Доставку лунного грунта на Землю с большим нетерпением ожидали не только биологи и астрохимики, но и геологи. Еще бы, какого геолога оставят безразличным камни с иного небесно­го тела! Однако лунная минералогия оказалась довольно бедной: на Земле существует несколько тысяч минералов, а на Луне их пока открыто не более сотни. Впрочем, это легко объяснить: на Луне нет жидкой воды и атмосферы, поэтому условия формиро­вания минералов там значительно менее разнообразны, чем на Земле. Впрочем, приятный сюрприз геологам Луна преподнесла: при анализе лунного грунта обнаружили несколько минералов, никогда не встречавшихся на Земле. Особенно интересно, что лунные частицы железа не страшатся действия земной атмо­сферы, тогда как изготовленные на Земле железные изделия легко ржавеют. Оказалось, что лунное железо не ржавеет (по-научному, не подвергается коррозии) потому, что его поверхность долго облучалась ионами — частицами солнечного ветра.

Это открытие имеет большое практическое значение, ведь сейчас каждая шестая мартеновская печь в мире работает на коррозию. Сейчас инженеры, имитируя лунные условия, учатся облучать потоком ионов важные металлические детали, чтобы сделать их устойчивыми к коррозии.

Лунный грунт под сканирующим
электронным микроскопом

Лунный грунт детально исследован в лабораториях самыми современными методами. Основные обнаруженные в нем химиче­ские элементы — это кислород, кремний, железо, титан, магний, кальций и алюминий. Оказалось, что темные лунные материки сложены из базальтов — плагиоклаза, оливина, пироксена, иль­менита. В лунных базальтах найдены благородные металлы — серебро и золото, но их содержание значительно меньше, чем в земных базальтах. Очень мало в лунных камнях и некоторых других металлов, например, индия и цинка. А грунт материковых районов Луны состоит из анортозитов — довольно редких на Земле минералов.

Анализ лунной пыли показал, что содержание легкого изо­топа благородного газа гелий-3 в микронных лунных пылинках значительно превышает его содержание в земных породах. Это открытие взволновало ученых: ведь гелий-3 может служить пре­красным термоядерным топливом. Когда физики закончат созда­ние работоспособного термоядерного реактора, Луна могла бы стать поставщиком топлива для них и обеспечить человечество энергией на многие сотни лет. Правда, при этом Луна, покрытая множеством фабрик по извлечению гелия, может потерять свое очарование.

А много ли на Луне пыли? По данным космических экспеди­ций, а также по наблюдениям радиоизлучения Луны установили, что ее поверхность покрывает слой пыли толщиной от несколь­ких миллиметров до десятка сантиметров. Значит, человек совер­шенно спокойно может ходить по поверхности нашего естественного спутника, не опасаясь утонуть в пыли. Благодаря тому, что лунная пыль крайне плохо проводит тепло, солнечные лучи не могут прогреть грунт на значительную глубину: в лунный полдень, когда температура на поверхности +130 °C, на глубине в несколько сантиметров она чуть выше нуля. А на глубине в 1-2 м температура грунта вообще не зависит от времени суток: там всегда холодно, около —15 °C, но ведь будущие исследова­тели Луны могут поставить обогреватель в своей землянке (или лунянке?).

Интересные результаты дало изучение лунных камней под электронным микроскопом, который позволил различить форму мельчайших кристалликов. На поверхности лунных образцов найдены крохотные кратеры микронного размера, на­поминающие своей формой крупные лунные кратеры, такие как Тихо или Коперник. Микрократеры на лунных камнях образуются от ударов быстрых межпланетных частиц микронно­го размера, для которых ничтожная газовая оболочка Луны не служит препятствием.

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 K, тогда как у Земли 4000-5000 K.

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. massconcentration). 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.

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. 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.

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.

Источники

См. также