Планета в плену у Земли. Прошлое, настоящее и будущее Луны
Славянское имя нашего естественного спутника — Луна, имеет те же праиндоевропейские корни, что и латинское Luna. «Louksna», «светлая» царица ночи, издревле оказывала сильное влияние на сознание человека. Фазы естественного спутника нашей планеты стали основой календаря землян, а сама Луна основным объектом изучения человеком космической среды в начале космической эры. Два десятка экспедиций на Лунную поверхность, 6 из которых были пилотируемыми, сильно обогатили наши познания об этой невольнице Земли. Под катом относительно краткое содержание наших знаний о Луне, накопленных за последние полвека.
Занимательная селенология
Луна в 81 раз уступает Земле по массе, а по диаметру почти в 4 раза меньше и ровняется 3476 км. Массы и размеров Луны достаточно для планетоподобной дифферинециализации его структуры. Подобно Земле она предположительно имеет твердое внутреннее ядро из железа и никеля диаметром в 500 км, окруженная 100 км слоем жидкого железа. Жидкое внешнее ядро и мантия разграничены полу расплавленным слоем горных пород толщиной около 100 км. Относительные размеры ядра Луны вдвое меньше размеров ядер планет Земной группы (20% против 50%). Такой «дефицит» железа в структуре Луны объясняется общепринятой гипотезой образования Луны — из бедных железом внешних слоев столкнувшихся протопланет Теи и Земли около 4,5 млрд. лет назад.
Конечно же, наиболее интересна с прикладной точки зрения внешняя оболочка Луны — ее кора толщиной в 70 км (в среднем). Толще всего кора на невидимой стороне Луны (до 100 км), тоньше на видимой (кора отсутствует над многими лунными морями). Площадь поверхности Луны немногим больше суммарной площади Африки и Австралии и усеяна ударными кратерами всевозможной величины. Только кратеров диаметром более 10 км насчитывают до 15 000! Выше упомянутые «моря» занимают 16% поверхности Луны, и сконцентрированы в основном на видимой с Земли стороне спутника. Такая «избирательная» ориентация лунных морей в сторону Земли не случайна и косвенно связанна с различной толщиной лунной коры в обоих полушариях. Астероиды легче пробивали тонкую кору на видимой стороне Луны, вызывая масштабные излияния магмы, а приливные силы Земли стремились «развернуть» к себе наименее тяжелое полушарие своего спутника.
Топографическая карта высот поверхности Луны, составленная зондом Клементина
С точки зрения селенологии, Луна выглядит куда более пестро и разнообразно, нежели дихромный мир в глазах неискушенного наблюдателя. Поверхность Луны формировалась в течении 4,5 млрд лет, через чередование 5 различных геологических периодов (по цветам). Одни из наиболее древних структур отмечены коричневым и темно синим цветами, более поздние красным и наиболее молодые — желтым, это ударные кратеры коперниковской эпохи (по имени кратера Коперник), возрастом около миллиарда лет
Сравнительная карта геологических периодов Земли, Марса и Луны. Цвета периодов Луны не связанны с цветами карты выше. Доступна детальнейшая карта геологических формирований на видимой стороне Луны с таблицей их появления по геологическим периодам
Точно неизвестно чем вызвана такая «асимметричность» плотности материи двух полушарий Луны, одна из гипотез предполагает древнее столкновение двух крупных спутников Земли «не поделившие» одну и туже орбиту.
Данный факт имеет важные практические последствия для потенциального освоения ближайшей к нам «планеты». Как сказано выше удары астероидов вызывали излияние богатой тяжелыми металлами мантии на поверхность Луны, образовавшей «моря», существенный дефицит этих элементов наблюдается уже в лунной коре.
Химический состав лунных пород разнится между «морями» и материками. Кислород, кремний, алюминий и магний являются типичными составными элементами силикатных пород, из которых в основном и состоит кора планет земной группы (схож с лунным и их %ый состав)
В лунных «морях» больше титана и железа, тогда как в материковой части больше алюминия. Титан представлен в основном в составе минерала ильменита — смеси оксида железа (вюстит) и оксида титана. Карта распространения оксидов железа на поверхности Луны
Кроме «топлива» будущего для гипотетических термоядерных реакторов — гелия 3, на Луне обнаружили и куда более необходимый человеку ресурс. Так в нескольких десятках кратеров северного полюса Луны, недоступных для прямых солнечных лучей, обнаружено около 600 млн м3 водяного льда. Даже этого вполне хватит для нужд поселения в несколько тысяч человек (при условии рационального использования, замкнутого цикла потребления и очистки).
В полярных кратерах обозначенных зеленым кругом, радиоволны лучше всего отражаются грунтом «вечно» скрытым от солнечных лучей. Это прямо указывает на наличие в грунте водяного льда, в отличие от относительно молодых кратеров выделенных красным кругом, отражательная способность (альбедо) радиоволн в которых не зависит от освещенности лучами Солнца
Пятерка тяжеловесов
Из всех 173 известных спутников планет в солнечной системе, Луна надежно входит в пятерку наиболее крупных и массивных лун. Спутник Сатурна Титан и спутник Юпитера Ганимед, по своим размерам занимают промежуточное положение между Луной и Марсом, будучи вдвое тяжелее Луны. Диаметр второй по величине луны Юпитера Каллисто лишь на 200 км уступает Титану, но на 1200 км больше самого геологические активного спутника в солнечной системе — Ио. Ио по размерам, плотности и массе очень близок к нашему естественному спутнику. Только ему из всей пятерки спутников гигантов Луна уступает по средней плотности (на 5%) и силе тяжести (на 10%) у своей поверхности. Сила тяжести на Ганимеде и Титане на 15% ниже, чем на Луне. Несмотря на двойное превосходство по массе, вторая космическая скорость у обоих небесных тел лишь на 12% (среднее значение) выше лунной.
Нижний предел размеров планет солнечной системы и верхний предел размеров их спутников не имеют четко очерченной границы. Чего нельзя сказать о массе небесных тел. Меркурий хоть и уступает по размерам Ганимеду, но все же вдвое тяжелее его
В связи с небольшой разницей силы тяжести и второй космической у Титана и Луны, напрашивается вопрос о потенциальной способности Луны поддерживать плотную атмосферу, подобно Титану. Загадка атмосферы Титана до конца не решена, однако эта «аномалия» без сомнений связанна с большой удаленностью Титана от солнца, в результате чего скорость молекул газа в атмосфере этой луны редко достигает уровня, при котором начинается процесс активной диссипации (сдувания) газов. Солнечного излучения получаемого Луной, достаточно, что бы сдуть атмосферу столь же массивную как у Титана в течение нескольких десятков тысяч лет. Впрочем, этого может быть более чем достаточно для терраформирования Луны, так как атмосфера из азота и кислорода способна стабильно удерживаться в течение нескольких тысяч лет, а за 10 000 лет атмосферное давление упадет лишь вдвое (что не критично для жизни человека).
Гипотетическая карта терраформированной Луны. Низины лунных морей залиты океанами, а кратеры превращены в озера и пруды. Очевидно что гипотетическая гидросфера Луны излишне преувеличена, ибо делает негодными для проживания огромные площади лунных равнин
Маяк Земли
Луна является ближайшим к Солнцу естественным спутником планеты, и благодаря своим огромным размерам держит пальму первенства как наиболее яркое «ночное светило» в нашей звездной системе. При полнолунии звездная величина нашего спутника может достигать -12,7 м уступая лишь яркости Солнца. Это более чем втрое больше суммарной яркости всех галлиевых спутников Юпитера, видимых с верхних слоев атмосферы гиганта.
Луна и Земля, снятые со спутника в точке Лагранжа L 1 системы Земля-Солнце. Бросается в глаза разное альбедо (отражательная способность) обоих тел. Равный по площади участок Земли отражает почти вдвое больше света, чем аналогичный участок на Луне
Хотя Ио и тусклее Луны в 4 раза, однако, видимый размер его диска (с Юпитера) больше лунного на четверть (по последнему параметру Луна (30 уг. мин) в очередной раз уступает лишь ему). «Дышит в затылок» Луне спутник Нептуна Тритон, способный на небосводе своей планеты достигать угловых размеров в 28 мин (минимальный для Луны 29 м).
Благодаря своему размеру и близости к Солнцу, Луна так же является единственным спутником планеты в солнечной системе, хорошо заметный невооруженным глазом с поверхности других планет. Наблюдение Луны с Марса может быть осложнено яркостью Земли (она близка к яркости Юпитера и в 25 раз ярче Луны, удаленной от нее в максимуме лишь на ⅓ размеров видимого с Земли лунного диска). Зато Луна и Земля прекрасно видны как два отдельных небесных тела уже с орбиты Венеры. Во время противостояний Луна и Земля светят соответственно как Юпитер и Венера на небосводе Земли, будучи отдаленными, друг от друга на угловое расстояние до 27 м!
Вселенский «вальс» Юпитера со своей прекрасной дочерью Венерой в небе Земли (лето 2015 года), давал довольно точное представление о виде Земли и Луны в небе Венеры в период противостояний. На снимке справа Земля и Луна снятые с орбиты Меркурия межпланетным зондом Мессенджер
В «полноземелие» «видимая» лунная поверхность освещена в 50 раз ярче, чем Земля в полнолуние, благодаря втрое большему альбедо Земли относительно Луны. Так что на большей части видимой с Земли стороны Луны редко бывает темнее, чем в полнолуние на Земле, а в иные ночи вполне можно читать документацию без искусственного освещения.
Ночная сторона Луны почти не видна невооруженным глазом из за яркости земной атмосферы. Однако при необходимой выдержке фототехники открывается вид на лунную поверхность, освещенную голубым светом Земли
Художественное представление солнечного затмения на Луне. Справа настоящий снимок солнечного затмения с орбиты Луны. Хорошо видно кольцо земной атмосферы, переломляющей солнечные лучи, «отрезанное» снизу лунным горизонтом. Фрагмент видео зонда Кагуя
Подытоживая можно сказать что Луна не совсем мертвый и «бесполезный» мир, которым его нарекло человечество после лунной гонки. Вполне возможно что у нашего спутника большие перспективы в качестве плацдарма для техногенной экспансии человека в космос, благодаря слабой силе тяжести и большим запасам легких и тяжелых металлов на своей поверхности. Ну, а пока нам лишь остается надеяться, что когда нибудь на месте ночного светила окажется уже Земля, освещающая путь своим чадам в негостеприимных и враждебных всему живому лунных пустынях.
Симуляция освоения Луны в игре Anno 2205
Программа «Аполлон»
Галерея панорам миссий Луноход 1 и Луноход 2
5 фактов о планете Земля
Восход Земли на Луне, обычное дело
Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 1. Лунные «динозавры»
