Ю. Г Шкуратов. Луна, какой она видна издалека
2.1. Начало селенографии
Селенография – наука, изучающая лунную поверхность, – зародилась задолго до изобретения телескопа, ведь на лунном диске даже невооруженным глазом видно много деталей.
Наскальные рисунки, напоминающие силуэт Луны, относятся к очень древней эпохе: например, возраст тех, что найдены в Ирландии, составляет более 5000 лет. Вероятно, в доисторические и античные времена люди не раз пытались изобразить вид лунного диска, однако документированных данных об этом нет. Сохранились словесные «карты» Луны в мифах древних китайцев и американских индейцев. Интересно, что и те, и другие народы, несмотря на огромное расстояние, разделяющее их, видели в очертании лунных морей кролика. Вероятно, это первый пример «астрономического открытия», сделанного независимо на разных континентах. Хотя расположение серых пятен на диске Луны не меняется век от века, разные поколения интерпретировали эту картину по-разному. Многим людям полная Луна напоминает добродушную физиономию, другие видят на Луне силуэты каких-то животных, а религиозно настроенные звездочеты Средневековья, отличавшиеся богатым воображением, уверяли, что на Луне запечатлены фигуры Иуды и Каина.
Пытаясь проникнуть в суть вещей, древнегреческие философы высказывали разные суждения о природе деталей лунного диска. Великий Аристотель (IV до н. э.) полагал, что поверхность Луны зеркальна, а пятна на ее диске – не что иное, как отражение земных морей и континентов. Авторитет Аристотеля был почти абсолютным, так что эта точка зрения в том или ином виде продержалась до начала XVII в. Но в науке всегда есть место альтернативным гипотезам: другие древнегреческие философы, например Эпименид (VI до н. э.), Фалес (VI до н. э.) и Анаксагор (VI до н. э.), говорили о Луне как о «горной земле». Почти за два века до Аристотеля философ и математик Пифагор допускал мысль о том, что Луна во многом подобна Земле, а последователь Пифагора Демокрит (V–IV до н. э.) считал, что причиной видимых различий на Луне служат тени, создаваемые неровностями ее поверхности.
Рис. 2.1. Лунный лик многим напоминает добродушное женское лицо. Некоторые даже угадывают в нем загадочный образ леонардовской Моны Лизы.
Мысль о схожести лунного и земного ландшафтов приводила некоторых философов к фантастическим идеям. Так, александрийский философ Прокл (V до н. э.) утверждал, что на Луне «возвышаются многочисленные горы и помещается большое количество городов и жилищ». А пифагорейцы заявляли, что «Луна есть Земля, подобная обитаемой нами, но с той разницей, что она населена животными гораздо большими и деревьями гораздо лучшими: лунные существа своим ростом и силой в пятнадцать раз превосходят земные». Как видим, уже в те времена многие ученые считали Луну соседним миром, похожим на Землю, а наиболее романтические из них даже населяли Луну разумными существами – селенитами (Зигель, 1976).
Рис. 2.2. Один из рисунков Луны из записных книжек Леонардо да Винчи.
Первые (из того, что сохранилось) качественные зарисовки Луны в полной фазе были сделаны Леонардо да Винчи (1452–1519) в период между 1505 и 1508 гг., уже после создания портрета Моны Лизы – «Джоконды» (ок. 1503 г.). На них хорошо отождествляются крупные моря восточной части лунного диска. Ни кратеров, ни лучевых систем на зарисовках да Винчи нет. Это означает, что Леонардо никогда не видел Луны в телескоп. Такое замечание не кажется излишним, несмотря на то, что да Винчи жил на столетие раньше, чем Галилео Галилей, которому обычно приписывают изобретение телескопа.
Рис. 2.3. Ганс Липперсгей (1570–1619), изобретатель телескопа.
Действительно, история изобретения телескопа довольно запутанна. Всё необходимое для этого изобретения было в наличии задолго до начала XVII столетия – времени, когда, как считается, и был изобретен этот инструмент.
Увеличительные и уменьшительные свойства соответственно выпуклых и вогнутых стекол были известны с античных времен. В конце XIII в. мастера Венеции и Флоренции научились делать выпуклые линзы хорошего качества; появились очки для коррекции дальнозоркости. В середине XV столетия в Италии стали делать очки с вогнутыми линзами для исправления близорукости. С этого времени телескоп как простая комбинация выпуклого и вогнутого стекол мог быть изобретен. Вероятно, это случалось неоднократно в разных местах Европы, однако такие изобретения, не получив должной оценки и применения, забывались. В частности, в 1570-х гг. в Англии Леонард и Томас Диггесы сделали инструмент, состоящий из выпуклой линзы и зеркала, который можно рассматривать как прототип телескопа (уже в наше время некто Колин Ронин умудрился даже воссоздать такой инструмент по чертежам Томаса Диггеса). Не исключено, что в Италии в конце XVI в. также были мастера, владевшие секретом телескопа. В частности, некоторые историки считают, что телескопическое свойство линз открыл в 1589 г. Джамбатиста делла Порта из Неаполя.
По критериям патентоведения изобретателем телескопа должен считаться Ганс Липперсгей, голландский очковых дел мастер из Миддельбурга. В конце сентября 1608 г. он пытался официально зарегистрировать свое открытие зрительной трубы в правительстве Соединенных Штатов Нидерландов. За поддержание патента он соглашался платить немалые деньги. Претензии Липперсгея, правда, вызвали протесты нескольких мастеров-оптиков, которые сообщали в Гаагу, столицу Нидерландов, что они также владеют этим секретом. В частности, некто Яков Метиус всего несколькими днями позже Липперсгея подал аналогичное прошение в Гаагу на выдачу патента. (Интересно, что ни Липперсгей, ни Метиус не получили патента; официальный ответ был таков: «Это слишком просто для того, чтобы быть сохраненным в секрете»!) В архивах хранятся документы, из которых следует, что другой гражданин Миддельбурга, Захариас Жансен, примерно в то же время пытался без лишнего шума продать телескоп на Франкфуртской ярмарке. Липперсгей был знаком с Жансеном, что дало повод некоторым современникам утверждать, что Липперсгей украл идею телескопа у Жансена. Сам же Липперсгей говорил, что на эту идею его случайно натолкнули дети, игравшие линзами в его оптическом магазине.
Начало исследований Луны с помощью телескопов относят обычно к 1609–1610 гг. Однако история первых наблюдений Луны столь же непроста, как и история изобретения телескопа. Взглянуть на Луну через телескоп могли значительно раньше. Разве нельзя предположить, что первым на Луну посмотрел еще в 1589 г. итальянский ученый Джамбатиста делла Порта, на которого ссылается один из современников Липперсгея как на «истинного» изобретателя телескопа? Это мог быть и Ганс Липперсгей, и Яков Метиус, и Захариас Жансен или другие мастера-оптики, чьи имена не сохранились. Наконец, это мог быть и граф Мауриц – глава федерального правительства, командующий вооруженными силами Нидерландов, которому Ганс Липперсгей в сентябре 1608 г. привез свой телескоп для демонстрации полезности этого изобретения в военном деле.
В конце 1608 г. Липперсгей и другие мастера изготовили несколько телескопов, которые быстро разошлись по Европе. В частности, один из них, вероятно, в апреле 1609 г. попал в Италию в качестве подарка папе римскому Павлу V. В то время в Риме существовала коллегия ученых-иезуитов, одной из задач которой было давать заключения по поводу важнейших научных достижений с точки зрения их соответствия церковным догмам. Известно, что упомянутый телескоп Липперсгея оказался в руках ученых этой коллегии, и они немедленно начали наблюдения неба. В их числе оказался иезуит Клавий (Христоф Клау, 1537–1612), известный ученый и преподаватель, прослывший «Эвклидом своего времени», поскольку его «Геометрия» стала наиболее распространенным учебником в школах Западной Европы XVI–XVII столетий. Клавий также был одним из инициаторов замены юлианского календаря григорианским.
Естественно, наблюдения иезуитов не слишком афишировались, поскольку главной задачей монахов этого ордена была отнюдь не наука, а борьба с Реформацией. Существуют указания, что астрономы-иезуиты открыли неровности на поверхности Луны раньше, чем это сделал Галилей, однако никаких зарисовок лунной поверхности того периода пока не найдено.
Рис. 2.4. Томас Хэрриот (1560–1621) провел первые документированные наблюдения Луны с помощью телескопа.
Неизвестно, сколько инструментов, изготовленных Липперсгеем и, возможно, другими голландскими мастерами, разошлось в конце 1608 и начале 1609 гг. по Европе «неофициально». В частности, главный астроном Ансбаха Симон Мариус (1573–1624) пишет, что приобрел телескоп у некого голландца и с лета 1609 г. начал исследовать небо.
Однако результаты этих исследований пока не обнаружены.
Перечисленные выше первые наблюдения Луны в телескоп являются лишь историческими предположениями. К тому же следует различать ситуации, когда человек просто взглянул на Луну через телескоп первым и когда он первым начал изучать ее систематически, например, делать зарисовки увиденного.
Первые документированные наблюдения Луны провели 26 июля 1609 г. (по нашему календарю это было 5 августа 1609 г.) английский математик Томас Хэрриот и его помощник Кристофер Тук. Слухи об изобретении Липперсгея, дошедшие из Голландии осенью 1608 г., побудили Томаса Хэрриота (а также Галилея) построить собственный телескоп. Хотя Томас Хэрриот узнал об изобретении телескопа почти на полгода раньше Галилео Галилея, оба этих ученых построили собственные инструменты почти одновременно, в начале лета 1609 г. Это несколько странно, поскольку Томас Хэрриот, в отличие от Галилея, был оптиком с большим практическим опытом. Он раньше Снеллиуса открыл закон преломления света. Он рассчитал положение первой радуги от водяных капель, измерил показатели преломления воды, стекла, спирта и некоторых других веществ, составив подробные таблицы. Об этом он рассказал в своих письмах Иоганну Кеплеру еще в 1606 г.
Роль Хэрриота в первых телескопических исследованиях Луны малоизвестна. В основном это связано с тем, что он почти не публиковал свои труды, хотя и оставил большой научный архив – около 10 ООО страниц! Между прочим, Хэрриоту мы обязаны математическими символами > и <. Телескоп, с помощью которого он начал наблюдения Луны, был, вероятно, не очень совершенным. Во всяком случае, он имел увеличение не более 5–7 раз. Первая зарисовка Луны, сделанная Хэрриотом 26 июля 1609 г., почти не содержит деталей. Кратеров на ней не изображено, хотя линия терминатора показана неровной, с несколькими выступами. Это говорит о том, что Хэрриот, вероятно, видел лунные горы. Томас Хэрриот возобновил телескопические наблюдения и зарисовки Луны только через год и то, возможно, под влиянием слухов о замечательных открытиях Галилея.
Галилео Галилей узнал об изобретении телескопа голландцами в июне 1609 г., о чем он пишет в своем «Звездном вестнике». Галилей быстро разобрался в сути открытия и уже в июле начал создавать свои первые инструменты: он был владельцем небольшой мастерской. В конце августа 1609 г. он демонстрирует свой телескоп в Венеции знатным гражданам города и главе правительства, дожу Леонардо Донато. Свои первые регулярные наблюдения Луны Галилей, вероятно, начал вести с 30 ноября 1609 г., хотя в «Звездном вестнике» он указывает дату первых наблюдений 7 января 1610 г. К тому времени он уже имел инструмент, позволяющий достичь примерно двадцатикратного увеличения.
Важно, чтобы ученый, идущий к открытию, был профессионально и психологически подготовлен к нему. Возможно, подобное имело место с Галилеем при открытии лунных кратеров. Галилео не был чужд изящных искусств, ведь он был сыном Винченцо Галилея – музыканта и композитора, чьи произведения исполняются и в наше время. Галилео изучал теорию перспективы и тени по книге Альбрехта Дюрера «Обучение системе мер» (1528 г.), был членом академии художеств Флоренции и имел множество друзей среди художников. Его способности к рисованию помогли ему правильно понять и квалифицированно отобразить на бумаге то, что он увидел на поверхности Луны. О том, как непросто было изобразить Галилею увиденное, говорят его первые зарисовки Луны (рис. 2.5). Крупный кратер на терминаторе однозначно не отождествляется: возможно, это Альбатениус, но некоторые считают, что это Птолемей. Во всяком случае, его относительный размер на рисунке заметно больше истинного. Дело в том, что поле зрения телескопа Галилея было слишком малым, чтобы наблюдать всю Луну; он мог только приблизительно соразмерить увиденное в телескоп с полным диском Луны.
Рис. 2.5. Зарисовки Луны, опубликованные Галилеем в его «Звездном вестнике» (март 1610 г.). На двух нижних и левом среднем рисунках на терминаторе ниже центра, вероятно, изображен кратер Альбатениус или Птолемей. В любом случае относительный размер этого кратера преувеличен.
Галилей не только открыл неровности лунной поверхности; он также, говоря современным языком, сделал этому открытию и другим своим астрономическим результатам быструю и солидную рекламу, опубликовав спустя всего несколько месяцев после начала наблюдений книгу «Звездный вестник». Галилей первым описал лунные кратеры – наиболее распространенный тип поверхностных структур не только Луны, но и других тел без атмосферы. Он считал, что хорошо видимые на Луне даже без телескопа темные пятна могут быть участками безводных низин. Он первый использовал метод определения высоты возвышенности по длине тени применительно к лунным горам и дал правильное объяснение тому, что Луна в полной фазе выглядит плоской за счет шероховатости ее поверхности.
Рис. 2.6. Карта Луны, авторство которой приписывается Уильяму Гильберту, жившему до изобретения телескопа.
В некоторых источниках утверждается, что применительно к Луне слова «море» и «материк» были впервые использованы Иоганном Кеплером. Однако можно определенно говорить, что эти названия стали применяться значительно раньше, со времен Древней Греции. До сих пор темные участки лунной поверхности традиционно называют морями, а более светлые области – материками, хотя все понимают условность этой терминологии.
Начала лунной картографии теряются в веках. Если картой считать схематическое изображение крупнейших альбедных неоднородностей лунного диска с данными им названиями, то можно говорить, что первые карты Луны появились до изобретения телескопа. Известны зарисовки полной Луны с названиями нескольких образований, сделанные примерно в 1603 г. Уильямом Гильбертом (1544–1603) – первооткрывателем земного магнетизма. К сожалению, эти зарисовки были опубликованы лишь в 1651 г. На рисунке Гильберта можно угадать знакомые очертания лунных морей. Некоторым из них Гильберт дал названия. Например, область «Regio Magna Orientalis» легко отождествляется с Морем Дождей, a «Britannia» – с Морем Кризисов.
Рис. 2.7. Фрагмент карты Яна Гевелия, опубликованной в 1647 г.
Первые удачные попытки составить карты Луны в разных фазах по зарисовкам с помощью телескопа предприняли фламандский математик Мишель ван Лангрен и польский астроном Ян Гевелий. Оба они положили начало номенклатуре лунных образований. Однако до наших дней сохранились только названия Яна Гевелия, и то всего лишь шесть. В частности, он дал названия крупнейшим горным образованиям видимого полушария Луны – Апеннины, Альпы, Кавказ и Карпаты. На рис. 2.7 изображены Море Ясности и Море Спокойствия, которые на карте Яна Гевелия имеют общее название Pontus Euxinus, это латинское название Черного Моря.
Современная номенклатура лунных кратеров восходит к итальянскому астроному-иезуиту Джованни Баттиста Риччоли (1598–1671). Используя подробную карту Луны, вычерченную Франческо Гримальди (1618–1663), Риччиоли присвоил многим кратерам имена ученых Древней Греции и своих современников. Карта Гримальди – уникальный исторический документ. В частности, в верхней ее части имеется надпись: «Луна необитаема, ни одна душа не бродит там»; это, вероятно, наиболее надежный научный факт, установленный селенологами за последние 360 лет.
Сохранилось около 200 наименований, данных Риччоли. В частности, он назвал в честь Клавия огромный лунный кратер диаметром около 230 км. Кроме того, Риччоли дал имя опального Коперника одному из самых красивых кратеров на Луне, обладающему яркой лучевой системой. Однако некоторые современники Риччоли оказались им незаслуженно забыты. Сейчас кажется странным, что в честь Галилео Галилея назван лишь небольшой кратер, диаметром около 15 км, расположенный, кстати, неподалеку от кратеров Риччоли (диаметр 165 км) и Гримальди (диаметр 222 км). Ганс Липперсгей и Томас Хэрриот пострадали еще больше: именем первого назван скромный 7-километровый кратер к юго-западу от Прямой стены, а второй и того не имеет.
Надежные топографические карты Луны появились лишь в XIX столетии. Отметим карту Иоганна Мёдлера (1794–1874), составленную им совместно с В. Бером в 1834–1836 гг., на которой нанесено около 6000 деталей. Эта карта была построена по результатам визуальных наблюдений, равно как и более поздняя карта Юлиуса Шмидта (1825–1884), содержащая более 34 000 деталей. Названия многим деталям лунной поверхности дал в начале XIX в. известный немецкий астроном Иоганн Шрётер (1745–1816), собственную обсерваторию которого сожгли войска Наполеона в 1813 г. Немало названий принадлежит и Мёдлеру.
Решение об упорядочении номенклатуры объектов лунной поверхности принял Международный астрономический союз (MAC) в 1929 г. Результатом этого стал каталог лунных деталей Мэри Блэгг и Карла Мюллера. Позднее этот каталог не раз дополнялся и расширялся, в частности, за счет наименований объектов на обратной стороне Луны. В настоящее время имеют собственные имена несколько тысяч лунных деталей. Создано много топографических карт Луны с хорошей селенографической (координатной) привязкой, например «Полная карта Луны», изданная под редакцией В. В. Шевченко (ГАИШ МГУ). Следует отметить, что до сих пор существует проблема с точностью координатных систем различных топографических карт Луны. В частности, координатная система мозаик изображений, созданных по данным съемки космического аппарата «Клементина», в отдельных районах расходится с координатами существовавших до нее карт на десятки километров.
Здесь уместно сделать замечание об исчислении селенографических долгот. За начальный принят меридиан, проходящий через центр видимого полушария Луны. Вправо от него (для наблюдателя Северного полушария без телескопа!) идут восточные долготы, а влево западные, пока не встретятся в центре обратного полушария на меридиане 180°.
Рис. 2.8. Участок лунной поверхности с кратером Платон. Изображение заимствовано из фотографического атласа Койпера.
Историческим моментом в исследованиях Луны (в том числе картографических) стало начало применения фотографии. Первый фотоснимок, а точнее – дагерротип Луны сделал в 1840 г. англо-американский ученый Джон Уильям Дрэпер (1811–1882). Он так писал об этом:
«С помощью линзы и гелиостата я сфокусировал лунные лучи на пластинке. Линза имела три дюйма в диаметре. Через полчаса было получено очень отчетливое изображение» (Дариус, 1986). По сути, это была первая в мире астрофотография.
Даже Солнце сфотографировали лишь несколькими годами позже.
С тех пор получение изображений, передающих распределение того или иного физического параметра лунной поверхности, например яркости (обычная фотография), является важнейшим методом исследования Луны. Применение фотографии дало сильный импульс развитию лунной картографии. Были созданы фотографические атласы Луны, например знаменитый атлас Пикеринга. Вершиной фотографических исследований Луны с помощью наземного телескопа стал фотографический атлас, изданный под редакцией Джерарда Койпера в 1960 г. В нем участки, покрывающие все видимое полушарие Луны, сняты при разных условиях освещения. Пространственное разрешение некоторых изображений доходит до 800 м. Более высокой четкости изображений при наблюдении с Земли добиться очень сложно из-за атмосферного замытия изображений. В свое время атлас Койпера сыграл большую роль в развитии селенографии и космических исследованиях Луны. На рис. 2.8 показан фрагмент изображения из этого атласа, включающий кратер Платон с ровным дном. Диаметр кратера около 100 км; внутри него видны детали размером около километра.
В последние годы, благодаря появлению цифровых панорамных приемников высокого качества (ПЗС-матрицы и т. п.) и развитию методов обработки изображений, получение снимков высокого разрешения стало доступным любителям астрономии. Некоторые из любительских снимков превосходят по качеству даже фотографии из атласа Койпера. Так, на рис. 2.9 показано изображение кратера Платон, полученное любителем астрономии Крэйгом Зербе (он профессиональный дирижер) с помощью цифровой фотокамеры и небольшого телескопа. Это изображение – результат суммирования нескольких десятков снимков высокого качества, отобранных из большой серии, и небольшой корректировки пространственного спектра результирующего изображения; оно действительно имеет более высокое пространственное разрешение, чем фотографии из атласа Койпера.
Рис. 2.9. Изображение кратера Платон, полученное американским любителем астрономии Крэйгом Зербе.
Справедливости ради отметим, что и до появления цифровых камер любителям астрономии часто удавалось получать изображения довольно высокого качества. На рис. 2.10 показан снимок южного материка (в верхней половине изображения виден кратер Клавий), сделанный автором этой главы летом 1969 г. с помощью самодельного кассегреновского рефлектора с главным зеркалом диаметром 26 см (Пиркули, ШАО АН Азербайджана). В то время автор был молодым любителем астрономии, занимавшимся в астрономическом кружке Дворца пионеров и школьников в Баку, которым руководил замечательный педагог С. И. Сорин.
Рис. 2.10. Любительский снимок кратера Клавий.
Вернемся к лунной номенклатуре. Имена лунным деталям продолжают присваиваться и в наши дни. Причем иногда речь идет о присвоении новых имен даже крупным образованиям. Так, недавно, в номенклатурной группе MAC обсуждался вопрос о переименовании самого крупного ударного образования на Луне, известного как бассейн Южный полюс – кратер Эйткен. Это длинное и довольно неуклюжее название предлагалось заменить названием Бассейн Шумейкера, по имени Юджина Шумейкера – известного астронома и геолога, много сделавшего для подготовки научных программ космических экспедиций «Аполлон». Шумейкер трагически погиб в Австралии в нелепой автомобильной катастрофе; небольшая часть его праха в капсуле была отправлена на Луну на борту аппарата «Лунар Проспектор». Этот аппарат завершил свою научную программу падением в кратер вблизи южного полюса.
Таким образом, Юджин Шумейкер оказался первым человеком, погребенным на Луне (правда, точное место захоронения еще предстоит обнаружить). По ряду причин бассейн Южный полюс – кратер Эйткен так и не был переименован в его честь.
Рис. 2.11. Юджин Шумейкер (1928–1997), известный американский планетолог.
До полетов космических аппаратов к Луне человечество не знало, как выглядит обратная сторона Луны. Существовало много разных прогнозов на этот счет – от совершенно спекулятивных до методически корректных, основанных на экстраполяции «узора» деталей, видимых на обращенной к нам стороне Луны в зоне лимба.
Вспомним некоторые из наиболее интересных предположений относительно вида обратной стороны Луны. Известный исследователь Луны Юлиус Франц (1847–1913) писал: «…На задней стороне Луны… находится обширная, светлая, богатая кратерами возвышенность, лишенная морей». Это предсказание оказалось правильным. Правда, он же писал, что за юго-восточным лимбом Луны, возможно, расположено большое морское образование, частью которого является Море Смита. Этот прогноз Франца подтвердился не полностью.
Рис. 2.12. Видимая (слева) и обратная (справа) стороны Луны по данным зонда «Клементина» (1994 г., NASA). Проекция прямая ортографическая, т. е. лунный шар виден, так если бы мы смотрели на него с большого расстояния. Разрешение изображения низкое, примерно 30x30 км. Заметная полосатость картинки вдоль направления север – юг вызвана тем, что съемка поверхности велась с полярной лунной орбиты виток за витком. Каждая полоса снята на одном орбитальном витке.
Поверхность обратной стороны Луны впервые сфотографировал космический аппарат «Луна-3» в 1959 г. Это была большая победа советской науки. В настоящее время благодаря снимкам, сделанным астронавтами в ходе экспедиций «Аполлон», а также снимкам зонда «Клементина» обратная сторона Луны изучена топографически не хуже, чем видимая.
Хорошо видно, в частности, что морей на обратной стороне Луны значительно меньше по сравнению с видимой стороной.
2.2. Вид поверхности для наблюдателя с телескопом
Невооруженный глаз хорошо различает на лунном диске такие образования, как Океан Бурь, Море Дождей, Море Ясности, Море Спокойствия, Море Кризисов и некоторые другие крупные детали. С помощью даже слабого телескопа или бинокля на лунном диске становится видимым множество деталей; прежде всего глаз замечает крупные кратеры. На рис. 2.13 приведено изображение лунного диска с обозначением некоторых деталей. Оно составлено из фотографий первой и последней четверти Луны. Это сделано для того, чтобы лучше был виден кратерный рельеф, который за счет длинных теней четко проявляется вблизи терминатора.
В западной части лунного диска расположен Океан Бурь – крупнейшее на Луне образование морского типа. Его площадь (S) составляет 2100 тыс. км2. К югу от Океана Бурь лежат два моря – Море Влажности (S= 110 тыс. км2) и Море Облаков (S = 250 тыс. км2). На севере Океан Бурь граничит с Морем Холода (S = 430 тыс. км2) и Морем Дождей (S = 830 тыс. км2). Море Дождей очень неоднородно по цвету, а значит, и по составу. В центре лунного диска находятся небольшие образования морского типа – Залив Зноя (S = 40 тыс. км2) и Море Паров (S = 80 тыс. км2). Восточную часть диска украшают Море Ясности (S = 300 тыс. км2) и Море Спокойствия (S = 420 тыс. км2). У восточного лимба расположено Море Кризисов (S = 180 тыс. км2). На юг от Моря Спокойствия находятся Море Изобилия (S = 330 тыс. км2) и Море Нектара (S = 100 тыс. км2). Все лунные моря представляют собой впадины, заполненные застывшими лавами. Их темный цвет обусловлен отличием химического состава лав от окружающего материкового вещества; в морских лавах содержится большее количество хромофорных (поглощающих свет) элементов, главным образом железа и титана.
Рис. 2.13. Составное изображение лунного диска с обозначениями некоторых образований: А – Океан Бурь, В – Море Влажности, С – Море Облаков, D – Море Холода, Е – Море Дождей, F – Залив Зноя, G – Море Паров, Н – Море Ясности, I – Море Спокойствия, J – Море Кризисов, К – Море Изобилия, L – Море Нектара, S – Криптоморе (кратер Шиккард). 1 – кратер Тихо, 2 – кратер Коперник, 3 – кратер Аристарх, 4 – горы Апеннины, 5 – горы Альпы, 6 – кратер Платон, 7 – образование Рейнергамма, 8 – кратеры Теофил, Кирилл и Катарина (сверху вниз), 9 – кратеры Птолемей, Альфонс и Арзахель (сверху вниз), 10 – кратер Прокл.
Моря заполнялись не одновременно. Из оценок количества кратеров на единицу площади (кратерной плотности) следует, что самое старое – Море Спокойствия (ок. 3,5 млрд лет). Океан Бурь – наиболее молодой (ок. 2,5 млрд лет).
Рис. 2.14. Изображение кратера Тихо, заимствованное из фотографического атласа Койпера.
На Луне были найдены так называемые криптоморя. Это очень древние морские образования, которые были скрыты материалом выбросов при образовании крупных бассейнов, например бассейна Моря Восточного. Признаками криптоморя служат кратеры, имеющие темное гало, что является признаком наличия на некоторой глубине темного вещества, вероятно, базальтового состава. Классическим примером криптоморя является область, включающая кратер Шиккард.
Опишем детальнее некоторые интересные кратеры. Это самая распространенная форма рельефа на Луне. Старых кратеров очень много; они зачастую накладываются друг на друга. Молодые кратеры представляют наибольший интерес для изучения.
В южной части диска видимой стороны Луны расположен кратер Тихо (диаметр D = 80 км, глубина 3 500 м, высота вала над окружающей местностью около 2000 м). При большом фазовом угле этот молодой кратер ничем не отличается от соседних кратеров, однако в полнолуние он обнаруживает яркую лучевую систему. Эта система самая мощная на Луне; один из его лучей хорошо прослеживается даже в Море Ясности. Лучевая система Тихо возникла при образовании кратера и является результатом взаимодействия ударных выбросов с лунной поверхности. Причиной необычных фотометрических свойств лучевых систем молодых кратеров является в основном вскрытие нижележащего (более светлого) материала вторичными ударами выброшенного из кратера вещества. Кратер Тихо окружен темным кольцом-ореолом, хорошо заметным вблизи полнолуния. Это кольцо имеет небольшой избыток красного цвета. Снимки более высокого разрешения показывают, что вал этого кратера заметно разрушен, хорошо видны террасы, рельеф в окрестности кратера в масштабе десятков и сотен метров очень сложен.
Кратер Коперник (D = 90 км) также является очень заметным образованием на лунном диске. Он старше кратера Тихо, но тоже имеет лучевую систему, хотя и более слабую, чем у Тихо. Лучевая система Коперника также хорошо видна при малых фазовых углах, т. е. вблизи полнолуния. Глубина ровного дна и высота вала кратера Коперник относительно окружающей местности составляют соответственно 1600 и 2200 м. Изображения высокого разрешения показывают, что вал этого кратера сильно террасирован. Как и у Тихо, это террасирование имеет гравитационно-тектоническую природу. Террасы представляют собой гигантские осовы (мегаоползни) шириной в километры и протяженностью в десятки километров, смещенные друг относительно друга по вертикали на сотни метров. С помощью спектральных измерений в материале вала и днища кратера Коперник были обнаружены типичные для лунного материкового вещества ассоциации минералов: полевошпатовый материал с преобладанием низкокальциевого пироксена. Однако на трех участках довольно разрушенной центральной горки пироксен не был найден (по крайней мере, его меньше 5 %); в качестве главного компонента здесь выявлен оливин. Источник материала центральной горки, по-видимому, находится глубже, чем источники материала других частей кратера.
Рассмотрим еще несколько замечательных образований на лунной поверхности, которые хорошо видны в телескоп даже небольших размеров.
Начнем с района, где расположен знаменитый кратер Аристарх (D = 35 км). Он сравнительно молод и образовался на морской поверхности. При его рождении был пробит слой затопления морским материалом и вскрылась материковая подложка, т. е. более яркое материковое вещество было вынесено на морскую поверхность. Благодаря этому кратер Аристарх имеет сравнительно высокое альбедо и выглядит как очень контрастная деталь на лунном диске. Поверхность внутри кратера неоднородна по составу и имеет сложную структуру. Возможно, из-за этого вид деталей внутри этого кратера очень изменчив – он сильно зависит от условий освещения. Ранее такая изменчивость часто интерпретировалось как свидетельство проявления современной активности Луны. На рис. 2.15 приведена телескопическая фотография кратера Аристарх (он справа). Левее и ниже расположен кратер Геродот. Хорошо видна извилистая Долина Шрётера.
Рис. 2.15. Любительский снимок кратеров Аристарх (справа) и Геродот вблизи терминатора. Хорошо виден рельеф плато Аристарх.
Значительно более детальные изображения района кратера Аристарх получены с помощью космического телескопа «Хаббл». Он позволяет издалека делать снимки Луны очень высокого разрешения. Заманчиво было бы использовать «Хаббл» для спектрозональной съемки всей площади видимого полушария Луны, однако специалисты, контролирующие распределение времени на этом телескопе, избегают наблюдать Луну: это слишком яркий объект для такого телескопа. Кроме того, исследования далеких объектов Вселенной имеют гораздо более высокие приоритеты для этого инструмента. Космический телескоп «Хаббл» находится на околоземной орбите уже около 20 лет. За это время он смотрел на Луну лишь два раза. На рис. 2.16 показан снимок кратера Аристарх, сделанный телескопом «Хаббл» в синих лучах при малом фазовом угле; пространственное разрешение около 200 м. Внутри кратера видно много ярких деталей.
Рис. 2.16. Изображение кратера Аристарх, полученное с околоземной орбиты космическим телескопом «Хаббл».
Кратер Аристарх образовался рядом с замечательной областью, которая называется плато Аристарх или пятно Вуда (на рис. 2.16 оно над кратером Аристарх). Предполагается, что эта область является останцом, сохранившимся при затоплении лавами бассейна Океана Бурь. Об этом говорит приподнятость плато Аристарх над уровнем окружающего моря и больший возраст (определенный по числу мелких кратеров на единицу поверхности) некоторых участков этого образования. Плато Аристарх пересекает Долина Шрётера. Ее длина примерно 170 км, а ширина около 7 км. Было множество сообщений о нестационарных (временных) явлениях в Долине Шрётера, но их достоверность трудно оценить.
Необычным является материал, покрывающий поверхность плато Аристарх. В видимой части спектра его альбедо довольно низкое. Этот материал имеет аномально сильное ультрафиолетовое (УФ) поглощение. Это заметил еще известный физик Роберт Вуд в 1911 г., когда получил свои первые фотографии Луны в УФ-диапазоне спектра. На фотографиях Вуда плато Аристарх выделяется очень сильно (поэтому его и называют пятном Вуда). Рыжеватый оттенок этого образования отмечался гораздо раньше Яном Гевелием. Отметим, однако, что границы ультрафиолетового пятна Вуда не всегда буквально следуют топографическим границам плато Аристарх. Роберт Вуд предполагал, что причиной возникновения УФ-поглощения в пятне служат отложения серы или ее соединений, сопровождающие вулканическую деятельность. Но сейчас считают, что аналогом материала поверхности пятна Вуда является необычный грунт, найденный в районе посадки экспедиции «Аполлон-17». Этот грунт содержит много стеклянных шариков оранжевого цвета. Образцы такого грунта показывают сильное УФ-поглощение. Предполагается, что оранжевые шарики имеют вулканическую природу – они возникли при распылении в вакууме фонтанирующей лавы в окрестности места ее выхода на поверхность. Среди геологов нет согласия в том, когда могли происходить такие извержения, но, скорее всего, их возраст велик. На снимках плато Аристарх, сделанных современными цифровыми фотокамерами, хорошо различаются цвета: плато имеет выраженный рыжеватый оттенок в сравнении с окружающими морскими областями.
Рис. 2.17. Телескопическое изображение горной системы лунных Апеннин.
Следующий объект нашего рассмотрения – лунные горы.
Горная цепь Апеннин – одна из самых мощных горных систем на Луне. Высота некоторых пиков доходит до 5–6 км. Эта цепь обрамляет Море Дождей с юга и юго-востока. Ее происхождение связано с ударным образованием бассейна этого моря. Северные склоны Апеннин, обращенные к Морю Дождей, более крутые, чем южные (рис. 2.17). Однако эта крутизна относительна – типичные наклоны поверхности на севере Апеннин редко превышают 10° на базе в 1 км. У северо-западного подножия Апеннин находится извилистая Борозда Хэдли (Гадлея), имеющая длину около 100 км, среднюю ширину 1,5 км и глубину 300–400 м. В районе этой борозды совершил посадку «Аполлон-15».
Рис. 2.18. Борозда Хэдли.
Рис. 2.19. Астронавт рядом с лунным электромобилем вблизи Борозды Хэдли.
Альпы – менее мощная горная система, обрамляющая Море Дождей с северо-востока. Здесь самая высокая вершина (разумеется – Монблан) имеет высоту около 3500 м. Удивительным образованием в этом районе Луны является Долина Альп, которая как бы прорезает горную систему Альп от Моря Холода до Моря Дождей (рис. 2.20). Эта долина прямолинейна; ее длина около 150 км, а средняя ширина около 10 км. Когда-то допускалось, что такая структура могла образоваться при косом (скользящем) ударе крупного тела о лунную поверхность. Простые оценки показывают невозможность такого сценария. В данном случае мы имеем дело, вероятно, с древним разломом, залитым лавой. На снимке Крэйга Зербе хорошо видна узкая трещина в середине долины. На космических изображениях высокого разрешения на этой трещине видны кратеры. Вероятно, они моложе трещины и попали на нее случайно. Но следует отметить, что на трещинах могут возникать так называемые димпловые кратеры: за счет просыпки грунта в трещину образуется воронка.
Рис. 2.20. Изображение Долины Альп, полученное Крэйгом Зербе с помощью цифровой камеры.
В Море Дождей имеются структуры останцового типа, например Прямой хребет длиной 80 км или пик Тенериф. При взгляде в телескоп, когда эти структуры освещены скользящими лучами, они кажутся грандиозными крутыми горами. На самом деле все обстоит не столь уж драматично. Например, пик Тенериф при высоте чуть более 2,4 км имеет размер у основания 15x20 км, что дает средний наклон поверхности пика менее чем 1/6. Конечно, локальные наклоны могут быть большими.
Рис. 2.21. Телескопическое изображение она Прямой Стены.
Рис. 2.22. Участок Моря Дождей, включающий пик Тенериф и Прямой хребет.
Рис. 2.23. Изображение кратера Варгентин, заимствованное из атласа Койпера.
Примечательным объектом лунной поверхности является также Прямая Стена. Это линейная сбросовая структура. Ее длина 110 км. Большая часть Стены возвышается на 600 м над равниной. Стена асимметрична – ее западный склон гораздо более крутой. Однако даже там крутизна склонов редко превосходит 30° на базе в сотни метров.
Рис. 2.24. Кратер Рейнер (справа) и светлая формация Рейнер-гамма. Телескопический снимок.
Среди уникальных образований на поверхности Луны особое место занимает кратер Варгентин диаметром 85 км. Его часто называют «столовой горой Варгентин». Он находится вблизи юго-западного лимба недалеко от кратера Шиккард. Кратер Варгентин заполнен лавой до уровня вала. Поверхность этого лавового поля сравнительно ровная. Это удивительный пример затопления кратера без прорыва вала – мощности лавового источника хватило ровно на то, чтобы заполнить чашу до краев, не разрушив ее.
Рис. 2.25. Телескопическое изображение кратеров Теофил, Кирилл и Катарина.
Отметим еще раз замечательный кратер Платон (D = 100 км), залитый лавой. Его очень легко найти на Луне вблизи полной фазы с помощью телескопа, поэтому этот кратер иногда используют в качестве стандартной детали для спектрофотометрических привязок при наблюдениях планет. Высота вала этого кратера достигает 2 км, однако из-за кривизны лунной поверхности даже такой вал не будет виден из центра этого кратера (см. рис. 2.8 и 2.9). Заметим также, что вещество этого вала и примыкающих к нему с севера внешних областей необычно по составу, о чем свидетельствует нетипичный для таких образований избыток красного цвета.
Рис. 2.26. Кратеры Птолемей и Альфонс вблизи терминатора (свет падает сбоку).
В Океане Бурь расположена небольшая формация, именуемая Рейнер-гамма. Она имеет форму вытянутого кольца, но это не кратер. Рис. 2.24 позволяет сравнить это образование с кратером Рейнер, который находится в правой части изображения. Образование Рейнер-гамма считается классическим примером свирла – структуры, возникающей при падении распавшейся кометы или компактного метеороидного роя на лунную поверхность. В рельефе эта область не выделяется – это чисто альбедное образование, имеющее детали причудливой формы.
Рис. 2.27. Кратеры Птолемей и Альфонс в эпоху полнолуния (свет падает отвесно).
С этой формацией связана также магнитная аномалия. Формация Рейнер-гамма имеет необычные фотометрические свойства, они указывают на то, что поверхность этого образования очень молодая, а ее микрорельеф более сложный, чем в окружающих морских областях.
На западном побережье Моря Нектара расположена последовательность крупных кратеров: Теофил (D = 100 км), Кирилл (D = 90 км) и Катарина (D = 100 км). Кратер Теофил – более молодой; он перекрыл вал кратера Кирилл. Замечательная особенность кратера Теофил – его центральная горка, у которой несколько вершин. Иногда астрономы-любители проверяют качество телескопического изображения по тому, разрешается ли горка кратера Теофил или нет: если не разрешается, то наблюдать на небе что-либо точно не стоит.
Кратер Птолемей – один из самых крупных на Луне (D = 225 км). Кривизна его заполненного лавой днища хорошо видна на изображениях, близких к терминатору (рис. 2.26). На дне этого кратера видны неровности, вероятно, обусловленые рельефом подстилающей поверхности или связаные с многоэтапностью заливки морской лавой этого небольшого бассейна. Правее и немного ниже кратера Птолемей находится кратер Альбатениус, который, как считается, изображен на одной из первых зарисовок Луны, сделанных Галилео Галилеем.
По-своему уникален кратер Альфонс (D= 125 км). Его центральная горка возвышается почти на километр. У вала хорошо заметны признаки внутреннего обрушения (он как бы двоится). Через середину кратера проходит геологический разлом. В кратере расположено несколько темных пятен, заметных в телескоп среднего размера при хорошем качестве изображения. Это мелкие кратеры с темными ореолами; некоторые из них ассоциированы с трещинами того же простирания, что и центральный разлом. Происхождение темных ореолов не совсем понятно. Вероятно, здесь произошло ударное вскрытие темного материала, как в случае криптоморей. Нельзя не отметить, что в кратере Альфонс, возможно, наблюдались нестационарные явления (см. ниже).
Интересен молодой кратер Прокл, находящийся в восточной части лунного диска. В полнолуние хорошо видна его лучевая система; она асимметрична. Такое возможно при очень косом ударе налетевшего тела по лунной поверхности.
В заключение этого раздела отметим: каждый район и каждая деталь лунной поверхности, имея общие для всей Луны особенности формирования и эволюции, почти всегда демонстрируют также и замечательные индивидуальные черты. Это делает интересным и захватывающим изучение практически любого района лунной поверхности.
2.3. Нестационарные явления
Исследованию нестационарных, временных явлений на лунной поверхности и окружающем ее пространстве уделялось некогда большое внимание. Это было в период подготовки космических программ изучения Луны. Сейчас такого рода наблюдения чаще проводятся любителями астрономии, хотя встречаются публикации на эту тему авторитетных профессиональных наблюдателей, таких как французский астроном Одуэн Дольфюс. В последнее время интерес к этой проблеме несколько возрос в связи с обнаружением на ночной стороне Луны вспышек, вызванных ударами метеоритных тел.
Как правило, сообщения о кратковременных явлениях малодоказательны. Можно думать, что подавляющая часть таких сообщений вообще не является достоверной. При проведении новых исследований следует иметь в виду, что проблема доказательства реальности нестационарных явлений и скептицизм научной общественности будут постоянно сопутствовать работам, ведущимся в этой области. Данный раздел посвящен обзору наиболее достоверных результатов.
Проблема поиска возможных изменений, происходящих на лунной поверхности, очень старая. Такие изменения пытались обнаружить многие астрономы-наблюдатели, начиная с Галилея. Известный английский астроном Джон Гершель сообщал в позапрошлом столетии о видимых им на затененной части лунного диска ярких точках, которые он считал лунными вулканическими извержениями. Сейчас понятно, что никаких действующих вулканов на Луне нет, но тогда эти сообщения авторитетнейшего наблюдателя будоражили умы. Следует отметить, что и до изобретения телескопа проблема нестационарных явлений на Луне была актуальна. В частности, лет 20 назад на страницах уважаемого научного журнала «Nature» обсуждалось сообщение о том, что в 1178 г. некоторые очевидцы наблюдали явления, возможно, связанные с рождением на обратной стороне Луны, вблизи лимба, кратера Джордано Бруно. Дело в том, что в Англии (Кентербери) в церковных архивах, датированных XII столетием, обнаружились записи показаний пяти человек о «странном» поведении Луны: на ней были видны искры, а верхний конец ее серпа вдруг раскололся на две части (тень от выброса?). Кто знает, не отмечали ли слишком усердно эти люди семейный праздник? А может быть, они видели случайно спроецированный на Луну болид, сгоревший в атмосфере Земли? Или все же это событие связано с Луной? Кратер Джордано Бруно (D = 20 км) действительно один из самых молодых на Луне. Однако его изображения, полученные с высоким разрешением, показывают, что в нем присутствует достаточно много мелких кратеров. Это означает, что молодость этого объекта относительна – его образование едва ли можно датировать XII веком.
Существуют каталоги нестационарных явлений на поверхности Луны. В частности, в 1960-е гг. Берли и Мидлхерст изучили литературу, охватывающую несколько сотен лет, в которой упоминается о примерно 200 случаях наблюдений на Луне ярких вспышек, изменений цвета и прочих преходящих явлений. Эти наблюдения были сопоставлены с солнечной активностью (зависимости не обнаружилось) и с приливным действием Земли. Оказалось, максимальное число явлений приходится на перигей и апогей лунной орбиты. Отсюда был сделан вывод, что явления, наблюдаемые на Луне, возможно, вызваны внутренними причинами, происходящими в Луне в периоды максимальных изменений приливных напряжений.
Позднее Камерон составила каталог более 1500 лунных временных явлений. Они связаны с примерно 100 объектами лунной поверхности; интересно, что на область кратера Аристарх попадает 30 % всех явлений. Распределение этих объектов показывает, что преходящие явления чаще наблюдаются по краям морей. Обработка каталога не дала корреляции этих явлений ни с одним физическим фактором. Корреляция с приливами, указанная ранее Берли и Мидлхерст, оказалась выраженной очень слабо. Вполне возможно, что многие события в каталогах Мидлхерст и Камерон просто недостоверны.
Особенно интенсивно проблема нестационарных явлений изучалась перед началом реализации космической программы «Аполлон». Например, для выявления кратковременных цветовых явлений на Луне в конце 1960-х гг. была создана сеть из 12 станций в США и двух в Англии. Выполнялось «блинкование» Луны – быстрое сравнение двух полученных последовательно изображений, позволяющее заметить их различие. Это делалось при помощи небольших телескопов, снабженных вращающимися обтюраторами, которые имели красный и синий светофильтры. Станции работали в течение нескольких лет, однако не дали результатов, которые достоверно подтверждали бы нестационарные цветовые эффекты. Позднее к явлениям такого рода возникло устойчивое скептическое отношение. Появились работы, в которых разбирается ошибочность некоторых данных о временных явлениях на Луне. Например, это касалось сообщений, появившихся 22–28 февраля 1975 г., когда в Западной Европе господствовал глубокий антициклон с температурной инверсией. Дисперсия света при преломлении в такой атмосфере могла дать окраску альбедно контрастных лунных деталей.
Согласно работе Яна, опубликованной в 1972 г., все наблюдавшиеся временные явления на Луне делятся на три типа: 1) очень быстро проходящие яркие вспышки; 2) длительные, до нескольких часов, бесцветные свечения или затемнения районов размером во многие квадратные километры; 3) красные или голубые свечения. Первая группа явлений может быть как лунного, так и не лунного происхождения. В последнем случае вспышки могут объясняться случайным проецированием на лунный диск картины сгорания метеоров в земной атмосфере. Другим «не лунным» объяснением вспышек, наблюдаемых в наше время, могут быть блики от солнечных панелей искусственных спутников, в большинстве своем уже утерянных и потому находящихся в бесконтрольном полете. Однако теоретически возможны и вспышки, связанные с Луной. В частности, в некоторых работах 1970– 1980-х гг. обсуждается механизм электрического разряда в разреженном газе, который, как считается, может выделяться из трещин в лунной поверхности при освобождении напряжений. То, что процесс выделения газов из недр Луны реален, сомнений не вызывает – это экспериментальный факт, установленный в ходе орбитальной съемки лунной поверхности, проведенной на космическом корабле «Аполлон-16» с помощью α-спектрометра. Были обнаружены вариации потока α-частиц, порождаемых радиоактивным распадом очень летучего газа радона, который выделяется из лунных недр вместе с другими компонентами. Проблема состоит в количестве газа, необходимого для поддерживания разряда, – согласно измерениям «Аполлона-16», газа на много порядков меньше, чем необходимо.
В последнее время заметный импульс получили исследования вспышек на лунной поверхности, которые вызваны ударами метеоритов. Такие вспышки надежно наблюдались в 1999–2002 гг., когда Луна пересекала метеорный поток Леониды. Однако этим наблюдениям предшествовали теоретические работы, которые стимулировали экспериментальные исследования. В частности, расчеты, выполненные российским физиком И. В. Немчиновым и его коллегами, показали, что удар о лунную поверхность метрового метеороидного тела, летящего со скоростью 15–30 км/с, может дать вспышку, регистрируемую с Земли. Наибольший интерес в таких исследованиях представляли бы детальные спектры вспышек. Они могли бы дать информацию о составе материала, вовлеченного в ударное испарение. Однако световой поток от этих событий должен быть весьма слаб. При образовании импактного (ударного) кратера в энергию световой вспышки преобразуется лишь малая доля кинетической энергии ударника, всего 10-4-10-5. Однако удары тел размером порядка 1 м могут быть зарегистрированы с помощью телескопов с зеркалом диаметром около 1 м.
Серьезной проблемой, ограничивающей наблюдательные возможности, является длительность вспышек. Чем меньше упавшее на Луну тело, тем короче вспышка. Для тел размером 1 м длительность вспышки составляет всего одну секунду. Тем не менее детектирование таких вспышек вполне возможно, что, как уже отмечалось, было подтверждено с помощью наблюдений Луны во время пересечения ею метеорного потока Леониды.
Рис. 2.28. Любительская фотография лунной поверхности со случайно спроецировавшимся самолетом.
Патрулирование импактных вспышек проводилось синхронно с использованием инструментов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, чтобы отделить вспышки на поверхности Луны от вспышек, вызванных отражением солнечных лучей от спутников или сгоранием метеоров в земной атмосфере. Удивительные случайные проекции действительно порой происходят при наблюдениях Луны. Так, на любительской фотографии (рис. 2.28) можно видеть лунную поверхность, на которую спроецировался летящий самолет.
Метеорный поток Леониды наблюдается каждый год примерно 17–18 ноября, когда Земля пересекает орбиту кометы 55Р/Темпеля – Тутля; вдоль этой орбиты движется множество пылевых и более крупных фрагментов кометы. Движение потока по отношению к движению Земли почти встречное, поэтому скорость соударения частиц потока с Луной очень высока, примерно 70 км/с. Поток неоднороден, поэтому количество ударных событий может год от года сильно варьироваться. Ноябрь 2001 г. был очень благоприятным для регистрации вспышек на ночной стороне Луны. Американские любители астрономии и профессиональные астрономы надежно зарегистрировали не менее шести вспышек на темной части лунного диска. Это были одновременные наблюдения из разных мест, документированные видеосъемкой, причем измерение проводились в такое время, когда большинство искусственных спутников, способных дать случайно проецирующийся блик, находились в глубокой тени.
В ноябре следующего, 2002 года, пересечение Луной потока Леонид происходило при полнолунии, что сделало регистрацию вспышек практически невозможной. Леониды – очень неоднородный поток: в нем есть уплотненные и разреженные области, орбиты его частиц возмущаются Юпитером. Обычно усиление потока наблюдается с периодом в 33 года, но это правило может и не выполняться. Ближайшее благоприятное пересечение Луны с этим потоком прогнозируется лишь на 2099 г., так что придется терпеливо ожидать новых результатов.
Отметим сравнительно свежее ударное событие в Море Облаков, которое произошло 2 мая 2006 г. Вспышку удалось снять на видео ученым NASA, ведущим патрульные наблюдения Луны. Вспышка длилась 0,4 секунды; мощность взрыва оценивается эквивалентом 4 тонн тротила. Расчеты показали, что лунную поверхность ударило тело диаметром около 25 см, которое двигалось со скоростью примерно 40 км/с. Должен был образоваться кратер диаметром около 15 м и глубиной около 3 м, но с Земли его заметить невозможно.
Если причины вспышек на ночной стороне Луны довольно понятны, то глобальные изменения яркости (если они действительно происходят) на больших площадях освещенной части лунной поверхности интерпретировать довольно трудно. Учитывая, что яркость таких преходящих явлений должна быть сравнима с яркостью освещенной Солнцем лунной поверхности, механизм свечения должен быть очень мощным. В работе Гарлика и его коллег 1977 г. предполагается, что это может быть связано с временными возмущениями поверхностного пылевого слоя, нарушающими когезию частиц (т. е. связь между молекулами разных частиц при их соприкосновении), что усиливает диффузное отражение света. Причинами таких нарушений считаются: 1) спорадический выход газов; 2) лунотрясения; 3) электростатическая левитация пыли, типа той, что наблюдалась по свечению горизонта при заходе Солнца на снимках космических аппаратов «Сервейор-7» и «Луноход-2». Роль этих механизмов трудно анализировать, не имея достаточно надежных характеристик самих явлений. Понятно, однако, что при нынешней активности недр Луны первые два механизма едва ли можно обсуждать всерьез. Третий механизм, вероятно, также слишком слаб, чтобы создать эффекты, которые наблюдались бы с Земли. Однако он все же не кажется вовсе безнадежным, и его продолжают исследовать.
Недавно сотрудница НИИ астрономии Харьковского национального университета им. В. Н. Каразина Л. В. Старухина вновь рассмотрела возможность временного потемнения лунной поверхности во время мощных солнечных вспышек. Под действием ионизирующих излучений, сопровождающих вспышку, в твердых материалах могут возникать дефекты, приводящие к дополнительному поглощению света в видимом и ультрафиолетовом диапазоне. Способность радиационно-индуцированных центров поглощения к термо– и фотообесцвечиванию делает возможным последующее восстановление отражательной способности реголита. Расчеты показали, что если радиационная чувствительность материала лунной поверхности равна максимальной чувствительности прозрачных силикатных стекол, то эффект потемнения можно наблюдать на пределе чувствительности астрономических приборов и только после наиболее мощных солнечных вспышек, таких как события 1959–1960 гг. и августа 1972 г.
Рис. 2.29. Спектрограммы кратера Альфонс во время предполагаемого события (верхняя) и после него (нижняя).
В связи с обсуждением нестационарных явлений на Луне нельзя не отметить открытие, сделанное Н. А. Козыревым совместно с В. И. Езерским при наблюдениях в Крымской астрофизической обсерватории 3 ноября 1958 г. Оно касается истечения газа в кратере Альфонс. Хотя авторов этого открытия двое, боролся за свою правоту в дальнейшем лишь Н. А. Козырев. А бывший в свое время директором Харьковской астрономической обсерватории В. И. Езерский в доверительном разговоре с автором этой главы не раз эмоционально высказывал свое крайне скептическое отношение к полученным результатам, не приводя, впрочем, никаких существенных доводов против них. Хотя спектрограммы Козырева выглядят более или менее убедительно (рис. 2.29), следует сказать, что имеется много работ, в которых они обоснованно критикуются. Так, известный наблюдатель комет С. Арпиньи критиковал отождествление полос в спектре кратера Альфонс с системой полос Свана С2, наблюдающейся в кометных спектрах. В спектре кратера есть ряд деталей, отсутствующих в спектрах комет. Детали спектра кратера в отличие от полос системы Свана имеют резкие края с коротковолновой стороны. Все это действительно заставляет сомневаться в отождествлении деталей в спектре кратера Альфонс с полосами Свана С2. Позднее Н. А. Козырев не раз сообщал о своих наблюдениях подобных явлений, однако никто не подтвердил их достоверность независимо.
Трудность и неоднозначность задачи детектирования нестационарных явлений на лунной поверхности может быть проиллюстрирована еще двумя историями, случившимися в эпоху первых космических полетов к Луне. Было заранее известно примерное время и место падения на лунную поверхность советской АМС «Луна-2». Однако исследования Луны, выполненные независимыми наблюдателями, дали странные результаты. Оказалось, что темные (по другим данным, светлые) облака от падения аппарата наблюдались в разное время как минимум в четырех точках лунной поверхности, разделенных тысячами километров. Очевидно, что часть сообщений (а может, все?) просто недостоверна, хотя наблюдения проводились в основном профессиональными наблюдателями. Другой пример связан с аналогичной попыткой наблюдать падение космического аппарата «Рейнджер-6» в 1964 г. Была выполнена специальная программа слежения за падением этого аппарата с помощью двух телескопов Ликской обсерватории. Она не дала положительных результатов – никаких надежных признаков падения зарегистрировано не было.
Следует рассказать и более свежую историю. Программу зонда «Лунар Проспектор» было решено завершить ударом аппарата о поверхность вечно затененного участка, расположенного на южном полюсе Луны. Предполагалось, что такой удар позволит извлечь из слоя реголита лед Н2O, ударное испарение и последующая фотодиссоциация которого даст обнаружимое с Земли свечение газа. К сожалению, проведенные наблюдения (в том числе с использованием космического телескопа «Хаббл») дали отрицательный результат – никаких признаков падения аппарата обнаружено не было. Таким образом, даже когда заранее было известно о предстоящих нестационарных явлениях на Луне (удары космических аппаратов), их регистрация дала отрицательные или противоречивые результаты.
Миссия космического аппарата «Смарт-1» с этой точки зрения оказалась более результативной. Утром 3 сентября 2006 г. этот аппарат завершил свою программу ударом о лунную поверхность в точке с координатами 46,2° з. д. и 34,4° ю. ш. Это вызвало короткую вспышку, которая была уверенно зарегистрирована инфракрасным канадско-французским телескопом на Гавайях на длине волны 2,12 мкм. Было видно даже облако пыли, которое очень быстро рассеялось.
Лет десять назад сотрудница знаменитой Лаборатории реактивного движения Бонни Буратти попыталась исследовать возможные нестационарные явления на лунной поверхности, используя изображения, полученные космическим аппаратом «Клементина». В огромном массиве данных, переданных этим зондом, удалось найти изображения четырех участков поверхности, полученные до и после нестационарных явлений, которые на этих же участках наблюдались с Земли любителями астрономии. Ни на одном из четырех снимков не было найдено никаких изменений, которые можно было бы отнести к проявлению нестационарных явлений. Этот «скучный» вывод дался Буратти нелегко, ведь ранее она же сообщала об открытии с помощью данных космического аппарата «Клементина» надежных признаков нестационарных явлений на Луне. Однако четыре года спустя, после критики коллег, Буратти признала, что результат ее ранней работы был ошибочным.
Как видим, вопрос о реальности временных явлениях на лунной поверхности все еще не вышел за рамки научной дискуссии. Исключение составляют лишь работы последних лет, связанные с регистрацией ударных вспышек на ночной стороне. С одной стороны, можно понять скептиков, которые ссылаются на плохую документированность преходящих явлений и низкую квалификацию большинства наблюдателей, из-за чего возможны откровенные фальсификации данных и/или тенденциозное толкование понятных явлений, происходящих, например, в ближайшей окрестности Земли. С другой стороны, нет принципиальных запретов на то, чтобы нестационарные явления происходили на самой Луне и наблюдались бы с Земли.
Таким образом, дальнейший поиск преходящих явлений следует продолжать, хорошо, однако, понимая, что доказательство реальности этих явлений и их приуроченности к Луне требует не меньше усилий, чем само их обнаружение.
Литература
Дариус Дж. Недоступное глазу. М.: Мир, 1986.
Зигель Ф. Ю. Лунные горизонты. М.: Просвещение, 1976.
Шкуратов Ю. Г. Луна далекая и близкая. Харьков: ХНУ им. В. Н. Каразина, 2006.
Дарлинг Д. Кратковременные лунные явления. Руководство наблюдателя.
http://www.astronomer.ru/library.php?action=2&sub=2&gid=54
Луна продолжает удивлять.
http://www.astronomer.ru/news.php?action=l&nid=334
Первые рисунки лунной поверхности:
http://physics.ship.edu/~mrc/pfs/110/inside_out/vul/Galileo/Things/moon....