Ниже текст статьи в научно-популярном журнале "Земля и Вселенная" № 4 за 1969 год.
оказывается, о физических свойствах лунной поверхности было известно уже достаточно давно, даже до высадки наших Лун и Луноходов.
Физика поверхностного слоя Луны(Заметки участника Международного симпозиума по физике Луны и планет. Киев,
октябрь, 1968 г.)
Значительная часть наших современных представлений о Луне получена из наблюдений ее поверхности. Характер рельефа, химический состав, структурные особенности грунта и т. д. — все эти сведения помогают воссоздать историю Луны и могут рассказать о процессах, сформировавших облик лунного шара в целом и его отдельных областей.
В последнее время становится более очевидным, что свойства различных районов лунной поверхности нельзя описать какими-либо средними, универсальными законами. Совершенствующаяся техника экспериментов позволяет выявлять все новые и новые особенности разных областей Луны.
Обобщению основных методов исследования лунного покрова, связи результатов астрофизических исследований и прямых экспериментов, проводимых с использованием космической техники, а также сопоставлению различных наблюдаемых параметров поверхности Луны был посвящен обзорный доклад О. Дольфюса (Франция).
Основные сведения о лунном грунте получены при обработке прямых исследований, выполненных советскими автоматическими станциями серии "Луна" (А. П. Виноградов, Ю. А. Сурков, К. П. Флоренский, И. И. Черкасов, В. В. Шварев. СССР) * и американскими космическими аппаратами серии "Сервейер" (Л. Джаффи. США).
Покров Луны состоит из зернистого, слабосвязанного материала с размерами отдельных гранул менее миллиметра. Этот слой покоится на более плотных породах, глубина залегания которых на материках — около одного метра, а в морских областях — от одного до нескольких метров. Плотность зернистого слоя изменяется с глубиной. Анализ прямых измерений указывает на увеличение плотности в 1,5 раза на глубине около 5 см, что хорошо согласуется с наземными радиоастрономическими наблюдениями (В. Н. Гольдберг, В. С. Троицкий, О. Б.Щуко. СССР). Поверхность "присыпана" фрагментами породы размером от нескольких миллиметров до нескольких метров (иногда до нескольких десятков метров).
* Подробнее о механических свойствах лунного грунта см. в статье И. И. Черкасова и В. В. Шварева "Первые результаты непосредственных исследований грунта Луны". "Земля и Вселенная", № 2, 1968 г. (Ред.)
Оптические свойства отдельных небольших участков поверхности, наблюдавшихся вблизи, оказались такими же, как и свойства всей лунной поверхности, известные по наземным наблюдениям. Интересные особенности выявились при механических воздействиях на грунт. Так, на панорамах, переданных АЛС "Луна-13", видно, что участки поверхности, на которые станция оказывала небольшое давление, стали более яркими, чем окружающая местность. По-видимому, это связано с разрушением пористой структуры и дроблением гранул. Аналогичные эффекты можно было наблюдать и на снимках, переданных аппаратами "Сервейер". При удалении верхнего слоя грунта обнажались темные слои. Толщина верхнего, более светлого слоя не превышает 1 мм. И если отражающая способность этого слоя в морских областях составляет примерно 8%, то подповерхностный материал отражает только 6% падающего света. В материковых областях отражающая способность поверхностного слоя и слоя, залегающего на глубине 1 мм и более, несколько выше — 13 и 10% соответственно.
МАТЕРИКОВЫЙ ЛАНДШАФТ К СЕВЕРУ ОТ КРАТЕРА ТИХО (мозаика снимков, полученных с космического аппарата "Сервейер-7"). На поверхности видны многочисленные обломки породы размером менее метра, что характерно для материкового ландшафта ЛуныПрямые исследования позволили детализировать многие свойства покрова Луны, известные ранее по наземным наблюдениям. Одновременно, сведения, полученные космическими аппаратами в отдельных, весьма малых по площади районах, дают основание для экстраполяции этих результатов на более обширные области, внутри которых сохраняется однородность оптических и других свойств, наблюдаемых с Земли. Оптические и радиолокационные данные показали в свое время, что лунный грунт характеризуется относительно высоким содержанием железа. Данные, основанные на химическом анализе грунта, свидетельствуют, что поверхностный материал Луны ближе всего подходит к ферробазальтам. И во многих других случаях сопоставление наземных наблюдений и прямых измерений приводит к столь же хорошему согласию (Б. Хапке. США).
Основное и издавна известное разделение лунной поверхности на моря и материки обогащается теперь рядом подробностей. Измеренная с орбиты искусственного спутника Луны интенсивность гамма-излучения оказалась над морскими областями в 1,15— 1,20 раза выше, чем над материковыми (А. П. Виноградов п др.). Этот результат приводит к выводу о том, что лунные моря сложены породами основного (базальтового), а материки — породами ультраосновного (дунитового) состава или смешанного: основного и ультраосновного *. Некоторая разница в химическом составе морской и материковой областей установлена и в процессе измерений космическими аппаратами серии "Сервейер". Вариации тепловых и электрических свойств при переходе от .морской к материковой поверхности обнаружены радиоастрономическими методами. Причину этих различий видят также в ином химическом и минералогическом составе морей и материков (сообщение Б. Я. Досовского. СССР).
* Подробнее об этом см. в статье Ю. А. Суркова "Новое о лунном веществе". "Земля и Вселенная". № 6, 1967 г. (Ред.)
ИЗМЕНЕНИЕ ЯРКОСТИ освещенной части лунного диска в зависимости от фазы. В момент, когда наблюдатель видит лунную поверхность со стороны Солнца (полнолуние), яркость резко возрастаетВ оптической астрономии сейчас разрабатываются методы, которые должны выявить различия в пределах довольно небольших площадей. Так, шероховатость пород может быть определена по величине градиента яркости тех пли иных областей, наблюдаемых при малых углах фазы, т. е. вблизи полнолуния (Н. П. Барабашов, JI. А. Акимов. СССР). Теоретические и лабораторные исследования показывают, что для сильно иссеченной породы характерно резкое возрастание яркости с приближением к фазе, равной нулю. Менее шероховатая поверхность реагирует на такое изменение условий освещения более спокойным возрастанием яркости. Особое значение данный метод, но-видимому, приобретет в будущем. Ведь на Земле, как известно, возможности фотометрических наблюдений при малых фазовых углах ограничены: уменьшение фазы происходит лишь до определенного момента, после которого Луна входит в тень Земли и начинается лунное затмение. А с космических аппаратов можно будет проводить наблюдения Луны при малых фазовых углах вплоть до истинного полнолуния.
Интересные особенности в распределении поляризации по диску Луны обнаружены при наблюдениях с поляровизором-дискриминатором (В. П. Джапиашвили, А. Н. Король, Л. В. Ксанфомалити, В. К. Лохов. СССР). На поляризационной картине лунной поверхности некоторые детали не удалось отождествить с какими-либо подробностями рельефа.
ФРАГМЕНТ ПАНОРАМЫ ЛУННОЙ ПОВЕРХНОСТИ, переданный советской АЛС "Луна-13". Так же как и при, наблюдениях Луны с Земли, яркость участков грунта, наблюдаемых при малых фазовых углах непосредственно па лунной поверхности, резко возрастает, образуя светлый ореол вокруг тени станцииКак известно, различия в окраске участков лунной поверхности визуально почти не наблюдаются. Луна кажется серым, бесцветным объектом. Но сравнительные наблюдения со светофильтрами, имеющими максимум пропускания в синей или фиолетовой области и в красной области спектра, выявляют достаточно четкое, хотя и очень малое различие цветности некоторых участков, относящихся, как правило, к морской поверхности. Путем фотоэлектрического сканирования диска Луны составлена карта показателей цвета для двух светофильтров с эффективными длинами волн 440 нм и 650 нм (Л. А. Акимов, В. С. Цветкова. СССР). Цветовые аномалии выявились и при наблюдениях в инфракрасной области, в диапазоне волн 0,8—2,2 мкм, ста небольших (поперечником около 7 км) участков лунной поверхности (Д. Крукшенк. США). Интересно, что обнаруженные в визуальной области спектра цветовые различия в Море Дождей и в Центральном заливе не зарегистрированы при наблюдениях в инфракрасной области. Эти результаты использовались при составлении геологических карт Луны с целью выделения участков, относимых к различным возрастным периодам.
Неоднородности, обнаруженные в физических свойствах морских областей лунной поверхности, не были полной неожиданностью. При внимательном рассмотрении ландшафтов лунных морей можно внутри одного и того же бассейна найти участки, отличающиеся характером рельефа и альбедо. Лунные моря расположены на разных высотных уровнях. Многие морфологические признаки говорят о разных эпохах образования отдельных областей внутри них.
КОМБИНИРОВАННЫЙ СНИМОК ЛУНЫ (слева), показывающий распределение цветности на ее видимом полушарии. Более темный тон соответствует большей насыщенности красного цвета. Снимок составлен из двух фотографий, полученных соответственно в ультрафиолетовых и красных лучах. Если мы сравним комбинированный снимок с фотографией Луны (справа), то можно увидеть, что контуры "окрашенных" областей,как правило, не совпадают с топографическими границами лунных образованийНо, пожалуй, более удивительна неоднородность физических свойств в материковых областях. Как показали глобальные исследования Луны, материк занимает более 80% всей ее поверхности. Различий в характере рельефа материковых областей видимой и обратной сторон Луны не замечено. И тем не менее, исследования физических свойств материковой поверхности, проведенные на основе материалов, полученных советской АМС "Зонд-3", обнаружили ряд особенностей. Обработка инфракрасных спектров 26 участков материковой области Луны позволила установить, что при однородной для всех районов отражательной способности в интервале длин волн 3,5—3,9 мкм выявляются различия, которые связаны с особенностями структуры микрорельефа (Г. А. Лейкин, Т. Е. Швидковская. СССР). Анализ ультрафиолетовых спектров в диапазоне длин волн 1900—2750 ангстрем свидетельствует, что средняя величина цветовых контрастов материковой области составляет 10% при максимальном значении 24% (В. А. Краснопольский, Г. А. Лейкин, М. У. Аганина, Т. Е. Швидковская. СССР). Следует учесть, что эти значения относятся к довольно обширным областям (около 500 км в поперечнике). Не исключено, что мелкие детали имеют еще большие различия.
Различия оптических свойств материковых областей подтверждаются и фотометрическими измерениями снимков, полученных автоматической станцией "Зонд-3" (Ю. Н. Лип-ский, В. В. Шевченко. СССР). По некоторым снимкам были построены карты распределения яркости в момент экспозиции каждого кадра. Дальнейшая обработка позволила построить систему изофот, отражающих средний закон распределения яркости. При сравнении карт наблюдаемых и осредненных изофот на одних и тех же снимках обнаружены значительные отклонения действительного распределения яркости от среднего значения. Зоны, в которых наблюдаются эти отклонения, охватывают обширные области материка, частично согласуясь с топографическими контурами некоторых лунных образований.
Если обобщить известные сейчас результаты астрофизических исследований, то лунная поверхность предстанет перед нами как пестрая мозаика областей с различными физическими характеристиками. Подобные различия связаны со структурными, минералогическими, механическими особенностями наблюдаемой поверхности. Но не всегда по наблюдаемым свойствам можно восстановить конкретные процессы, формировавшие поверхностный слой Луны. В этом направлении исследований, не менее важном, чем выявление самих неоднородностей, основные результаты достигаются двумя путями. Первый путь — это прямые исследования на поверхности Лупы с помощью космических аппаратов; второй — изучение земных аналогов лунного грунта и имитация условий лунной среды.
ФОТОГРАФИЯ одного из районов Камчатки, изучавшегося с самолета поляризационным и спектральным методами. Насколько велико внешнее сходство камчатского ландшафта с лунным, можно убедиться, сравнив эту фотографию со снимком района кратера Тихо (см. фотографию, помещенную в начале статьи).Поскольку у Луны нет атмосферы, космическое излучение беспрепятственно достигает ее поверхности. Этот важный для лунной среды процесс с некоторым приближением можно воспроизвести в земных условиях, облучая образцы различных пород потоком ионов водорода, гелия, азота (У. А. Арифов, Ш. С. Раджабов, Р. А. Ашмянский, Р. Рахимов, Д. Д. Грунг, М. К. Борухов. СССР). В продуктах распыления были обнаружены кислород, азот, углерод, кремний и их соединения. Весьма важными для интерпретации астрофизических наблюдений оказались данные об изменении оптических свойств поверхности образцов, подвергнутых различным дозам облучения. Этот процесс имитирует различие воздействия потока ионов за промежутки времени, сравнимые с историей Луны. Опыты по нагреву в вакууме распыленных образцов кремния и базальта наглядно показывают, почему на лунной поверхности нет сыпучей пыли (Г. В. Крашенинникова, М. К. Борухов. СССР). В условиях, близких к лунным, пылевые частицы спекались в блоки с пористой структурой, весьма напоминающей структуру лунного грунта.
На земной поверхности тоже встречаются аналоги лунных пород. Конечно, процессы их формирования отличаются от тех, которые происходят пли происходили на Луне, но химический состав и структура соответствуют лунным. Аналогами являются вулканические покровы в отдельных районах земного шара. В Советском Союзе таким "лунным заповедником" можно считать Камчатку. Там поляризационным и спектральным методами были изучены оптические свойства шлаковых полей, лавовых потоков и т. п. (Ю. Н. Липский,. М. М. Поспергелис, Г. С. Штейнберг, В. В. Новиков, С. В. Ландау, Л. В. Громова, А. Н. Санович, М. Ф. Шабанов. СССР). Наблюдения велись с самолета на высоте 1000 м. Очень существенно, что полученные фотометрические и колориметрические параметры относятся к обширным площадям. Это обстоятельство значительно повышает правомерность сравнения их с наблюдаемыми параметрами лунной поверхности. Ведь при астрофизических наблюдениях удается исследовать свет, отраженный многокилометровыми участками.
Многое предстоит еще сделать специалистам различных областей пауки, прежде чем наши знания о природе Луны и ее поверхности выльются в стройную, завершенную систему. И на пути к этому в равной мере результативными оказываются астрофизические методы, прямые исследования с помощью космической техники и лабораторные эксперименты с земными аналогами лунного покрова.
В. В. ШЕВЧЕНКО
Архив журнала Земля и Вселенная:
http://publ.lib.ru/A…197x_.html