луноход» ландшафтом, контролировать его движение как с помощью телевизионных, так и телеметрических систем, а главное,— производить научные исследования весьма разнообразного профиля.

Устройства «Лунохода» оказались на редкость надежными и устойчивыми к суровым условиям Луны — ни резкая смена температур, ни вакуум, ни космическое и солнечное излучение, ни удары микрометеоритов не помешали «Луноходу» в течение девяти месяцев (прошедших к моменту подписания этой статьи в печать — до августа 1971 г.) осуществлять планомерное передвижение по лунной поверхности и намеченную программу исследований.

Эта программа включала изучение особенностей лунного ландшафта в районе движения путем непосредственного приема телеизображений, изучение физико-механических свойств лунного грунта по взаимодействию с ним шасси аппарата, а также путем внедрения в грунт и поворота конусного штампа, определение химического состава поверхностного слоя лунных пород.

Кроме того, условия Луны были использованы для исследований разных видов космического излучения и лазерных экспериментов (см. статью В. В. Арсентьева, М. П. Власюка и Ю. И. Ефремова, стр. 207).

Топографическое изучение местности по пути движения «Лунохода» выполнялось на основе съемки лунного ландшафта, включающей получение телевизионных панорам и снимков, телеметрических данных о длине пройденного пути, измерений курса, крена и дифферента (продольного крена) «Лунохода» во время движения.

За первые четыре лунных дня (т. е. почти за четыре наших месяца) была выполнена маршрутная топографическая съемка полосы длиной более 5200 метров и шириной до 150 метров. Были получены стереоскопические снимки нескольких кратеров, позволяющие изучить их строение.

По общей морфологии, структуре рыхлого поверхностного слоя, распространенности кратеров и камней район Моря Дождей близок к ранее изученным районам экваториальных «морей» на Луне. Это показывает, что закономерности формирования и эволюции лунной поверхности на значительном протяжении лунных «морей» носили общий характер.

Лунная поверхность в районе посадки «Луны-17» представляет собой равнину с небольшим систематическим повышением к югу. Местные уклоны вне кратеров незначительны, редко достигая нескольких градусов. На склонах и валах кратеров наблюдались уклоны до 20°. Характерными элементами поверхности являются кратеры, лунки и камни различных размеров. Мелкие камни встречаются повсеместно, крупные — вблизи кратеров. По-видимому, эти камни связаны с выбросами из кратеров при их образовании. Большинство кратеров размерами от одного до 30 метров имеют сглаженные формы, а число свежих кратеров с четкими формами невелико. Это значит, что процесс формирования всей совокупности кратеров был сильно растянут по времени, а сами кратеры имеют ударно-взрывное происхождение, т. е. образованы за счет ударов метеоритов и (в меньшей степени) осколков, выброшенных при формировании более крупных кратеров.

Исследование механических свойств лунного грунта производилось с помощью специального прибора — пенетрометра, системы датчиков, укрепленных на шасси, и путем изучения изображений колеи лунохода на панорамных снимках. Отмечена значительная неоднородность грунта вдоль трассы лунохода: глубина колеи оказалась в разных местах различной. Опасения ученых, что лунный грунт будет налипать на ободья колес под действием электростатических и межмолекулярных взаимодействий, не оправдались. Лунный грунт по своим механическим свойствам напоминает вулканический пепел. Таким образом, все свойства лунного грунта говорят нам о большой роли в прошлом на Луне вулканических процессов. В то же время морфология деталей лунного рельефа свидетельствует о значительном влиянии на рельеф ударов метеоритов. Можно сделать вывод, что оба конкурирующих механизма — вулканический и метеоритный — внесли свой вклад в формирование лунного рельефа. Относительную роль каждого из этих механизмов еще предстоит оценить.

Астрономический календарь, 1972 г.