Луна. Наблюдая за самым знакомым и невероятным небесным объектом

Рубрика «Медленное чтение» представляет книги, вошедшие в длинный список премии «Просветитель» 2021 года. В него вошли 25 из более чем двухсот книг, присланных на конкурс. В сентябре станут известны книги-финалисты в категориях «Гуманитарные науки» и «Естественные и точные науки». Церемония награждения лауреатов книжных премий — «Просветитель» и «Просветитель.Перевод» — состоится 18 ноября в Москве.

Издательство АСТ представляет книгу кандидата физико-математических наук, члена ученого совета Московского планетария Михаила Шевченко «Луна. Наблюдая за самым знакомым и невероятным небесным объектом».

Знакомая каждому или загадочная и невероятная? 29 историй — по числу лунных фаз — вернее всего приведут вас к мнению, что прекрасный серебряный диск всё еще хранит много тайн, хотя человечество тысячелетиями поклонялось Луне, боготворило и исследовало ее. Что скрывает обратная сторона Луны? Как связаны приливы, отливы и землетрясения? Почему удлиняются лунные сутки? Как называли лунные кратеры? Почему на нашем спутнике царит абсолютная тишина? В этой книге — ответы на эти и многие другие вопросы из области лунной физики, истории, культуры и космонавтики.

Предлагаем прочитать фрагмент книги.

 

Лунотрясения

По аналогии с колебаниями почвы на Земле — землетрясениями — на Луне такие же процессы называются лунотрясениями. Насколько высока внутренняя активность нашего спутника? Пока на Луне не появились сейсмометры, об этом можно было только гадать. Сейсмометр — прибор, регистрирующий малейшие колебания почвы. Такие колебания могут быть вызваны как процессами, происходящими в недрах Луны, так и падением метеоритов. Сейсмические колебания имеют разные характеристики в зависимости от того, через какую среду они проходят. Поэтому, изучая эти колебания, прежде всего — их скорость, можно судить о строении недр.

 

Астронавт «Аполлона–11» Базз Олдрин устанавливает комплекс приборов для измерения сейсмической активности Луны.

Первое зафиксированное лунотрясение было организовано искусственно. Лунный модуль программы «Аполлон» после завершения миссии на поверхности доставлял астронавтов на борт основного корабля, который кружил по орбите вокруг Луны, и становился обузой. Поэтому его просто сбрасывали, и он падал на Луну в нескольких десятках километров от места посадки. Аналогично поступали при подлете к Луне с отработавшей третьей ступенью ракеты-носителя «Сатурн-5», которую можно было направить в нужную точку поверхности. Первый же результат преподнес ученым неожиданный сюрприз: колебания поверхности Луны после падения 2,5-тонного лунного модуля «Аполлона–12» продолжались целый час! Тогда как на Земле подобные фиксации продолжаются не более нескольких минут. Словно гигантский колокол, Луна долго «звучала» после одиночного удара. Лунные сейсмограммы оказались не похожими на земные и по другим своим характеристикам. Как теперь мы знаем, причина уникального «сейсмозвона» кроется в рассеянии волн на многочисленных трещинах внешнего слоя, возникших в результате метеоритной бомбардировки.

 

Через несколько минут посадочный модуль «Аполлона-12» совершит мягкую посадку на поверхность Луны. Когда астронавты на нем вернутся на командный модуль, он будет сброшен на лунную поверхность и вызовет искусственное лунотрясение, которое зафиксирует установленная на Луне аппаратура.

Удары космических аппаратов позволили изучить лишь только самые внешние слои лунных недр. Редкая удача улыбнулась ученым, когда 17 июля 1972 года на обратной стороне Луны упал довольно крупный метеорит массой более тонны. Сейсмические волны пронизали тело Луны насквозь и заставили работать сейсмометры на всех четырех станциях сети «Аполлон». То, что удалось получить ученым, напоминает рентгеновский снимок человека, с помощью которого можно рассмотреть устройство организма, недоступное глазу. Это падение и последующие измерения позволили нарисовать вот какую картину.

 

Сейсмограмма лунотрясения, зафиксированного 27 апреля 1971 года приборами, установленными астронавтами «Аполлона-12».

 

Первая лунная сейсмограмма, полученная 21 июля 1969 года.

Внутреннее строение Луны в первом приближении оказалось схожим с земным. Как и Земля, она имеет кору, мантию и ядро. Правда, соотношение этих слоев заметно различается. Лунная кора оказалась гораздо толще земной не только в относительном, но и в абсолютном измерении. На земную кору приходится менее 1 % земного радиуса, лунная же — в среднем около 5 %. Размер ядра Земли составляет более половины радиуса планеты. Лунное ядро — примерно 20 % радиуса. При этом слоистость Луны выражена не столь ярко, как у Земли.

В период восьмилетней работы сети американских сейсмометров отчетливо регистрировалось в среднем около 400 лунотрясений в год. Это в сотни раз меньше, чем на Земле. Большинство лунотрясений, не связанных с падениями метеоритов, имеют приливное происхождение, поэтому чаще всего они происходят в те моменты, когда Луна находится в самой близкой и самой дальней точках своей орбиты по отношению к Земле. Число лунотрясений, вызванных тектоническими процессами в недрах Луны, по сравнению с приливными, крайне невелико. В целом Луна оказалась гораздо более сейсмически пассивной, чем Земля.

 

Специалисты Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства изучают ленту приемного устройства, на которую приходит информация с лунной поверхности о сейсмической активности нашего спутника.

 

В погоне за точностью

Скорость света первым измерил в 1676 году датский астроном Оле Ремер. Изучая движение спутников Юпитера, он предположил, что отклонения наблюдаемых положений этих спутников от расчетных значений связаны не с ошибками теории их движения, а с конечностью скорости света, «задерживающей» видимое положение для земного наблюдателя. Для того времени это было очень смелое предположение, так как считалось, что свет распространяется мгновенно. Величина отклонения зависела от расстояния между Юпитером и Землей. Поэтому Ремер допустил, что в разные периоды года свету требуется различное время, чтобы преодолевать постоянно меняющееся, причем довольно существенно, расстояние от Земли до Юпитера и, соответственно, до его спутников. Зная расстояние до Юпитера, а также время запаздывания или опережения табличных положений спутников от наблюдаемых, можно вычислить скорость света.

 

Датский астроном Оле Кристенсен Ремер (1644–1740).

 

Схема наблюдений захода в тень Юпитера его спутника. Наблюдения явления захода спутника Юпитера в его тень (точка C) из точек G и F происходят совершенно одинаково, но из-за того, что расстояния CG и CF отличаются, свету требуется еще определенное время, чтобы преодолеть расстояние GF. Именно на это время расходились расчетные и фактически наблюденные моменты времени погружения спутника в тень Юпитера.

По данным наблюдений Ремера получалась величина, отличающая от современной на четверть. Точность измерения самой большой скорости в природе быстро росла, и уже через полвека она была на порядок выше. В настоящее время наука располагает техническими средствами, с помощью которых ошибка измерений этой скорости составляет миллиардные доли!

Вы спросите: а при чём здесь Луна? При том, что мы подбираемся к измерению расстояния до нашего спутника. Если мы знаем с высокой точностью скорость света и время, за которое луч проходит искомое расстояние, то это расстояние мы можем вычислить со столь же высокой точностью. Небольшие отрезки времени современные атомные часы способны отмерять с ошибкой, не превышающей одну десятимиллиардную долю секунды.

Во времена Ремера среднее расстояние до Луны знали с ошибкой в тысячи километров. Для его определения использовались угломерные инструменты. Сегодня методы изменились. На Луне полвека назад в пяти точках установили специальные отражатели света. Три из них разметили американские астронавты, а два других были смонтированы на советских луноходах. Несколько крупных обсерваторий на Земле приспособили к мощным телескопам специальные лазеры, с помощью которых прицельно «стреляют» по отражателям. Точность прицеливания нужна предельно высокая. Примерно такая же, как если стрелять из ружья с трех километров по движущейся копеечной монете. Но результат стоит таких усилий. Ведь последние достижения не могут не удивлять: расстояние до Луны измерено с ошибкой менее одного сантиметра!

 

Лунный уголковый лазерный отражатель представляет собой алюминиевую панель, в которую вмонтированы сто призм специальной конструкции диаметром 3,8 см, сделанные из кварцевого стекла; общий размер отражателя 46 × 46 см.

 

Уголковый лазерный отражатель на лунной поверхности. Этот отражатель устроен так, что падающий на него луч отражается строго в обратном направлении. Это делает ненужной точную ориентацию отражателя на Землю.

 

Принцип действия уголкового отражателя.

 

Уголковые лазерные отражатели были установлены на обоих советских луноходах. Они представляли собой контейнер с четырнадцатью отражательными элементами — призмами с покрытыми металлом гранями (длина ребра 10 см). Общий размер контейнера 45 × 20 см.

Для чего нужна такая точность? Может, это просто самоцель, демонстрирующая фантастические возможности современных технологий? Ничего подобного! Возможность измерения расстояния между Землей и ее спутником с такой маленькой ошибкой позволила решить совершенно новые задачи. В частности, удалось установить, что ежегодно Луна отдаляется от нашей планеты примерно на 4 см, кроме того, астрономы стали яснее представлять себе внутреннее строение Луны: возможно, что ядро нашего спутника находится в жидком состоянии. О других результатах мы поговорим далее.

 

Ранее в нашей рубрике были представлены следующие книги из длинного списка премии «Просветитель».

 

Обсудите с коллегами

15:00

Для борьбы с блохами у луговых собачек предложили использовать патогенные грибки

PRO SCIENCE
14:00

Дизайн детства

PRO SCIENCE
13:00

Пористые наночастицы хитозана помогут в создании «умных жидкостей»

PRO SCIENCE
11:00

Ученые подсчитали заболеваемость кошек Московской области инфекционной анемией

PRO SCIENCE
26.09

Глядя в бездну

PRO SCIENCE
26.09

Неидеальная медицина

PRO SCIENCE
ОГПУ-НКГБ в борьбе со спецслужбами Японии