9. Природа Луны

Как мы видели в предыдущей главе, поверхность Луны представляет собой верх безжизненности. Лунные долины бесплоднее, чем каменистые пустыни. Лунные горы более неприступны, чем земные горные пики выше линии лесов. Покрытые лавой склоны потухших вулканов имеют вид более гостеприимный, чем лунные кратеры. На Луне ничего не случается. Там, где нет воздуха, не может быть ни облаков, ни дождя, ни звуков. В глубине тёмного лунного погреба царили бы вечное молчание и покой. Паутина над каким-либо мрачным углублением в таком погребе оставалась бы нетронутой в течение миллионов лет.

На лунном небе не может быть никаких красок: только чернота и звёзды в глухую ночь, тянущуюся две недели, и только сверкающее Солнце в продолжение столь же длинного дня. Такое пустынное место, как лунная поверхность, может пригодиться нам лишь в качестве наблюдательной станции для астрономической экспедиции или же как возможный источник драгоценных руд - всё это в том случае, если бы мы могли пересечь 385 000 км запретного безвоздушного пространства и преодолеть все опасности полёта в пустоте.

Благодаря тому, что Луна так близка к нам, её поверхность была изучена в мельчайших подробностях. Увеличенное изображение Луны, видимое в самые большие телескопы, эквивалентно тому, которое мы увидели бы невооружённым глазом, находясь от Луны на расстоянии менее 300 км; на таком расстоянии наблюдатель уже может различить детали, удалённые друг от друга всего на несколько километров. Если в лунном ландшафте произошли какие-либо изменения за те века, в течение которых на Земле ведутся интенсивные телескопические наблюдения, то эти изменения слишком ничтожны и неопределённы (Некоторые наблюдатели считали, что небольшой кратер Линней бывал по временам покрыт облаками и становился невидим, но их наблюдения не являются достоверными)), и мы не имеем согласного мнения наблюдателей относительно их реальности. Не существует наблюдений, указывающих на какие-либо хотя бы самые ничтожные следы эрозии от ветра или от дождя, да мы и не вправе были бы ожидать эрозии, поскольку наблюдения показывают, что Луна не имеет атмосферы, - во всяком случае её атмосфера не больше одной десятитысячной части атмосферы Земли. Если на Луне имеются остаточные следы атмосферы, то она, вероятно, ещё гораздо более разрежена, чем это следует из приведённого выше приближённого верхнего предела.

Рис. 85. Луна лишена атмосферы. Это доказывается мгновенным исчезновением звезды, когда её закрывает тёмная сторона Луны. Не наблюдается ни постепенного ослабления, ни смещения. Атмосфера вызвала бы поглощение и преломление света

Мы должны считать, что Луна лишена атмосферы вследствие незначительности её массы. Сила тяжести на поверхности Луны недостаточна для того, чтобы удержать молекулы атмосферы и не дать им унестись в мировое пространство. Всякое тело, большое или маленькое, отрывающееся от поверхности Луны со скоростью более 2,4 км/сек, будет продолжать лететь неопределённо долго, совершенно выйдя из сферы притяжения Луны. Эта критическая скорость убегания лишь немногим больше средней скорости молекул водорода при обычных температурах. Поскольку всегда часть молекул движется со скоростью, превышающей среднюю, водородная атмосфера улетучилась бы с Луны почти мгновенно. Процесс рассеивания кислорода или азота протекал бы гораздо медленнее, так как молекулы этих газов массивнее молекул водорода и потому движутся медленнее. Однако какую бы атмосферу Луне ни посчастливилось однажды приобрести, она её обязательно потеряет в течение астрономически короткого промежутка времени и навсегда останется лишённой атмосферы.

Мы на Земле гораздо счастливее, потому что скорость убегания для нашей планеты значительно больше; она равна 11,3 км/сек. Даже водород должен оставаться в земной атмосфере почти бесконечно долго - это даёт нам уверенность в том, что Земля не может потерять ббльшую часть своей атмосферы в течение геологических веков.

На Луне нет погодьгв нашем понимании этого слова, но было бы не совсемг правильно сказать, что там никогда ничего не случается. В течение месяца день и ночь сменяют друг друга и, кроме того, непрерывные метеорные дожди, космические лучи, электронные потоки и другие виды излучения из мирового пространства постоянно бомбардируют лунную поверхность. Нельзя забывать также, что Земля оказывает на Луну значительное гравитационное воздействие. Среди этих активных сил две силы в настоящее время, по всей вероятности, больше всего влияют на изменения лунной поверхности - это удары метеоров и месячная смена температур. Ни один из этих факторов не может дать значительных изменений за время человеческой жизни, но в течение сотен миллионов лет они могут оказать большое влияние на формирование лунной поверхности.

Рис. 86. Температура на Луне

Разность температур лунной поверхности в моменты лунного полдня и лунной полночи превышает 200° С (рис. 86), но изменение температуры происходит медленно. Из-за отсутствия воды расслаивание горных пород, происходящее вследствие расширения и сжатия, должно быть очень незначительным. Земные породы отслаиваются, главным образом, вследствие поглощения ими влаги, которая расширяется при замерзании и таким образом разрушает поверхность пород. Медленное изменение температуры лунной поверхности допускает постепенное регулирование внутренней температуры пород, так что расслаивание, вызванное только сжатием и расширением, протекает очень медленно. Однако за миллионы лет действие этого эффекта должно было накопиться до такой степени, что лунные горы могут походить на большие нагромождения из разбитой породы. Пример аналогичного образования на Земле показан на рис. 87.

Рис. 87. Каменистый склон. Лунные горы могут иметь такие же склоны

Кроме медленных изменений температуры лунной поверхности при смене дня и ночи, на Луне наблюдаются и большие скачки температуры во время лунных затмений (Метод измерения см. в главе 12, стр. 192)). Е. Петтити С. Б. Никольсон измеряли температуру лунной поверхности во время лунного затмения. Она упала с+71° С до-79° С на протяжении примерно часа. Такая быстрая смена температур может сильно способствовать расслаиванию лунных пород. Поэтому вполне возможно, что затмения являются основным фактором, активизирующим этот процесс. Скрытая от нас сторона Луны возможно обладает более неровной поверхностью, чем наблюдаемая нами сторона, потому что лунные затмения могут происходить только на одной стороне Луны, обращенной к Земле. Однако это заключение не может быть проверено экспериментально и потому должно оставаться лишь любопытной возможностью. При рассмотрении вопроса о влиянии метеорных тел на формирование лунной поверхности мы стоим на гораздо более солидном научном фундаменте. Метеориты могут, конечно, при своём падении образовывать кратеры, возможно сходные с теми, какие покрывают поверхность Луны. Прекрасную коллекцию кратеров различных размеров можно видеть вблизи южного полюса Луны на рис. 88. В одной из предыдущих глав мы познакомились с Аризонским метеоритным кратером и знаем теперь, что на Землю иногда падают гигантские метеориты, оставляя огромные воронки. Однако прежде чем допустить, что лунные кратеры произошли в результате взрывов упавших метеоритов, необходимо ответить на три основных вопроса. Может ли метеорит дать воронку диаметром более 150 км, имеющую такой вид, как самые большие лунные кратеры? Если громадные метеориты сталкивались с Луной, то гораздо большее их количество должно было удариться о поверхность Земли. Почему же мы не встречаем оставленных ими воронок? Нельзя ли объяснить образование лунных кратеров действием вулканов?

Рис. 88. Южная часть Луны. Луна перед последней четвертью

На первый вопрос мы не можем ответить положительно вследствие невозможности ни ставить опыты, ни наблюдать образование кратеров диаметром в сотни километров. Небольшие кратеры, образованные при искусственных взрыва, по форме похожи на лунные; однако мы не можем отсюда заключить, что большие кратеры, полученные аналогичным методом, будут иметь такой же вид. На рис. 89 и 90 мы имеем возможность сравнить кратеры, образованные при падении водяных капель на песок, с сильно увеличенным изображением лунных кратеров.

Рис. 89. Кратеры в песке, произведенные каплями воды. Сравните с рис. 90

Отсутствие гигантских метеоритных кратеров на Земле не исключает возможности метеоритного происхождения лунных кратеров. Вполне разумно предположить, что падение крупных метеоритов было гораздо более частым в ранний период истории развития Земли и Луны и что почти все большие метеорные тела были притянуты Землёй и Луной в течение прошедших веков. При таком предположении мы должны допустить, что Земля была когда-то покрыта большими метеоритными кратерами, но геологические процессы разрушили кратеры и засыпали их остатки. На Земле теперь можно видеть лишь кратеры недавнего происхождения, как, например, Аризонский кратер, но на Луне все они ещё видны. Относя большие метеоритные бомбардировки в отдалённое прошлое и избегая вопроса о том, могут ли большие лунные кратеры действительно быть образованы таким способом, мы становимся на точку зрения планете-зимальной гипотезы происхождения солнечной системы (см. главу 14), согласно которой массы планет и спутников увеличивались в результате столкновений их с меньшими телами, например с метеоритами и астероидами.

Рис. 90. Лунные кратеры

В резком противоречии с метеоритной гипотезой происхождения лунных кратеров находятся доводы в пользу их вулканического происхождения. Многие лунные кратеры похожи на кратеры земных вулканов, если не считать того, что в лунных кратерах нет потока лавы у стенок. С другой стороны, обширные плоские равнины кратеров и "морей" весьма напоминают поверхность расплавленного и охлаждённого вещества. Поскольку в момент своего формирования Луна была горячей, повсюду на её поверхности должны были встречаться вулканы и огромные потоки лавы (Предположение, что вся Луна была горячей в момент своего формирования, не обязательно с точки зрения метеоритной гипотезы происхождения Луны. (Прим, ред.))). Можно легко различить выпуклые горные цепи, похожие на Апеннины и образующие края гигантских кратеров, средняя часть которых была постепенно заполнена и выравнена большими потоками расплавленной породы.

На этой стадии своего развития Луна должна была быть покрыта как бы вулканическими "нарывами", которые медленно охлаждались и "заживали", образуя "моря". Те части поверхности, которые остыли несколько ранее, как, например, южная полярная область, покоробились под действием общего сжатия. Тонкая каменистая оболочка была покрыта вулканами и потоками лавы самых различных размеров. Новые вулканы возникали по мере того, как старые исчезали в хаосе дыма, пепла и лавы. Кратеры образовывались, выветривались под действием вырывающихся газов и пепла и затем исчезали при новых извержениях.

Малые размеры Луны и малое напряжение силы тяжести на её поверхности играли большую роль в её развитии. Малая сила тяжести способствовала значительной вулканической активности, которая была бы пресечена на всяком более массивном небесном теле; этим можно объяснить большие размеры лунных кратеров (Это соображение остаётся в силе и при метеоритной гипотезе. (Прим. ред.))). Далее, малые размеры Луны способствовали ускорению общего её охлаждения, так что переходный период от совершенно расплавленного состояния до состояния относительной твёрдости был короче, чем на Земле. К тому времени, когда поверхность "морей" охладилась достаточно, чтобы воспрепятствовать прорыву потоков расплавленных пород, Луна сжалась почти до её современных размеров. Вулканический период в основном уже закончился, если не считать спорадических извержений таких лучеобразующих кратероЕ, как Тихо, Коперник и др.

Логически лучи должны были образоваться в конце вулканического периода, так как в противном случае они не покрыли бы других формаций. Более ранние лучи были бы уничтожены вулканическими обломками. Было предположено, что лучи были образованы газами, вырывающимися из трещин вулканического происхождения. Так называемые бороздки трактуются как нормально охладившиеся трещины, а отвесные скалы как сбросы.

Такова история образования деталей лунной поверхности согласно вулканической гипотезе. Качественное подтверждение этой гипотезы представлено на рис. 91 и 92, где изображены модели и схемы кратеров Везувия для сравнения с описанными ранее лунными кратерами. Основные положения не претерпевают существенных изменений, если придерживаться другой вулканической гипотезы, согласно которой кратеры образовались при извержении больших пузырей газа из недр Луны. Эта теория "пузырей" является правдоподобной, главным образом, вследствие сходства поверхности Луны с кипящей кашей.

Рис. 91. Модель кратера Везувия и окрестностей Неаполя

Длительные дебаты на тему "Метеориты или вулканы?" вряд ли являются целесообразными на современном уровне знания. Не может быть сомнения, что на Луне активно протекали оба эти процесса. Вопрос заключается в том, чтобы установить, какой из этих процессов являлся доминирующим в формировании кратеров и, в частности, какой процесс способствовал образованию больших кратеров. Период времени, в течение которого совершалось остывание "морей", вряд ли был достаточным для того, чтобы планеты и Луна успели притянуть большую часть метеорных тел. С другой стороны, можно себе представить, что "моря" образовались при падении больших метеоритных масс на поздней стадии развития Луны. Если это так, то "моря" должны были приобрести лучевые системы. Трудно представить себе, что "моря" были образованы после того, как недра Луны перестали находиться в расплавленном состоянии.

Рис. 92. Эволюция кратеров Везувия за время с 1804 по 1816 г.

Приведённые выше аргументы говорят в пользу того, что вулканические процессы являлись преобладающими. Однако метеориты могли явиться причиной образования более поздних кратеров - кратеров с лучевой структурой и некоторых из более светлых кратеров, а также множества маленьких кратеров-колодцев (рис. 93). Метеориты могли действовать так же, как спусковые механизмы для возбуждения деятельности вулканов. На той стадии развития Луны, когда на ней образовалась тонкая твёрдая кора, взрыв метеорита мог разбудить вулкан, продырявив или ослабив кору. Кратер вулкана мог значительно превысить размеры первоначального метеоритного кратера.

Рис. 93. Вал Аризонского метеоритного кратера. Если бы этот кратер находился на Луне, мы отнесли бы его к типу маленьких кратеров или кратеров-колодцев

Системы лучей представляют интереснейшую проблему лунной эволюции. Теория газового происхождения лучей из трещин не выдерживает критики. Если кратеры дали трещины, идущие почти вокруг всей Луны, весьма странно, что ни одной такой трещины нельзя наблюдать вдоль какого-нибудь луча. Несколько более вероятной представляется другая теория, согласно которой лучи состоят из вещества, извергнутого с огромной силой. Системы лучей могли образоваться в результате извержения вулкана или при падении метеорита. Ф. Е. Райт указывает, что для образования лунных лучей длиной в 2400 км нужны скорости взрыва около 1,5 км, сек. Начальная скорость снаряда дальнобойного орудия немного больше 1,6 км/сек. Такой снаряд пролетит на Земле 120 км. Райт вычислил, что на Луне этот снаряд пролетел бы более 3000 км. Известны вулканы, извергавшие вещество даже с ещё большими скоростями.

С помощью простого эксперимента можно продемонстрировать в миниатюре неправильное распределение вещества, выброшенного при взрыве. На твёрдую поверхность насыплем немного мелкого порошка, например муки или талька, и сбросим на него шарик или камешек. Полученное нами распределение порошка по форме будет очень похоже на лунные лучи. На рис. 94, а переснята фотография кратера Коперник. На рис. 94, b представлены лучи, полученные искусственно таким образом, чтобы они исходили из этого кратера. Другая система искусственных лучей показана на чёрном фоне на рис. 94, с. Сходство естественной и порошковой систем лучей является, конечно, лишь качественным аргументом в пользу взрывной теории образования лучей, но оно весьма убедительно.

Рис. 94. Лунные и искусственные лучи. а) Снимок кратера Коперник

Согласно требованиям теории, вещества, находящиеся под лунной поверхностью, должны быть светлее тех, которые мы видим на самой поверхности Луны. Поскольку Луна отражает менее эффективно, чем большинство обычных вулканических пород, из которых, по всей вероятности, состоят её внешние слои, это требование взрывной теории не кажется нам слишком строгим. Сама поверхность вполне может быть темнее, чем породы под ней.

Рис. 94. Лунные и искусственные лучи. b) Лучи, полученные на фотоснимке а) при взрыве пороха

Независимо от того, имеют ли лучи и большие лунные кратеры метеоритное происхождение или нет, не подлежит сомнению, что небольшие метеорные тела являются весьма активной силой, изменяющей поверхность Луны. Большой Аризонский метеоритный кратер обладает как раз достаточной величиной, чтобы в нём можно было опознать кратер на расстоянии Луны. Мы классифицировали бы его как очень маленький кратер. Если бы мы могли совершить инспекционное турнэ по Луне, мы увидели бы, что поверхность её повсюду покрыта углублениями от падения масс гораздо меньших размеров. Каждый метеорит при падении производит небольшой взрыв, выбрасывая по всем направлениям лунные и метеоритные породы. В высшей степени спорно, что Луна при таких ударах увеличивает свою массу, так как вполне возможно, что взрывы достаточно сильны и что с Луны извергается больше вещества, чем ею приобретается от метеоритов. Метеорное тело, движущееся со скоростью 30 км/сек, при взрыве вполне может сообщить скорость более 2,4 км/сек (Упомянутая выше критическая скорость (скорость убегания) для поверхности Луны)) количеству вещества с массой больше его собственной. Поскольку на Луне нет атмосферы, которая могла бы явиться препятствием, это вещество навсегда покинет Луну. Во всяком случае количество метеоритного вещества совершенно ничтожно. При современной интенсивности падений метеоритов за 3 миллиарда лет мог бы накопиться слой менее 1 см толщиной, если бы не было потери вещества при ударах.

Рис. 94. Лунные и искусственные лучи. с) Такие же лучи, полученные на чёрном фоне

Один эффект падений метеоритов является неоспоримым: поверхность Луны должна быть покрыта слоем крупнозернистой пыли. Каждый взрыв должен разбрасывать лунное и метеоритное o вещество, вероятно даже больше первое, чем второе, в виде кусков и затвердевших капель по значительной площади вокруг места падения. Поскольку вулканическая деятельность также должна была бы привести к тому же самому результату, наблюдения должны обнаружить наличие пыли на поверхности Луны, так как в противном случае мы принуждены были бы отказаться от всех наших теорий. К счастью для теорий, существуют доказательства наличия слоя пыли на поверхности Луны. Наиболее яркими и убедительными из них являются упоминавшиеся выше наблюдения, проведённые во время лунного затмения. В течение одного лишь часа температура поверхности упала с+71°С до-79°С. Никакая гранитная порода или аналогичное твёрдое вещество, которое является довольно хорошим проводником тепла, не могло бы остыть так быстро, после того как оно нагревалось в течение многих дней. Только изоляционные вещества могут так быстро реагировать на внешние изменения температуры.

Отсюда мы заключаем, что поверхность Луны покрыта каким-то изоляционным веществом - распылённой породой, пылью или пористым веществом вроде пемзы или вулканического пепла. Однако это также не даёт нам критерия для выбора между вулканической и метеоритной теориями. Обе теории одинаково хорошо предсказывают наблюдающиеся условия.

Дополнительные данные говорят в пользу наличия очень маленьких кратеров (или углублений в пемзо-образной породе), слишком малых, чтобы их можно было различить по отдельности при непосредственном наблюдении. По особенностям отражения солнечного света под различными углами мы можем заключить, что даже те области лунной поверхности, которые кажутся нам наиболее гладкими, сплошь покрыты маленькими чашеобразными углублениями. Мы легко можем представить себе пепельную поверхность, покрытую, как ячейками, этими маленькими кратерами, причём каждый новый метеорит добавляет небольшой кратер к уже имеющимся. Должен существовать такой же разнообразный ассортимент маленьких кратеров, как и больших, которые мы видим на снимках. Даже свободные от пыли склоны отвесных скал должны быть покрыты метеорными царапинами. По всей вероятности, нигде на Луне мы не найдём гладкой площадки, кроме, может быть, подножия крутого каменистого склона, где образовалась груда пыли и обломков пород; кроме того, поверхность Луны должна быть настолько изрезана глубокими расселинами и трещинами, что она совершенно непроходима.

Поскольку Луна является плохим отражателем (её альбедо, или отражательная способность, составляет около 7%) и поскольку отражённый ею свет кажется желтоватым или красноватым по сравнению с солнечным светом, поверхность Луны повидимому состоит из тёмнокоричневых пород. Покрывающая лунную поверхность пыль должна быть крупнозернистой по своей структуре, быть может похожей на гравий, так как тонкая пыль обычно является прекрасным отражателем. Поверхностные породы, вероятно, похожи на пемзу; они сплошь пронизаны маленькими пузырьками, образовавшимися в то время, когда газы выносили расплавленное вещество наверх. Низкое атмосферное давление (или полное его отсутствие) способствовало образованию этих маленьких пузырьков в породах.

Если бы Земля была неспособна удержать атмосферу, то её поверхность, но всей вероятности, была бы похожа на поверхность Луны, и земной ландшафт выглядел бы таким же невероятно диким и унылым. Но наличие воздуха и воды способствовало тому, что земная поверхность приобрела свой современный вид, а также возникновению и эволюции органических форм.

Хотя поверхность Луны кажется нам очень неровной, размах высот и глубин на ней меньше, чем на Земле. Самая высокая гора на Луне поднимается над средним уровнем на 7500 м, т. е. несколько меньше, чем Эверест над уровнем моря. Дно самого глубокого кратера находится на глубине 7200 м, т. е. меньше максимальной глубины наших океанов, составляющей 10 790 м (У острова Минданао (Филиппины). [Сравнивая "размах высот и глубин" на Луне и на Земле, автор не учитывает, что радиус Земли больше чем в 3 1/2 раза превосходит радиус Луны. Если отнести высоту гор и глубину впадин к радиусу соответствующего светила, то нетрудно убедиться в том, лунные горы относительно гораздо выше земных. (Прим. ред.)])).

Если и Земля и Луна охладились из расплавленной массы, то, как мы видели выше, вещество в недрах Луны достигло равновесия и стабильности гораздо скорее, чем на Земле. Поэтому сморщивание внешней оболочки было менее интенсивно, чем на Земле, огромная внутренняя масса которой ещё волнуется, производя землетрясения и деформируя земную кору. Отсутствие воды и, следовательно, эрозии на Луне полностью меняет для неё "геологические" проблемы.

В настоящее время Луна сохраняет свою постоянную форму и подвержена лишь весьма малым изменениям; это подтверждается тем фактом, что к Земле всегда обращена одна и та же её сторона. Наш спутник "застыл" с приливным выступом, вытянутым вдоль луча зрения (Диаметр по лучу зрения примерно на 900 м больше диаметра по перпендикуляру)). Приливообразующие силы Земли уже выполнили свою работу, навсегда исказив форму Луны. Только весьма малые колебания этой деформации имеют место в настоящее время, когда либрации, вызванные эллиптическим движением Луны, позволяют приливным силам действовать под небольшими углами к постоянному выступу. Луна, вероятно, настолько устойчива сейчас, в старости, что даже "лунотрясения" исключительно редки, если только они вообще возможны.

Прощаясь с Луной, богиней ночи, мы, может быть, унесём с собой задумчивую меланхолию разочарования. Холодный и всепроникающий свет науки открывает нам, что серебряная богиня, окружённая бледным ночным сиянием, на самом деле стара, морщиниста и нема. История её юности, - если бы мы могли узнать её, - без сомнения, явилась бы одной из увлекательнейших страниц прошлого.