Луна

Масса Луны — 7,35-1025 г, т.е. в 81 раз меньше земной. Радиус — 1738 км, площадь поверхности — 3,8 107 км2, средняя плотность — 3,34 г/см3. Ускорение силы тяжести в 6 раз меньше, чем на поверхности Земли, и составляет 1,63 м/с2.

Луна делает один оборот вокруг Земли за 29,5 суток, скорость вращения вокруг оси 27,32 суток. Таким образом, периоды ее осевого вращения и сидерического обращения вокруг Земли почти равны. Вот почему Луна всегда обращена к нам одной и той же стороной.

Луна лишена воды и атмосферы. В течение солнечного дня, длящегося, как и ночь, 15 суток, ее поверхность нагревается до +130 °C, а ночью охлаждается до -170 °C.

С 1969 по 1972 г. 29 американских астронавтов побывали на Луне. Три автоматические станции и два лунохода, посланные СССР, также внесли значительный вклад в изучение Луны. Все это позволило провести разносторонние исследования ее физических полей, рельефа и лунных пород.

Рельеф лунного полушария, обращенного к Земле, довольно разнообразен. Здесь различают обширные низменности, получившие названия морей, которые занимают 60% площади этого полушария, и материковые области с горными хребтами и отдельными горными массивами высотой 5—8 км, а также множество крупных и мелких кольцевых кратеров. В одном из них — кратере Альфонс диаметром 124 км — в 1958 г. наблюдалось свечение центральной горки. В нем были обнаружены выделения СОэ.

На обратной стороне Луны преобладают возвышенные горные области, на которых имеются достаточно многочисленные кратеры и отмечено лишь два моря — море Москвы и море Мечты.

Поверхность кратеров и лунных морей — плоская, магматического происхождения. По возрасту пород можно сказать, что последний этап вулканизма на Луне закончился 3,3—3,4 млрд лет назад, максимум бомбардировки пришелся на время 3,8—3,9-109 лет назад [75]. Судя по всему, обильные очаги расплавленной мантии находились в то время на сравнительно небольшой глубине, и магма после удара метеорита легко выходила по трещинам на поверхность, заполняя образовавшийся кратер. Обилие кратеров микронного и миллиметрового диаметров свидетельствует о продолжающейся метеоритной бомбардировке лунной поверхности, обусловленной отсутствием атмосферы. Например, только за четыре года осуществления американской программы «Аполлон» установленные сейсмографы зарегистрировали 12000 сейсмических толчков, из них 1700 пришлось на долю сильных ударов метеоритных тел.

Однако часть кратеров, например Коперник (диаметр 100 км), имеет вулканическое происхождение. Об этом говорит сложный гористый рельеф их поверхности, слоистое строение стенок кратера. Это структура не ударного происхождения, а многочисленных лавовых излияний.

Анализ доставленных на Землю образцов лунных пород и грунта показал, что по возрасту они разделяются на две группы: древние (4,5— 4,0 • 109 лет), взятые в основном из горных возвышенных областей, и более молодые (3,95—3,3 • 109 лет), взятые с поверхности лунных морей [69]. Из этого следует два чрезвычайно важных заключения:

  • 1) Земля и Луна имеют одинаковый возраст и образовались одновременно на близких к современным орбитам;
  • 2) начальный массовый вулканизм, как и на Земле, не был инициирован метеоритной бомбардировкой, которая на Луне началась позже (3,95-109 лет назад); поэтому начальный вулканизм и здесь был обусловлен обилием короткоживущих изотопов, накрывших Луну в конце ее аккреции (4,5 • 109 лет назад).

Лунный грунт (реголит) имеет плотность 1,5 г/см3 и сходен по химическому составу с земными породами. Малая плотность его объясняется большой (50%) пористостью. Среди твердых пород были выделены: «морской» базальт (содержание кремнезема 40,5%), габбро-анортозиты (содержание SiC>2 50%) и дацит с высоким содержанием кремнезема (61 %), приближающим его к земным кислым (гранитным) породам. Все они отличаются чрезвычайно низким содержанием воды (0,5 %), как в метеоритах [69].

Анортозитовые породы имеют наиболее широкое распространение на Луне [69]. Это самые древние образования. По данным сейсмических исследований, проведенных с помощью шести сейсмографов, установленных американскими астронавтами, выявлено, что лунная кора до глубины 50 км состоит преимущественно из этих пород. Предполагается, что нориты образовались в результате частичного плавления анортозитов. Анортозиты слагают преимущественно возвышенные части лунной поверхности (континенты), нориты — горные области. Базальты покрывают обширные поверхности лунных морей и имеют более темную окраску. Они сильно обеднены кремнеземом и водой и по химическому составу близки к земным океаническим базальтам. Примечательно, что американскими астронавтами не было доставлено ни одного образца морских осадочных пород. Это не значит, что на Луне никогда не было морей и океанов. Выносимая с вулканизмом на поверхность вода после выхода Солнца в стадию Т-Тельца (4,0-109 лет) быстро диссипировала в космическое пространство; возможно, лунные моря и океаны оказались перекрыты более молодыми базальтовыми лавами и поэтому не были обнаружены.

Из-за малой массы скорость преодолевания газовыми молекулами силы лунного притяжения составляет всего 2,38 км/с. В то же время при нагревании скорость легких молекул более 2,40 км/с. Поэтому Луна не может удерживать свою газовую атмосферу — она быстро улетучивается.

Средняя плотность «морских» базальтов — 3,9 г/см3, а анортозитовых пород — 2,9 г/см3, что выше средней плотности земной коры (2,67 г/см3). Однако низкая средняя плотность Луны (3,34 г/см3) указывает на общее однородное строение ее недр и отсутствие у Луны железного ядра сколько-нибудь значительных размеров. Доставленные на Землю лунные вулканогенные породы дают блестящую возможность увидеть земные вулканиты эпохи начального вулканизма катархея — до того, как они претерпели длительную геологическую переработку.

По данным измерений на четырех сейсмографах, установленных американскими астронавтами, у Луны обнаружено небольшое металлическое ядро диаметром не более 360 км, которое не могло бы стать центром аккумуляции долгоживущих изотопов, как на Земле. Ранее (§ 1, гл. VII) автором был разработан метод определения параметров планетных сфер, исходя из пропорциональных соотношений, полученных для земных геосфер. Так, для определения размера металлического ядра планет было получено выражение:

^/5,01=1^. (VII.22)

Для Луны имеем Rwpa=1738 км/5,01=347 км. Сравнение с данными сейсмических измерений [69] свидетельствует о хорошей сходимости теоретически полученного значения и служит веским доказательством того, что масса первичного металлического ядра определяет объем планеты.

В пользу предположения об однородной Луне говорит близость ее момента инерции (1/Ма2 = 0,39) к предельному значению, равному 0,4. Напомним, что для Земли величина 1/Ма2 = 0,33089, что соответствует значительной концентрации массы в центре планеты и согласуется с ее общей высокой средней плотностью.

Слабое изменение плотности (р) и силы тяжести (g) с глубиной в случае однородной модели позволяет определить давление в центре Луны из простого соотношения: P=gpR, где g= 1,63 м/с2, р = 3,34 г/см3, R=1738 км. Отсюда Р~4,7-104 атм. На Земле такое давление достигается на глубине порядка 150 км.

Изучение распространения сейсмических волн показало, что почти все гипоцентры лунотрясений расположены глубоко в недрах Луны — на глубине порядка 800 км. Эти лунотрясения происходили периодически и были связаны с приливным возмущением со стороны Земли. Не коррелирующиеся с приливами лунотрясения вызываются тектоническим механизмом освобождения энергии, и они значительно сильнее первых [69].

Глубже 1000 км поперечные волны плохо проходят. Эта область Луны, по-видимому, является аналогом земной астеносферы. Вещество здесь пребывает в расплавленном состоянии. Данный вывод подтверждается и тем фактом, что глубже 1000 км очаги лунотрясений не наблюдались.

У Луны не обнаружено собственного дипольного магнитного поля. Поэтому большой сенсацией было открытие астронавтами магнетизма лунных пород. Так, в районе моря Дождей измеренное поле было 6 нТ, в океане Бурь — 40 нТ, а на насыпном валу Фра-Мауро — 100 нТ. В районе кратера Декарт вдоль профиля наблюдений в несколько километров поле сильно менялось, достигая 300 нТ. Оказалось также, что кора континентов Луны намагничена сильнее коры лунных морей. По современным оценкам, величина магнитного момента диполя Луны в миллион раз слабее земного. Он составляет всего несколько единиц нанотесла (гамм) на лунном магнитном экваторе. По образцам горных пород установлено, что основными носителями лунного магнетизма являются частички железа.

Используя имеющиеся данные, произведем расчет объема и массы вулканизма и образовавшейся при этом воды во время начального интенсивного вулканизма. Результаты приведены в таблицах 18 (с. 124), 19 (с. 125). Объем вулканического материала составил 1,2-108 км3, его масса с учетом средней плотности пород (3 г/см3) — 3,6-1023 г. Отсюда масса воды, образованной при этом из расчета 0,5 % от массы вулканических пород, составила 1,8-1021 г. Полагая, что 50% этой воды пошло па увлажнение горных пород, испарение, химические реакции с вулканическими газами в реликтовой атмосфере Луны, оставшаяся часть 0,6 • 1021 г соответствует объему 0,6-106 км3. Если площадь морских бассейнов будет равна половине площади лунной поверхности (1,9 • 107 км2), то глубина их будет:

0,6-106 км3/1,9 • 107 км2 = 0,03 км, (VII.23)

т. е. в конце начального вулканизма прикрытая мощной реликтовой атмосферой поверхность Луны была почти наполовину занята мелководным океаном — глубиной 30 м. Величина фотолиза на орбите Луны при переходе Солнца в стадию звезды переменного блеска с температурой на фотосфере 3500 К будет равна 1,3-107 г/км2 год. Умножив это значение на площадь, равную половине площади планеты (1,9 -107 км2), получим ежегодные потери на фотолиз, равные 2,6-1014 г/год. Отсюда легко определить длительность существования лунного океана по завершении вулканизма (4,0 • 109 лет) и перехода Солнца в звездную стадию:

t=0,6 • 1021 г/2,6-1014 г/год=2,3 • 106 лет. (VII.24)

Начавшаяся 3,92-109 лет назад метеоритная бомбардировка лунной поверхности [75], несомненно, ускорила испарение воды. Больше у Луны не было и не будет энергетических ресурсов для нового производства воды, вследствие незначительного запаса долгоживущих изотопов U, Th и К. Легкий калий и другие газы быстро диссипировали из атмосферы Луны. Это подтверждается меньшим соотношением K/U, равным 1,9-103, которое в несколько раз меньше, чем оно наблюдается на Земле (K/U=9,4-103). Диссипация радиоактивных и некоторое увеличение их в лунной коре обусловлено большим ионным радиусом этих элементов, в результате чего радиоактивные легко переходят из пород с плотной упаковкой в магматические растворы.

В главе VI при расчете гравитационного сокращения радиуса Земли, соответствующего наблюдаемому тепловому потоку, были произведены вычисления энергии гравитационного сжатия и уменьшения радиуса для других планет земной группы и определены значения теплового потока на них. Для Луны энергия гравитационного сжатия составила 1,68 • 1О20 кал/см, соответствующее ему сокращение радиуса — 0,29 • 10 5 см/год, или 0,130 км за 4,5-109 лет. Отсюда средняя величина теплового потока со всей поверхности Луны оказалась равна 1,7-1018 J. Рассчитанное по двум американским измерениям годовое значение теплового потока для Луны оказалось равно 19-1018 J. Таким образом, сходимость теоретического и измеренного значений Q оказалась более чем хорошей, а разработанный метод позволяет рассчитать тепловой поток и на других планетах, что нами и было сделано (см. табл. 18, с. 124).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >