Желательно смотреть с разрешением 1280 Х 800 "Техника-молодежи", 1960, №1, с. 1, 3, 6, 14-15

КАК ОТКРЫЛИ ЛУНУ В. ШИШАКОВ, кандидат педагогических наукРис. Ю. СЛУЧЕВСКОГО З А МНОГОВЕКОВУЮ историю существования человечества Луна, вероятно, привыкла к повышенному вниманию людей к ее «персоне». Имея в виду всеобщий интерес к Луне, а также борясь против возрастающего реакционного мракобесия в науке, знаменитый писатель-сатирик древнего мира Лукиан (190-125 гг. до н. э.) приписал Луне такие сетования: «Я возмущена нескончаемой и вздорной болтовней философов, у которых нет иной заботы, как вмешиваться в мои дела, рассуждать о том, что я такое, каковы мои размеры, почему иногда я бываю полумесяцем, а иногда имею вид серпа. Одни философы считают, что я обитаема, другие — что я не что иное, как зеркало, подвешенное над морем; словом, каждый говорит обо мне, что взбредет ему в голову. Наконец иные рассказывают, что самый свет мой краденый и незаконный, так как он приходит ко мне сверху, от солнца». Как видите, истина в те времена спокойно соседствовала со вздором, и чем дальше, тем труднее было научным фактам пробиваться сквозь огромное количество ошибочных представлений и суеверных заблуждений, связанных с Луной. Особые разногласия вызывали размеры нашего древнего спутника. Один из виднейших материалистов древней Греции, Гераклит (540-480 гг. до н. э.), считал, что небесные светила имеют в действительности те же размеры, какими они нам кажутся. Солнце, по его словам, имеет «ширину в ступню человеческую». Пламенный сторонник материалистической философии Эпикура римский поэт I века до н. э. Тит Лукреций Кар писал в своей поэме «О природе вещей»: ...Все, что в большом отдаленьи сквозь воздуха толщу Мы наблюдаем, скорей представляется в облике смутном, Чем в уменьшенных чертах. Потому и Луну непременно, Раз ее облик и вид представляется ясным и четким, Видеть отсюда должны мы на небе такою же точно, Как она есть по своим очертаньям краев и размерам. Значительно позже, в эпоху Возрождения, Леонардо да Винчи должен был вести борьбу против представлений о том, что Солнце и Луна имеют те же действительные размеры, какими они нам кажутся. Его «ученые» оппоненты считали, что Солнце имеет диаметр в 1 фут (30 сантиметров). И лишь Галилей

в 30-е годы XVII века окончательно доказал своим противникам ту элементарную истину, что Луна — огромное небесное тело, имеет шарообразную форму и что фазы ее меняются в зависимости от того, с какой стороны ее освещает Солнце.

Прежде всего науке надо было решить вопрос о том, как далека Луна от Земли. Древнегреческий астроном Аристарх (III век до н. э.) очень остроумно подошел к решению этого вопроса, которому он посвятил свое небольшое произведение «О величине и расстояниях Солнца и Луны» (рис. 1).

В некоторые моменты, рассуждал Аристарх, Луна относительно Земли и Солнца может находиться в вершине прямого угла треугольника, образованного направлениями от Земли на Луну и Солнце. В это время с Земли видна половина освещенного Солнцем полушария Луны: она имеет вид полудиска. Если при таком положении Луны точно определить угол между направлениями с Земли на Луну и на Солнце, можно из простых геометрических соотношений найти, во сколько раз катет (расстояние от Земли до Луны) меньше гипотенузы (расстояния от Земли до Солнца). По Аристарху соотношение этих сторон 1:19. Но точно определить момент, когда Луна оказывается в вершине прямого угла, лишь на основе наблюдений нельзя. Малейшая же неточность влечет за собой очень большое отклонение от правильного вывода. Аристарх решил задачу с ошибкой раз в 20: в действительности расстояние до Луны меньше, чем до Солнца, почти в 400 раз.

Величайший астроном древности Гиппарх в середине II века до н. э. с большой уверенностью определил расстояние до Луны и ее размеры, приняв за единицу радиус земного шара. В своих вычислениях Гиппарх исходил из правильного понимания причины лунных затмений: Луна попадает в земную тень, имеющую форму конуса с вершиной, находящейся где-то в стороне Луны.

Посмотрите на рисунок 2. Он показывает положение Солнца, Земли и Луны во время лунного затмения. Из подобия треугольников следует, что расстояние от Земли до Солнца во столько раз больше расстояния от Земли до Луны, во сколько раз разность радиусов Солнца и Земли больше разности радиусов Земли и ее тени на расстоянии Луны.

Из наблюдений при помощи простейших угломерных инструментов следовало, что радиус Луны составляет 15', а радиус тени приблизительно 40', то есть радиус тени больше радиуса Луны почти в 2,7 раза. Приняв расстояние от Земли до Солнца за единицу, можно было установить, что радиус Луны почти в 3,5 раза меньше радиуса Земли. Уже было известно, что под углом в 15' наблюдается предмет, расстояние до которого превосходит его размеры в 3 483 раза. Следовательно, рассуждал Гиппарх, под углом в 15' наблюдаемый предмет будет в 15 раз ближе. Значит, Луна находится от нас на расстоянии, в 230 раз (3 483 : 15) превосходящем ее радиус. А раз радиус Земли немногим больше 3,5 радиуса Луны, то расстояние до Луны составляет: 230 : 3,5 ~ 60 радиусов Земли, или около 30 земных диаметров.

Рис. 1. Так определял расстояние до Луны Аристарх.

Теперь расстояние до Луны определено с точностью до нескольких километров: в среднем оно составляет 384 403 км. «В среднем» не потому, что это расстояние взято из разных результатов измерений, а потому, что Луна бывает к Земле ближе и дальше. В апогее расстояние от центра Земли до Луны 406 670 км и в перигее (наиболее близкая точка орбиты) — 356 400 км. При известном расстоянии легко судить и о действительных размерах объекта по его угловому поперечнику. Луна находится от Земли на расстоянии около 400 тыс. км; видимый ее диаметр — пол градус а, значит действительный ее диаметр в сто с небольшим раз меньше расстояния до нее. Он составляет около 3,5 тыс. км (0,273 земного).

Вопрос об условиях, существующих на Луне, не мог научно решаться до изобретения телескопов. Когда 350 лет тому назад — в конце 1609 года — Галилей впервые рассмотрел Луну в собственноручно сооруженные телескопы, он пришел к заключению о полном сходстве Луны с Землей. Он писал в своем знаменитом диалоге: «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 более блестящи, другие — менее».

Галилей приводит разные объяснения этому явлению. Более темными на земной поверхности, говорит он, являются, например, лесные массивы, но и «поверхность морей на Земле покажется темнее, а поверхность суши — светлее».

Рис. 2. Определение диаметра Луны и расстояния до нее по способу Гиппарха.

Характернейшая особенность лунной поверхности, бросившаяся в глаза Галилею, это огромное количество всевозможных неровностей — горных цепей, хребтов, отдельных вершин, ущелий, длинных трещин, обрывов и т. п. Многие горные цепи на Луне представляют собой замкнутые валы, чаще всего округлой формы. Это цирки, названные так позже за их округлые очертания. Наружные склоны цирков пологи (порядка 7°), внутрь они обрываются довольно круто (25°). Диаметры многих цирков превышают сто километров, а некоторых и вдвое больше. Высоты образующих цирки валов обычно в десятки, а иногда и в сотню раз меньше диаметров самих цирков. Их можно сравнить с неглубокими блюдцами или с мелкими тарелками. На Земле нет ничего похожего на лунные кольцевые горы.

Галилей первым решил задачу о высоте лунных вершин. Вот его решение. В телескоп часто можно видеть в темной части Луны освещенные Солнцем вершины гор, подножия которых еще тонут во мраке. Условно можно показать, что это происходит так (рис. 3): вершина горы А освещена прямолинейным солнечным лучом СЛ, который в точке Л касается лунной поверхности.

Из чертежа ясно, что если Луну рассматривать в сечении плоскостью Л₁ А Л₁ то треугольник АЛЦ в этой плоскости прямоугольный, так как линия ЛА есть продолжение касательной к окружности; она перпендикулярна радиусу. Из соотношения сторон в прямоугольном треугольнике можно определить высоту горы АЛ₁ в долях лунного диаметра. Галилей нашел, что некоторые горные вершины в лунных Апеннинах вздымаются на высоты, значительно превышающие 0,002 диаметра Луны. В переводе на метрические меры это высоты до 9 км.

Рис. 3. Галилей вычислял высоту лунных гор с помощью воображаемой касательной к лунной поверхности.

Радиус кругозора на Луне благодаря большей кривизне ее поверхности по сравнению с земной очень невелик: уже на расстоянии в 2,5 км там не увидишь тех частей поверхности, которые находятся на уровне места наблюдения. Но освещенные Солнцем вершины высоких гор видны издалека. Эта картина должна быть особенно эффектной для наблюдателя, находящегося внутри цирка, дно которого еще в тени, а поднимающиеся над горизонтом вершины вала уже озарены Солнцем.

Из того факта, что Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной, отнюдь не следует, что Луна не вращается вокруг своей оси. Ученые давно поняли это: 260 лет назад французский астроном Кассини сделал правильный вывод о том, что один оборот вокруг оси Луна совершает за тот же промежуток времени, за который проходит полный путь по своей орбите вокруг Земли. Этим она напоминает привязанный за резинку детский мячик с опилками, который иной раз так легко вращает на ходу мальчишка по вытянутому эллипсу вокруг своей стриженой головы...

С Земли мы видим несколько больше половины лунного шара: у нас имеется возможность как бы заглядывать на противоположную Земле сторону Луны с боков, снизу и сверху. Это объясняется либрацией Луны: в своем движении она как бы покачивается около некоторого среднего положения.

Явление это зависит от того, с какого места мы наблюдаем Луну. Из северных или южных широт земного шара можно смотреть на Луну, плывущую по своей орбите, как бы слегка сверху или снизу, а видя Луну в восточной или в западной стороне, мы смотрим на нее слегка как бы справа или слева. При этом и сама Луна, двигаясь по наклонной орбите, то как бы приподнимается, то опускается, давая возможность заглянуть сверху или снизу в скрытые обычно части ее другого полушария.

Вращаясь вокруг оси равномерно, а двигаясь по орбите то быстрее, то медленнее (в зависимости от изменяющегося расстояния до Земли), Луна и по этой причине дает возможность слегка заглядывать в боковые свои части. Наконец из-за изменяющегося действия притяжения Земли и Солнца Луна действительно несколько покачивается.

Таким образом, веками рассматривая наше ночное светило во всех допустимых аспектах, ученые довольно подробно изучили физические данные Луны.

На Луне совершенно отсутствуют, например, сумеречные явления, которые наблюдаются у нас вблизи границы дня и ночи. Без малейшего ослабления блеска мгновенно исчезают за диском Луны загораживаемые ею звезды. Все это связано с тем, что у Луны почти нет атмосферной оболочки. Слово «почти» уместно здесь лишь потому, что согласно новейшим исследованиям предел плотности лунной атмосферы выражается в одну биллионную плотности атмосферы земной. Отсутствие атмосферы на Луне объясняется малой силой тяжести на ее поверхности. По этим же причинам на Луне не может сохраняться и вода — ни в жидком, ни в газообразном состоянии.

Звездное небо на Луне не отличается от неба на Земле. Однако оно всегда, и при полном сиянии Солнца, одинаково темное. Это также происходит из-за отсутствия атмосферы, пронизанной на Земле рассеянными лучами Солнца. Неправильно говорить о лунном небе: «бездонно черное», «совершенно темное» и т. п. Некоторую освещенность лунному небу придают межзвездные облака космической материи, Млечный Путь светит совместным размытым свечением несметного множества звезд, небо Луны освещает также и зодиакальный свет — полоса светящейся материи, кольцом окружающая Солнце.

Очень ярким источником света на Луне является Земля. Она освещает Луну почти в сто раз сильнее, чем Луна Землю при подобной же фазе (например, в полноземелие по сравнению с полнолунием): отражающая свет Солнца поверхность Земли в 14 раз больше поверхности Луны; кроме того, с единицы поверхности Земля в среднем отражает в 7 раз больше света, чем Луна. Суточные температуры на Луне (одни сутки продолжаются 29-30 земных суток) колеблются в пределах от 130° выше нуля до 170° мороза, то есть около 300°. На Земле, окруженной воздушным океаном, пределы температур, наблюдаемых в различных местах Земли, даже на протяжении года не охватывают и 150°.

Характерно, что поверхность Луны очень быстро излучает полученное за день тепло в окружающее мировое пространство. Например, участок лунной поверхности, находившийся по крайней мере часов полтораста под лучами Солнца, попадая в тень Земли, за немногие минуты остывает градусов на двести: на смену палящему зною очень быстро приходит жестокая стужа. Теплоотдача лунной поверхности при этом почти прекращается. Ученые предполагают, что поверхностный слой Луны прогревается очень неглубоко, очевидно потому, что находится в мелкораздробленном состоянии. Луна как бы обильно припудрена пылью или же имеет ноздреватое пористое строение.

Причины этого ученые объясняют по-разному: и возможными на Луне извержениями вулканов и тем, что ее поверхность постоянно бомбардируют метеорные частицы. По-видимому, лунная поверхность может быть покрыта веществами, имеющими большое сходство с пеплом и шлаками, извергаемыми земными вулканами.

Изучение вещественного состава Луны затруднено тем, что его нельзя установить путем спектрального анализа: ведь спектр Луны — это спектр Солнца. Изучение характера отражения солнечного света разными ее участками и сравнение с отражением света земными веществами является лишь одним из косвенных способов. Подобные фотометрические (посредством определения силы света) и колориметрические (определение цветности) исследования привели к выводу, что ни одна из групп горных пород, широко распространенных на Земле, не может быть признана похожей на лунную поверхность. Лунной поверхности свойственны очень низкая светлота, малая градация светлоты в разных местах поверхности и совершенно ничтожные различия цвета. Луна отражает свет подобно веществам очень темной окраски, сходным по оттенку с бурым черноземом или с влажной суглинистой почвой. Поверхность Луны — темная, серовато-коричневая.

Еще не так давно бытовало стандартное выражение о том, что противоположная Земле сторона Луны «навеки скрыта от наших взоров». Пользуясь такой неизвестностью, некоторые высказывали странные фантазии о возможности какой-то иной природы обратной стороны Луны. Однако по многим данным можно было с уверенностью говорить, что и на той стороне Луны дело обстоит в общем так же: такие же «моря» и кольцевые горы, тот же палящий зной днем и жестокая стужа ночью.

И вот пришло время — советские ученые совершили научный подвиг, они заставили, наконец, Луну открыть свое второе лицо. Летающая автоматическая лаборатория, запущенная 4 октября 1959 года, получила ряд удачных фотоснимков лунной поверхности. На этих фотоснимках запечатлено около семи десятых лунной поверхности, невидимой с Земли. На снимках захвачены и некоторые участки видимой стороны Луны, чтобы с полной точностью определить положение на лунной поверхности вновь выявленных объектов.

Полученные материалы позволили ученым окончательно установить, что «задняя» сторона Луны не имеет существенных отличий от «лицевой». По-видимому, она несколько более гориста, имеет меньше обширных равнин — «морей»: они занимают на ней приблизительно десятую часть поверхности, в то время как на видимой части им принадлежит примерно третья часть. Но это не более удивительно, чем, например, наличие большого своеобразия в южном и северном полушариях Земли.

Советские ученые, наконец, открыли человечеству всю Луну. Советские люди получили исключительное право дать названия вновь открытым лунным образованиям. Эти названия дороги сердцам всех людей, всех друзей мира и прогресса: Море Москвы, Море Мечты, кратеры-цирки Ломоносов, Циолковский, горный хребет Советский и другие. Названия эти навечно запечатлели в космосе великие победы советской науки.

На границе, где силы тяжести уравновешиваются. Изошутка В. КАЩЕНКО