«Земля и Вселенная» 1999-6

Нашей стране принадлежит ряд приоритетов в исследовании Луны и планет Солнечной системы. За время активного всестороннего их изучения накопились огромное количество информации и богатый опыт создания уникального научного оборудования, установленного на автоматических межпланетных станциях. Практически на всех космических аппаратах, запущенных по планетной тематике, устанавливались научные приборы, созданные в ГЕОХИ (в настоящее время автор статьи является директором институтa). Анализируя перспективные направления исследования Луны и планет, автор вышел с предложением новых программ “Луна-Глоб” и “Фобос-грунт”.

ИЗ ИСТОРИИ ИНСТИТУТА

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ) Российской академии наук включился в программу фундаментальных космических исследований Луны и планет с самого начала возникновения этого направления в отечественной науке. В отличие от ряда других крупных научных центров ГЕОХИ не был создан или переориентирован специально для космических исследований. Для Института исследование внеземного вещества, изучение химического строения Солнечной системы являются частью его задач, естественным продолжением и расширением тех исследований, которые институт ведет, решая проблемы земной геологии, познавая механизм природных процессов.

История института началась с создания в 1928 г. В.И. Вернадским Биогеохимической лаборатории Академии наук. В 1947 г., уже после смерти Владимира Ивановича Вернадского, лаборатория была реорганизована в Институт геохимии и аналитической химии, который получил имя своего основоположника. Возглавил Институт ученик и соратник В.И. Вернадского академик А.П. Виноградов.

В 50-е гг. Институт внес вклад в развитие сырьевой базы атомной промышленности. Разрабатываются чувствительные методы анализа, спектральные методы, впервые в стране ставится нейтронно-активационный анализ, новые методы определения радиоактивных, в том числе трансурановых элементов. Институт становится одним из мировых лидеров в развитии геохимии стабильных изотопов. ГЕОХИ принял активное участие в аналитическом обеспечении технологии получения оружейного плутония.

Закладываются основы строгого физико-химического подхода к пониманию геологических процессов. Разрабатываются модели химической эволюции Земли, глобальной дифференциации ее вещества, развивается концепция общности вещества Земли и метеоритов. Значительное место в работах ГЕОХИ заняли космохимические исследования, в том числе химический и изотопный анализ метеоритов, в то время единственно доступного источника внеземного вещества.

В силу как своих аналитических возможностей, так и фундаментальных интересов в области геохимии, космохимии и планетологии, ГЕОХИ естественно включился в космические исследования, когда наступила их эра.

Академия наук поручает А.П. Виноградову осуществлять руководство научными исследованиями в области планетологии, а ГЕОХИ — разработку методов и аппаратуры для исследования тел Солнечной системы с помощью космических средств.

С этого времени ГЕОХИ работает в тесном контакте с предприятиями ракетно-космического комплекса, прежде всего с НПО им. Лавочкина, где создавались межпланетные станции. Практически на всех космических аппаратах научного назначения по планетной тематике устанавливались научные приборы, созданные в ГЕОХИ. Главным конструктором был назначен профессор Ю.А. Сурков.

ЛУННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В 1966 г. методом γ-спектрометрии впервые измерено содержание естественных радиоактивных элементов и определен тип пород залегающих на поверхности Луны (АМС “Луна-10 и -12”). В сентябре 1970 г. автоматическая станция “Луна-16” доставила образец лунного грунта весом 101 г из Моря Изобилия. Капсулу доставили в приемную лабораторию, созданную в ГЕОХИ. Здесь в специальной камере осуществлялось вскрытие капсулы, последующее хранение грунта и организация его исследования. Сюда же были доставлены образцы лунного грунта, отобранные космическими аппаратами “Луна-20” из материкового района Луны (50 г) в 1972 г. и “Луна-24” из Моря Кризисов (170 г) в 1976 г.

Изготовленные в ГЕОХИ приборы, установленные на космических аппаратах для исследования Луны, Венеры и Марса: 1, 2 — гамма-спектрометры “Луны-10” и “Луны-12”, измерившие содержание калия, урана и тория в грунте; 3 — пробоотборник с образцами лунного грунта, доставленными на Землю “Луной-16”; 4, 5 — гамма-спектрометры “Марса-5” и “Фобоса-2”, исследовавшие состав марсианских пород; 6 — нейтронный спектрометр “Фобоса-2” для определения воды в марсианских породах; 7, 8, 9 — газоанализаторы “Венеры-4” и “Венеры-5/6”, измерившие состав атмосферы Венеры; 10 — рентгеновский спектрометр “Венеры-12” и “Венеры-14”, измеривший состав аэрозоля в атмосфере Венеры; 11 — гамма-спектрометр “Венеры-8”и “Венеры-9/10”, исследовавший содержание калия, урана и тория в породах Венеры; 12 — радиационный денситометр “Венеры-9 и -10”, применявшийся для определения плотности грунта Венеры

В те же годы американцы осуществили свою программу “Аполлон”. В июле 1969 г. космический корабль “Аполлон-11” впервые высадил на Луне человека. Пилотируемыми экспедициями “Аполлон” были обследованы и отобраны образцы в шести районах Луны. Отдавая должное замечательному достижению американцев, справедливо будет отметить, что руководимая А.П. Виноградовым программа исследования Луны автоматическими аппаратами более соответствовала реальным потребностям науки и была, несравненно, более экономичной.

Доставленные на Землю образцы Луны в свое время позволили сделать важные для геологии выводы. Выяснилось, что лунные моря заполнены базальтами, близкими по составу к земным океаническим базальтам, что Луна содержит мощную кору анортозитового (полевошпатового) состава. Было обнаружено, что лунные породы обогащены AI и Ti, обеднены летучими (кальций, натрий, рубидий, таллий, индий) и сидерофилами (никель, кадмий, платина, рений) по сравнению с земными породами, но в то же время проявляют во многих отношениях удивительное сходство с ними. Среди лунных пород были встречены образцы с возрастом 4,5-3,9 млрд. лет, отсутствующие на Земле.

ИЗУЧЕНИЕ ВЕНЕРЫ И МАРСА

Значительное место в работах Института заняли исследования Венеры. 18 космических аппаратов было направлено к Венере. Первый успешный спуск аппарата в атмосфере Венеры был осуществлен на станции “Венера-4” в 1967 г. Разработанные и изготовленные в ГЕОХИ газоанализаторы позволили установить, что плотная атмосфера Венеры на 97% состоит из углекислого газа. На АМС “Венера-8, -9 и -10” (1972-1975 гг.) впервые определено содержание естественных радиоактивных элементов К, U, Th, идентифицированы типы венерианских пород и определены их земные аналоги. На станциях “Венера-12 и -14” (1978-1981 гг.) с помощью рентгеновского спектрометра показано, что облака Венеры состоят не из воды, как на Земле, а из соединений серы и хлора. В 1982 г. “Венера-13 и -14” совершили мягкую посадку на поверхность планеты и определили химический состав грунта. Созданные в ГЕОХИ научные приборы безупречно работали в тяжелых условиях на поверхности планеты при давлении около 90 кг/см² и температуре 480°С. В 1984-1985 гг. было выполнено радарное картирование северной части планеты с помощью АМС “Венера-15 и -16”.

Ученые ГЕОХИ (В.Л. Барсуков, К.П. Флоренский, А.Т. Базилевский и др.) установили наличие на Венере обширного базальтового вулканизма, изучили ударные структуры. В сотрудничестве с зарубежными исследователями создана стратиграфическая шкала Венеры, выявлены новые типы элементов тектоники — тисеры (паркетообразные формы) и венцы (кольцевые структуры). На основе созданной в Институте базы термодинамических данных с использованием полученных результатов были созданы модели химического строения атмосферы и поверхности Венеры.

Первое успешное исследование Марса выполнено искусственным спутником Марса АМС “Марс-5” в 1973 г., в том числе измерено содержание радиоактивных элементов на поверхности Марса. С помощью космического аппарата “Фобос-2” (1988 г.) был определен химический состав марсианского грунта в приэкваториальной части планеты, хотя в целом программа “Фобос” не была выполнена. В конце 80-х гг. была задумана обширная программа исследования Марса, в рамках которой предусматривались запуски двух тяжелых аппаратов “Марс-94” и “Марс-96” (Земля и Вселенная, 1994, №4).

В этой программе ГЕОХИ отвечал за разработку нового типа инструмента — пенетратора (Земля и Вселенная, 1995, № 4). Два пенетратора должны были внедриться в грунт Марса и сообщить данные о химическом составе, упругих и магнитных свойствах его поверхностного слоя. Всего в состав научного блока входило 10 приборов. Пенетратор состоял из двух частей. Нижняя часть при вхождении в грунт должна была отделиться от верхней и дать информацию о слоях с глубины до 6 м. Верхняя часть удерживалась на поверхности. Здесь размещались TV-камера и метеорологические приборы. Разделенные (но связанные кабелем) верхняя и нижняя части пенетратора создавали необходимую базу для прецизионного измерения теплового потока. К концу 1996 г. работа, несмотря на большие трудности, связанные с недостаточным и несвоевременным финансированием, была завершена. К сожалению, 17 ноября 1996 г. запуск космического аппарата по программе “Марс-96” с космодрома Байконур завершился аварией.

Неудача программы “Марс-96” поставила в трудное положение всю программу планетных исследований. На очереди — дорогостоящая астрофизическая программа “Спектр”. Она предусматривает запуск трех спутников, несущих телескопы, предназначенные для исследования космического излучения в разных диапазонах спектра излучения. Планировался их запуск на орбиту с интервалом в 2 года, в течение 1998-2002 гг. (теперь сроки перенесены).

Диаграмма изотопных отношений кислорода, на которой космические тела разного происхождения характеризуются линиями фракционирования (линии для Земли и Луны совпадают, они отличаются от положения других линий). Атомный изотопный состав кислорода выражен в тысячных долях (‰) отклонения от принятого стандартного изотопного состава (среднее значение изотопного состава океанической воды): CI — углистые хондриты типа Yruna, CR — углистые хондриты типа Renazzo, CM — углистые хондриты типа Migei, CC — хондры углистых хондритов, CAI — высокотемпературные кальциевые и алюминиевые включения в углистых хондритах, SNC — метеориты марсианского происхождения; Н, L и LL — классы обыкновенных хондритов

В сложившихся обстоятельствах было ясно, что дорогостоящие проекты планетных исследований, подобные “Марс-96”, в ближайшие годы явно нереалистичны.

Нужно было искать принципиально другие решения. Ставку следовало сделать на недорогие проекты, с хорошо сформулированной задачей, решение которой способно дать существенный научный результат.

Еще до печального конца “Марс-96” ГЕОХИ выступил с изложением двух принципиальных положений: 1) целесообразности в космических исследованиях, которые осуществляются в интересах земной геологии, отдать предпочтение проектам, предусматривающим доставку на Землю грунта других небесных тел; 2) необходимости возвратиться к активному исследованию Луны.

В 1993 г. на Научном Совете по проблемам геохимии была принята рекомендация — рассматривать в качестве приоритетного проект возвращения грунта с Фобоса, спутника Марса. В апреле 1995 г. на заседании Президиума РАН автором был представлен доклад с обоснованием необходимости возвращения к исследованию Луны и сформулирована конкретная задача: изучение внутреннего строения. Чем интересны эти проекты?

ПРОБЛЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗРАСТА ФОБОСА

Начнем с проекта “Фобос-грунт”. Исследование вещественного состава небесного тела возможно и без доставки вещества. Современные приборы, устанавливаемые на космических аппаратах, могут дать обширную информацию о химическом составе пород и газов, наличии органических соединений, структуре грунта, внутреннем строении тела, его орбитальных характеристиках. Эти данные были бесценными на первых этапах изучения Солнечной системы. Они и сейчас имеют исключительное значение для понимания общего устройства и принципиального состава Солнечной системы. Как и при каких условиях образовалось вещество космических тел, как связаны между собой во времени, пространстве и в происхождении разные объекты Солнечной системы, имеются ли признаки жизни или по крайней мере условия ее возникновения — эти вопросы требуют изучения таких параметров и свойств, которые сегодня пока телеметрически получить невозможно.

В космохимии существует такой параметр как положение данного вещества на кислородной трехизотопной диаграмме. Разным объектам Солнечной системы соответствуют разные линии фракционирования на этой диаграмме. Образцы любого вещества, принадлежащие данному космическому телу (планете, спутнику, астероиду) или телам, которые связаны родственным происхождением, ложатся на одну линию. Например, соотношения ¹⁷О/¹⁶О, ¹⁸O/¹⁶O всех земных образцов независимо от их природы связаны одной линией. На ту же линию попадают образцы с Луны, что доказывает, между прочим, родственность вещества Земли и Луны. Метеориты разных классов, образовавшиеся из разных родительских тел или участков протопланетного диска, характеризуются присущими именно этим метеоритам линиями. Существуют метеориты SNC (по первым буквам трех представителей этого класса: Shergottite, Nakllite и Chassignite), которые рассматриваются как фрагменты вещества Марса (Земля и Вселенная, 1997, № 1). Действительно, имеются веские основания так полагать. Они состоят из пород, которые испытали дифференциацию в пределах массивного планетного тела, имеют возраст значительно меньший, чем другие метеориты, содержат включения газов в соотношениях, установленных для Марса космическими аппаратами “Викинг”. При этом они характеризуются некоторой линией ¹⁷О/¹⁸О, ¹⁸O/¹⁶O, отличной от других небесных тел. Окончательное подтверждение принадлежности этих метеоритов Марсу будет получено, когда будет измерен изотопный состав кислорода хотя бы одного образца с Марса и соотнесен с линией SNC-метеоритов. Не менее важно было бы измерить тот же параметр для вещества Фобоса. Это дает сразу же возможность оценить, является ли вещество Фобоса родственным Марсу, а также соотнести его генетически с другими классами внеземного вещества.

Другой важнейший параметр — абсолютный возраст. Он определяется по времени накопления стабильных продуктов распада радиоактивных элементов: радиоактивного ²³⁸U в стабильный свинец ²⁰⁶РЬ, радиоактивного ²³²Th в ²⁰⁸Pb), радиоактивного ⁸⁷Rb в стабильный ⁸⁷Sr, радиоактивного ¹⁴⁷Sm в стабильный ¹⁴³Nd и т.д. Большинство метеоритов имеет возраст такой же, как и возраст Земли (около 4,5 млрд. лет). Определение возраста Фобоса отвечает на вопрос, является ли вещество Фобоса первичным или этот спутник представляет продукт дифференциации и распада более крупного тела.

Соотношение редкоземельных элементов (La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu и другие) используется в геохимии для изучения процессов плавления и дифференциации вещества.

Изучение состава и структуры органических соединений, их идентификация и изотопный анализ позволяют получить чрезвычайно тонкую информацию о природе органического вещества, что важно для понимания условий и механизма возникновения жизни.

Рисунок, поясняющий одну из гипотез о предполагаемом катастрофическом столкновении Земли с крупным небесным телом (размером с Марс!), что стало причиной образования Луны

Поэтому доставка вещества с Фобоса и анализ его в земных лабораториях существенно продвинули бы познание истории Солнечной системы.

НЕОБХОДИМОСТЬ ПРОДОЛЖЕНИЯ ИЗУЧЕНИЯ ЛУНЫ

Теперь о Луне. После периода интенсивного исследования Луны в 60-70-е гг. наступила длительная пауза (почти в 20 лет!). Понятно, что степень изученности Луны (благодаря доставленным на Землю образцам экспедициями “Аполлон” и серией автоматических станций “Луна”) не шла ни в какое сравнение с изученностью других небесных тел. Поэтому накопленного запаса сведений хватило надолго. Но к настоящему времени ситуация изменилась. Полностью переработан и осмыслен полученный ранее материал. Появились инструменты и технологии, позволяющие получать новые данные с недоступной ранее точностью и детальностью. Но главное — развитие науки и технологий поставило задачи, решение которых оказалось тесно связанным с исследованием Луны.

В частности, исследование Луны имеет ключевое значение для решения проблем фундаментальной геологии. Подобно тому, как в последние десятилетия исследования океанической коры, прежде всего бурение в океане, привели к коренному изменению представлений о земной тектонике и динамике геологических процессов, именно от исследования Луны следует ожидать нового крупного прорыва в науках о Земле.

Луна во многих отношениях является уникальной лабораторией. Благодаря отсутствию атмосферы, сейсмической стабильности и экранированной от земных радиошумов обратной стороне, Луна — идеальное место для размещения астрофизических станций и других подобных объектов.

Имеются серьезные проекты использования Луны в будущей энергетике. Считается, что земные источники энергии, включая природное топливо и ядерное горючее, не справятся с потребностями производства к середине будущего века. Предложено два возможных пути решения проблемы. Оба они связаны с

Сценарий образования Земли и Луны в результате коллапса протопланетного газопылевого тела, сформировавшегося путем аккумуляции пылевых сгущений вещества околосолнечного диска (рисунок)

освоением Луны. Во-первых, это — проект использования ³Не в термоядерном синтезе, с добычей и доставкой ³Не с Луны. Уже сегодня этот способ был бы экономически более выгодным, чем использование горючих ископаемых или урана, если бы была готова технология термоядерного синтеза и соответствующая инфраструктура. Во-вторых, получил развитие и обоснование проект создания солнечных электростанций на Луне с передачей на Землю энергии посредством микроволновых конвертеров.

Основная задача, которая была сформулирована нами и послужила главным мотивом в постановке вопроса о возвращении к исследованию Луны, была проблема внутреннего строения Луны. Оно остается неизвестным. В частности, неизвестен размер ядра Луны. Между тем это имеет принципиальное значение для понимания происхождения Луны.

В настоящее время наибольшее распространение получила гипотеза, которая рассматривает образование Луны как результат столкновения Земли с крупным космическим телом, размером с планету Марс. В результате этого столкновения на околоземную орбиту было выброшено вещество мантии Земли, которое затем аккумулировалось в спутник. Эта гипотеза была выдвинута в 1976 г. двумя группами американских исследователей В. Хартманом, Д. Девисом и А. Камероном, В. Уордом. Она приемлема с точки зрения динамики процесса и получила поддержку геохимиков, поскольку объясняла сходство в соотношении ряда химических элементов в Луне и мантии Земли. Она также объясняла основное химическое отличие Земли и Луны — меньшую плотность Луны. Меньшая плотность Луны связана с отсутствием у нее крупного железного ядра. На Земле железное ядро составляет 33% ее массы. На Луне ядро, если оно есть, не может превышать 5% массы. Гипотеза объясняет это тем, что Луна образовалась из мантии (каменной оболочки) Земли, когда железо в основном уже сконцентрировалось в ее центральной части (ядре).

С другой стороны, анализ аргументов в пользу гипотезы столкновения показывает, что могут быть иные объяснения. Возможная альтернатива была сформулирована мною и предложена вниманию Президиума Российской академии наук в 1995 г. Она состоит в том, что Луна образовалась не из вещества Земли, а также как и Земля, из вещества космического состава (материально ближе всего к этому составу вещество углистых хондритов CI). Иначе говоря, формирование Земли и Луны проистекало не последовательно, а параллельно. Предполагается, что в начальной стадии формирование планетного тела происходило не путем аккреции твердых планетезималей, а путем аккумуляции пылевидных сгущений. Затем произошла концентрация (коллапс) вещества протопланеты, сопровождавшаяся формированием двух высокотемпературных тел: центрального тела (Земли) и боковой эксплозии, давшей начало Луне. В образовавшейся двойной системе Земля аккрецировала основную массу протопланеты и получила состав, близкий к среднему космическому, в то время как состав Луны остался близким к составу высокотемпературного зародыша. Этим объясняется и дефицит железа на Луне, и наблюдаемые геохимические соотношения.

Понятно, что в зависимости от того, какой из вышеупомянутых механизмов имел место, совершенно меняется представление о ранней истории Земли.

Замечательно то, что имеются измеряемые параметры, опираясь на которые можно произвести выбор в пользу одного из возможных путей формирования Луны и системы Земля-Луна. Таким параметром является содержание тугоплавких элементов в Луне (Al, Ca, Ti, U, Th, Sr, редких земель и других). В случае гипотезы столкновения Земля и Луна должны иметь одинаковое содержание тугоплавких элементов. По гипотезе коллапса Луна должна быть обогащена тугоплавкими элементами.

Вопрос о том, обогащена ли Луна тугоплавкими элементами, нельзя решить, анализируя образцы лунных пород. Породы лунной коры существенно обогащены AI, Са, Ti. Зато верхняя мантия, из которой эти породы выплавлены, характеризуется низким содержанием тугоплавких элементов. Поэтому решающее значение приобретает оценка содержания тугоплавких элементов в нижней мантии. Породы нижней мантии недоступны для непосредственных исследований. Однако существует связь между содержанием AI₂O₃ (AI — один из главных тугоплавких элементов) и упругими свойствами пород. При высоких содержаниях Аl₂О₃ в нижней мантии Луны ее минеральный состав (высокое содержание граната (22-28%) и магнезиальный характер оливина и пироксена) отвечает определенному диапазону возможных скоростей сейсмических волн. Следовательно, получив профиль скоростей сейсмических волн для внутренней части Луны можно было бы ответить на вопрос, обогащена ли Луна тугоплавкими элементами по сравнению с Землей или нет.

Более того, повышенное содержание Аl₂О₃ в нижней мантии может быть согласовано с известной средней плотностью и моментом инерции Луны, только при наличии заметного ядра — около 5% массы Луны (радиус около 500 км). Напротив, если содержание тугоплавких элементов на Земле и Луне одинаково, то Луна должна иметь небольшое ядро или оно может вовсе отсутствовать. Следует отметить, что существующая интерпретация сейсмических данных для Луны (модель Накамуры) указывает скорее на повышенное содержание AI₂O₃ (7-10%) в составе нижней мантии.

Диаграмма оценки параметров, характеризующих внутреннее строение Луны (профили плотности рассчитаны для момента инерции С/МR2 = 0,3905): а — распределение тугоплавких элементов (в частности, алюминия) в оболочках Луны; б — профиль скоростей поперечных волн, полученный по данным измерений в экспедициях “Аполлон” и скорости распределения упругих волн, отвечающие разным минеральным составам (данные глубже 1000 км отсутствуют),; в — вариации плотности в оболочках Луны в случае большого содержания тугоплавких элементов, при этом вероятно наличие тяжелого (железного) ядра радиусом до 500 км (около 5% массы Луны)

Другой геохимический критерий условий формирования Луны связан с характером распределения сидерофильных элементов на Луне и Земле. Сидерофильные элементы (Ni, Cd, W, P, Pt, Re, Те и другие) имеют сродство к железу и при выделении планетного ядра уходят в ядро, обедняя вещество мантии. Степень обедненности сидерофильными элементами земной мантии и Луны близки. Это как будто бы служит аргументом в пользу образования Луны за счет вещества земной мантии. Но тогда — ядро в самой Луне должно либо отсутствовать, либо, как показывает расчет, не превосходить 0,4% ее массы. В противном случае Луна была бы дополнительно существенно обеднена сидерофильными элементами. С другой стороны, расчет показывает, что наблюдаемое распределение сидерофильных элементов может возникнуть и в том случае, если Луна образовалась непосредственно из вещества космического состава. Но тогда ее ядро должно иметь массу около 5% массы Луны.

Таким образом, размер ядра имеет критическое значение для решения проблемы происхождения Луны. Расчет показывает, что гипотеза столкновения, т.е. формирования Луны из вещества земной мантии, может быть справедливой только в случае, если Луна имеет очень небольшое ядро (0,4% массы Луны) или не имеет ядра вовсе. Напротив, гипотеза формирования Луны из вещества первичного космического состава требует наличия ядра с массой 4,5-5,5%.

В сейсмических экспериментах на Луне по программе “Аполлон” удалось получить достоверный профиль скоростей до глубин около 1000 км. Однако упругие свойства внутренней части Луны остаются неизвестными.

Отсюда, поставленная нами главная задача лунного проекта — осуществление сейсмического эксперимента, который позволил бы с использованием современных методов получить информацию о внутреннем строении Луны, в том числе о наличии и размерах ядра.

В связи с обнаружением американским лунным спутником “Лунар Проспектор” повышенной концентрации водорода, обусловленной очевидно присутствием льда в затененных участках полюсов Луны, возникла вторая задача — исследование грунта в районе полюса. Ось вращения Луны почти вертикальна к плоскости эклиптики (наклонение 1,5°). Поэтому понижения рельефа, например, дно кратеров, в районах, близких к полюсу, никогда не освещаются лучами Солнца. Температура здесь не поднимается выше -230°С. Все летучие соединения вымораживаются и удерживаются. Отсюда возникает возможность аккумуляции воды, соединений углерода и других летучих поступавших на поверхность Луны при выпадении комет, метеоритов или в результате ее дегазации. Изучение грунта на этом участке представляет первостепенный интерес.

ПРОЕКТ “ЛУНА-ГЛОБ”

В 1997 г. Российским космическим агентством были выделены средства на научно-исследовательские работы по проекту, получившему условное название “Луна-Глоб”. В разработке этого проекта приняли участие помимо ГЕОХИ ряд научных организаций: НПО им. Лавочкина, Институт прикладной математики РАН, МАИ, ЦНИИМАШ, ОИФЗ РАН, ВНИИТФА, ГАИШ и другие.

Сейсмические исследования, направленные на решение главной задачи — определение внутреннего строения Луны — планируется осуществить путем параллельного проведения сейсмических экспериментов двух типов.

Возможные места доставки научных приборов на поверхность Луны в проекте “Луна-Глоб”: HSP (18° ю.ш. и 52° в.д.) сейсмическая группа высокоскоростных пенетраторов, PL-1 (0,7°с.ш. и 3,5°вд.)и PL-2 (3°с.ш. и 23,4° з.д.) — широкополосные сейсмометры, PS (88° ю.ш. и 38° в.д.) — полярная станция

Один из них предполагает создание на поверхности Луны некоего подобия сейсмической антенны при помощи группы из 10 сейсмоприемников. Особенность этого сейсмического эксперимента состоит в том, что пенетраторы сбрасываются с подлетной траектории и внедряются в грунт с высокой скоростью, перегрузки могут достигать 10000 g. Корпусу пенетратора придается специальная форма, способствующая уменьшению перегрузки, действующей на научную аппаратуру.

Второй тип сейсмического эксперимента предполагает применение широкополосного сейсмоприемника, имеющего высокую чувствительность в области длиннопериодных колебаний. Известно, что внутренние части Луны на глубинах свыше 1000 км характеризуются высоким затуханием. Увеличение затухания особенно быстро происходит на более высоких частотах. Поэтому для получения информации из центральных частей Луны существенным является применение сейсмометра с высокой чувствительностью в области низких частот.

С целью исследования состава грунта в полярном кратере, где, в частности, возможно присутствие вымороженной воды, предполагается мягко посадить на полюсе Луны станцию, содержащую: масс-спектрометр, телевизионную камеру, γ-спектрометр, нейтронный спектрометр и другие приборы.

Реализация проекта “Луна-Глоб” может привести к одному из наиболее значительных достижений в науках о Земле и планетах. В то же время проект представляет лишь первый шаг в новом этапе исследования и освоения Луны. Лунные проекты помимо их большого научного значения имеют ряд других преимуществ:

Схема размещения космического аппарата проекта “Луна-Глоб” под головным обтекателем ракеты-носителя “Молния”: 1 — головной обтекатель ракеты, 2 — посадочный отсек малой станции, 3 — посадочный аппарат, 4 — перелетный модуль, 5 — кассета с малыми пенетраторами, 6 -переходник крепления к разгонному блоку, 7 — разгонный блок “Фрегат”

а) они экономичны, могут быть осуществлены с использованием ракет-носителей среднего класса, типа “Молния”, “Союз”;

б) могут быть подготовлены в сжатые сроки, так как базируются на имеющемся в стране опыте исследования Луны автоматическими космическими аппаратами;

в) не связаны с жесткими датами запуска, их проведение и тщательная подготовка не ставятся под угрозу в условиях неблагоприятного или несистематического финансирования;

г) могут быть использованы для тщательной отработки более дорогостоящих экспедиций к удаленным телам Солнечной системы.

В октябре 1998 г. в Москве проходила 3-я Международная конференция по исследованию и освоению Луны. На этой конференции был представлен Российский проект исследования Луны. Он получил поддержку иностранных коллег и представителей международных космических агентств. В декларации, принятой участниками Конференции, специально отмечалось: “Участники высоко оценивают Российский проект исследования Луны, обсуждавшийся на конференции. Этот проект ставит целью получить информацию о внутреннем строении Луны, что имеет исключительную важность. Участники Конференции поддерживают российских ученых, инженеров и призывают Российское космическое агентство осуществить этот замечательный проект”.

Следует отметить, что сам факт проведения в России очередной Международной конференции по исследованию Луны (1-я — состоялась в Швейцарии в 1994 г., а 2-я — в Японии в 1996 г.) был несомненно данью уважения к вкладу России в изучении Луны в прошлом и признанием за ней активной роли в настоящем. В 1996 г. автор был избран председателем ILEWG (Международной рабочей группы по исследованию Луны) — органа, призванного вырабатывать международную стратегию и координировать усилия национальных космических агентств в исследовании Луны.

К сожалению, финансовая и экономическая дезорганизация в стране, сказывающаяся на всех сторонах жизни, привела к тому, что в 1998 г. средства на продолжение начавшихся работ по проекту “Луна-Глоб” не были выделены. Руководство Совета по космосу рекомендовало всю программу планетных исследований свести к какому-либо одному проекту. На заседании планетной секции было принято решение в создавшихся обстоятельствах остановиться на проекте “Фобос-грунт”, в котором с чисто технической точки зрения могло бы принять участие большинство организаций, занятых планетными исследованиями.

Доставка грунта с Фобоса (запуск планируется в 2005 г.) была бы выдающимся достижением. Если американцам удастся доставить приблизительно в то же время грунт с Марса, то сравнительный анализ вещества Марса и Фобоса даст исключительно ценный научный результат, а наш вклад в программу исследования системы Марс-Фобос окажется равновеликим с американским при неизмеримо меньших затратах.

Однако отказ от активного включения в новый этап исследования и освоения Луны представляется нам недальновидным и не отвечающим национальным интересам России. Это тем более обидно, что имеющийся уникальный опыт исследования Луны автоматическими станциями создает более благоприятные условия для начала работ в России, чем в других странах.