Александр Марков - Путешествия к Луне
Рис. 1.3. Так в конце XIX в. астрономы представляли себе лунный пейзаж. В целом недалеко от истины, хотя крутизна склонов существенно преувеличена. Поверхность Луны очень древняя, поэтому рельеф там выровнялся. Художник верно передал особенность лунного неба: днем на нем можно увидеть звезды. Правда, на фотографиях, доставленных с Луны, звезд не видно. (Почему?) Зато астронавты «Аполлона-16» изучали их (днем!) в телескоп. Рисунок из книги «Recreations in Astronomy» (1879) Н. D. Warren D. D.
Низкая, но все же вполне ощутимая сила тяжести делает Луну привлекательной для космонавтики: там есть сырье для производства и энергия солнечного света, есть возможность укрыться под поверхностью от космической радиации и перепадов температуры. Работать на поверхности или под поверхностью Луны существенно удобнее, чем в открытом космическом пространстве, не имея точки опоры. Поддерживать физическое состояние человека на Луне значительно легче, чем в невесомости. Старт ракеты с лунной поверхности намного проще и дешевле, чем с Земли или даже с околоземной орбиты. Поэтому на начальном этапе освоения Солнечной системы, которое еще впереди, роль Луны будет очень важна.
Рис. 1.4. Кто бы из нас не хотел побродить по террасам этих удивительных кратеров, тем более, что рюкзак будет в 6 раз легче, чем на Земле? На обратной стороне Луны, где расположены эти кратеры (10° ю. ш., 162° в. д.), не ступала пока нога человека и даже не прилунялся ни один автомат. Фото: «Аполлон-10».
Как видим, Луна полезна, интересна и загадочна. Но мы до сих пор мало знаем о ней, хотя и начали изучать ее раньше, чем, например, океанское дно. Детальные карты видимого полушария Луны были составлены в начале XIX в., а столь же детальные карты дна океанов Земли — только к концу XX в. Однако возможности наземной астрономии по изучению Луны довольно быстро оказались исчерпаны. Наступила эпоха ее прямого изучения с помощью роботов и астронавтов. Это дорогостоящие экспедиции, но результаты себя оправдывают. Важно, что ученые уже поняли: Луна — такой же доступный и интересный объект, как глубоководные разломы или купол Антарктиды. Туда можно планировать экспедиции и находить для них средства.
Не правда ли, странно, что лунные экспедиции стали реальностью практически тогда же, когда исчезли белые пятна на карте Земли? Но если задуматься, и то и другое — в прямом смысле слова дело техники. Сравнительно недавно мы поняли, что по — настоящему недоступных уголков на Земле больше нет. Прошли те жюль-верновские времена, когда кругосветное путешествие за 80 дней казалось почти фантастикой. Сегодня в любую часть Земли простой смертный может попасть всего за несколько дней. Но ведь за несколько дней можно добраться и до Луны! Еще 40 лет назад на экспедицию к Луне — туда и обратно — астронавты тратили всего неделю. Рекордно короткую командировку к Луне осуществил экипаж «Аполлона-13» в 1970 г.: туда и обратно за 5 суток и 23 часа. Правда, астронавты не прочь были бы задержаться там подольше, но так уж вышло…
Разумеется, большинству из нас не доведется побывать на Луне, равно как и в Антарктиде, и на вершинах Гималаев и даже в Новой Зеландии, но все же мы стремимся составить представление об этих экзотических уголках Земли. А вот о соседней планете — о Луне — знаем до обидного мало.
1.2. Знакомство с Луной
Итак, Луна. Кажется, только астрономы, изучающие далекие галактики и слабосветящиеся туманности, не любят ее, особенно в полнолуние: лунный свет делает невидимыми эти объекты. Все остальные жители Земли любят Луну и воспевают ее: вспомните хотя бы картину Куинджи «Лунная ночь на Днепре» или его же «Дарьяльское ущелье. Лунная ночь». Но даже не склонные к романтике естествоиспытатели небезразличны к Луне, которая, как оказалось, в целом весьма благотворно влияет на нашу планету.
Нужно признать, что в современном человеке мало осталось того благоговейного чувства, с которым наши предки относились к Луне. Для них она служила мерой многих вещей. Не случайно на санскрите Луна называется «мае», то есть измеритель, не случайно латинское mensis — месяц — тесно связано со словом mensura — мера. Все древние календари работали от «лунного механизма». Наши месяцы и недели — прямые потомки лунного (синодического) месяца и лунных фаз — так называемых четвертей. Возраст Луны в отдельных фазах от момента новолуния следующий:
первая четверть — 7 суток
полнолуние — 15 суток
последняя четверть — 22 суток
Смена лунных фаз вызвана изменением взаимного расположения Луны и Земли при их движении относительно Солнца. Угловое расстояние между направлениями Луна — Земля и Луна — Солнце принято называть фазовым углом. Это один из важнейших параметров в фотометрических исследованиях Луны (см. главу 2). Полный цикл смены лунных фаз называют синодическим месяцем; его продолжительность (29,53 сут.) немного больше периода обращения Луны вокруг Земли (сидерический месяц, 27,32 сут.), поскольку сама система Земля — Луна обращается вокруг Солнца. Период вращения Луны вокруг оси равен периоду ее обращения вокруг Земли, поэтому Луна всегда повернута к Земле одной стороной.
Рис. 1.5. Фотографии Луны в различных фазах: 1 — молодая Луна (лунный серп, полумесяц), своей выпуклой стороной он всегда обращен в сторону Солнца; 2 — первая четверть; 3 — растущая Луна; 4 — полнолуние; 5 — убывающая Луна; 6 — последняя четверть.
Спустя несколько дней после новолуния вечером на западе виден яркий лунный серп. В это время, приглядевшись, можно заметить слабое свечение темной части лунного диска, так называемый пепельный свет Луны: это солнечный свет, отраженный дневным полушарием Земли, слабо освещает темную сторону Луны. Впрочем, этот свет не очень‑то слаб: полная Земля освещает Луну примерно в 60 раз сильнее, чем полная Луна освещает ночную Землю. Фактически на видимой стороне Луны не бывает темных ночей. Даже в отсутствие Солнца там можно гулять, читать и работать при свете Земли. Этим видимая сторона выгодно отличается от обратной. Хотя для астрономов по этой же причине привлекательна именно обратная сторона Луны.
Вокруг своей оси Луна вращается с постоянной скоростью, а вот вокруг Земли она обращается по эллиптической орбите неравномерно: в перигее — быстрее, в апогее — медленнее. К тому же экваториальная плоскость Луны наклонена к плоскости ее орбиты в среднем на 6°41′. А кроме этого, сам наблюдатель движется в результате вращения Земли. Все это приводит, с точки зрения земного наблюдателя, к небольшим видимым покачиваниям Луны по долготе и широте, так называемым либрациям. В результате либраций земной наблюдатель в течение месяца может увидеть почти 60 % площади лунного шара. Но оставшиеся 40 % с Земли не видны никогда.
Рис. 1.6. Последовательные положения Земли и Луны на своих орбитах и соответствующие им фазы Луны с точки зрения земного наблюдателя.
В течение года высота Луны над горизонтом в наших средних широтах заметно меняется: зимой она поднимается значительно выше, чем летом. Вызвано это тем, что Луна перемещается вблизи эклиптики, наклоненной к небесному экватору на 23,5°. Поэтому в фазе полнолуния, когда положения на небе Луны и Солнца противоположны, Луна видна на 23,5° выше экватора зимой и ниже его — летом. К этому добавляется еще небольшой наклон лунной орбиты к эклиптике, примерно на 5°, так что полный размах в высоте Луны над горизонтом достигает у нас ±29°. Отчасти именно этим объясняется известная погодная примета «Луна на небе — к морозу». Летом полная Луна видна недолго, поздно восходит и рано заходит за горизонт, да и поднимается невысоко. Поэтому летом мы ее почти не видим. Зато зимой Луна видна всю ночь и стоит высоко в небе. Прибавьте к этому тот факт, что в ясную ночь, когда Луна видна, земля и воздух быстро остывают из‑за потерь тепла в виде инфракрасного излучения. Вот вам и научное объяснение народной приметы.
Еще несколько цифр, характеризующих Луну. Размер Луны почти вчетверо меньше земного. Площадь поверхности лунного шара составляет всего 7,4 % поверхности Земли, то есть незначительно превышает площадь Африканского материка. Сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле; это сильно облегчает разведку ее поверхности автоматическими и пилотируемыми экспедициями. Вторая космическая скорость на поверхности Луны 2,4 км/с; именно с такой скоростью падает на нее исследовательский зонд при неуправляемом спуске. Скорость спутника на низкой круговой окололунной орбите 1,7 км/с; именно такую скорость должен набрать взлетающий с Луны аппарат, чтобы выйти на промежуточную орбиту; а чтобы с нее отправиться к Земле, ему придется еще добавить 0,7 км/с. Взлет с Луны облегчается отсутствием у нее атмосферы, но посадка на Луну по этой же причине затруднена: невозможно использовать парашют.
