Текст книги "Путешествия к Луне"
Автор книги: Владимир Сурдин
Соавторы: Вячеслав Шевчёнко,Вадим Чикмачёв,Юрий Шкуратов,Жанна Родинова,Кира Шингарева,Александр Марков
сообщить о нарушении
Текущая страница: 14 (всего у книги 33 страниц)
5.4. Карты Луны XVIII в.
Уточнение теории движения Луны было основной задачей немецкого математика и картографа Тобиаса Майера (1723–1762). Именно он в 1750 г. создал первую полноценную карту Луны. Это произведение имело все важнейшие элементы карты: опорную сеть селенодезиче– ских пунктов, сетку координат, построенную в определенной проекции, отображение рельефа поверхности с применением условных знаков и, разумеется, масштаб (рис. 5.11). Карта была издана после смерти ее автора, в 1775 г. В 1748 г. Майер предложил считать нулевым меридианом тот, который проходит через центр лунного диска, видимый из центра Земли в тот момент, когда Луна находится на линии узлов и линии апсид своей орбиты. За основную опорную точку была выбрана центральная горка кратера Манилий. В прилагаемой к карте таблице содержатся координаты 89 пунктов. Издателем карты Майера был крупный ученый того времени Лихтенберг (1744–1799). Карта Майера стала стандартом в своей области, на который ориентировались последователи. Тобиаса Майера можно считать основоположником немецкой школы селенографов, включающей Лормана, Мёдлера, Шмидта и Фаута.
В 1780–1783 гг. была опубликована лунная карта Ламберта (1728–1777), основанная на микрометрических измерениях и составленная в стереографической проекции.
Выдающийся астроном Вильям Гершель (1738–1822) в работе «Астрономические наблюдения, касающиеся гор на Луне» предложил метод определения высот лунных гор, усовершенствовав способ Галилея, применявшийся Гевелием и другими астрономами. Метод Герше– ля позволяет выполнять измерения не только в моменты четвертей, но и при других фазах. На карте Луны, составленной Гершелем, отмечены места, которые он называл «вулканами». Любопытно, что Гершель считал Луну обитаемой.
Друг Гершеля Иоганн Шрётер (1745–1816) предложил создать на основе карты Т. Майера новую лунную карту диаметром 116 см, выполнив измерения положений отдельных объектов по отношению к точкам, координаты которых определял Майер, а также измерить высоты наиболее значительных неровностей. Множество рисунков отдельных участков поверхности Луны, сделанных Шрётером в разных масштабах, не удалось объединить в одну карту. Эти рисунки впервые показали, что поверхность морей не гладкая. Шрётер тоже допускал наличие на Луне разумной жизни: «Мог ли творец оставить эту великолепную обсерваторию без разумных существ и наблюдателей?» Возможно, это высказывание – лишь шутка, но она показывает, что астрономы той эпохи ясно понимали: Луна практически лишена атмосферы и представляет собой идеальный плацдарм для обсерватории. Желание проводить наблюдения с поверхности Луны астрономы сохранили до сих пор. Недаром говорят: «После смерти астронома его душа улетает на Луну».
Рис. 5.11. Карта Тобиаса Майера с координатной сеткой.
Шрётер разработал метод определения высоты лунных гор по измерению длины их тени. Математическую часть этого метода развил знаменитый немецкий астроном Генрих Ольберс (1758–1840). Проводя измерения, Шрётер вывел правило: объем окружающего кратер вала равен объему впадины кратера. Но, как показали наши исследования, в точности это правило не выполняется.
После смерти Шрётера в 1816 г. селенографические исследования продолжили Груйтуйзен и Лорман, а затем Бер и Мёдлер.
5.5. Карты Луны XIX в.
Картограф Вильгельм Лорман (1796–1840), наблюдая лунные Апеннины в начале 1820–х гг., задумал создать карту Луны диаметром 96 см, состоящую из 25 секций. Для этого с помощью нитяного микрометра он измерил координаты 79 точек лунной поверхности, определяя не только положение, но размер и высоту деталей рельефа. Первые 4 секции карты были опубликованы в 1824 г. Используя шкалу, предложенную Шрётером, Лорман отобразил участки различной яркости. В 1835 г. он издал в Лейпциге небольшую общую карту Луны диаметром около 40 см. Лорман завершил все 25 секций, но не успел опубликовать их.
Рис. 5.12. Карта Ю. Шмидта. Фрагмент.
Карта Лормана из 25 секций была издана лишь в 1878 г. известным астрономом Юлиусом Шмидтом (1825–1884) одновременно с его собственной картой, составленной в результате многолетних кропотливых наблюдений. Шмидт наблюдал Луну с 14–летнего возраста на протяжении всей жизни. Работая в Боннской обсерватории, он опубликовал книгу «Луна» (1856 г.), в которой дал первое описание лунной поверхности с геологической точки зрения. Вскоре его пригласили на пост директора Национальной обсерватории в Афины, где он до конца жизни продолжал изучать Луну. «Карта гор Луны» Юлиуса Шмидта поперечником 2 м содержит 32 856 кратеров.
В процессе ее создания автор выполнил 3000 измерений высот кратеров. В библиотеке ГАИШ сохранилось приложение к этой карте, изданное в Одессе в 1878 г. для облегчения поиска кратеров на ней. Приложение на немецком языке сопровождено надписью на русском: «Дозволено цензурою».
Одна из причин повышенного интереса к Луне и детальному изучению ее поверхности в первой половине XIX в. была связана с технологией производства телескопов. До середины XVIII в. объективы рефракторов были однолинзовыми и поэтому страдали сильной хроматической аберрацией: изображение у таких телескопов было размытым и имело радужные края. Астрономы боролись с этим, увеличивая фокусное расстояние объектива, что значительно уменьшало его поле зрения и сильно усложняло работу с телескопом. В середине XVIII в. был изобретен сложный, многолинзовый объектив – ахромат. Но технология оптического производства совершенствовалась медленно, ахроматические объективы стоили дорого, и позволить себе такие телескопы могли только государственные обсерватории, занятые астрометрическими работами для нужд навигации. Простые «разведчики неба» сами, как правило, строили для себя телескопы – рефлекторы (так поступал даже В. Гершель) или обходились простыми рефракторами. Однако к середине XIX в. им стали доступны и качественные рефракторы – ахроматы, чему способствовало, в частности, снижение высокого налога на стекольное производство в Европе.
Улучшение качества телескопов и внимательное изучение с их помощью лунной поверхности, с одной стороны, указало на отсутствие у Луны плотной атмосферы и открытых водных поверхностей, а с другой – выявило множество интересных мелких деталей лунной топографии, например извилистых узких долин, напоминающих речные русла. Немецкий врач и астроном Франц Паула фон Груйтуйзен (1774–1852), ставший в 1826 г. профессором астрономии Мюнхенского университета, открыл много мелких деталей на поверхности Луны, наблюдая ее с 1810 г. с помощью качественных рефракторов. Он считал, что кратеры образованы в результате падения на Луну метеорных и кометных тел, а также что у Луны имеются снежные полярные шапки Любопытно, что в 1824 г. Груйтуйзен описал увиденные им на лунной поверхности города, укрепления, дороги и даже звериные тропы. Вероятно, он последним из профессиональных ученых подозревал разумную жизнь на Луне. Зарисовки Груйтуйзена были изданы уже после его смерти Клейном в 1879–1881 гг.
Иоганн Мёдлер (1794–1874) совместно с Вильгельмом Бером (1797–1850) издал книгу «Луна, или общая сравнительная селеногра – Ф отографические снимки Луны21 з
фия» и карту, составленную по наблюдениям 1831–1836 гг. В оригинале карта имела диаметр 192 см и состояла из 104 секций. При издании ее размеры были уменьшены до 125 см. Изданная в 1837 г., карта состояла из 25 секций размером 40×40 см каждая. По точности и детальности она долго оставалась непревзойденной и переиздавалась в течение нескольких десятилетий. В книге содержатся селенографические и ортографические координаты 919 пунктов первого порядка с точностью до 1", а также приведены поперечники кратеров и кольцевых гор, высоты и глубины 1095 образований. Описание отдельных деталей поверхности Луны содержится во второй части книги. Представления авторов о природе Луны сильно отличаются от тех, которые бытовали до них к началу XIX в. Бер и Мёдлер не разделяли мнение о существовании на Луне вулканов, о наличии видимых изменений на поверхности. Из их работы складывалось впечатление о Луне как о безжизненном, лишенном атмосферы и неизменном небесном теле. Заметим, что это не способствовало продолжению детального изучения лунной поверхности.
В России ученые знали о работах Бера и Мёдлера. Один экземпляр книги с дарственной надписью авторов министру просвещения графу Уварову хранится в Государственной (Ленинской) библиотеке. Мёдлер был стронником вулканической теории происхождения лунных кратеров. Он считал, что лунный вулканизм отличается от земного и что кратеры несут следы выделения газов без видимого огня. Теща Мёдлера, фрау Витте, изготовила в 1833 г. рельефный глобус Луны, которому Мёдлер дал высокую оценку. Этот глобус демонстрировался на всемирной выставке в Лондоне.
Первая попытка коллективного изучения Луны была предпринята в 1830 г., когда образовалась «Британская ассоциация развития науки». Созданный в ее рамках «Комитет по исследованию физического состояния лунной поверхности в сравнении с земной» в 1852 г. выполнял работы по изучению физической природы Луны. В одном из отчетов Комитета отмечалось, что вид отдельных кратеров сильно меняется в зависимости от условий освещения лунной поверхности.
5.6. Фотографические снимки Луны
Астрономы первыми оценили изобретение фотографии и, чтобы извлечь из нее пользу, занялись ее усовершенствованием. Например, Джон Гершель (1792–1871), сын прославленного Вильяма Гершеля и тоже известный астроном, открыл способность тиосульфата «закреплять» фотоизображения и предложил термины негатив и позитив.
Рис. 5.13. Зарисовкой Луны астрономы занимались и в XX в., несмотря на развитие фотографии. Эти рисунки сделаны главой (1946–1956) секции Луны Британской астрономической ассоциации Вилкинсом (Hugh Percival Wilkins, 1896–1960). Слева: Прямая Стена, 26–дюймовый рефрактор Вашингтонской обсерватории. Справа: кратер Гассенди, 33–дюймовый рефрактор Медонской обсерватории.
Еще в эпоху дагеротипии именно астроном Мёдлер предложил Луи Дагеру (1787–1851), сделавшему в 1839 г. первые копии негатива на бумаге, называть их фотографиями, а французский оптик и астроном Франсуа Араго (1786–1853) посоветовал Дагеру сфотографировать Луну. Принято считать, что эксперимент с Луной Дагеру не удался. Однако московский астроном Ольга Дмитриевна Докучаева доказала, что изображение Луны с некоторыми деталями ее поверхности Дагер все же получил. К сожалению, мы не знаем, каким было его качество в исходном состоянии. По мнении Араго, снимок Дагера был удачен и давал основания надеяться в будущем изготовлять карты Луны; Е. Ф. Бу– ринский писал, что на этом снимке были видны многие подробности лунного рельефа, невидимые глазом. Однако известный астроном Зденек Копал рассматривал опыт Дагера как провал, который мог надолго задержать дальнейшие попытки фотографировать Луну. Сейчас трудно установить истину: Ф. Араго и А. Гумбольдт, видевшие дагеротип, не оставили его подробного описания (Докучаева, 1966).
Достоверно известно, что в 1840 г. Дж. Дрэпер в Нью – Йорке получил первый полностью удачный дагеротип Луны. Долгие годы считалось, что эта фотография погибла во время пожара в 1866 г., однако спустя век была сделана неожиданная находка: в книжном магазине в Гринвич – Виллидж в 1969 г. обнаружили изъеденный плесенью дагеротип Луны в ее последней четверти, сделанный Дрэпером и датированный 26 марта 1840 г. Вполне возможно, что это как раз и есть та самая первая удачная астрономическая фотография (Дариус, 1986).
Рис. 5.14. Фото кратера Гассенди, полученное с орбиты экипажем «Аполлона-16».
В 1849 г. на рефракторе обсерватории Гарвардского университета Дж. Уиппл получил серию высококачественных фотографий Луны с экспозицией менее 1 минуты. Вскоре фотографированием Луны на собственной обсерватории занялся английский астроном Уоррен Де ла Рю (1815–1889), а затем и другие энтузиасты. Отметим, что по поводу первого снимка Луны мнения историков астрономической фотографии расходятся: одни авторы называют первую фотографию, полученную Дагером (1839 г.), другие – снимок Дрэпера (1840 г.), третьи – дагеротип У. и Дж. Бондов (1850 г.). Однако ошибки тут нет, если фотографии рассматриваются как «первый снимок», «первый удачный снимок» или «начало систематической работы». Каждая из характеристик имеет свой смысл (Докучаева, 1994).
Во второй половине XIX в. техника фотографии быстро совершенствовалась: от дагеротипии перешли сначала к мокрым коллоидным пластинкам, а затем к сухим бромосеребряным желатиновым эмульсиям. С 1840 по 1880 гг. светочувствительность фотопластинок возросла в 10 тыс. раз (а к концу XX в. – еще в 1000 раз). Фотография стала важнейшим методом астрономии. К тому же к концу XIX в. были построены крупные длиннофокусные рефракторы с объективами диаметром около 1 м: Йеркский, Ликский, Парижский и др. (Куимов, Сурдин, 2008). Появилась возможность быстро получать крупномасштабные снимки Луны. Это принесло ощутимый результат: в 1897–1899 гг. был опубликован фотографический лунный атлас Ликской обсерватории, а в 1896–1909 гг. – атлас Парижской обсерватории. Материалы этих атласов неоднократно использовались многими авторами. Например, чешский астроном Ладислав Вейнек (1848–1913), работавший в Клементинской обсерватории в Праге, по увеличенным фотографиям, полученным в Ликской обсерватории, составил атлас зарисовок Луны из 100 листов, покрывающих большую часть видимого полушария. Поскольку размер исходных снимков соответствовал диаметру Луны почти в 4 м, карты Вейнека содержат много мелких деталей лунной поверхности. К тому же рисунки более четко воспроизводятся типографским способом, чем фотоснимки.
Современные карты Луны существенно отличаются от карт начала XX в.: иными стали методы их составления, вдвое увеличилась изображаемая территория (за счет обратной стороны), возросла нагрузка деталями, увеличилось разнообразие масштабов и применяемых проекций. Как правило, все обзорно – селенографические карты составлены полутоновым методом (отмывкой рельефа при комбинированном освещении); это делает их более информативными, позволяет подчеркнуть некоторые детали. На обзорно – топографических картах для изображения рельефа применяются горизонтали и высотные отметки и горизонтали с послойной окраской, а также горизонтали в сочетании с отмывкой. Селенологические карты большей частью составлены методом качественного фона (однотипные участки поверхности окрашиваются в определенный цвет) в сочетании с условными знаками.
Рис. 5.15. Иллюстрации из наглядного пособия А. А. Михайлова «Луна – ближайшее к нам небесное светило» (М.: Гос. изд – во культурно – просветительной литературы, 1946): относительные размеры Луны и Земли, проекция Луны на земную поверхность и карта Луны.
5.7. Обратная сторона Луны: фантастический успех «Луны-3»
Новая эра не только в области картографирования Луны, но вообще в изучении Солнечной системы началась в октябре 1959 г., когда советская АМС «Луна-3» впервые сфотографировала часть невидимого с Земли полушария Луны. Любопытно, что в России до 1960 г., насколько нам известно, не было опубликовано ни одной оригинальной карты или атласа Луны, если не считать пособия, подготовленного под редакцией члена – корреспондента Академии наук СССР проф. А. А. Михайлова, в котором в наглядной форме рассказано о природе Луны и дана ее весьма схематичная карта (рис. 5.15). При этом именно в нашей стране спустя всего дюжину лет при помощи мощных ракет и автоматических зондов была успешно произведена первая разведка Луны и создана первая «Карта обратной стороны Луны». Когда в печати появились изображения невидимого с Земли лунного полушария, за рубежом некоторые не поверили, что в СССР смогли осуществить съемку в космосе. В США даже нашлись ученые, которые утверждали, что снимки «нарисованы углем на ватмане»…
По фотографиям, переданным «Луной-3», сотрудники ГАИШ и ЦНИИГАиК (Центральный научно – исследовательский институт геодезии, аэрофотосъемки и картографии) составили в 1960 г. первую в мире «Карту обратной стороны Луны» в масштабе 1:10 ООО ООО. Детали обратной стороны Луны, впервые увиденные землянами, были показаны на карте условными знаками, их координаты определены в единой селенографической системе координат, а 18 крупнейшим объектам присвоены наименования, впоследствии утвержденные MAC.
Полученные на Земле по радиоканалу с АМС «Луна-3» снимки были сильно искажены помехами. К счастью, помехи меняются от снимка к снимку. Это позволило сопоставить разные фотографии и выявить достоверные детали поверхности. Методика дешифровки снимков, разработанная в Государственном астрономическом институте им. П. К. Штернберга (МГУ) под руководством Ю. Н. Липского (1909–1978), позволила выявить множество деталей рельефа невидимого полушария; она подробно описана в «Атласе обратной стороны Луны». На этой карте впервые появились Море Москвы и Море Мечты, кратеры Циолковский, Джордано Бруно, Менделеев, Склодовская – Кюри и др. Светлое протяженное образование было названо Хребтом Советским, однако последующие съемки хребта не выявили. У кратера Джордано Бруно обнаружилась мощная лучевая система. Специальные фотометрические разрезы позволили выявить довольно сложную структуру дна кратера Циолковский, которая полностью подтвердилась при последующих фотографированиях. Интересно отметить, что контур западной границы образования, названного на этой карте Морем Мечты, совпадает на современных картах с западным краем Бассейна Южный полюс – Эйткен. Центральным меридианом этой карты был выбран меридиан +120°. Благодаря этому Море Краевое, Море Смита и Море Гумбольдта, расположенные в либ– рационной зоне, отобразились на этой карте с гораздо меньшими искажениями. В целом около 90 % всех образований, выявленных по снимкам АМС «Луна-3», подтвердились при сравнении с более поздними фотографиями, переданными американским аппаратом «Лунар Орбитер».
Рис. 5.16. Автоматическая межпланетная станция «Луна-3», впервые сфотографировавшая обратную сторону Луны (1959 г.)
Рис. 5.17. Фото обратной стороны Луны, переданное АМС «Луна-3»
Интересно отметить, что одновременно с ГАИШ обработку снимков АМС «Луна-3» выполняли в Харьковской и Пулковской обсерваториях, а также в Аризонском университете, однако наибольшее количество деталей было выявлено под руководством Ю. Н. Липского.
Первый глобус Луны в масштабе 1:13 600 000 с изображением обратной стороны был выпущен в СССР в 1961 г. Этот глобус имел огромный успех и у нас в стране, и за рубежом.
Момент для запуска «Луны-3» был выбран так, чтобы Солнце частично освещало и видимую сторону Луны: это было необходимо для привязки новооткрытых областей к ранее изученным. Но по этой причине часть обратной стороны оказалась скрытой во тьме. В июле
1965 г. советская АМС «Зонд-З» сфотографировала восточную часть обратной стороны Луны, не заснятую «Луной-3». В результате работы этих двух аппаратов была получена обзорная информация обо всей обратной стороне. Не сфотографированными остались лишь 5 % лунной поверхности. По этим материалам были составлены первая «Полная карта Луны» и полный глобус Луны, а также «Атлас обратной стороны Луны, часть 2». Важным разделом Атласа стало распространение единой системы селенографических координат на восточный сектор обратной стороны.
5.8. Что можно увидеть с Земли на Луне?
Успешное фотографирование обратной стороны Луны нашими АМС «Луна-3» и «Зонд – З» стимулировало широкомасштабное исследование лунной поверхности как наземными, так и космическими средствами. На этих материалах было создано много прекрасных карт. Например, в те годы в СССР продавалась чешская «Карта Луны» Йозефа Клепешты, отображающая Луну в первой и последней четвертях, с подробным описанием рельефа Луны и нашей картой обратной стороны. Именно карта Клепешты побудила автора этой главы (в то время студентки второго курса картографического факультета МИИГА– иК) заняться картографированием Луны и планет.
Всплеск интереса к детальному картографированию лунной поверхности был связан с планами первых пилотируемых экспедиций к Луне. Особо важными представлялись карты видимого полушария, на котором только и могли осуществляться посадки экспедиций, желающих поддерживать прямую радиосвязь с Землей. В 1960 г. в США был издан «Фотографический лунный атлас» под редакцией Дж. Койпера. Для него были отобраны лучшие фотографии из разных обсерваторий мира. Разрешение на снимках в центре диска достигает 0,7 км, а на краю составляет около 2 км. Для создания «Лунной аэронавтической карты» (Lunar Aeronautical Chart, LAC) в масштабе 1:1 ООО ООО использовалась киносъемочная аппаратура на обсерватории Пик-дю-Миди в Пиренеях (Франция) с тем, чтобы проследить за изменением теней от различных форм рельефа и определить высоты гор и глубины кратеров. В 1963 г. появился «Ректифицированный атлас Луны». В 1965 г. был издан «Фотографический атлас Луны» (Kopal et al., 1965), составленный по наземным фотографиям, полученным в течение трех лет на 61–дюймовом телескопе обсерватории Пик-дю-Миди совместно с Военно – воздушными силами США. Этот атлас содержит копии фотографий видимой стороны Луны в масштабах 1:12 500 000 для всего диска и 1:2 000 000 для отдельных секций; всего более 180 страниц. Но качество воспроизведения фотографий не очень высокое. Во «Введении» описаны физические свойства и динамические параметры Луны, самые интересные образования на ее поверхности и возможные гипотезы их происхождения.
Рис. 5.18. Первая карта обратной стороны Луны, составленная по фотографиям АМС «Луна-3».
Рис. 5.19. Старый глобус Луны (XVIII в.), изображающий только видимую сторону (слева), и глобус 1967 г., демонстрирующий не только видимую, но и обратную сторону Луны.
В «Лунном атласе» Олтера (Alter, 1964) многие фотографии Луны сопровождаются описанием изображенных районов. Вначале обсуждаются преимущества фотографий, полученных при низком и высоком Солнце, приводятся снимки, исправленные за перспективу, а также фото одних и тех же районов, полученные при разном освещении, для иллюстрации того, насколько меняется вид лунного ландшафта в зависимости от освещения. Далее приведены мелкомасштабные фотографии последовательных фаз Луны. Фото Луны в первой и последней четвертях смонтированы на прямоугольной сетке координат, что удобно для отождествления наименованных деталей. Затем даны эти же фотографии четвертей, увеличенные до 1 м в диаметре. В последнем разделе атласа 107 фотографий скомпонованы по типам рельефа: морские образования, лучевые системы, горные массивы, крупные кратеры и т. п. Там же помещены фотографии обратной стороны Луны, полученные «Луной-3», и 12 фотографий Луны, полученных на разных обсерваториях США и Европы. Сочетание фотографий с текстом в «Лунном атласе» Олтера очень полезно для знакомства с поверхностью Луны, но для картографирования этот материал применим лишь как вспомогательный.
Вообще, в этот период появилось много атласов и карт Луны, предназначенных для публики, интересующейся космическими исследованиями, – а в ту пору интерес к космосу был всеобщий! Например, «Атлас Луны газеты „Таймс"» (Lewie, 1969) содержит карты Луны с полутоновой отмывкой рельефа в масштабе 1:1 250 000. Это очень крупный масштаб: полный размер лунного диска в нем около 3 м. Атлас «Таймс» создан на основе фотоснимков, визуальных наблюдений и киносъемки. Это специфический монтаж карт миллионного масштаба серии LAC. Карты занимают 110 страниц. В обширном «Введении» даны сведения о Луне, история ее картографирования, фотографии разных форм рельефа и их описание, список названий лунных образований и их координаты. Но атлас можно использовать лишь в качестве дополнительного источника, так как он имеет ряд существенных недостатков, вызванных неоднородностью материала. Подписи высот часто даны без обозначения мест, к которым они относятся. Встречаются расхождения между горизонталями до 2 км, сечение горизонталей разное на разных листах; есть и другие несоответствия. Но для удовлетворения интереса широкой публики этого качества вполне достаточно. Например, многие из ныне действующих астрономов, чьи юношеские годы пришлись на конец 1960–х гг. в СССР, помнят, что стену их комнаты украшал лунный диск размером около 1 м, выглядевший чрезвычайно эффектно на темном фоне плаката. Эта «Фотокарта видимого полушария Луны», подготовленная в ГАИШ и выпущенная издательством «Наука» в 1967 г. огромным тиражом, многих из нас подтолкнула к занятию наукой.
