Книга: Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Строение и история Луны. Поверхность Луны и ее недра

Доставку лунного грунта на Землю с большим нетерпением ожидали не только биологи и астрохимики, но и геологи. Еще бы, какого геолога оставят безразличным камни с иного небесного тела! Однако лунная минералогия оказалась довольно бедной: на Земле существует несколько тысяч минералов, а на Луне их пока открыто не более сотни. Впрочем, это легко объяснить: на Луне нет жидкой воды и атмосферы, поэтому условия формирования минералов там значительно менее разнообразны, чем на Земле. Впрочем, приятный сюрприз геологам Луна преподнесла: при анализе лунного грунта обнаружили несколько минералов, никогда не встречавшихся на Земле. Особенно интересно, что лунные частицы железа не страшатся действия земной атмосферы, тогда как изготовленные на Земле железные изделия легко ржавеют. Оказалось, что лунное железо не ржавеет (по-научному, не подвергается коррозии) потому, что его поверхность долго облучалась ионами — частицами солнечного ветра.

Это открытие имеет большое практическое значение, ведь сейчас каждая шестая мартеновская печь в мире работает на коррозию. Сейчас инженеры, имитируя лунные условия, учатся облучать потоком ионов важные металлические детали, чтобы сделать их устойчивыми к коррозии.

Лунный грунт детально исследован в лабораториях самыми современными методами. Основные обнаруженные в нем химические элементы — это кислород, кремний, железо, титан, магний, кальций и алюминий. Оказалось, что темные лунные материки сложены из базальтов — плагиоклаза, оливина, пироксена, ильменита. В лунных базальтах найдены благородные металлы — серебро и золото, но их содержание значительно меньше, чем в земных базальтах. Очень мало в лунных камнях и некоторых других металлов, например, индия и цинка. А грунт материковых районов Луны состоит из анортозитов — довольно редких на Земле минералов.

Анализ лунной пыли показал, что содержание легкого изотопа благородного газа гелий-3 в микронных лунных пылинках значительно превышает его содержание в земных породах. Это открытие взволновало ученых: ведь гелий-3 может служить прекрасным термоядерным топливом. Когда физики закончат создание работоспособного термоядерного реактора, Луна могла бы стать поставщиком топлива для них и обеспечить человечество энергией на многие сотни лет. Правда, при этом Луна, покрытая множеством фабрик по извлечению гелия, может потерять свое очарование.

А много ли на Луне пыли? По данным космических экспедиций, а также по наблюдениям радиоизлучения Луны установили, что ее поверхность покрывает слой пыли толщиной от нескольких миллиметров до десятка сантиметров. Значит, человек совершенно спокойно может ходить по поверхности нашего естественного спутника, не опасаясь утонуть в пыли. Благодаря тому, что лунная пыль крайне плохо проводит тепло, солнечные лучи не могут прогреть грунт на значительную глубину: в лунный полдень, когда температура на поверхности +130°С, на глубине в несколько сантиметров она чуть выше нуля. А на глубине в 1—2 м. температура грунта вообще не зависит от времени суток: там всегда холодно, около —15°С, но ведь будущие исследователи Луны могут поставить обогреватель в своей землянке (или лунянке?).

Интересные результаты дало изучение лунных камней под электронным микроскопом, который позволил различить форму мельчайших кристалликов. На поверхности лунных образцов найдены крохотные кратеры микронного размера, напоминающие своей формой крупные лунные кратеры, такие как Тихо или Коперник. Микрократеры на лунных камнях образуются от ударов быстрых межпланетных частиц микронного размера, для которых ничтожная газовая оболочка Луны не служит препятствием.

Экипажи «Аполлонов» и станции «Луна» доставили на Землю образцы лунного грунта, добытые с глубины до 2,5 м. А что находится еще глубже? Ответить на этот вопрос помогли исследования сейсмической активности Луны. Американские астронавты установили на лунной поверхности сейсмодатчики, регистрирующие ничтожные колебания грунта. Луна стала вторым объектом Солнечной системы после Земли, недра который были изучены сейсмическими методами. Источником колебаний служат удары метеоритов и лунотрясения, вызванные приливным влиянием Земли. По данным о скорости распространения сейсмических волн в недрах Луны ученые установили, что она имеет кору, мантию и ядро диаметром в несколько сотен километров, состоящее из железа и сульфида железа.

Астронавты измерили тепловой поток из недр Луны; оказалось, что он всего лишь в несколько раз меньше, чем у Земли. Значит, лунные недра еще не успели полностью остыть. Поскольку Луна значительно меньше Земли, давление в ее центре составляет 4?10⁹ Па., что в 150 раз меньше, чем в центре Земли. Значительно ниже в центре Луны и температура: 1000—1500 К., тогда как у Земли 4000—5000 К.

Наблюдение за движением искусственных спутников Луны показало, что Луна не совсем однородна и симметрична. Обнаруженные гравитационные аномалии указывают на наличие локальных концентраций массы, названных «масконами» (от англ. mass concentration). Наиболее крупные масконы создают избыток около одной стотысячной от массы Луны. Плотность вещества лунных недр медленно растет с глубиной. В общем, меньшая масса Луны стала причиной более слабой дифференциации ее недр и более простого строения по сравнению с Землей.