Текст книги "Солнечная система (Астрономия и астрофизика)"
Автор книги: Владимир Сурдин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 22 страниц) [доступный отрывок для чтения: 9 страниц]
Начальный, полутеневой этап лунного затмения почти невозможно заметить невооруженным глазом. Когда полная тень Земли касается лунной поверхности, начинается теневое затмение. Луна перемещается относительно звезд с запада на восток, поэтому тень надвигается на лунный диск с восточной стороны. В начале затмения накрытая тенью часть Луны кажется совершенно черной по контрасту с освещенной Солнцем поверхностью. Но к моменту наступления полной фазы затмения становится заметной окраска теневой зоны. В зависимости от состояния земной атмосферы цвет тени может меняться от бурого до вишнево-красного. Во время затмения блеск Луны значительно уменьшается, небо темнеет, становятся видны слабые звезды 4—5m. Любопытно проследить за изменением блеска Луны во время затмения, сравнивая яркость лунного блика на полированном металлическом шарике (от подшипника) с блеском ярких звезд. Таким методом можно установить, что бывают как очень темные затмения, когда Луну почти не видно, так и более светлые. Вероятно, это зависит от состояния земной атмосферы, преломляясь в которой, солнечные лучи попадают в область тени.
В тот момент, когда земной наблюдатель видит лунное затмение, наблюдатель на Луне должен видеть затмение Солнца. Никому еще не приходилось наблюдать полное солнечное затмение с Луны; представить это явление попытался Константин Эдуардович Циолковский (1857—1935) в фантастической повести «На Луне»:
«Вот как будто кто-то с одной стороны светила приплюснул гигантским пальцем его светящуюся массу. Вот уже видна только половина Солнца. Наконец исчезла последняя его частица… Мы видим месяц и множество звезд. Это не тот месяц – серп; этот имеет форму темного круга, охваченного великолепным багровым сиянием, особенно ярким, хотя и бледным с той стороны, где пропал остаток Солнца… И окрестности залиты багрянцем, как бы кровью… Красный венок становился равномернее и красивее… Вот одна сторона его, противоположная той, где скрылось Солнце, побледнела и посветлела… Вот она делается все блестящее и принимает вид бриллианта, вставленного в красный перстень. Бриллиант превратился в кусочек Солнца – и венец невидим…».
Поражает прозорливость Циолковского: в повести «На Луне», написанной в 1887 г., он высказал предположения, которые были доказаны лишь много десятилетий спустя. Так, он весьма точно описал нагрев и охлаждение поверхности Луны, хотя достоверные сведения о температуре лунной поверхности были получены только в 1920-е гг.
Фотографирование Луны
Помимо визуальных наблюдений Луны можно проводить и фотографическое изучение ее поверхности. Благодаря большой яркости и значительным угловым размерам Луна является наиболее удобным для начинающих любителей астрономии объектом фотографирования. Для этой цели желательно иметь зеркальный фотоаппарат и объектив с фокусным расстоянием 200—500 мм. Светочувствительности цифровой камеры будет вполне достаточно, а для пленочной нужна фотопленка чувствительностью 100—400 единиц ГОСТ или ASA. Яркость лунного диска велика, поэтому можно применять короткие экспозиции. В полнолуние попробуйте выдержку 1/60—1/30с. при диафрагме 5,6—8. Во время лунного затмения применяйте выдержку в десятки секунд. При меньшей диафрагме изображение Луны может получиться недостаточно резким. Фотографируя молодую Луну, используйте более длительные выдержки, так как яркость лунной поверхности значительно возрастает к полнолунию. Размеры изображения Луны на фотопленке примерно в 100 раз меньше фокусного расстояния объектива. Следовательно, размер лунного диска на негативе, полученном с помощью 500-мм. объектива, будет около 5мм., а десятикратное увеличение при печати позволит получить фотографию Луны диаметром 50мм. Желательно установить фотоаппарат на надежном штативе, чтобы изображение Луны не «смазалось» от дрожания камеры.
По Луне измеряют время
Совершим небольшое путешествие в историю наших представлений о Луне. Именно Луна, а не яркое Солнце, была первым небесным объектом поклонения; во время лунных затмений совершали жертвоприношения, чтобы быстрее восстановился привычный порядок мироздания. «О, Луна – ты единая, проливающая свет, ты, несущая свет человечеству» – такой гимн, начертанный на клинописных табличках Месопотамии, нашли археологи. А древнеримский писатель Плутарх так говорил о влиянии Солнца и Луны на жизнь Земли: «Луна с ее влажным производительным светом способствует плодовитости животных и росту растений, но враг ее – Солнце с его уничтожающим огнем, который сжигает все живущее своим жаром и делает большую часть Земли необитаемой».
Природа подарила нам три периодических процесса: смену дня и ночи, фазы Луны и времена года. Считать время нужно было всегда, например, смена фаз Луны научила первобытного человека вести счет дням. Не случайно, по-видимому, что во многих языках слово «месяц» имеет общий корень со словами «Луна» и «измерять». Сравните латинские mensis (месяц) и mensura (мера), а также английские слова moon (Луна) и month (месяц). А в украинском языке эти понятия вообще выражаются одним словом – мiсяць.
Неудивительно, что многие древние народы связывали счет дней с фазами Луны. Например, на юго-западе Англии до наших дней сохранилась удивительная древняя обсерватория Стоунхендж (дословно – «каменный сарай»); ее возраст оценивают в четыре тысячи лет. Это сооружение в форме колец, состоящих из вертикально вкопанных в землю каменных монолитов. Строители Стоунхенджа могли рассчитывать фазы Луны и, возможно, даже предсказывать солнечные и лунные затмения.
Когда возникли рабовладельческие государства, у чиновников появилась необходимость строго вести счет дням. При этом особенно важно было учитывать циклы земледельческих работ. Так распространился солнечно-лунный календарь у многих народов Месопотамии. В новом календаре удалось при счете времени сочетать смену фаз Луны и времен года.
Однако научные знания о Ливании (древнееврейское название Луны) добывались крайне медленно. Выдающийся древнегреческий мыслитель Пифагор установил, что Луна светит отраженным светом: если бы она светилась сама, то отчего бы мы видели яркий лунный месяц рядом с темной стороной Луны? Позже стала общепризнанной система мира Клавдия Птолемея, согласно которой все планеты, Солнце и Луна обращаются вокруг Земли. Впрочем, древнегреческий философ Аристарх Самосский предполагал, что все планеты, включая Землю с Луной, обращаются вокруг Солнца. Но в ту эпоху восторжествовала теория Птолемея, поскольку в нее укладывалось большинство известных тогда фактов.
Современному человеку сложно понять мировоззрение древних греков и римлян. Как можно было «заставить» огромное слепящее глаза светило обращаться вокруг маленькой неподвижной Земли? Ведь наблюдения лунных затмений позволили древним грекам установить, что размер Земли в общем незначительно превышает размер Луны. Угловые размеры Солнца и Луны совпадают, а измерения показывают, что Солнце расположено от Земли значительно дальше Луны. Следовательно, Солнце намного больше Луны и, очевидно, больше Земли. Но истинная точка зрения рано или поздно торжествует, хотя труден и извилист путь познания.
Изучение Луны в телескоп
После падения Римской империи наступил тысячелетний период, который не принес практически ничего нового в копилку наших знаний о Луне. Напротив, широко распространились суеверия, пышным цветом расцвела средневековая астрология. Только в XV в. были выполнены зарисовки Луны великим живописцем, скульптором и ученым Леонардо да Винчи (1452—1519). Сами рисунки не сохранились, но из записных книжек гениального итальянца видно, что он дал правильное объяснение «пепельного света» Луны, что было в ту эпоху отнюдь не тривиально, поскольку утверждало идею единства природы «земных» и «небесных» явлений в противоположность многим богословским учениям. А самая ранняя из сохранившихся до настоящего времени лунных карт была составлена Уильямом Гильбертом в Англии в конце XVI в., естественно, без помощи телескопа. Вообще говоря, такие же карты Луны могли составлять и древние астрономы, например, греки эпохи Фалеса и Пифагора, но нам о них ничего не известно.
Летней ночью 1609 г. итальянский ученый Галилео Галилей направил на Луну только что изготовленный им телескоп – первый в истории астрономии. Удивлению Галилея не было конца: «Поверхность Луны неровная, шероховатая, испещренная углублениями и возвышенностями… Как поверхность нашего земного шара делится на две главные части, земную и водную, так и на лунном диске мы видим великое различие: одни большие поля блестят ярче, другие – слабее…». Легко догадаться, что в этом описании речь идет о лунных морях и материках. По длине теней от лунных горных хребтов Галилей оценил высоту лунных гор и заключил, что она сравнима с высотой земных гор.
По мере усовершенствования телескопа карты Луны становились все более точными, постоянно увеличивалось число деталей лунного диска, обнаруживались все более мелкие кратеры. Если вы посмотрите на Луну в 20-кратный бинокль, который по своим возможностям ни чем не уступает лучшим телескопам конца XVII в., то поймете, какое восхищение вызывала Луна у людей той далекой эпохи. Впрочем, спустя век после изобретения телескопа лунные исследования начали развиваться в несколько ином направлении. На первое место среди астрономических наук вышла небесная механика. Известные астрономы и математики активно разрабатывали теорию движения Луны, которая кроме чисто научного значение имела и важное прикладное: точные таблицы движения Луны помогали навигаторам определять время и географическую долготу. Для проверки теории и повышения ее точности астрономы определяли моменты покрытий звезд Луной; до сих пор эта работа дает интересные результаты.
В XIX в. большое развитие получили важные для астрономии разделы физики – оптика, электричество, магнетизм. В первых опытах по фотографии объектом съемки стала Луна (ок. 1840 г.), причем раньше, чем Солнце, которое впервые сфотографировали в 1842 г. На основе фотоснимков Луны были составлены ее первые фотографические карты. Преимущества фотографии очевидны: хотя опытный наблюдатель может зарисовать более мелкие детали лунной поверхности, но фотография значительно объективнее. После открытия невидимых для глаза инфракрасных и ультрафиолетовых лучей начали и Луну фотографировать в новых спектральных диапазонах. Когда изобрели прибор для измерения потока энергии от небесных объектов – болометр, сразу же начали измерять поток энергии от Луны. На основе этих измерений астрономы определили температуру лунной поверхности. «Луне поставили термометр!» – захлебывались от восторга журналисты.
В первой половине XX в. Луну продолжали активно исследовать при помощи спектрального анализа и поляриметрии. В Советском Союзе – в Москве, Харькове и Горьком (Н. Новгороде) – возникли научные коллективы, занятые изучением Луны. В 1940-е и 50-е гг., когда рождалась радиоастрономия, одним из первых ее объектов стала Луна. В 1946 г. от Луны впервые было принято радио-эхо; по времени прохождения сигнала от Земли к Луне и обратно с небывалой точностью было измерено расстояние до Луны. Сейчас радарное и лазерное зондирование Луны позволяет определять расстояние до нее с ошибкой не более нескольких сантиметров.
Помимо исследования отраженных Луной сигналов радиоастрономы обнаружили и собственное радиоизлучение нашего спутника. По особенностям этого излучения нижегородский радиоастроном B.C. Троицкий (1913—1996) установил, что на лунной поверхности нет многометрового слоя пыли, который предсказывали некоторые астрономы. Это было важно, так как создатели космической техники опасались, что лунная пыль помешает посадке и работе на поверхности Луны автоматических аппаратов и космонавтов. Близилась эра прямого изучения объектов Солнечной системы. Сколь ни были значительны добытые астрономами сведения о Луне, они меркнут перед результатами космических экспедиций.
Космические исследования Луны
Первыми «полеты» в космос совершили фантасты, пользуясь экзотическими способами передвижения: упряжкой из птиц, испаряющейся росой, воздушным шаром, ураганом, самодельными крыльями и орудийным снарядом. А герой Сирано де Бержерака смог долететь до Луны, подбрасывая магнит, притягивающий его железный экипаж. Английский поэт-романтик Байрон в «Дон Жуане» заметил: «И верно мы к Луне когда-нибудь благодаря парам проложим путь». Иоганн Кеплер в научно-фантастическом очерке «Сон, или последнее сочинение по лунной астрономии» так описывал полеты демонов к Луне: «Мы, демоны, подгоняем тела усилием воли и затем движемся перед ними для того, чтобы никто не ушибся при слишком сильном толчке о Луну».
Исследования Луны в 1950-70-е гг.
Полеты к Луне стали реальностью только с появлением реактивной техники. Космический период исследований Луны начался 2 января 1959 г., когда в сторону Луны был успешно запущен советский зонд «Луна-1», прошедший на расстоянии 6000 км. от ее поверхности. Впервые «Луна-2» достигла поверхности нашего естественного спутника 14 сентября 1959 г. Важнейшей задачей первых полетов было фотографирование обратной стороны Луны. Эта задача была решена быстро: советские «Луна-3» (1959 г.) и «Зонд-3» (1965 г.) передали снимки загадочной стороны Луны. К удивлению ученых, оказалось, что на скрытой от землян стороне лунного шара намного меньше морей, чем на видимой стороне.
В середине 1960-х гг. изображения Луны с близкого расстояния передали американские аппараты серии «Рейнджер», которые без торможения врезались в ее поверхность (тогда это называли «жесткой посадкой»), но при этом все же успевали передать изображения стремительно приближающейся лунной поверхности с разрешением до 30 см.
Мягкую посадку на Луну отрабатывали советские зонды «Луна-5, -6, -7, и -8». Первая успешная мягкая посадка на Луну удалась советскому аппарату «Луна-9» в феврале 1966 г. Именно тогда люди впервые увидели панораму лунной поверхности. Это произвело колоссальное впечатление во всем мире. Несколько месяцев спустя на орбиту вокруг Луны вывели ее первые искусственные спутники – «Луна-10» и «Лунар Орбитер-1». В те годы объем научной информации о Луне стремительно рос, поскольку развернулась настоящая гонка между двумя сверхдержавами – СССР и США – за честь первыми ступить на поверхность Луны. В конце 1960-х на Луну ежегодно отправляли 5—10 космических аппаратов! Шаг за шагом инженеры приближались к поставленной цели.
2 января 1959
«Луна-1»
СССР.
Первый полет к другому небесному телу. Прошел на расстоянии 5—6 тыс. км от Луны.
12 сентября 1959
«Луна-2»
СССР.
Впервые достигнута (14.9.1959) поверхность Луны (жестко). Установлено отсутствие у Луны радиационных поясов и магнитного поля.
4 октября 1959
«Луна-3»
СССР.
Получены первые фотографии обратной стороны Луны.
28 июля 1964
«Рейнджер-7»
США.
В процессе падения на Луну (31.7.1964) передано 4300 телеснимков поверхности.
18 июля 1965
«Зонд-З»
СССР.
Сфотографирована большая часть обратной стороны Луны, не охваченная «Луной-3».
31 января 1966
«Луна-9»
СССР.
Первая мягкая посадка на Луну (3.2.1966). Телепанорама поверхности.
31 марта 1966
«Луна-10»
СССР.
Первый искусственный спутник Луны.
30 мая 1966
«Сервейер-1»
США.
Первая управляемая посадка на Луну.
1966—1967
«Лунар Орбитер-1…-5»
США.
Детальное изучение и съемка Луны с орбиты ее искусственного спутника.
17 апреля 1967
«Сервейер-3»
США.
Анализ лунного грунта.
15 сентября 1968
«Зонд-5»
СССР.
Облет Луны с возвращением на Землю.
12 сентября 1970
«Луна-16»
СССР.
Лунный грунт доставлен на Землю.
10 ноября 1970
«Луна-17»
СССР.
На Луну доставлена (17.11.1970) самоходная лаборатория «Луноход-1», проработавшая около 11 месяцев и прошедшая путь в 10,5 км.
14 февраля 1972
«Луна-20»
СССР.
Впервые доставлены на Землю образцы грунта из горного района Луны.
8 января 1973
«Луна-21»
СССР.
На Луну доставлен (15.1.1973) «Луноход-2», прошедший за 5 лунных дней 37 км вблизи кратера Лемонье (на востоке Моря Ясности).
25 января 1994
«Клементина»
США.
Исследование Луны с полярной орбиты. Завершились 5 мая 1994 г. уходом с орбиты.
7 января 1998
«Лунар Проспектор»
США.
Исследования Луны с полярной орбиты. Падение (31.07.1999) в районе южного полюса.
27 сентября 2003
«Смарт-1»
Европа.
Съемка в разных диапазонах спектра для изучения химсостава поверхности. Упал на Луну 3 сентября 2006 г.
В 1968 г. был совершен облет Луны и возвращение космического аппарата на Землю (сначала без экипажа, а затем и с людьми на борту). Венцом американского плана исследований Луны стала реализация грандиозной программы «Аполлон». 20 июля 1969 г. состоялась посадка на Луну пилотируемого модуля космического корабля «Аполлон-11»: человек впервые ступил на поверхность иного небесного тела! С 1968 по 1972 гг. на Луне успешно побывало шесть экспедиций, и лишь одна оказалась неудачной («Аполлон-13»), хотя и ее экипаж благополучно вернулся на Землю. В общей сложности было доставлено 2196 образцов лунного грунта общей массой 382 кг.
Пилотируемые полеты по программе «Аполлон» (NASA,США)
«Аполлон-7». Вокруг Земли 11—21 октября 1968 г.
Уолтер Ширра, Уолтер Каннингем, Донн Эйзел.
Совершил 163 витка вокруг Земли. Маневрировал на орбите и сближался с последней ступенью ракеты-носителя.
«Аполлон-8». Полет к Луне 21—27 декабря 1968 г.
Фрэнк Борман, Уильям Андерс, Джеймс Ловелл.
Первый пилотируемый полет по маршруту Земля-Луна-Земля. Совершил 10 оборотов вокруг Луны.
«Аполлон-9». Вокруг Земли 3—13 марта 1969 г.
Джеймс Макдивитт,Рассел Швейкарт, Дейвид Скотт.
Перестроение отсеков на околоземной орбите. Автономный полет лунного модуля с двумя астронавтами. Выход в космос в лунном скафандре.
«Аполлон-10». Вокруг Луны 18—26 мая 1969 г.
Томас Стаффорд, Юджин Сернан, Джон Янг.
Совершен 31 оборот вокруг Луны. Отделение лунного модуля с имитацией посадки, но без касания поверхности Луны. Первая цветная телепередача из космоса.
«Аполлон-11». Посадка на Луну16—24 июля 1969г.
Нил Армстронг, Эдвин Олдрин, Майкл Коллинз.
Первая высадка на Луну 20 июля 1969 г. в Море Спокойствия. Пробыли на Луне 22 ч., совершив один выход на поверхность длительностью 2,5 ч. Удалялись на 30 м. Доставили 22 кг. грунта.
«Аполлон-12». Посадка на Луну14—24 ноября 1969 г.
Чарлз Конрад, Алан Бин, Ричард Гордон.
Посадка в Океане Бурь, рядом с «Сервейером-3». Пробыли на Луне 31,5 ч, вне корабля 7,8 ч., удаляясь на 450 м. Установили сейсмометры и др. приборы. Доставили 34 кг. грунта.
«Аполлон-13». Планировалась посадка на Луну11—17 апреля 1970 г.
Джеймс Ловелл, Фред Хейс, Джон Суиджерт.
В связи с аварией на корабле (взрыв баллона с кислородом для топливных элементов электропитания) посадку на Луну отменили. Совершив облет Луны, вернулся на Землю.
«Аполлон-14». Посадка на Луну 31 января—9 февр. 1971 г.
Алан Шепард, Эдгар Митчелл, Стюарт Руса.
Посадка у кратера Фра Мауро. Пробыв 33,5 ч., совершили два выхода (9,5 ч.). Использовали ручную тележку. Доставили 42 кг. грунта.
«Аполлон-15». Посадка на Луну 26 июля—7 августа 1971 г.
Дейвид Скотт, Джеймс Ирвин, Алфред Уорден.
Посадка в районе Хэдли-Апеннины. За 67 ч. три выхода (18,5 ч). Проехали 27 км. на ровере, удаляясь на 5 км. Доставили 77 кг. грунта, поднятого ручным буром с глубины до 2,7 м.
«Аполлон-16». Посадка на Луну 16—27 апреля 1972 г.
Джон Янг,Чарлз Дьюк, Томас Маттингли.
Первая высадка в высокогорном районе, близ кратера Декарт. За 71 ч. три выхода (20 ч). Проехали 27 км. Запустили спутник Луны. Доставили 96 кг. грунта с глубины до 3 м.
«Аполлон-17». Посадка на Луну 7—19 декабря 1972 г.
Юджин Сернан, Харрисон Шмитт, Рональд Эванс.
Сели в долине, к югу от кратера Литров и гор Тавр. За 75 ч. три выхода (22 ч). Проехали 36 км. со скоростью до 18 км/ч., удаляясь на 7 км. Доставили 111 кг. грунта. Шмитт – первый ученый на Луне (геолог).
Советскую программу пилотируемых полетов к Луне реализовать не удалось: достаточно мощная ракета-носитель не была создана в срок. Поэтому советские специалисты сосредоточились на беспилотных исследованиях Луны с помощью подвижных лабораторий «Луноход-1 и -2», а также станций «Луна-16, -20 и -24», оснащенных бурильным станком и возвращаемым на Землю аппаратом с образцами лунного грунта.
«Клементина» и «Лунар Проспектор» исследуют Луну
После 1976 г. экспедиции к Луне прекратились на 15 лет. Это не означает, что о Луне забыли. На ее поверхности несколько лет работали приборы (например, сейсмографы), доставленные экспедициями «Аполлон». Используя отражатели лазерного луча, закрепленные на советских и американских лунниках, астрономы с небывалой точностью измеряли расстояние до Луны и создавали новую теорию ее движения и внутреннего строения. Геологи, развивавшие новую науку – планетологию, внимательно изучали сотни килограммов лунного грунта, доставленного пилотируемыми и автоматическими аппаратами.
В 1990 г. космический зонд «Галилео» (США), запущенный для изучения системы Юпитера, попутно сфотографировал Луну в разных диапазонах излучения. В том же году Япония запустила к Луне зонд «Хайтен» (Muses-A), имевший на борту аппарат «Хагоромо» массой 12 кг., предназначенный стать спутником Луны, но этот аппарат был потерян. А сам зонд «Хайтен» совершил несколько маневров в поле Земли и Луны, побывал в окрестности точек L4 и L5 системы Земля-Луна (не обнаружив там избыточного количества межпланетной пыли) и даже совершил аэродинамическое торможение в атмосфере Земли (на высоте 125,5 км.), после чего стал спутником Луны и 10 апреля 1993 г. упал на ее поверхность. Новых данных о Луне этот аппарат практически не принес.
Спустя четыре года США отправили к Луне зонд «Клементина» («Clementine»), задачей которого было детальное исследование с низкой орбиты поверхности нашего спутника.
«Клементина» – необычный космический проект. Этот аппарат был разработан в рамках программы Стратегической оборонной инициативы (СОИ) Министерства обороны США, и вначале основной его целью было вовсе не изучение Луны, а испытание в длительном полете электронных компонентов, которые могли бы использоваться на военных спутниках. Предполагалось выполнить эту программу на околоземной орбите. Но ученые убедили военных, что если вывести аппарат на межпланетную траекторию, то можно провести испытания в условиях, «приближенных к боевым»: на более высоких космических скоростях и в условиях космической радиации. Поэтому в Пентагоне приняли решение отправить «Клементину» к Луне, попутно дооснастив ее комплектом научного оборудования.
Доработка «Клементины» шла в рамках новой американской стратегии исследования космоса, суть которой – создание легких, дешевых и высоконадежных аппаратов. Действительно, с уменьшением массы космического аппарата значительно увеличивается его надежность и, кроме того, для вывода таких аппаратов на требуемую орбиту можно использовать более дешевые маломощные ракеты. Масса «Клементины» вместе с топливом составила всего 424 кг. По форме аппарат напоминал цилиндр диаметром чуть более 1 м. и длиной около 2 м. Он потреблял небольшую электрическую мощность (360 Вт.), причем на долю научных приборов приходилось всего 60 Вт. При общей массе научной аппаратуры всего 8 кг. ее перечень впечатляет: камеры близкого и дальнего инфракрасного диапазонов, камера высокого разрешения, камера ультрафиолетового и видимого диапазона, лазерный дальномер, радиопередатчик. Достичь такой высокой «плотности» приборов оказалось возможным, применив самые современные технологии.
Запуск «Клементины» состоялся 25 января 1994 г. Почти месяц спустя, после ряда орбитальных маневров и испытаний оборудования, аппарат вышел на лунную орбиту и более двух месяцев проводил исследования, благодаря которым наши знания о Луне существенно обогатились. Два миллиона снимков Луны, включая еще не исследованные полярные области, были получены в 11-ти диапазонах видимого, инфракрасного и ультрафиолетового излучения с разрешением до 100 м.; сделано несколько десятков тысяч замеров высоты с точностью до 40 м. – планетологи впервые стали обладателями такой уникальной информации. В мае 1994 г. спутник покинул окололунную орбиту, чтобы встретиться с астероидом Географос, но из-за нештатной работы двигателя остался на околоземной орбите. Анализ данных, полученных «Клементиной» вблизи Луны, позволил сделать немало открытий.
Например, новые данные о лунном рельефе подтвердили существование древних, почти стертых ударных бассейнов, у которых не сохранился четкий вал, но еще заметна впадина на лунной поверхности. Впервые на их существование указали немногочисленные кольцеобразные структуры, попавшие на снимки, переданные американскими спутниками «Лунар Орбитер». Данные лазерного высотомера «Клементины» не только подтвердили существование таких структур, но и показали их значительную глубину – даже у наиболее стертых образований она составляет 5—6 км. В общей сложности теперь известно на Луне более сорока ударных бассейнов.
Особый интерес представляет гигантская ударная структура диаметром 2500 км. на обратной стороне Луны. Впервые ее заметили на снимках, доставленных на Землю советской автоматической станцией «Зонд-6» в 1968 г. Тогда наши ученые предложили назвать эту область Море Юго-Западное, но имеющихся в то время данных было недостаточно, чтобы надежно определить ее строение. Благодаря «Клементине» теперь стало ясно, что это самое значительное образование на нашем естественном спутнике. Его уже успели окрестить «бассейн Южный Полюс-Эйткен», поскольку центр этой области лежит между кратером Эйткен и южным полюсом Луны. По данным «Клементины» глубина этого гигантского бассейна составляет около 12 км. Если учесть его размеры, то окажется, что на сегодняшний день это самое большое из всех известных нам ударных образований в Солнечной системе. Представьте – его диаметр превышает 2/3 диаметра Луны!
Столкновение нашего естественного спутника с телом, породившим бассейн Южный Полюс-Эйткен, произошло на самой ранней стадии истории Луны – около 4 млрд. лет назад. Скорее всего, тело, упавшее в этом месте, проникло на глубину в 120 км., достигнув верхней мантии. Будь это тело чуть крупнее, Луна могла бы не пережить такую катастрофу и расколоться на множество фрагментов.
Основной задачей «Клементины» была съемка всей поверхности Луны в различных диапазонах излучения – от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного. Астрономы впервые получили спектральные изображения нашей соседки, сделанные с одинаковым угловым разрешением и при одинаковых условиях ее освещенности Солнцем. Поскольку разные минералы по-разному отражают солнечный свет, сравнение снимков одной и той же области в разных лучах позволили составить подробную геологическую карту Луны. По этим снимкам, например, можно будет выявить на лунной поверхности весьма важный для жизнеобеспечения будущих лунных баз кислородосодержащий минерал – ильменит.
Изучение снимков гигантского бассейна Южный Полюс-Эйткен показало наличие там вещества, богатого железом и титаном. По-видимому, оно было выброшено на поверхность из лунных недр во время взрыва в момент падения тела, породившего этот бассейн. Теперь геологам, чтобы узнать состав лунных недр четыре миллиарда лет назад, достаточно будет внимательно изучить то, что находится на поверхности этого гигантского ударного образования. Но самым значительным открытием, безусловно, стало обнаружение на Луне водяного льда. Впрочем, для ученых, готовивших полет «Клементины», это не стало неожиданностью: поиск ледяных шапок на полюсах Луны был целью одного из экспериментов. Еще задолго до полета родилась идея: поскольку вблизи лунных полюсов Солнце не поднимается высоко и поэтому не может осветить дно глубоких кратеров, там вполне могли бы сохраниться залежи водяного льда. Источником воды могут быть как ядра упавших на Луну комет, так и недра самой Луны.
«Клементина» искала лед методом радиозондирования: с помощью своего передатчика аппарат облучал лунную поверхность, а отраженный сигнал принимали на Земле и по его спектру судили о веществе, от которого он отразился. Буквально первое же зондирование района южного полюса показало, что интенсивность и поляризация радиоэха от небольшой области между полюсом и кратером Амундсен резко отличались от значений, характерных для обычного лунного грунта, но оказались близки к данным для Гренландии и ледяных галилеевых спутников Юпитера.
Разумеется, данные «Клементины» – это лишь косвенное свидетельство присутствия льда на Луне; их еще необходимо подтвердить прямыми исследованиями. Но даже если лед там есть, то получить из него воду будет не так-то просто, ведь он должен содержать огромное количество примесей. Но какой бы грязной ни была эта вода, для лунных колонистов окажется значительно проще и дешевле добывать ее из полярных шапок, чем привозить с Земли. Кроме того, разделяя воду с помощью солнечной электроэнергии на водород и кислород, можно будет использовать их в качестве горючего.
Известие о возможности существования залежей водяного льда у лунных полюсов усилило интерес к спутнице Земли. В январе 1998 г. к ней отправился американский зонд «Лунар Проспектор» («Lunar Prospector», Лунный изыскатель), чтобы получить подробные карты химического состава поверхности и уточнить параметры магнитного поля Луны. Став «спутником спутника», он оказался на низкой орбите высотой около 100 км. Среди его приборов были гамма-спектрометр и нейтронный спектрометр, с помощью которых проверяли данные «Клементины» о присутствии льда на Луне. Измеряя поток нейтронов, испускаемых лунным грунтом под действием космических лучей, можно оценить содержание водорода в реголите. Нейтронный спектрометр «Лунар Проспектора» уверенно зарегистрировал уменьшение средней энергии медленных нейтронов на дне вечно затененных кратеров в полярных областях Луны. Это весьма надежно указывает на присутствие в «холодных ловушках» нескольких сотен миллионов тонн водорода, возможно, в виде водяного льда. К сожалению, на полюсах Луны нет сплошных снежных шапок, как в Антарктиде или на Марсе. В смеси лунного реголита с водяным льдом максимально возможная доля льда составляет всего 1—2% по массе.
После получения предварительных данных о запасах лунного льда «Лунар Проспектор» перевели на еще более низкую орбиту высотой всего 30 км. Любопытно, что были предложения перевести аппарат на орбиту высотой 10 км.(!), но их отклонили, учитывая, что некоторые лунные горы возвышаются на несколько километров. Напомним, что спутники Земли не могут обращаться на столь низких орбитах из-за наличия атмосферы у нашей планеты.
