Наука о Луне
60 лет назад космический корабль впервые достиг Луны. 50 лет назад на ее поверхность впервые шагнул человек. Мы решили выяснить, какими интересными данными о естественном спутнике Земли пополнилась копилка научных знаний.
Первые гости на Луне
С началом космической эры люди перестали быть праздными наблюдателями за Луной. Советские автоматические межпланетные станции «Луна-2» и «Луна-3» в 1959 году не только достигли спутника, но и принесли множество открытий. Первый из них был оборудован сцинтилляторами, счетчиками Гейгера, магнитометрами, детекторами микрометеоритов. Он впервые превысил вторую космическую скорость: буквально врезался в Луну со скоростью 3,3 км/с. По оценкам ученых, кратер от такого приземления мог иметь диаметр до 130 м.
«Луна-2» произвела научный фурор не только самим фактом попадания на Луну, но и исследованиями магнитных полей Земли и Луны, радиационного пояса Земли, космического излучения, газового компонента межпланетного вещества, метеорных частиц и др. Важным достижением стало прямое измерение солнечного ветра. Кстати, его впервые измерила автоматическая международная станция «Луна-1», которая пролетела мимо своей цели на расстоянии около 6000 км из-за ошибки в расчетах: не было учтено время прохождения сигнала от командного пункта до станции. «Луна-1» и «Луна-2» доказали и тот факт, что Луна не имеет заметного магнитного поля и вокруг нее нет радиационных поясов.
«Луна-3» удовлетворила давний интерес человечества: впервые удалось увидеть обратную сторону Луны. Станция пролетела над ней, сфотографировала невидимую с Земли поверхность и стало ясно, что она ничем не отличается от видимой. При дальнейших запусках межпланетных станций были получены образцы лунного грунта, составлена карта обратной стороны, получены фотоснимки.
Человек на Луне
24 июля 1969 года земляне впервые высадились на Луне. Американцы Нил Армстронг и Базз Олдрин не только прилунились, но и провели на поверхности спутника 21 час 36 минут 21 секунду. Из них два с половиной часа они «гуляли» по Луне: установили флаг США, разместили комплект научных приборов и собрали 21,5 кг образцов лунного грунта, в котором не оказалось никаких микроорганизмов. В следующие три года состоялось еще пять успешных высадок американцев на Луну. Они даже привезли туда лунный электромобиль на батареях — в трех экспедициях «Аполлон» астронавты проехали на нем 28, 27 и 36 км по поверхности спутника, максимальная скорость составляла 18 км/ч. Лунная машина была оборудована цветной телекамерой, кино- и фотокамерой, так что проводилась подробная съемка всего происходящего. Следы, оставленные на Луне астронавтами «Аполлона», будут видны еще как минимум 10 млн лет, потому что на спутнике нет ветра и эрозии.
В 1972 году миссия «Аполлон» завершилась, и с тех пор люди на Луне больше не бывали, но вопрос возвращения на спутник и даже его колонизации стоит на повестке дня у NASA.
«Это заявленная программа нынешней администрации — вернуть американских астронавтов на Луну до 2024 года. Первая женщина и следующий мужчина на Луне будут американцами, которых доставят американские ракеты с американской земли», — написал недавно Дональд Трамп в своем твиттере.
Роскосмос в марте также заявил, что «очень скоро» отправит человека на Луну. Лунная гонка, начавшаяся еще в 1960-е годы, продолжается, и вопрос «кто первый» по-прежнему беспокоит и США, и Россию.
Что мы знаем о Луне?
Спутнику Земли 4,5 млрд лет. Самая популярная гипотеза происхождения Луны — столкновение Земли с космическим телом размером с Марс, вследствие которого «вылетел» огромный кусок расплавленной материи и со временем превратился в Луну. Эту версию экспериментально подтвердили ученые из Массачусетского технологического института с помощью камня с Луны, привезенного в 1970-х годах. Анализ показал, что в далеком прошлом камень подвергался длительному воздействию магнитного поля, а значит, на раннем этапе существования у Луны было магнитное поле, аналогичное земному. Это открытие было сделано в 2009 году, тогда же космический аппарат NASA обнаружил в одном из лунных кратеров воду в виде льда. С тех пор вода была обнаружена в более чем 40 кратерах. Ученые насчитали на Луне не менее 600 млн тонн воды, застывшей в виде ледяных глыб.
За время полетов на Луну США доставили на Землю 380 кг грунта, СССР — 324 г. Часть образцов были розданы американцами для исследования в научные организации США, Европы, Азии, Австралии. Все фрагменты лунной породы по составу резко отличаются от земных веществ.
Солнце примерно в 400 раз больше, зато Луна — в 400 раз ближе. Величина силы тяготения Солнца для земного шара почти в 200 раз больше, чем сила тяготения Луны, тем не менее приливные силы, порождаемые Луной, почти вдвое больше порождаемых Солнцем. Морские приливы и отливы под воздействием Луны особенно сильны у восточных побережий материков. Максимальная амплитуда приливной волны на Земле наблюдается в заливе Фанди в Канаде и составляет 18 м.
Луна делает полный оборот вокруг Земли за каждые 27,3 дня — это то же самое время, которое ей требуется для вращения вокруг своей оси, и именно поэтому мы всегда видим одну и ту же сторону Луны. Если наблюдать за Луной с Северного полюса, мы увидим, что она вращается против часовой стрелки с запада на восток. Средняя скорость вращения вокруг Земли достигает 3683 км/ч, полный маршрут вокруг нашей планеты составляет 2,29 млн км.
Луна не убывает и не растет, ее очертания скрываются в тени, а мы видим лишь часть, освещенную Солнцем. Лунный цикл составляет 29,5 дней: столько времени проходит от одного новолуния до следующего (от полнолуния до полнолуния).
Полностью Луна видна в момент, когда находится на противоположной стороне Земли от Солнца: именно в это время мы видим полнолуние. Два полнолуния в месяц видны редко, раз в 2,7 года, в таком случае второе полнолуние называют голубой Луной. Лунные затмения происходят, когда тень Земли падает на Луну, а солнечные затмения случаются, когда Луна оказывается между Землей и Солнцем и закрывает светило от смотрящего. Эти явления — результат поразительного совпадения и предмет восторгов астрономов.
Луна движется вокруг нашей планеты по эллиптической орбите, поэтому расстояние до нее меняется, оставаясь в промежутке от 356 400 км до 406 700 км. Примерно раз в 13 месяцев случается полнолуние в перигее — в самой близкой точке к Земле относительно своей орбиты. В этот момент Луна кажется на 15% больше и на 30% ярче, чем в апогее — самой отдаленной точке орбиты. Это явление называют суперлунием.
На Луне происходят лунотрясения: они могут достигать 5,5 магнитуды по шкале Рихтера и продолжаться более десяти минут. Причинами служат приливные силы Солнца и Земли, подвижки в грунте, падения метеоритов и резкий нагрев поверхности с восходом Солнца. Сейсмическая активность — главная опасность для возможных в будущем обитаемых станций на Луне.
Лунные иллюзии
Луна в глазах людей, смотрящих на нее с Северного и Южного полушария, выглядит не совсем одинаково. Верх и низ — понятия относительные и зависят от того, где находится наблюдатель. Особенно разница видна по так называемому «человеку на Луне»: это ненаучно, но многие люди видят в полнолуние на спутнике глаза, улыбку и нос — их образуют темные пятна кратеров. Если смотреть из Южного полушария, то кажется, что лунное лицо улыбается, а если из Северного — человечек выглядит озабоченным и несчастным.
Китайцы привыкли видеть в темных пятнах Луны кролика. Согласно фольклору, лунный кролик с помощью ступки и пестика неустанно трудится над созданием эликсира жизни для богини Луны Чанъэ. Японцы и корейцы также его видят, но считают, что животное взбивает тесто для рисового пирога. «Золотой кролик», «нефритовый кролик» — в китайской древней поэзии эти слова употреблялись как синонимы Луны. У индейцев Америки также были легенды о лунном кролике, а жители Гавайев больше обращали внимание на влажную Луну: это визуальный феномен, когда на небе полумесяц повернут рогами вверх и напоминает собой чашу. Такое явление называют также чеширской Луной — в честь Чеширского кота из сказки Льюиса Кэрролла «Алиса в Стране чудес».
Еще одна интересная оптическая иллюзия: Луна, зависшая над горизонтом, кажется нам намного крупнее Луны, висящей высоко в небе. Это обман зрения. Есть две гипотезы, которые его объясняют. Согласно первой, мы, люди, плохо оцениваем вертикальные расстояния, потому что воспринимаем небо как уплощенный купол, а не как сферу. Нам кажется, что Луна меньше и ближе к нам в своей наивысшей точке. Согласно второй гипотезе, мы судим о расстояниях, сравнивая объекты на переднем и заднем плане. Когда Луна высоко и нет опорных точек для сравнения, нам кажется, что она меньше.
Иногда можно наблюдать удивительное явление: лунное гало — кольцо вокруг Луны. Оно вызвано преломлением света в ледяных кристаллах в перистых облаках.