Місяць
Введення.
МІСЯЦЬ,
єдиний природний супутник Землі і найближче до нас небесне тіло;
середня відстань до Місяця - 384000 кілометрів, астрономічний знак (.
Рух
місяця.
Місяць рухається
навколо Землі із середньою швидкістю 1,02 км/сек по приблизно еліптичній
орбіті в тім же напрямку, у якому рухається переважна більшість інших
тіл Сонячної системи, тобто проти вартовий стрілки, селі дивитися на орбіту
Місяця з боку Північного полюса світу. Велика піввісь орбіти Місяця, рівний
середній відстані між центрами Землі і Місяця, складає 384 400 км
(приблизно 60 земних радіусів). Внаслідок еліптичності орбіти і
збурювань відстань до Місяця коливається між 356 400 і 406 800 км. Період
звертання Місяця навколо Землі, так званий сидеричний (зоряний) місяць дорівнює
27,32166 доби, але підданий невеликим коливанням і дуже малому віковому
скорочення. Рух Місяця навколо Землі дуже складно, і його вивчення складає
одну з найскладніших задач небесної механіки. Еліптичний рух являє
собою лише грубе наближення, на нього накладаються багато обурення,
обумовлені тяжінням Сонця, планет і сплюснутістю Землі. Найголовніші із
цих збурень, чи нерівностей, минулого відкриті зі спостережень задовго до
теоретичного висновку їх із закону всесвітнього тяжіння. Тяжіння Місяця
Сонцем у 2,2 рази сильніше, ніж Землею, так що, строго кажучи, варто було б
розглядати рух Місяця довкола Сонця і збурювання цього руху Землею.
Однак, оскільки дослідника цікавить рух Місяця, яким воно видно з
Землі, гравітаційна теорія, що розробляли багато найбільших учених,
починаючи з И. Ньютона, розглядає рух Місяця саме навколо Землі. У 20
столітті користаються теорією американського математика Дж. Хилла, на основі якої
американський астроном Е. Браун обчислив (1919) математичні, ряди і склав
таблиці, що містять широту, довгота і паралакс Місяця. Аргументом служить час.
Площина
орбіти Місяця нахилена до екліптики під кутом 5про8 "43", підданим
невеликим коливанням. Точки перетину орбіти з екліптикою, називаються
висхідним і спадним вузлами, мають нерівномірний назадній рух і
роблять повний оборот по екліптики за 6794 доби (близько 18 років), внаслідок
чого Місяць повертається до тому самому вузла через інтервал часу - так
званий драконічний місяць, - більш короткий, ніж сидеричний і в середньому
рівний 27.21222 доби, з цим місяцем зв'язана періодичність сонячних і місячних
затемнень. Місяць обертається навколо своєї осі, нахиленою до площини екліптики під
кутом 88 ° 28 ', з періодом, точно рівним сидеричному місяцю, унаслідок чого
вона повернена до Землі завжди однієї і тієї ж стороною. Такий збіг періодів
осьового обертання й орбітального звертання не випадково, а викликано тертям
припливів, що Земля робила у твердій чи ніколи рідкій оболонці Місяця.
Однак сполучення рівномірного обертання з нерівномірним рухом по орбіті
викликає невеликі періодичні відхилення від незмінного напрямку до Землі,
що досягають 7 ° 54 'по довготі, а нахил осі обертання Місяця до площини її орбіти
обумовлює відхилення до 6 ° 50 'по широті, унаслідок чого в різний час з
Землі можна бачити до 59% всієї поверхні Місяця (хоча області біля країв
місячного диска видні лише в сильному перспективному ракурсі); такі відхилення
називаються лібрацією Місяця. Площини екватора Місяця, екліптики і місячної орбіти
завжди перетинаються по однієї прямої (закон Кассіні).
Форма Місяця.
Форма Місяця
дуже близька до кулі з радіусом 1737 км, що дорівнює 0,2724 екваторіального
радіусу Землі. Площа поверхні Місяця складає 3,8 * 107 км2,
а обсяг 2,2 * 1025 см3. Більш детальне визначення
фігури Місяця утруднене тим, що на Місяці, із за відсутності океанів, немає явно
вираженої рівної поверхні стосовно якої можна було б
визначити висоти і глибини; крім того, оскільки Місяць повернений до Землі однією
стороною, вимірювати з Землі радіуси крапок поверхні видимої півкулі Місяця
(крім крапок на самому краї місячного диска) представляється можливим лише на
підставі слабкого стереоскопічного ефекту, обумовленого лібрацією.
Вивчення лібрації дозволило оцінити різницю головних піввісь еліпсоїда Місяця.
Полярна вісь менше екваторіальній, спрямованої убік Землі, приблизно на
700 м і менше екваторіальній осі, перпендикулярної напрямку на Землю, на
400 м. Таким чином, Місяць під впливом приливних сил, небагато витягнутий
убік Землі. Маса Місяця точніше всього визначається зі спостережень її
штучних супутників. Вона в 81 разів менше маси землі, що відповідає
7.35 * 1025 р. Середня щільність Місяця дорівнює 3,34 р. см3
(0.61 середньої щільності Землі). Прискорення сили тяжіння на поверхні Місяця в 6
разів більше, ніж на Землі, складає 162.3 см. сек2 і зменшується на
0.187 см. сек2 при підйомі на 1 кілометр. Перша космічна
швидкість 1680 м/сек, друга 2375 м/сек. Унаслідок малого притягання Місяць не
змогла утримати навколо себе газової оболонки, а також воду у вільному
стані.
Фази Місяця.
Не будучи
самосвітним, Місяць видний тільки в тій частині, куди падають сонячні промені, або
промені, відбиті Землею. Цим пояснюються фази Місяця. Кожен місяць Місяць,
рухаючись по орбіті, проходить між Землею і Сонцем і звернена до нас темною
стороною, у цей час відбувається молодик. Через 1 - 2 дні після цього на західній
частині неба з'являється вузький яскравий серп молодого Місяця. Інша частина місячного
диска буває в цей час слабко освітлена Землею, оберненою до Місяця своєю денною
півкулею. Через 7 доби Місяць відходить від Сонця на 900, настає
перша чверть, коли освітлена рівно половина диска Місяця і термінатор, тобто
лінія розділу світлої і темної сторони, стає прямої - діаметром місячного
диска. У наступні дні термінатор стає опуклим, вид Місяця наближається
до світлого кола і через 14 - 15 доби настає повний місяць. На 22-у добу
спостерігається остання чверть. Mag/відстань Місяця від сонця зменшується,
вона знову стає серпом і через 29.5 доби знову настає молодик.
Проміжок між двома послідовними молодиками називається синодичним
місяцем, що має середню тривалість 29.5 доби. Синодичний місяць
більше сидеричному, тому що Земля за цей час проходить приблизно 113
своєї орбіти і Місяць, щоб знову проіті між Землею і Сонцем, повинна пройти
додатково ще 113 частина своєї орбіти, на що витрачається не набагато
більше 2 діб. Якщо молодик відбувається поблизу одного з вузлів місячної орбіти,
відбувається сонячне затемнення, а повня біля вузла супроводжується місячним
затемненням. Легко спостерігається система фаз Місяця послужила основою для ряду
календарних систем.
Поверхня
Місяця.
Поверхня
Місяця досить темна, її альбедо дорівнює 0.073, тобто вона відбиває в середньому
лише 7.3% світлових променів Сонця. Візуальна зоряна величина повного Місяця на
середній відстані дорівнює - 12.7; вона посилає в повню на Землю в 465 000
разів менше світла, ніж Сонце. У залежності від фаз, ця кількість світла
зменшується набагато швидше, ніж площа освітленої частини Місяця, так що коли
Місяць знаходиться у чверті, і ми бачимо половину її диска світлої, вона посилає
нам не 50%, а лише 8% світла від повного Місяця Показник кольору місячного світла
дорівнює + 1.2, тобто він помітно червоно сонячного. Місяць обертається щодо
Сонця з періодом, рівним синодичним місяцю, тому день на Місяці триває
майже 1.5 доба і стільки ж продовжується ніч. Не будучи захищена атмосферою,
поверхню Місяця нагрівається вдень до + 110о С, а вночі остигає до
-120 ° С, однак, як показали радіонаблюденія, ці величезні коливання
температури проникають усередину лише на кілька дециметрів внаслідок
надзвичайно слабкої теплопровідності поверхневих шарів. З тієї ж причини і у
час повних місячних затемнень нагріта поверхня швидко охолоджується, хоча
деякі місця довше зберігають тепло, імовірно, внаслідок великої
теплоємності (так звані "гарячі плями").
Навіть
неозброєним оком на Місяці видні неправильні темнуваті протяжні плями,
які були прийняті за моря; назва збереглося, хоча і було встановлено,
що ці утворення нічого загального з земними морями не мають. Телескопічні
спостереження, яким поклав початок у 1610 Г. Галілей, дозволили виявити
гористе будову поверхні Місяця. З'ясувалося, що моря - це рівнини більш
темного відтінку, чим інші області, іноді звані континентальними (або
материковими), що буяють горами, більшість яких має кільцеподібну
форму (кратери). За багаторічним спостереженнями були складені докладні карти
Місяця. Перші такі карти видав у 1647 Я. Гевелій в Ланцет (Гданськ). Зберігши
термін "моря", він привласнив назви також і найголовнішим місячним хребтах - по
аналогічним земним утворенням: Апенніни, Кавказ, Альпи. Дж. Річчолі в 1651
дав великим темним низовинах фантастичні назви: Океан Бур, Море
Криз, Море Спокою, Море Дощів і так далі, менше примикають до морів
темні області він назвав затоками, наприклад, Залив Веселки, а невеликі
неправильні плями - болотами, наприклад Болото гнилі. Окремі гори, головним
чином кільцеподібні, він назвав іменами видатних учених: Коперник, Кеплер,
Тихо Браге та іншими. Ці назви збереглися на місячних картах і понині,
причому додано багато нових імен видатних людей, учених більш пізнього
часу. На картах зворотної сторони Місяця, складених за спостереженнями,
виконаним з космічних зондів та штучних супутників Місяця, з'явилися
К. імена Е. Ціолковського, С. П. Корольова, Ю. А. Гагаріна й інших. Докладні і
точні карти Місяця були складені за телескопічним спостереженнями в 19 столітті
німецькими астрономами И. Медлером, Й. Шмідтом і ін Карти складалися в ортографіческой
проекції для середньої фази лібрації, тобто приблизно такими, який Місяць видно з
Землі. В кінці 19 століття почалися фотографічні спостереження Місяця.
У 1896-1910
великий атлас Місяця був виданий французькими астрономами М. Леви і П. П'юзо по
фотографіях, отриманим на Паризькій обсерваторії; пізніше фотографічний альбом
Місяця виданий Лікской обсерваторією в США, а в середині 20 століття Дж. Койпер (США)
склав кілька детальних атласів фотографій Місяця, отриманих на великих
телескопах різних астрономічних обсерваторій. За допомогою сучасних
телескопів на Місяці можна помітити, але не розглянути кратери розміром близько 0,7
кілометрів і тріщини шириною в перші сотні метрів.
Рельєф
місячної поверхні.
Рельєф місячної
поверхні був в основному з'ясований у результаті багаторічних телескопічних
спостережень. "Місячні моря", що займають близько 40% видимої поверхні Місяця,
являють собою рівнинні низовини, пересічені тріщинами і невисокими
звивистими валами; великих кратерів на морях порівняно мало. Багато морів
оточені концентричними кільцевими хребтами. Інша, більш світла
поверхня покрита численними кратерами, кільцеподібними хребтами,
борознами і так далі. Кратери менш 15-20 кілометрів мають просту чашоподібну
форму, більш великі кратери (до 200 кілометрів) складаються з округлого валу з
крутими внутрішніми схилами, мають порівняно плоске дно, більш
поглиблене, ніж навколишня місцевість, часто з центральною гіркою. Висоти гір
над навколишньою місцевістю визначаються по довжині тіней на місячній поверхні або
фотометричним способом. Таким шляхом були складені гіпсометричні карти
масштабу 1: 1 000000 на велику частину видимої сторони. Однак абсолютні
висоти, відстані крапок поверхні Місяця від центра чи фігури маси Місяця
визначаються дуже непевно, і засновані на них гіпсометричні карти дають
лише загальне представлення про рельєф Місяця. Набагато докладніше і точніше вивчений
рельєф крайової зони Місяця, що, залежно від лібрації фази, обмежує
диск Місяця. Для цієї зони німецький учений Ф. Хайн, радянський вчений А. А.
Нефедьєв, американський учений Ч. Уотс склали гіпсометричні карти, які
використовуються для обліку нерівностей краю Місяця при спостереженнях з метою
визначення координат Місяця (такі спостереження виробляються меридіанними колами
і по фотографіях Місяця на тлі навколишніх зірок, а також за спостереженнями покрить
зірок). Мікрометричними вимірами визначені стосовно місячного
екватора і середнього меридіана Місяця селенографічні координати декількох
основних опорних точок, які служать для прив'язки великого числа інших крапок
поверхні Місяця. Основною вихідною точкою при цьому є невеликої
правильної форми і добре видимий біля центра місячного диска кратер Местинг.
Структура поверхні Місяця був в основному вивчена фотометричними і
поляриметричними спостереженнями, доповненими радіоастрономічними
дослідженнями.
Кратери на
місячній поверхні мають різний відносний вік: від древніх, ледь
помітних, сильно перероблених утворень до дуже чітких в обрисах
молодих кратерів, іноді оточених світлими "променями". При цьому молоді кратери
перекривають більш древні. В одних випадках кратери врізані в поверхню місячних
морів, а в інших - гірські породи морів перекривають кратери. Тектонічні
розриви те розсікають кратери і моря, те самі перекриваються більш молодими
утвореннями. Ці й інші співвідношення дозволяють установити послідовність
виникнення різних структур на місячній поверхні; у 1949 радянський вчений
А. В. Хабаков розділив місячні утворення на кілька послідовних
вікових комплексів. Подальший розвиток такого підходу дозволило до кінця
60-х років скласти середньомасштабні геологічні карти на значну частину
поверхні Місяця. Абсолютний вік місячних утворень відомий поки лише в
декількох точках; але, використовуючи деякі непрямі методи, можна встановити,
що вік найбільш молодих великих кратерів складає десятки і сотні
мільйонів років, а основна маса великих кратерів виникла в "доморський" період,
3-4 млрд. років тому.
В освіті
форм місячного рельєфу брали участь як внутрішні сили, так і зовнішні
впливу. Розрахунки термічної історії Місяця показують, що незабаром після її
утворення надра були розігріті радіоактивним теплом і значною мірою розплавлені,
що призвело до інтенсивного вулканізму на поверхні. У результаті утворилися
гігантські лавові полючи і деяка кількість вулканічних кратерів, а також
численні тріщини, уступи й інше. Разом з цим на поверхню Місяця на
ранніх етапах випадала величезна кількість метеоритів і астероїдів - залишків
протопланетної хмари, при вибухах яких виникали кратери - від
мікроскопічних лунок до кільцевих структур поперечником у багато десятків, а
можливо і до декількох сотень кілометрів. Через відсутність атмосфери і
гідросфери значна частина цих кратерів збереглася до наших днів. Зараз
метеорити випадають на Місяць набагато рідше; вулканізм також в основному
припинився, оскільки Місяць витратив багато теплової енергії, а радіоактивні
елементи були винесені в зовнішні шари Місяця. Про залишковий вулканізм
свідчать витікання вуглецевих газів у місячних кратерах,
спектрограми яких були вперше отримані радянським астрономом Н. А.
Козирєв.
Походження
Місяця.
Походження
Місяця остаточно ще не встановлено. Найбільш розроблені три різні гіпотези.
В кінці 19 в. Дж. Дарвін висунув гіпотезу, згідно з якою Місяць і Земля
спочатку становили одну загальну розплавлену масу, швидкість обертання
якій збільшувалася в міру її охолодження та стиснення; в результаті ця маса
розірвалася на дві частини: велику - Землю і меншу - Місяць. Ця гіпотеза
пояснює малу щільність Місяця, утвореної з зовнішніх шарів первісної
маси. Однак вона зустрічає серйозні заперечення з точки зору механізму
подібного процесу; крім того, між породами земної оболонки і місячними
породами є істотні геохімічні розходження.
Гіпотеза
захоплення, розроблена німецьким ученим К. Вейцзеккером, шведським ученим Х.
Альфвеном і американським ученим Г. Юри, припускає, що Місяць спочатку
була малою планетою, що при проходженні поблизу Землі в результаті
впливу тяжіння останньої перетворилася в супутник Землі. Імовірність
такої події дуже мала, і, крім того, в цьому випадку варто було б очікувати
більшого розходження земних і місячних порід.
Згідно
третій гіпотезою, розроблялася радянськими вченими - О. Ю. Шмідтом і його
послідовниками в серединіе 20 століття, Місяць і Земля утворилися одночасно
шляхом об'єднання й ущільнення великого роя дрібних часток. Але Місяць у цілому
має меншу щільність, чим Земля, тому речовина протопланетної хмари
повинно було розділитися з концентрацією важких елементів у Землі. У зв'язку з
цим виникло припущення, що першою почала формуватися Земля, оточена
потужною атмосферою, збагаченої відносно летучими силікатами; при
наступному охолодженні речовина цієї атмосфери сконденсувалася в кільце
планетезімалей, з яких і утворився Місяць. Остання гіпотеза на
сучасному рівні знань (70-і роки 20 століття) представляється найбільш
перевагу.
Новий етап
дослідження Місяця.
Не дивно,
що перший політ космічного апарата вище навколоземній орбіти був спрямований до
Місяці. Ця честь належить радянському космічному апарату "Місяць-l",
запуск якого був здійснений 2 січня 1958 року. Відповідно до програми
польоту через кілька днів він пройшов на відстані 6000 кілометрів від
поверхні Місяця. Пізніше в тому ж році, у середині вересня подібний апарат
серії "Місяць" досяг поверхні природного супутника Землі.
Ще через рік,
в жовтні 1959 року автоматичний апарат "Місяць-3", оснащений
апаратурою для фотографування, провів зйомку зворотної сторони Місяця (близько 70
% Поверхні) і передав її зображення на Землю. Апарат мав систему
орієнтації з датчиками Сонця і Місяця і реактивних двигунів, що працювали на
стиснутому газі, систему керування і терморегулювання. Його маса 280 кілограм.
Створення "Місяця-3" було технічним досягненням для того часу,
принесло інформацію про зворотну сторону Місяця: виявлені помітні розходження з
видимою стороною, насамперед відсутність протяжних місячних морів.
У лютому 1966
року апарат "Місяць-9" доставив на Місяць автоматичну місячну станцію,
що зробила м'яку посадку і передала на Землю кілька панорам прилеглої
поверхні - похмурої кам'янистої пустелі. Система керування забезпечувала
орієнтацію апарата, включення гальмової ступіні по команді від радіолокатора на
висоті 75 кілометрів над поверхнею Місяця і відділення станції від неї
безпосередньо перед падінням. Амортизація забезпечувалася надувним гумовим
балоном. Маса "Місяця-9" близько 1800 кілограм, маса станції близько
100 кілограм.
Наступним кроком
у радянській місячній програмі були автоматичні станції "Місяць-16, -20,
-24 ", Призначені для забору грунту з поверхні Місяця і доставки його
зразків на Землю. Їхня маса була близько 1900 кілограм. Крім гальмової
рухової установки і посадкового пристрою, до складу станцій
входили грунтозабірний пристрій, злітна ракетна ступінь з повертається
апаратом для доставки грунту. Польоти відбулися в 1970, 1972 і 1976 роках, на
Землю були доставлені невеликі кількості грунту.
Ще одне завдання
вирішували "Луна-17, -21" (1970, 1973 роки). Вони доставили на Місяць самохідні
апарати - місяцеходи, керовані з Землі по стереоскопічному телевізійному
зображенню поверхні. "Місяцехід-1" пройшов шлях близько 10
кілометрів за 10 місяців, "Місяцехід-2" - близько 37 кілометрів за 5 міс.
Крім панорамних камер на місяцеходах були встановлені: грунтозабірний
пристрій, спектрометр для аналізу хімічного складу грунту, вимірник
шляху. Маси місяцеходів 756 і 840 кг.
Космічні
апарати "Рейнджер" розроблялися для одержання знімків під час
падіння, починаючи з висоти близько 1600 кілометрів до кількох сотень метрів над
поверхнею Місяця. Вони мали систему тривісної орієнтації і були оснащені
шістьма телевізійними камерами. Апарати при посадці розбивалися, тому
одержувані зображення передавалися відразу ж, без запису. Під час трьох вдалих
польотів були отримані великі матеріали для вивчення морфології місячної
поверхні. Зйомки "Рейнджеров" поклали початок американській
програмі фотографування планет.
Конструкція
апаратів "Рейнджер" подібна з конструкцією перших апаратів "Маринер",
які були запущені до Венери в 1962 році. Однак подальше конструювання
місячних космічних апаратів не пішло цим шляхом. Для отримання детальної
інформації про місячну поверхню використовувалися інші космічні апарати --
"Лунар Орбитер". Ці апарати з орбіт штучних супутників Місяця
фотографували поверхня з високим дозволом.
Одна з цілей
польотів складалася в одержанні високоякісних знімків із двома дозволами,
високим і низьким, з метою вибору можливих місць посадки апаратів
"Сервейор" і "Аполлон" за допомогою спеціальної системи
фотокамер. Знімки виявлялися на борті, сканувалися фотоелектричним
способом і передавалися на Землю. Число знімків обмежувалося запасом плівки
(на 210 кадрів). У 1966-1967 роках було здійснено п'ять запусків "Лунар
орбитер "(всі успішні). Перші три" Орбитера "були виведені на
кругові орбіти з невеликим нахилом і малою висотою; на кожному з них
проводилася стереосъемка обраних ділянок на видимій стороні Місяця з дуже
високим дозволом і зйомка великих ділянок зворотної сторони з низьким
роздільною здатністю. Четвертий супутник працював на набагато більш високій полярній
орбіті, він вів зйомку всієї поверхні видимої сторони, п'ятий, останній
"Орбитер" вів спостереження теж з полярної орбіти, але з менших висот.
"Лунар орбитер-5" забезпечив зйомку з високим дозволом багатьох
спеціальних мет на видимій стороні, здебільшого на середніх широтах, і
зйомку значної частини зворотної з малим дозволом. Зрештою
зйомкою із середнім дозволом була покрита майже вся поверхня Місяця,
одночасно йшла цілеспрямована зйомка, що мало неоціненне значення для
планування посадок на Місяць і її фотогеологічні досліджень.
Додатково
було проведено точне картування гравітаційного поля, при цьому були виявлені
регіональні концентрації мас (що важливо і з наукової точки зору, і для цілей
планування посадок) і встановлений значний зсув центра мас Місяця від
центру її фігури. Вимірялися також потоки радіації і мікрометеоритів.
Апарати
"Лунар орбитер" мали систему тривісної орієнтації, їхня маса
становила близько 390 кілограмів. Після завершення картографування ці
апарати розбивалися об місячну поверхню, щоб припинити роботу їхніх
радіопередавачів.
Польоти
космічних апаратів "Сервейор", що призначалися для одержання
наукових даних і інженерної інформації (такі механічні властивості, як,
наприклад, несуча здатність місячного грунту), внесли великий внесок в розуміння
природи Місяця, у підготовку посадок апаратів "Аполлон".
Автоматичні
посадки з використанням послідовності команд, керованих радаром із
замкнутим контуром, були великим технічним досягненням того часу.
"Сервейори" запускалися за допомогою ракет "Атлас-Центавр"
(криогенні верхні ступіні "Атлас" були іншим технічним успіхом
того часу) і виводилися на перелітні орбіти до Місяця. Посадочні маневри
починалися за 30 - 40 хвилин до посадки, головний гальмовий двигун включався
радаром на відстані близько 100 кілометрів до крапки посадки. Кінцевий етап
(швидкість зниження близько 5 м/с) проводився після закінчення роботи головного
двигуна і скидання його на висоті 7500 метрів. Маса "Сервейора" при
запуску складала близько 1 тонни і при посадці - 285 кілограм. Головний
гальмовий двигун являв собою твердопаливну ракету масою близько 4
тонн Космічний апарат мав тривісну систему орієнтації.
Красивий
інструментарій включав дві камери для панорамного огляду місцевості, невеликий
ківш для риття траншеї в грунті і (в останніх трьох апаратах) альфа-аналізатор
для виміру зворотного розсіювання альфа - часток з метою визначення
елементного складу грунту під посадковим апаратом. Ретроспективно результати
хімічного експерименту багато чого прояснили в природі поверхні Місяця і її
історії. П'ять із семи запусків "Сервейорів" були успішними, усі
опустилися в екваторіальній зоні, крім останнього, котрий сіл у районі
викидів кратера Тихо на 41 ° пд.ш. "Сервейор-6" був у деякому сенсі
піонером - першим американським космічним апаратом, запущеним з іншого
небесного тіла (але всього лише до другого місця посадки в декількох метрах
осторонь від першого).
Пілотовані
космічні апарати "Аполлон" були наступними в американській
програмі досліджень Місяця. Після "Аполлона" польоти на Місяць не
проводилися. Ученим довелося задовольнятися продовженням обробки даних від
автоматичних і пілотованих польотів у 1960 - е і 1970 - ті роки. Деякі з
них передбачали експлуатацію місячних ресурсів у майбутньому і направили свої зусилля
на розробку процесів, які змогли б перетворити місячний грунт у матеріали,
придатні для будівництва, для виробництва енергії і для ракетних
двигунів. При плануванні повернення до досліджень Місяця без сумніву
знайдуть застосування як автоматичні, так і пілотовані космічні апарати.
Людина на
Місяці.
Робота над цією
програмою почалася в США наприкінці 60 - х років. Було прийнято рішення
здійснити політ людини на Місяць і його успішне повернення на Землю
Протягом найближчих десяти років. Влітку 1962 року після тривалих дискусій прийшли
до висновку, що найбільш ефективним і надійним способом є вивід на
навколомісяцеву орбіту комплексу в складі командно - обчислювального модуля, в
складу якого входять командний і допоміжний модулі, і місячного
посадкового модуля. Першочерговим завданням було створення ракети носія,
здатної вивести не менш 300 тонн на навколоземну орбіту і не менш 100 тонн
на навколомісяцеву орбіту. Одночасно велася розробка космічного корабля
"Аполлон", призначеного для польоту американських астронавтів на Місяць. У
лютому 1966 року "Аполлон" був випробуваний у безпілотний варіанті. Однак те, що
відбулося 27 січня 1967 року, перешкодило успішному проведенню програми в життя.
У цей день астронавти Е. Уайт, Р. Гаффі, В. Гриссом загинули при спалаху полум'я
під час тренування на Землі. Після розслідування причин іспити
відновилися й ускладнилися. У грудні 1968 року "Аполлон - 8 (ще без місячної
кабіни) був виведений на селеноцентрическую орбіту з наступним поверненням в
атмосферу Землі з другою космічною швидкістю. Це був пілотований політ
навколо Місяця. Знімки допомогли уточнити місце майбутньої посадки на Місяць людей. 16
липня "Аполлон - 11" стартував до Місяця і 19 липня вийшов на місячну орбіту. 21 липня
1969 на Місяці уперше висадилися люди - американські астронавти Н. Армстронг і
Б. Олдрін, доставлені туди космічним кораблем "Аполлон-11. Космонавти
доставили на Землю кілька сотень кілограмів зразків і провели на Місяці ряд
досліджень: виміру теплового потоку, магнітного поля, рівня радіації,
інтенсивності і складу сонячного вітру (потоку часток, що приходять від Сонця).
Виявилося, що тепловий потік з надр Місяцю приблизно втричі менше, ніж з надр
Землі. У породах Місяця виявлена залишкова намагніченість, що вказує на
існування в Місяця в минулому магнітного поля. На Місяці були залишені прилади,
що автоматично передають інформацію на Землю, у сейсмометри, які реєструють
коливання в тілі Місяця. Сейсмометри зафіксували удари від падінь метеоритів і
"Місяцетрясіння" внутрішнього походження. За даними сейсмічних було
встановлено, що до глибини в кілька десятків кілометрів Місяць складений
щодо легкою "корою", а нижче залягає більш щільна "мантія". Це було
видатні досягнення в історії освоєння космічного простору - уперше
людина досягла поверхні іншого небесного тіла і пробув на ньому більш двох
годин. Слідом за політ корабля "Аполлон - 11" до Місяця протягом 3.5 - х років
було спрямовано шість експедицій ( "Аполлон - 12" - "Аполлон - 17"), п'ять з
який пройшли цілком успішно. На кораблі "Аполлон - 13" з - за аварії на
борті довелося змінити програму польоту, і замість посадки на Місяць був зроблений
її обліт і повернення на Землю. Усього на Місяці побувало 12 астронавтів,
деякі пробули на Місяці кілька доби, у тому числі до 22 годин поза кабіною,
проїхали на самохідному апараті кілька десятків кілометрів. Ними був виконаний
досить великий обсяг наукових досліджень, зібрано понад 380 кілограмів
зразків місячного грунту, вивчення яких займалися лабораторії США й інших
країн. Роботи над програмою польотів на Місяць велися й у СРСР, але в силу
декількох причин не були доведені до кінця. Тривалість сейсмічних
коливань на Місяці в кілька разів більша, ніж на Землі, мабуть, пов'язана з
сильною тріщинуватістю верхньої частини місячної "кори".
У листопаді 1970
АМС "Місяць-17" доставила на Місяць у Море Дощів місячний самохідний апарат
"Місяцехід-1", що за 11 місячних днів (чи 10.5 місяців) пройшов
відстань у 10 540 м і передав велику кількість панорам, окремих
фотографій поверхні Місяця й іншу наукову інформацію. Встановлений на ньому
французький відбивач дозволив за допомогою лазерного променя вимірити відстань до
Місяця з точністю до часток метра. У лютому 1972 АМС "Місяць-20" доставила на
Землю зразки місячного грунту, вперше узяті у важкодоступному районі Місяця. У
січні 1973 АМС "Місяць-21" доставила в кратер Лемонье (Море Ясності) "Місяцехід-2"
для комплексного дослідження перехідної зони між морськими і материковими
рівнинами. "Місяцехід-2" працював 5 місячних днів (4 місяці), пройшов відстань
близько 37 кілометрів.
Місячний
грунт.
Усюди, де
здійснювали посадки космічні апарати, Місяць покритий так званим реголітом.
Це разнозерністий уламкових-пилової шар товщиною від декількох метрів до
декількох десятків метрів. Він виник у результаті дроблення, перемішування і
спікання місячних порід при падіння метеоритів і мікрометеоритів. Внаслідок
впливу сонячного вітру реголіт насичений нейтральними газами. Серед
уламків реголіта знайдені частинки метеоритної речовини. За радіоізотопами було
встановлено, що деякі уламки на поверхні реголіта перебували на одному
і тому ж місці десятки і сотні мільйонів років. Серед зразків, доставлених на
Землю, зустрічаються породи двох типів: вулканічні (лави) і породи, що виникли
за рахунок роздроблення і розплавлення місячних утворень при падіння метеоритів.
Основна маса вулканічних порід подібна з земними базальтами. Мабуть,
такими породами складені всі місячні моря. Крім того, у місячному грунті
зустрічаються уламки інших порід, подібних із земними і так званим KREEP --
порода, збагачена калієм, рідкоземельними елементами і фосфором. Очевидно,
ці породи являють собою уламки речовини місячних материків. "Луна-20" і
"Аполлон-16", що зробили посадки на місячних материках, привезли відтіля породи
типу анортозитів. Усі типи порід утворилися в результаті тривалої еволюції
в надрах Місяця. По ряду ознак місячні породи відрізняються від земних: у них
дуже мало води, мало калію, натрію й інших летучих елементів, у деяких
зразках дуже багато титана і заліза. Вік цих порід, обумовлений по
співвідношеннях радіоактивних елементів, дорівнює 3 - 4.5 млрд. років, що
відповідає найдавнішим періодам розвитку Землі.
Внутрішнє
будова Місяця
Структура надр
Місяця також визначається з урахуванням обмежень, які накладають на моделі
внутрішньої будови дані про фігуру небесного тіла і, особливо про характер
поширення Р - і S - хвиль. Реальна фігура Місяця, виявилася близької до
сферично рівноважної, а з аналізу гравітаційного потенціалу зроблений висновок про
те, що її щільність несильно змінюється з глибиною, тобто на відміну від Землі
немає великої концентрації мас у центрі.
Самий верхній
шар представлений корою, товщина якої, визначена тільки в районах
улоговин, складає 60 км. Досить імовірно, що на великих материкових
площах зворотної сторони Місяця кора приблизно в 1,5 рази потужніша. Кора
складена виверженими кристалічними гірськими породами - базальтами. Однак за
своєму мінералогічному складу базальти материкових і морських районів мають
помітні відмінності. У той час як найбільш древні материкові райони Місяця
переважно утворені світлою гірською породою - анортозитами (майже цілком
складаються із середнього й основного плагіоклазу, з невеликими домішками
піроксену, олівіну, магнетиту, титаномагнетиту та ін), кристалічні породи
місячних морів, подібно земним базальту, складені в основному плагіоклазу і
Моноклінна піроксенів (Авгіт). Імовірно, вони утворилися при охолодженні
магматичного розплаву на поверхні або поблизу неї. При цьому, сел?? Ольку
місячні базальти менш окислені, ніж земні, це означає, що вони
кристалізувалися з меншим відношенням кисню до металу. У них, крім того,
спостерігається менший зміст деяких летучих елементів і одночасно
збагаченість багатьма тугоплавкими елементами в порівнянні з земними породами.
За рахунок домішок олівінів і особливо ільменіту райони морів виглядають більш
темними, а щільність що складають їх порід вище, ніж на материках.
Під корою
розташована мантія, у якій, подібно земний, можна виділити верхню, середню
і нижню. Товщина верхньої мантії близько 250 км, а середньої приблизно 500 км, і її
границя з нижньою мантією розташована на глибині близько 1000 км. До цього рівня
швидкості поперечних хвиль майже постійні, і це означає, що речовина надр
знаходиться у твердому стані, представляючи собою могутню і відносно холодну
літосферу, у якій довго не загасають сейсмічні коливання. Склад верхньої
мантії приблизно олівін-піроксеновий, а на більшій глибині присутні
шніцель і зустрічається в ультраосновних лужних породах мінерал меліліт. На
границі з нижньою мантією температури наближаються до температур плавлення,
звідси починається сильне поглинання сейсмічних хвиль. Ця область
являє собою місячну астеносферу.
У самому центрі,
очевидно, знаходиться невелике рідке ядро радіусом менш 350 кілометрів,
через яке не проходять поперечні хвилі. Ядро може бути железосульфідним
або залізним; в останньому випадку воно повинно бути менше, що краще погодиться
з оцінками розподілу щільності по глибині. Його маса, імовірно, не
перевищує 2% від маси всього Місяця. Температура в ядрі залежить від його складу і,
видимо, укладена в межах 1300 - 1900 К. Нижній границі відповідає
припущення про збагаченість важкої фракції місячного проторечовини сіркою,
переважно у вигляді сульфідів, і утворенні ядра з евтектики Fe - FeS з
температурою плавлення (слабко залежної від тиску) близько 1300 К. З верхньою
границею краще погодиться припущення про збагаченість проторечовини Місяця
легкими металами (Mg, Са, Na, Аl), що входять разом з кремнієм і киснем у
складу найважливіших породоутворюючих мінералів основних і ультраосновних порід --
піроксенів і олівінів. Останньому припущенням сприяє і знижений
зміст у Місяці заліза і нікелю, на що вказує її низька середня площа.
Міжнародно
- Правові проблеми
Кардинальні
правові питання освоєння Місяця вирішені Договором про принципи діяльності
держав з дослідження і використання космічного простору, включаючи
Місяць і інші небесні тіла. Однак значні досягнення в дослідженні Місяця
висувають необхідність висновку спеціального міжнародного договору,
що регулював би різні аспекти діяльності держав на Місяці.
Потреба в договорі, сфера дії якого обмежується винятково
Місяцем, викликається особливим положенням Місяця, тому що її дослідження ведеться
безпосередньо людьми. У червні 1971 СРСР подав на
