Солнечная система (Астрономия и астрофизика) - Сурдин Владимир Георгиевич - Страница 23

Экипажи «Аполлонов» и станции «Луна» доставили на Землю образцы лунного грунта, добытые с глубины до 2,5 м. А что находится еще глубже? Ответить на этот вопрос помогли исследования сейсмической активности Луны. Американские астронавты установили на лунной поверхности сейсмодатчики, регистрирующие ничтожные колебания грунта. Луна стала вторым объектом Солнечной системы после Земли, недра который были изучены сейсмическими методами. Источником колебаний служат удары метеоритов и лунотрясения, вызванные приливным влиянием Земли. По данным о скорости распространения сейсмических волн в недрах Луны ученые установили, что она имеет кору, мантию и ядро диаметром в несколько сотен километров, состоящее из железа и сульфида железа.

Астронавты измерили тепловой поток из недр Луны; оказалось, что он всего лишь в несколько раз меньше, чем у Земли. Значит, лунные недра еще не успели полностью остыть. Поскольку Луна значительно меньше Земли, давление в ее центре составляет 4×10⁹ Па., что в 150 раз меньше, чем в центре Земли. Значительно ниже в центре Луны и температура: 1000—1500 К., тогда как у Земли 4000—5000 К.

Наблюдение за движением искусственных спутников Луны показало, что Луна не совсем однородна и симметрична. Обнаруженные гравитационные аномалии указывают на наличие локальных концентраций массы, названных «масконами» (от англ. mass concentration). Наиболее крупные масконы создают избыток около одной стотысячной от массы Луны. Плотность вещества лунных недр медленно растет с глубиной. В общем, меньшая масса Луны стала причиной более слабой дифференциации ее недр и более простого строения по сравнению с Землей.

Прошлое Луны и гипотезы о ее происхождении

Планетологов интересуют не только нынешние условия на телах Солнечной системы, но и какими они были в прошлом. Мы знаем, что недра Земли живут активной жизнью. На земной поверхности вздымаются и опускаются горные хребты, медленно перемещаются континенты, извергаются вулканы и происходят землетрясения. А на Луне все иначе. Благодаря своей малой массе она давно израсходовала запас внутреннего тепла. Лик Луны сформировали не растущие горы и дрейфующие материки, а внешние события — удары астероидов и комет, создавшие израненную кратерами и давно застывшую поверхность Луны.

Тот факт, что возраст большинства крупных лунных кратеров оценивается в 1—3 млрд. лет, может показаться удивительным. Ведь Луна, как и Земля, сформировалась 4,5 млрд. лет назад. Но на Земле мы не обнаруживаем следы кратеров старше нескольких сотен миллионов лет. Почему же на Луне значительно более древние кратеры прекрасно сохранились? Причина этого — холодные недра и отсутствие атмосферы; маленькая Луна постарела намного раньше Земли. Когда-нибудь и у Земли охладятся недра, перестанут извергаться вулканы, не будет землетрясений. Холодная старая Луна — это будущее Земли.

Теперь заглянем в прошлое Луны. С тех пор, как на Земле появился человек, на Луне не образовалось ни одного крупного кратера. Падение массивных тел на Луну в нашу эпоху — событие редкое. Даже относительно молодой кратер Коперник возник около миллиарда лет назад. Однако на ранней стадии эволюции Солнечной системы, когда в межпланетном пространстве было еще много «космического мусора», столкновения крупных обломков с Луной происходили намного чаще.

В ту же далекую эпоху существовал и лунный вулканизм, имевший, вероятно, два пика активности: 3,2 и 3,7 млрд. лет назад. При извержении вулканов лунную поверхность заливала базальтовая лава. Самые крупные из залитых лавой низменностей мы называем морями; они заметно темнее материковых возвышенностей. Хотя подавляющее большинство кратеров на Луне возникло от ударов астероидов и ядер комет, некоторые из лунных кратеров все же имеют вулканическое происхождение. Как пример укажем до краев заполненный лавой кратер Варгентин, лежащий южнее Моря Влажности, близ крупного кратера Шиккард.

Рис. Кратер Варгентин (справа).

 Некоторые наблюдатели отмечали изменения деталей поверхности в районе кратера Альфонс, а пулковский астроном Николай Александрович Козырев (1908—1983) получил в 1958 г. спектрограмму, указывающую на выделение газа из центральной горки этого кратера. Указанием на былую тектоническую активность служит знаменитая Прямая Стена в Море Облаков: этот 125-километровый уступ высотой 200—300 м., вероятно, образован при перемещении плит лунной коры.

Рис. Прямая Стена в Море Облаков.

Из-за приливного действия Земли на обратной стороне Луны толщина коры составляет 100 км., а на видимом полушарии кора вдвое тоньше. Поэтому извержение лав из лунных недр легче происходило на видимом полушарии, большинство вулканических центров Луны находится на ее видимой стороне, а морей на видимой стороне значительно больше, чем на обратной стороне. Луна тоже влияет на Землю своим гравитационным полем, вызывая, например, морские приливы и отливы. Любопытно, что обратное влияние земных приливных выступов на Луну вызывает ее постепенное удаление от Земли. Наступит время, когда Луна удалится от нас настолько, что с поверхности Земли перестанут быть видны полные солнечные затмения. А в период своей юности Луна была значительно ближе к Земле, чем сейчас, и совершала оборот вокруг Земли всего за несколько суток; в ту эпоху морские приливы были гораздо выше нынешних. За удаление от нас Луны, в силу закона сохранения момента импульса, Земля платит постепенным замедлением своего вращения. Расчеты показывают, что миллиард лет назад земные сутки были на 4 часа короче современных. Примерно через 5 млрд. лет вращение Земли затормозится настолько, что она будет совершать за год всего 9 оборотов вокруг своей оси; к тому моменту и удалившаяся Луна будет совершать за год 9 оборотов вокруг Земли. Начиная с той эпохи и уже навсегда, с Луны будет видна только одна половина земного шара (интересно, какая?).

В то время, как будущее Луны для нас уже не тайна, ее происхождение представляется весьма туманно. Система Земля-Луна уникальна: среди планет земной группы еще лишь Марс имеет двух маленьких спутников, вероятно, захваченных из пояса астероидов. Крупных спутников, подобных Луне, имеют Юпитер, Сатурн и Нептун, но эти планеты-гиганты совсем не похожи на Землю. Поэтому некоторые астрономы рассматривают систему Земля-Луна как двойную планету.

Из многочисленных гипотез о происхождении Луны упомянем лишь самые популярные. Серьезно изучалась возможность отрыва Луны от быстро вращавшейся Земли, но эта идея не получила подтверждения при проведении космических исследований Луны. Не популярна нынче и гипотеза захвата уже «готовой» Луны гравитационным полем Земли: Луна не похожа на рядовую «малую планету», химический состав лунного грунта, кажется, существенно отличается от состава астероидов.

Сейчас спор идет между двумя теориями происхождения Луны. Согласно первой, наш спутник сформировался из роя частиц, обращавшихся вокруг растущей молодой Земли. Вторая теория причиной появления на свет Луны считает катастрофический удар крупного космического тела размером с Марс о поверхность Земли. Такой удар мог сорвать часть земной мантии и выбросить ее на околоземную орбиту, где из нее сформировалась Луна. Действительно, состав Луны напоминает земную мантию.

До сих пор ни одной из конкурирующих теорий не удалось объяснить все особенности системы Земля-Луна. Может быть, это удастся сделать в рамках новой гипотезы, которую предложат наши читатели?