4. геохимия Луны.
реклама
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Геолого-географический факультет Кафедра динамической геологии ГЛАВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИИ ЛУНЫ Курсовая работа Автор работы студент *** гр. ______________ *********** «_____» ____________ 2004г. ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ: Научный руководитель, профессор _______________ *********** «_____» ______________ 2004г. Томск 2004 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................................3 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛУНЫ ...................................................................................4 2. ОСОБЕННОСТИ ЛУННОЙ ПОВЕРХНОСТИ. .....................................................................7 2.1. Описание лунной поверхности .........................................................................................7 2.2. Рельеф и поверхностные образования на Луне. ..............................................................8 2.3. Реология кратеров ............................................................................................................10 2.4. Физические поля Луны ....................................................................................................11 2.5. Скоротечные Лунные явления ........................................................................................11 2.6. Глубина слоя Лунной пыли .............................................................................................11 3. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ЛУНЫ ............................................................................................13 3.1. Система кора – верхняя мантия Луны ............................................................................15 3.2. Верхняя мантия Луны ......................................................................................................16 3.3. Морские базальты и нижняя мантия ..............................................................................17 3.4. Некоторые факторы, ограничивающие распределение плотности Луны ...................17 4. ГЕОХИМИЯ ЛУНЫ. ...............................................................................................................19 4.1. Общий состав Луны .........................................................................................................19 4.2. Летучие элементы .............................................................................................................20 4.3. Геохимия Луны .................................................................................................................20 4.4. Тектоническая активность ...............................................................................................21 5. ГИПОТЕЗЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЛУНЫ. ..................................................................................24 5.1. Различные теории происхождения луны. ......................................................................24 5.2. Состояние вопроса до исследования космическими аппаратами «Апполон». ..........24 5.3. Теория раскола (Гипотезы отделения и осаждения) .....................................................25 5.4. Гипотеза захвата ...............................................................................................................27 5.5. Теория конденсации (Гипотеза двойной планеты и коагуляции) ...............................28 5.6. Новая теория .....................................................................................................................29 5.7. Обобщение ........................................................................................................................29 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ .....................................................................................................30 ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................................31 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................32 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. .......................................................................................................................33 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. .......................................................................................................................34 ПРИЛОЖЕНИЕ 3. .......................................................................................................................35 ПРИЛОЖЕНИЕ 4. .......................................................................................................................36 ПРИЛОЖЕНИЕ 5. .......................................................................................................................37 3 ВВЕДЕНИЕ Луна, единственный спутник Земли, очень важный объект сравнительно планетологических исследований, особенно благодаря своей уже довольно высокой степени изученности. Луна в сравнении с другими спутниками планет земной группы имеет весьма большие размеры и по массе всего лишь в 81 раз меньше Земли. Большинство других спутников составляют тысячные доли объема материнских планет. В связи с этим иногда Землю и Луну называют двойной планетой. Между тем, эти два планетных тела существенно отличаются по своему развитию. Луна уже более 1 млрд. лет является мертвой планетой – на ней не протекают эндогенные процессы; здесь отсутствует атмосфера, гидросфера и биосфера. Луна обладает медленным осевым вращением (27,3 земных суток), температура ее поверхности колеблется от +130 °С на освещенной Солнцем поверхности до – 170 °С на противоположной. В настоящее время она имеет лишь очень слабое магнитное поле, хотя есть признаки, что оно было значительно сильнее в прошлом. Особенности поверхностных образований планет, как и рельеф, во многом зависят от атмосферы и гидросферы. Наличие их у Земли, а также существование на ней и биосферы ставят ее в особое положение среди планет и обусловливают широкое развитие на поверхности (более 2/3 площади) осадочных пород. Луна лишена этих образований, зато огромные пространства здесь заняты магматическими породами и реголитом. В рельефе Луны выделяются возвышенные и пониженные участки, которые по аналогии с Землей называются континентами и морями. Первые занимают 84% поверхности Луны и сложены полнокристаллическими основными (с содержанием SiO2 от 52 до 45%) породами, резко обедненными по сравнению с земными летучими химическими элементами и соединениями (нет даже следов воды и углекислоты). Лунные материки испещрены ударными кратерами – следами падения крупных метеоритов, породы на их поверхности раздроблены (эти рыхлые продукты дробления называются реголитом) и содержат примесь метеоритного вещества – железа и родственных ему элементов. Предполагается, что наиболее интенсивная метеоритная бомбардировка имела место на Луне и других планетах Солнечной системы в период до 3,8 млрд. лет. Лунные моря представляют равнины, сложенные покровами базальтов, сходных с земными, но также обедненных летучими компонентами. Возраст «морских» базальтов от 4,2 до 3,1 млрд. лет. К 2 млрд. лет до н. э. глубинная активность Луны практически затухла. 4 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛУНЫ Луна - единственный естественный спутник Земли. Из всех небесных тел Луна не только ближе других к Земле, но она и изучена лучше всех остальных космических объектов. На Луне побывали люди, там работали разные приборы, в том числе и сейсмографы. Сведения о Луне настолько обильны, что ей посвящено много книг. Луна была известна с доисторических времен. Это второй самый яркий объект в небе после Солнца. Поскольку Луна обращается по орбите вокруг Земли раз в месяц, угол между Землей, Луной и Солнцем изменяется; мы наблюдаем это явление как цикл Лунных фаз. Благодаря ее размеру и составу Луну иногда относят к планетам земной группы наряду с Меркурием, Венерой, Землей и Марсом. Луна очень похожа на Меркурий, хотя и уступает ему в размерах и массе. Радиус Луны составляет 1738 км (¼ земного радиуса), масса в 81 раз меньше массы земного шара, ускорение силы тяжести примерно в 6 раз меньше земного. Тем не менее, по отношению к Земле Луна – очень крупный спутник и потому систему Земля - Луна нередко называют двойной планетой. Впервые Луну посетил Советский космический корабль «Луна – 2» в 1959 году. Это единственное неземное тело, на котором побывал человек. Первая посадка произошла 20 июля 1969 года; последняя - в декабре 1972 года. Гравитационные силы между Землей и Луной вызывают некоторые интересные эффекты. Наиболее очевидный из них - морские приливы и отливы. Гравитационное притяжение Луны более сильное на той стороне Земли, которая повернута к Луне, и более слабое на противоположной стороне. Поэтому поверхность Земли, и особенно океаны, вытягиваются по направлению к Луне. Хотя Луна и вращается вокруг своей оси, она всегда обращена к Земле одной и той же стороной. Дело в том, что Луна совершает один оборот вокруг своей оси за то же самое время (27.3 суток), что и один оборот вокруг Земли. А поскольку направление обоих вращений совпадает, противоположную ее сторону с Земли увидеть невозможно. Впервые астрономам удалось заглянуть на обратную сторону Луны в 1959 г., когда советская станция "Луна-3" пролетела над ней и сфотографировала невидимую с Земли часть ее поверхности (ПРИЛОЖЕНИЕ 1). Из-за небольшой силы тяжести Луна лишена воды и атмосферы, следовательно, не может быть на ней и ветра. Там постоянно безоблачное черное небо. Всё это обусловливает резкие температурные контрасты на ее поверхности. Температура на лунном экваторе изменяется в течение суток на 300 °С: в полдень равна +130°С, а через 14 – 14,75 наших суток, т. е. в полночь, достигает – 170 °С. В полярных областях температура всегда остается низкой. Почти столь же резки перепады температур на солнце и в тени. Ее поверхности беспрепятственно достигают разрушающие солнечные и космические лучи. Следовательно, современное выветривание на Луне сильно отличается от земного. Лунная поверхность в очень малой степени подвержена изменениям. Так как на Луне нет ни воды, ни воздуха, ее поверхность не размывается и не выветривается. Эпоха активного выпадения метеоритов осталась далеко в прошлом: два миллиарда лет назад. Есть два типа лунной поверхности: морской и материковый. Морями называются темные участки видимого диска, материками – светлые (ПРИЛОЖЕНИЕ 2). Во времена, когда наш спутник стал остывать после эпохи частично расплавленного состояния, внешние слои Луны образовали тонкую кору, которую могли пробивать крупные метеориты. Появлявшиеся при таких соударениях углубления (иногда в сотни и тысячи километров) заполняла лава, выходившая на поверхность сквозь разрушенные участки коры. Застывая, лава создавала относительно гладкий морской тип поверхности. Здесь меньше кратеров, отражательная способность (альбедо) морских 5 участков не велика (лунные моря составляют приблизительно 16% всей поверхности Луны). Большая часть поверхности покрыта реголитом - смесью тонкой пыли и скалистых обломков, полученных из столкновений с метеорами. По непонятной причине лунные моря сконцентрированы на обращенной к Земле стороне. Материковые участки более светлы, и они настолько изобилуют кратерами, что последние, порой, наслаиваются друг на друга. Ранее существовала гипотеза о вулканическом происхождении кратеров. Но сегодня верх одерживает метеоритная теория. Крупные метеориты, врезаясь в лунную поверхность, выбрасывали вверх огромное количество вещества, части которого могли вовсе преодолеть лунное притяжение. Выброшенные породы разлетались, порой, на десятки и сотни километров, образовывая так называемые лучи. В центре кратера обычно возникала горка, а сам кратер создавался отброшенным веществом, которое образовывало вал-окружность. Наиболее крупные из лунных кратеров имеют сотни километров в диаметре, самые высокие вершины возносятся вверх до 8 км. На Луне также найдены горы, расщелины. Эти виды рельефа возникли, по-видимому, при застывании Луны, когда лунная кора была подвижной. Вызывать эти движения могли как внутренние процессы, так и метеоритная бомбардировка. Известны многочисленные трещины и крупные сбросы. На Луне сохранилось немало следов прошлой бурной вулканической деятельности. Иногда газы извергаются из лунных недр и сегодня. Одни из лунных кратеров имеют метеоритное происхождение, другие вулканическое. Но в целом Луна — мертвый мир, где любые изменения — большая редкость. Луна имеет асимметричное концентрически-сферическое внутреннее строение и состоит из ядра, мантии и коры. Толщина коры Луны в среднем составляет 68 км, изменяясь от 0 км под лунным морем Crisium до 107 км в северной части кратера Королева на обратной стороне. Под корой до глубины 1000 км расположена мантия и силикатное, почти твердое ядро. Оно нагрето до температуры чуть выше 1000 °С, а потому из недр Луны наружу просачивается тепло, так что на глубине 40 км температура лунной коры достигает 300 °С. В отличие от мантии Земли мантия Луны только частично расплавленная. Любопытно, что центр масс Луны располагается примерно в 2 км от геометрического центра в направлении к Земле. На той стороне, которая повернута к Земле, кора более тонкая. Анализ поверхностных пород Луны показал, что они похожи на земные породы типа базальтов. Правда, в них наблюдается избыток некоторых тяжелых металлов, например хрома и титана. Любопытны лунные масконы — области лунной коры с повышенной плотностью. Они характерны местными гравитационными аномалиями. Большинство кратеров на обращенной к нам стороне названо по имени знаменитых людей в истории науки, таких как Коперник и Птолемей. Особенности ландшафта на обратной стороне имеют более современные названия типа Аполлон, Гагарин и Королев в основном это русские названия, так как первые снимки были сделаны Советским кораблем «Луна-3». В дополнение к этим особенностям на обратной стороне Луны расположен огромный бассейн кратеров величиной 2250 км в диаметре и 12 км глубиной это самый большой бассейн, появившийся в результате столкновения, в Солнечной системе, и Orientale в западной части видимой стороны (его можно видеть с Земли), который является отличным примером многокольцевого кратера. У Луны почти отсутствует магнитное поле (очень слабое) и, следовательно, магнитосфера. Однако по размерам Луна вполне могла бы считаться полноценной планетой, если бы она обращалась вокруг Солнца. Изучению внутреннего строения Луны сильно помогают редкие «лунотрясения», очаги которых располагаются на глубине от 100 до 1100 км. Все это доказывает, что тектоническая деятельность на Луне очень слаба, однако полностью не прекратилась. Есть факты, говорящие о том, что в прошлом Луна обладала магнитным полем и была вулканически и тектонически гораздо более активной. Однако жизни на Луне никогда не было. 6 Не имеющая ни атмосферы, ни магнитного поля, поверхность Луны подвержена непосредственному воздействию солнечного ветра. В течение 4 миллиардов лет водородные ионы из солнечного ветра внедрялись в реголит Луны. Таким образом, образцы реголита, доставленные Аполлоном, оказались очень ценными для исследования солнечного ветра. Этот лунный водород также может быть использован когда-нибудь как ракетное топливо. 7 2. ОСОБЕННОСТИ ЛУННОЙ ПОВЕРХНОСТИ. 2.1. Описание лунной поверхности На Луне принято выделять области двух типов: светлые - материковые, занимающие 84% площади лунного шара, и темные - морские, составляющие 16%. Материки отличаются более высокой отражательной способностью, наличием значительных неровностей и множеством кратеров разных размеров и степени сохранности вала. Моря - относительно ровные области с меньшим количеством кратеров; они лежат ниже уровня материковой поверхности. Таким образом, моря темнее материков как из-за различия в составе пород, так и по причине иной структуры поверхности (моря глаже и поэтому слабее рассеивают свет). Например, Море Дождей расположено на 3 км ниже, а Море Влажности на 2 км ниже окружающей местности. Морские области распределены по поверхности весьма неравномерно: на видимом с Земли полушарии они занимают 31% площади, а на обратном - около 3%. В северном полушарии моря занимают вдвое большую площадь, чем в южном. Внутри морей можно также видеть более темные и более светлые участки. Например, окраинные части Моря Ясности выглядят темнее его центральной области. При низком положении Солнца в морях можно видеть невысокие протяженные формы рельефа шириной в несколько километров - складчатые жилы. Моря сложены базальтовыми лавами, и складчатые жилы обычно отмечают области наложения более поздних потоков на уже существовавшие лавовые излияния. Очевидно, что вблизи складчатых жил, толщина лавовых потоков может быть минимальной. Названия морям дал итальянский астроном Джованни Риччоли (1598-1671), по зарисовкам которого Ф. Гримальди выгравировал карту в 1647 г. Посмотрев на карту, можно заметить, что названия морей распределены не случайно. В восточной части видимого полушария расположены Море Ясности, Море Спокойствия, Море Изобилия, Море Нектара, тогда как в западной - Океан Бурь, Море Дождей, Море Облаков, Море Влажности (ПРИЛОЖЕНИЕ 3). В середине XVII в. считали, что погода на Земле меняется в зависимости от фаз Луны. Как видно из названий морей, Луна в первой четверти, когда видна восточная часть диска, служит предвестником ясной погоды, а в последней четверти - ненастной. Долины - отчетливо выраженные обособленные впадины шириной в несколько километров и протяженностью в десятки и сотни километров - встречаются на склонах обширных горных областей (например, Альпийская долина), а также в материковых районах (например, долина Рейта). Более узкие, длинные, но не обрывистые ложбины, сохраняющие на всем протяжении одинаковую ширину называют бороздами (например, борозды Сирсалиса). Они часто тянутся на сотни километров вне зависимости от рельефа поверхности. Обрывистые разломы называют трещинами. В морях иногда встречаются уступы - типичные сбросы; например, в Море Облаков известен уступ Прямая Стена. Преобладающей формой рельефа Луны являются кратеры. Если вал кратера четкий, хорошо сохранившийся, то это признак относительной молодости, а кратеры с разрушенными валами - более старые. Крупные кратеры часто имеют на дне центральную горку и террасы на внутренних склонах, например, кратеры Коперник и Аристарх. У старых кратеров горки и террасы встречаются реже. Особую группу составляют кратеры с лучевыми системами, представляющими собой длинные светлые полосы, радиально исходящие от вала кратера. Лучи можно видеть не всегда, а лишь при определенных условиях освещения поверхности. Наиболее четко эти образования проявляются в полнолуние. При других фазах они менее заметны, а в областях, близких к терминатору, не наблюдаются вовсе. Лучи встречаются как у крупных кратеров, например, Тихо 8 диаметром 87 км, так и у небольших, но обязательно молодых. Кратеров с лучевыми системами на Луне несколько десятков. На обратной стороне Луны особое внимание привлекают очень крупные кольцевые структуры, диаметром более 300 км, названные бассейнами. Самые большие из них, такие как Море Восточное, Герцшпрунг, Аполлон, Королев, Море Москвы и другие имеют помимо внешнего вала еще и внутренний, диаметр которого, как правило, вдвое меньше внешнего. Иногда внутренние кольца сильно разрушены. Любопытно, что некоторые крупные бассейны обратной стороны Луны являются антиподами морей видимой стороны. Например, Королев - антипод Моря Изобилия, а Герцшпрунг - Моря Спокойствия (ПРИЛОЖЕНИЕ 4). К северо-востоку от Моря Восточного радиально отходят гигантские цепочки кратеров, простирающиеся на расстояния до тысячи километров. Диаметр кратеров, входящих в эти цепочки, составляет в среднем 10-20 км. Три самые протяженные цепочки получили названия ГДЛ (Газодинамическая лаборатория), ГИРД (Группа изучения реактивного движения) и РНИИ (Реактивный научно-исследовательский институт). Эти три научные организации внесли основной вклад в развитие ракетостроения в нашей стране. Кратеры, отдельные горные вершины (пики, мысы), а также гряды называют (посмертно) именами астрономов и выдающихся ученых других специальностей. Исключением стали 12 кратеров, названных в честь живущих космонавтов и астронавтов. Все предложенные наименования утверждает Международный астрономический союз. Общее правило планетной номенклатуры - не использовать имена политических и религиозных деятелей, полководцев и философов XIX и XX вв. Карты Луны используют для решения важных научных и практических задач: восстанавливают историю лунной поверхности, планируют экспедиции на Луну. 2.2. Рельеф и поверхностные образования на Луне. В образовании форм лунного рельефа принимали участие как внутренние силы, так и внешние воздействия. Расчеты термической истории Луны показывают, что вскоре после ее образования недра были разогреты радиоактивным теплом и в значительной мере расплавлены, что привело к интенсивному вулканизму на поверхности. В результате образовались гигантские лавовые поля и некоторое количество вулканических кратеров, а также многочисленные трещины, уступы и другое. Вместе с этим на поверхность Луны на ранних этапах выпадало огромное количество метеоритов и астероидов - остатков протопланетного облака, при взрывах которых возникали кратеры - от микроскопических лунок до кольцевых структур поперечником во много десятков, а возможно и до нескольких сотен километров. Из-за отсутствия атмосферы и гидросферы значительная часть этих кратеров сохранилась до наших дней (ПРИЛОЖЕНИЕ 5). Сейчас метеориты выпадают на Луну гораздо реже; вулканизм также в основном прекратился, поскольку Луна израсходовала много тепловой энергии, а радиоактивные элементы были вынесены во внешние слои Луны. Об остаточном вулканизме свидетельствуют истечения углеродосодержащих газов в лунных кратерах, спектрограммы которых были впервые получены советским астрономом Н. А. Козыревым. Значение экзогенных факторов во многом определяется наличием атмосферы, гидросферы и биосферы. В связи с этим роль экзогенных факторов на Луне минимальна, все особенности поверхности определяются эндогенными факторами и воздействием метеоритов. Применяемый при изучении рельефа планет геоморфологический анализ включает морфологический и морфометрический методы, с помощью которых определяют тип рельефа, размеры форм, особенности их пространственного положения, относительный возраст и важнейшие этапы развития рельефа. В связи с тем, что роль экзогенных 9 процессов в развитии рельефа планет крайне незначительна, его особенности отражают преимущественно эндогенное развитие планетных тел. Это обстоятельство чрезвычайно важно и позволяет широко использовать топографические карты. При этом если для Земли точкой отсчета для построения этих карт является уровень Мирового океана, то для Луны, Меркурия и Венеры высоты отсчитываются от условных уровней, образуемых средними радиусами этих планет. Особенности поверхностных образований планет, как и рельеф, во многом зависят от атмосферы и гидросферы. Наличие их у Земли, а также существование на ней и биосферы ставят ее в особое положение среди планет и обусловливают широкое развитие на поверхности (более 2/3 площади) осадочных пород. Луна лишена этих образований, зато огромные пространства здесь заняты магматическими породами и реголитом. Реголит — это результат мощной метеоритной бомбардировки, достигшей апогея (по крайней мере, для Земли) в период с 4,2—3,9 млрд. лет назад. Сильные удары о поверхность планет сопровождались выделением тепла и частичным плавлением пород. Ультрафиолетовое облучение и солнечный ветер (поток электронов и протонов) обусловили разрушение структуры минералов. Свою роль сыграли и физическое и химическое выветривание. В результате грунт планет превращен в обломки пород от пылеватых частиц до глыб в несколько метров в поперечнике. Частицы нередко образуют спекшиеся агрегаты, среди которых встречаются стеклянные сферические частицы. Реголит Луны доставлен на Землю советскими космическими аппаратами «Луна» и американскими астронавтами (примерно 400 кг). Состоит он из обломков и пылеватопесчаного порошка от серого до черного цвета. До глубины 20—25 см реголит представляет собой рыхлую массу, а глубже — уплотненный материал. В отдельных участках устанавливаются элементы слоистости, обусловленные, скорее всего, оползанием материала. В колонке скважины, пробуренной «Аполлоном-15», установлено 42 слоя мощностью от долей сантиметра до 13 см. По составу лунные породы делятся на базальты, слагающие моря (темные участки), и анортозиты, габбро-нориты и габброанортозиты, которыми сложены континентальные области (светлые поля). Те и другие являются результатом плавления глубинного вещества. Мощность базальтов изменяется от 0,4 до 2 км. Возраст их имеет широкий диапазон: самые древние разности — 3,75 млрд. лет, самые молодые — 2,7 млрд. лет. По материковым породам получены цифры от 4,6 до 3,9 млрд. лет. 10 Рис. 1.1. Телевизионное изображение лунной поверхности, полученное «Рейнджером-9» с расстояния примерно 400 км (НАСА, лаборатория реактивного движения; по Э. Кингу). Видны борозды, кратеры с темным гало, а также центральный хребет и центральная горка на дне кратера Альфонс. Обращает на себя внимание ровная поверхность Моря Облаков в левой части снимка. 2.3. Реология кратеров Эволюционисты полагают, что большинство лунных кратеров сформировалось в ранний период существования солнечной системы - 3-4 миллиарда лет назад, когда поверхность Луны подвергалась действию обломков и частиц пыли, из которых образовались планеты. Креационисты тоже считают, что большая часть кратеров появилась на Луне вскоре после ее создания - но произошло это не более чем несколько тысяч лет назад. Геофизик Гленн Мортон (Glenn Morton) и астроном д-р Хэролд Слашер (Harold Slusher) в сотрудничестве с Ричардом Мэндоком (Richard Mandock, 1983) исследовали коэффициент текучести (обратно пропорциональный вязкости) базальтовых скальных пород, в которых образовывались кратеры. За чрезвычайно большие промежутки времени твердые тела - например, скальные породы - текут подобно вязким жидкостям. Чем выше вязкость материала, тем медленнее он течет. Значение вязкости лунных пород в сотни миллионов раз ниже, чем необходимо для того, чтобы за три-четыре миллиарда лет где-либо могли образоваться кратеры. Даже будь поверхность Луны гранитной, значение вязкости все равно было бы примерно в 10 миллионов раз ниже, чем нужно для соответствия эволюционной шкале времени! Дэйнз (Danes, 1966, p.A127) пишет: "Если бы вязкость лунных скал была около 1021 - 1022 пуаз, возраст больших кратеров достигал бы всего от 104 до 107 лет". Предположение, будто лунные породы могли иметь вязкость более 1023, звучит нелепо; таким образом, становится совершенно очевидно, что Луне никак не может быть 4,6 миллиарда "эволюционных" лет. 11 2.4. Физические поля Луны Наиболее тщательно исследовалось гравитационное поле Луны, что объясняется не только потребностями космонавтики, но и дает важную информацию об особенностях строения Луны. Эти исследования выявили нецентральность гравитационного поля, обусловленную неоднородностью плотности недр. Ускорение силы тяжести на поверхности Луны составило 1,623 м/с, то есть в 6 раз меньше, чем на Земле. Магнитное поле Луны по имеющимся оценкам является весьма слабым и составляет примерно 0,1% магнитного поля Земли, что соответствует напряженности магнитного поля, не превышающей 0,5 гамм. Электрическое поле у поверхности Луны не измерялось, но существуют теоретические указания на то, что из-за значительного приливного воздействия со стороны Земли внутри Луны должно произойти перераспределение электрических зарядов, приводящее к образованию над ее поверхностью электрического поля с напряженностью в некоторых точках порядка киловольта на метр. Луна светит отраженным солнечным светом; визуальное сферическое альбедо равно 0,075, то есть Луна отражает всего 7,5% падающих на нее солнечных световых лучей. Отражение падающего от внешнего источника света довольно заметно преобладает в направлении к этому источнику; по этой причине Луна ярче всего в полнолуние. Собственное тепловое излучение Луны незначительно (соответствует температуре не выше 100 К). 2.5. Скоротечные Лунные явления Эволюционисты традиционно полагали, что Луна - холодное, "мертвое" тело, которое выглядит сегодня точно так же, как, скажем, три миллиарда лет назад! Однако ширится ряд доказательств, опровергающих эту точку зрения - список скоротечных лунных явлений (TLP - transient lunar phenomena), таких, как лунотрясения, потоки лавы, выделения газов и т.д. постоянно растет, что свидетельствует о геологической активности современной Луны. Можно предположить, что Луна еще не достигла теплового равновесия и продолжает реагировать на приливные напряжения. К сожалению, до последнего времени единственным документальным доказательством этой гипотезы являлась спектрограмма TLP в лунном кратере Альфонс, сделанная в 1958 году российским астрономом Н.А. Козыревым. 23 мая 1985 года появилось новое потрясающее доказательство: Георгий Коловос (университет Фессалоники, Греция) зафиксировал яркое пятно в районе кратера Прокл. После нескольких лет тщательнейшего анализа вероятность дефекта фотографии или вмешательства некоего атмосферного явления была полностью исключена - снимок Коловоса показывает выделение газа из-под лунной коры, сопровождающееся электрическим разрядом, который и вызвал свечение. Защитники теории TLP реабилитированы; Луна оказалась вовсе не такой инертной, как считалось в прежние годы (Moore, et al., 1989; Moore, 1990, p.10). Малфингер (Mulfinger) в книге Уиткомба и Де Янга (Whitcomb and DeYoung, 1978, p. 105-27) документально подтверждает многие другие сведения о TLP. Эти интереснейшие данные убедительно подтверждают креационную модель молодой Луны. Будь Луне действительно миллиарды лет, она и вправду была бы сейчас "холодной и мертвой". 2.6. Глубина слоя Лунной пыли Поверхность Луны постоянно разрушается и преобразовывается, подвергаясь тепловым деформациям и воздействиям микрометеорных тел. В соответствии с эволюционной теорией, в ранний период существования Солнечной системы пыли было 12 гораздо больше, чем сейчас. На Земле пыль смывается в моря, но на Луне нет ни воды, ни атмосферы, поэтому пыль скапливается в понижениях. За 4,6 миллиарда лет на Луне особенно на материковых ее участках - должно было скопиться неимоверное количество пыли. Британский астроном Р.А.Литтлтон (Lyttleton, 1956) предполагал, что слой лунной пыли имеет толщину в несколько километров! Гоулд (Gold, 1955) также предполагал, что на плоских лунных равнинах чрезвычайно много пыли. Шумейкер (Shoemaker, 1965) предсказывал, что слой пыли на Луне должен измеряться десятками метров. Однако в 1965 году состоялась конференция по вопросу о структуре поверхности Луны. На ней, в частности, было сделано следующее заключение: ранние фотографии Рейнджера и исследования оптических свойств рассеянного солнечного света, отраженного поверхностью Луны, показывают, что предсказания о глубине слоя лунной пыли не сбылись! Вопрос окончательно прояснился с появлением на Луне первых космический станций, и особенно - когда на лунную поверхность впервые ступила нога человека. Выяснилось, что слой пыли несравненно тоньше, чем уверяли ученыеэволюционисты - всего 6,5 см! Несмотря на отчаянные попытки пересмотреть представления о скорости отложения пыли или найти механизмы ее уплотнения, толщина слоя пыли на Луне остается весомым свидетельством в пользу молодого возраста Луны. 13 3. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ЛУНЫ Для исследования строения Луны использовались сейсмические методы. Астронавты экспедиций «Аполлон» установили на Луне четыре сейсмометра, которые использовались для изучения распространения сейсмических волн, вызванных падением отработанных ступеней ракеты Сатурн S4B и повышением лунных модулей в точно известных местах, а также ударами метеоритов о лунную поверхность и лунотрясениями, источники которых находятся глубоко в недрах Луны. Скорость распространения продольных сейсмических волн увеличивается от 4 км/с в нескольких километрах от поверхности до 6 км/с на глубине 20 км, где она скачком возрастает до 6,7 км/с. Ниже 20 км скорость остается почти постоянной, и только на глубине 55 км увеличивается до 6,8 км/с. Между 55 и 60 км происходит сильное возрастание скорости от 6,8 до 8,0 км/с; возможно на этой глубине находится основание коры и начинается мантия Луны (рис. 3.1.). Рис 3.1. Скорость распределения сейсмических волн в недрах Луны 1 – по данным Накамуры; 2 – по данным Гоинса; 3 – неопределенность Гоинса и др. В настоящее время картина этого строения разработана довольно детально. Принято считать, что недра Луны можно разделить на пять слоев. Поверхностный слой - лунная кора - имеет состав, близкий к составу "материков". Исследование силы тяжести в сочетании с топографическими измерениями показало, что кора Луны в целом находится в состоянии, близком к изостатическому равновесию; исключением являются масконы (скопления избыточных масс), связанные с круглыми морскими бассейнами. Толщина коры сильно варьирует: от 30 – 35 км под масконами до 90 – 110 км в материковых областях обратной стороны Луны. Средняя мощность коры больше на обратной стороне, чем на видимой, что вызывает смещение центра массы Луны на 2,5 км от геометрического центра. Под корой располагается мантия. Распределение скоростей сейсмических волн в мантии определенно указывает на ее химическую зональность. Гоинс (Goins, The deep seismic structure of the moon, 1977, p. 471 - 486) выделяет верхнюю мантию до глубины примерно 500 км, характеризующуюся постоянными скоростями Р и S сейсмических волн 8,0 и 4,6 км/с. Под этим слоем Р и S скачкообразно уменьшаются до 7,7 и, соответственно, 3,8 км/с. Это снижение скоростей интерпретируется как переход к нижней мантии, которая тоже характеризуется постоянными скоростями, по крайней мере до глубины 1000 км. Гоинс считает, что оценка скоростей распространения сейсмических волн в нижней мантии весьма неопределенна (как показано на рис. 3.1) и что граница между верхней и нижней мантией скорее всего не резкая, а постепенная. Следует заметить, что 14 относительная неопределенность в оценке скорости S сейсмических волн значительно меньше, чем Р. Накамура (Nakamura, Deep lunar interior inferred from recent seismic data, 1974, p. 137 - 140) тоже предполагает, что мантия Луны имеет сложную структуру, но границу между верхней и нижней мантией он помещает на глубине между 300 и 400 км и считает, что она характеризуется постепенным изменением скорости распространения сейсмических волн. В верхней мантии между 60 и 300 км скорость Р волн падает с 8,1 до 7,9 км/с, a S – с 4,7 до 4,4 км/с. Между 300 км и 400 км градиент скорости S волн становится круче и достигает 4,15 км/с на глубине 400 км. Отрицательное значение градиента сохраняется до глубины 800 км (3,85 км/с). Скорость распространения продольных волн на глубине 300 – 800 км почти постоянна и равняется 7,9 км/с. Еще глубже – средняя мантия толщиной порядка 500 км; полагают, что именно в этом слое в результате частичного выплавления формировались "морские" базальты. На глубинах порядка 600-800 км располагаются глубокофокусные лунные сейсмические очаги. Нужно, однако, отметить, что естественная сейсмическая активность на Луне невелика. На рис. 3.2. представлено внутреннее строение Луны по результатам сейсмических исследований. Рис. 3.2. Внутренне строение Луны по данным Накамуры и Гоинса. 1 – кора; 2 – верхняя мантия; 3 – нижняя мантия; 4 – сильное затухание волн; лунотрясений нет; 5 – ядро. Распространение лунотрясений вплоть до глубин 950 км позволяют с уверенностью предположить, что нижняя мантия на этой глубине не содержит интерстициальной расплавленной фазы, а также свободной воды. Нормальное распространение Р волн наблюдается на глубинах по меньшей мере до 1400 км, но прохождение S волн в этой области не обнаруживается. Поэтому интервал глубин от 1000 до 1400 км надо считать областью сильного поглощения S волн. Предполагается, что причиной этого является частичное плавление. Следовательно, на глубине около 800 км кончается литосфера (твердая оболочка) и начинается лунная астеносфера - расплавленный слой, в котором, как и в любой жидкости, могут распространяться только продольные сейсмические волны. Температура верхней части астеносферы порядка 1200 К. Накамура с сотрудниками полагают, что существует ядро с минимальным радиусом 170 км и низкой скоростью распространения продольных сейсмических волн (3,7÷5,l км/с). Они подчеркивают, что такое предположение пока весьма гипотетично, так как оно основывается на анализе сигналов только одного падения метеорита на обратную 15 сторону Луны. Важно отметить, однако, что максимальный радиус возможного ядра Луны составляет около 350 км, по крайней мере до этой глубины наблюдается нормальное распространение Р волн. Масса возможного металлического ядра такого размера должна быть меньше 2 % от массы Луны. На малое количество металла указывают и результаты магнитных измерений. На глубине 1380-1570 км происходит резкое изменение скорости продольных волн – здесь проходит граница (довольно размытая) пятой зоны – ядра Луны. Предположительно, это относительно небольшое ядро состоит из расплавленного сульфида железа. Поверхностный довольно рыхлый слой Луны состоит из пород, раздробленных постоянным потоком падающих на нее твердых тел - от микрометеоритов и пыли до крупных частиц - многотонных метеоритов и астероидов. Над поверхностью Луны газовая атмосфера как таковая отсутствует, так как не может удерживаться Луной вследствие ее малой массы. В результате даже легчайшие атомы при средних тепловых скоростях способны преодолевать притяжение Луны. Поэтому плотность газа над Луной по крайней мере на 12 порядков меньше плотности приземной атмосферы (хотя и заметно выше плотности межзвездного газа). 3.1. Система кора – верхняя мантия Луны Лунная кора, представлена двумя главными петрологическими провинциями — анортозитовыми материками и базальтовыми морями. Хотя моря занимают большую площадь на видимой стороне Луны, средняя мощность базальтов в них совсем невелика, а их общий объем составляет всего 1 % лунной коры или даже меньше. В верхних частях коры лунных материков преобладают породы, сложенные серией брекчий, по составу отвечающих анортозитовым габбро, габбро-анортозитам и анортозитам. Орбитальными исследованиями установлена значительная региональная химическая неоднородность лунных материков. Неоднородность может свидетельствовать о широком проявлении процессов магматического фракционирования. Для некоторых элементов существует четкая корреляция химической неоднородности с мощностью коры. На Земле анортозитовые породы часто образуются при кристаллизации крупных стратиформных интрузивов базальтовой магмы, например, комплексы Бушвельд и Стилуотер. В этих комплексах тяжелые кристаллы оливина и пироксена погрузились во время кристаллизации магм с образованием мощных базальтовых слоев, тогда как плагиоклаз, плотность которого близка к плотности исходной магмы, образует скопления в верхних слоях, покрывающих базальные и мафические кумулаты. Общепринято считать, что анортозитовая серия лунной коры образовалась аналогичным образом из огромного океана основной или ультраосновной магмы. Поскольку, однако, в лунной магме соответствующего состава плагиоклаз всплывает, а в основных магмах Земли тонет, то сегрегация плагиоклаза с образованием толстого слоя, возможно, была сравнительно более эффективной на Луне. Вероятно, первоначально образовалась правильная расслоенная структура. Однако в приповерхностных частях Луны эта структура разрушилась в результате последующей интенсивной бомбардировки метеоритами, что вызвало глобальное вертикальное перемешивание материала. Зональную модель коры подтверждают исследования глубин формирования главных типов пород коры. Породы, выносимые на поверхность при самых больших и наиболее глубоко проникающих ударах метеоритов, содержат обычно гораздо меньше нормативного плагиоклаза, чем анортозитовые породы, распространенные на поверхности. 16 3.2. Верхняя мантия Луны Первичная магма лунной коры возникла, вероятно, при частичном плавлении внешнего слоя Луны на глубину в несколько сотен километров. После отделения от остаточных фаз сформировался огромный «океан» первичной магмы, из которой оливин осаждался до тех пор, пока не наступило насыщение плагиоклазом. Весьма возможно, что поэтому в нижней части коры находится слой оливиновых кумулатов (рис. 3.3.) Рис. 3.3. Строение Луны по данным петрологических исследований происхождения материковых пород и морских базальтов с низким содержанием Ti. В значения плотности и скорости распространения P сейсмических волн внесены небольшие поправки для учета влияния высоких P (давлений) и T (температур) в недрах Луны. 1 – кора, анортозитовое габбро 25% Al2O3, меланократовое габбро 11% Al2O3, υ 6-8 км/с; 2 – кумулаты оливина Fo88, υ ~8-11 км/с; 3 – зона тугоплавких остатков, дунит Fo88-90, υp 8 км/с, ρ0 3,29; 4 – первичный оливиновый пироксенит MgO/(MgO+FeO) ~ 0,75, ρ0 = 3,46 Средний состав лунной коры и верхней мантии, выведенный на основе высказанных предположений, довольно близок к пиролитовому составу верхней мантии Земли. Главные различия заключаются в более низком содержании SiO2 на Луне, что указывает на более высокое отношение оливин/пироксен, а также более низкое отношение СаО/А12О3. Плотность дунитовой (Fo88) верхней мантии Луны на глубине 100 км и при соответствующей температуре около 600 °С составляет, возможно, 3,29 г/см3, тогда как скорость продольных сейсмических волн на этой глубине 8,1 км/с-1. Эти оценки, опирающиеся на петрологические соображения почти, полностью совпадают с соответствующими значениями для верхней мантии Луны, полученными независимыми физическими методами (см. рис. 3.2.). Такое соответствие является очень убедительным аргументом в пользу реальности изложенных соображений. 17 3.3. Морские базальты и нижняя мантия Один из наиболее значительных результатов исследований по проекту «Аполлон» заключается и демонстрации того, что лунные моря состоят из пород, весьма, напоминающих земные базальты. Более того, лунная кора, в конечном счете, произошла путем дифференциации из исходного магматического океана, по составу отвечающего базальтам. За последние годы достигнут значительный прогресс в понимании происхождения базальтовых пород Земли. Теперь всеми принято, что базальты образовались в результате частичного плавления ультраосновного вещества (пиролита) в земной мантии. Разнообразие составов базальтов объясняли, прежде всего, различной степенью частичного плавления исходного вещества, глубиной плавления и последующей историей кристаллизации во время подъема к поверхности. Для определения природы исходного вещества базальтов Земли были с успехом проведены исследования поведения этих базальтов при кристаллизации в условиях высоких давлений и высоких температур с использованием методов экспериментальной петрологии. Чтобы понять происхождение лунных базальтов, естественно попытаться привлечь представления о процессах, разработанных при анализе петрогенеза земных базальтов, а также использовать экспериментальные методы для выяснения природы вещества, исходного для лунных базальтов. Согласно ранним гипотезам происхождения морских базальтов, основанным на экспериментальных данных, предполагалось, что все группы морских базальтов Луны образовались в результате различной степени частичного плавления вещества типа обычного оливинового пироксенита на глубине 150—500 км. На основе этой простой одностадийной гипотезы удалось адекватно объяснить основные особенности химии морских базальтов и первичного для них вещества, но более тонкие геохимические особенности морских базальтов с высоким и низким содержанием титана, например относительная распространенность РЗЭ, европиевые аномалии, содержание TiO2 и изотопные соотношения, не укладываются в эту систему. Чтобы справиться с этими трудностями, была разработана вторая группа гипотез, согласно которым морские базальты могли образоваться в результате повторного плавления химически и минералогически неоднородных кумулатов, представленных различной пропорцией оливина, пироксена и ильменита, которые сформировались во время ранней дифференциации Луны около 4,4*109 – 7,6*109 лет тому назад в качестве комплементарных богатой плагиоклазом коре. 3.4. Некоторые факторы, ограничивающие распределение плотности Луны Средняя плотность Луны 3,343 г/см3, что очень близко к плотности верхней мантии Земли. Такое совпадение, конечно, может быть случайным. Но, с другой стороны, оно может иметь глубокий генетический смысл. Средняя мощность коры Луны оценена в 60 км, 70 км и 75 км, а средняя плотность — от 2,86 до 3,07 г/см3. Плотность и мощность коры зависят одна от другой — из условий изостатического равновесия вытекает, что высокая средняя плотность коры требует большей ее средней мощности. Однако независимое определение каждой из этих величин осложняется наличием пористости в породах лунной коры. Об этом говорят наблюдения за скоростью прохождения сейсмических волн, которая в коре ниже, чем должно быть для пород такого минерального состава. Это, несомненно, для верхних частей коры (см. рис. 3.1), а в меньшей степени характерно и для нижней коры. Степень пористости, вероятно, зависит также от термической истории и потока тепла. Возможно, что средняя пористость 18 мощной коры обратной стороны Луны заметно больше, чем видимой, где распространенность радиоактивных элементов несколько более высокая. Это должно вести к более высоким температурам под поверхностью, что сопровождается уплотнением и потерей пористости на небольших глубинах. Другим осложнением являются региональные вариации химического состава, которые должны сопровождаться изменениями плотности. Если принять, что средняя мощность коры 70 км, плотность 2,95 г/см3, а более глубокие области Луны однородны, то относительный момент инерции такой модели Луны будет 0,396 и плотность однородных недр ее 3,40 г/см3. Если же допустить еще существование железного ядра с максимальным радиусом, допустимым по сейсмическим данным (350 км), то относительный момент инерции будет 0,393, а плотность однородной мантии Луны 3,35 г/см3. Таким образом, значение относительного момента инерции в такой модели хорошо согласуется с наблюдениями. Но если в Луне нет ядра, то плотность мантии должна существенно возрастать с глубиной. Так как влияние термического расширения и сжатия под давлением внутри Луны почти компенсируют друг друга, в модели без металлического ядра мантия должна быть неоднородной. Если мы принимаем модель Луны состоящей из двухслойной мантии и коры (см. рис. 3.2.), то рассчитанная средняя плотность и момент инерции соответствовали бы наблюдаемым при средней плотности верхней мантии (70—400 км) 3,30 г/см3 , а нижней мантии (ниже 400 км) 3,49 г/см3. Распределение скоростей сейсмических волн (см. рис. 3.1.) говорит в пользу второй, неоднородной модели. Уменьшение скоростей распространения сейсмических волн с глубиной в сочетании с ростом плотности можно объяснить только тем, что содержание железа в нижней мантии значительно выше, чем в верхней. Некоторый вклад в понижение скоростей сейсмических волн может дать также увеличение отношения пироксен — оливин с глубиной. Следует также заметить, что фазовый переход в ассоциации более плотных минералов с образованием граната непременно вызовет увеличение скоростей с глубиной в однородной мантии (при условии, что нижняя мантия содержит хотя бы небольшое количество, например 4 %, окиси алюминия, что представляется вполне вероятным). Мы приходим к выводу, что мантия Луны, возможно, неоднородна в химическом отношении и что содержание железа (предположительно в виде FeO) в нижней мантии больше, чем в верхней. Тем не менее, только на основе физических соображений нельзя окончательно отрицать наличие очень небольшого металлического ядра, составляющего менее 2 % от массы Луны и имеющего менее 200 км. В конце концов, небольшое ядро такого типа нужно для объяснения намагниченности лунных пород, хотя геохимические доводы не поддерживают предположения о существовании ядра в Луне. 19 4. ГЕОХИМИЯ ЛУНЫ. 4.1. Общий состав Луны Исходная магма лунной коры оказалась очень близкой по составу к исходной магме примитивных океанических толеитов Земли, если из последних удалить значительные количества двух наиболее летучих из главных компонентов (Na2O и SiO2). В обеих магмах значения распространенности редких земель очень близки. Физические свойства верхней мантии (см. рис. 3.2.) вместе с данными экспериментальной петрологии показывают, что верхняя мантия Луны до глубины около 400 км состоит, вероятно, преимущественно из остаточного тугоплавкого дунита, в котором отношение MgO/(MgO + FeO) близко к аналогичному отношению в верхней мантии Земли (см.рис. ). За исключением летучих элементов (в том числе Na2O и SiO2) общий химический состав петрологической системы кора — верхняя мантия Луны до глубины около 400 км подобен составу пиролита Земли. Кроме того, данные о тепловом потоке на Луне соответствуют среднему содержанию U и Th во всей Луне, аналогичному земной мантии. Главное различие между внешней частью Луны и верхней мантией Земли состоит в том, что внешняя часть Луны в различной степени, иногда чрезвычайно сильно обеднена более летучими, чем кремний, элементами. Если же не принимать этого во внимание, то общее сходство распространенности менее летучих элементов и в мантии Земли, и во внешних областях Луны (равных половине ее общей массы) свидетельствует о некоторого рода генетической связи между обоими телами. Изотопный состав кислорода в лунных и земных базальтах идентичен. Значит, вещество, из которого сформировались Земля и Луна, было однородно в отношении распределения компонента, возникшего при вспышке Сверхновой и содержащего 16О, и выделилось из туманности при такой же средней температуре. В противоположность этому, в большей части классов метеоритов наблюдаются резко различные количества примеси компонента, богатого 16О. В некоторых дифференцированных метеоритах — эвкритах и говардитах — кислород очень незначительно отличается в этом отношении от кислорода Земли и Луны и возможно даже идентичен ему, а наблюдаемые резкие отличия обусловлены эффектом химического фракционирования. Единственными типами метеоритов, в которых изотопный состав кислорода идентичен составу его в веществе Земли и Луны, являются энстатитовые хондриты и ахондриты. Но многочисленные другие химические особенности этих метеоритов исключают всякую мысль о генетической связи их с Землей и Луной. С другой стороны, существуют некоторые проблемы в понимании ряда химических и физических особенностей нижней мантии Луны (см. рис. 3.2. и 3.3.), которая, как принято считать, сложена веществом, исходным для морских базальтов. Обычно полагают, что общая распространенность Са, Al, U, Th, РЗЭ и других нелетучих элементов в этом веществе близка к распространенности их в земной мантии, но мы сделали вывод, что лунная нижняя мантия богаче FeO (MgO/(MgO + FeO)=0,75H-0,80) и отношение пироксен/оливин в ней выше, чем в пиролите земной верхней мантии. В некоторой степени эти выводы зависят от принимаемой модели. Тем не менее, такое заключение в наибольшей степени соответствует имеющимся петрологическим, геохимическим и геофизическим данным, характеризующим нижнюю мантию Луны, и его нельзя с достаточным основанием опровергнуть. 20 4.2. Летучие элементы Впечатляющая картина обеднения Луны летучими элементами по сравнению с углистыми хондритами I типа, обыкновенными хондритами и земной мантией имеет непосредственное отношение к современным гипотезам происхождения Луны. Привлекательная в динамическом отношении гипотеза двойной планеты, или коагуляции, предложенная Рускол (Ruskol, On the possible differences in the bulk composition of the Earth and Moon forming in the circumterrestrial swarm. 1972, p. 426 – 428.) наталкивается на значительные трудности при объяснении обеднения Луны летучими. В настоящее время имеется масса доказательств влияния сверхскоростных ударов на лунные породы. В большинстве случаев в ходе этих процессов не происходит потери элементов средней летучести, таких как натрий, а высоколетучие элементы (например, Рb) перераспределяются и вновь конденсируются. Луна обеднена натрием, по-видимому, в 30 раз больше по сравнению с углистыми хондритами I типа и в 11 раз по сравнению с Землей. Известные нам закономерности явлений высокоскоростных ударов, очень мало говорят в пользу того, что такая степень обеднения могла быть вызвана сравнительно слабыми столкновениями в околоземном потоке, как это предполагает Рускол. Такие столкновения могут привести к некоторому ударному плавлению, но в этих условиях Na и многие другие летучие не могут существенно испариться. В свете эмпирических данных, характеризующих ударные явления, трудно поверить, что этот процесс может вызвать сильное обеднение такими элементами, как Ge. Для такого обеднения, по-видимому, нужно, чтобы произошло полное испарение как падающего тела, так и мишени, а затем наступила селективная повторная конденсация в условиях, когда летучие компоненты конденсируются в иной обстановке и в другом месте, куда они могут быть перенесены соответствующим механизмом. 4.3. Геохимия Луны Низкая плотность Луны указывает на значительное обеднение железом по сравнению с Землей и другими планетами земной группы. Поэтому необходимо исследовать влияние такого фракционирования на распределение сидерофильных элементов. Такое исследование даст возможность решить вопрос, происходило ли фракционирование металлического железа в Солнечной туманности (до аккреции Луны) или же в протопланете, из которой образовалась Луна. Для лунных морских базальтов характерно резкое обеднение многими летучими элементами по сравнению с метеоритами и Землей. Условия, в которых происходило это весьма специфическое обеднение, дают ключ к пониманию химической обстановки, в которой образовалось исходное вещество морских базальтов. Геохимия летучих элементов лунных материков оказалась еще более сложной, так как на нее дополнительно влияли эндогенные и экзогенные процессы. В породах лунных материков и в морских базальтах широко распространены небольшие количества богатой железом металлической фазы. Часто предполагалось, что основные кумулаты, подстилающие кору, и исходное вещество морских базальтов должны содержать значительные количества богатой железом металлической фазы. Некоторые исследователи приписывали обеднение сидерофильными элементами морских базальтов и пород лунной коры выделению металлической фазы в недрах Луны еще до образования коры и (или) морских базальтов. Это предположение, объясняющее широкую встречаемость металлической фазы в лунных породах и глобальную дифференциацию 21 Луны, использовалось в поддержку мнения о возможности существования у нее небольшого, богатого железом металлического ядра. В породах лунных материков и морей наблюдаются взаимосвязанные вариации содержания W и Р с La. Эти закономерности явно обусловлены несовместимыми кристаллохимическими свойствами W и Р во время процессов дифференциации магмы, что в свою очередь указывает на преимущественно окисленное их состояние в исходной системе пород лунных материков. В настоящее время большая часть Ni и Со в материковых образцах встречается в металлической форме, что обуславливается присутствием метеоритного железа и восстановлением этих элементов при ударном метаморфизме и плавлении, уже после дифференциации 4,4 млрд. лет назад. Высокое отношение W/Ni (в 80 раз больше первичного) в металлических зернах из материковых пород доказывает местную природу процесса восстановления. 4.4. Тектоническая активность На Луне выделяются два крупных периода проявления вулканических процессов: доокеаническая и океаническая эры. Первая изучена менее детально. Вулканические продукты доокеанической эры установлены в пределах лунных материков и характеризуются светлыми тонами на фотоснимках. Они формируют ровный рельеф и затопляют валы кратеров. Предполагают, что представлены древние вулканиты анортозитами или базальтами, перекрытыми слоем реголита, который и обусловливает их относительно светлую окраску. Считается, что своим происхождением они обязаны разогреву лунной астеносферы и плавлению вещества коры, обусловленным метеоритной бомбардировкой примерно 4 млрд. лет назад. В следующую, океаническую, эру (3 млрд. лет назад) активизация вулканической деятельности была связана с крупными преобразованиями на всем планетном теле. Лава базальтового состава в этом периоде заполнила все впадины лунных морей и Океан Бурь, а также заливы и кратеры, в пределах континентов сформировав покров мощностью от 0,3 до 2 км. В результате возникли вулканы с кратерами на вершине. Размер диаметров их основания колеблется от 5 до 40 км при высоте до нескольких сотен метров. На первой тектонической карте Луны масштаба 1 : 7 500 000, изданной в СССР в 1969 году, выделены области континентального и океанического тектогенеза. Первые представлены поднятиями, осложненными разломами, кольцевыми структурами и т. д. В их пределах выделяются собственно материковые области, Кордильеры, талассоиды, субталассоиды, внутриматериковые и краевые впадины. Наибольшее распространение получили материковые области, занимающие значительную часть поверхности Луны. В одних участках они представлены наиболее древними и интенсивно деформированными породами с многочисленными полуразрушенными кратерами. В других местах материковые области представлены менее нарушенными и покрытыми мелкими кратерами участками. Кордильеры — это положительные структуры, разделяющие материковые области и морские впадины. Переход от материков к Кордильерами постепенный, а граница с впадинами, как правило, прослеживается вдоль разломов. Структура Кордильер обычно осложнена многочисленными кольцевыми и радиальными разрывными нарушениями, обусловливающими их блоковое строение. Промежуточными по своему строению между материками и морями являются талассоиды, имеющие, как правило, круговые очертания. Аналогичные образования, но меньших размеров (не более 500 км) получили название субталассоидов. Кроме того, в пределах материков обособляются внутриматериковые и краевые неглубокие впадины, выполненные морским материалом и местами, ограниченные разрывами. Как правило, они приурочены к окраинам лунных морей. Для 22 материков характерны многочисленные гребни, имеющие высоту до 1,5 км, протяженность до 25 км и ширину 5 км. Не исключено, что это дайки или же приразломные складки. В отличие от континентов, области океанического тектогенеза представляют собой крупные депрессии в рельефе Луны, опущенные на глубину в несколько километров. В их пределах наиболее широко распространены валообразные поднятия, состоящие из гряд, перемещающихся с понижениями. Гряды возвышаются на первые сотни метров, вытянуты на первые десятки километров при ширине до 5 км. На основе анализа имеющихся материалов на Луне выделяются различные разрывные нарушения: сбросы, взбросы, раздвиги и разрывы с неустановленным характером смещения. Амплитуды перемещений вдоль сбросов и взбросов составляют первые километры. Раздвиги представлены зияющими трещинами. Вдоль некоторых из них устанавливаются горизонтальные подвижки с амплитудой до 1,5 км. Максимальное распространение разрывы получили на континентах, причем системы нарушений ориентированы в основном в северо-западном и северо-восточном направлениях. Этим направлениям часто подчинены и цепочки кратеров. Характерными структурами Луны являются грабены протяженностью в несколько сотен километров. Это чаще всего плоскодонные долины, образовавшиеся в результате движений вдоль ограничивающих разломов типа сброса. Для планет земной группы характерна тектоническая асимметрия. На Земле, как известно, она обусловлена впадиной Тихого океана, занимающей примерно 1/3 площади планеты (180 млн. км2) и имеющей среднюю глубину 4 км. Сложена она маломощной (5— 10 км) корой океанского типа и обрамлена складчатыми областями и древними платформами с континентальной корой (30—70 км). Есть основания предполагать, что возникла эта впадина около миллиарда лет назад и в течение всего времени характеризовалась высокой подвижностью и проницаемостью тектоносферы. Луна также представлена двумя различными сегментами: полушарие, обращенное к Земле, сложено преимущественно лунными морями, а противоположное — кратерированными областями. Области лунных впадин занимают также около 1/3 поверхности планетного тела, опущены они до глубины порядка 4 км и обрамлены Кордильерами. Возраст молодых базальтов, слагающих моря, — 3—4 млрд. лет, что свидетельствует о раннем заложении тектонической асимметрии на Луне. Планеты земной группы характеризуются целым рядом сходных особенностей строения, их тектоническое развитие протекало по близким схемам. Использование сравнительно планетологического метода позволяет реконструировать события, которые способствовали становлению первичной коры планет. Для Земли это задача крайне трудная, так как более поздние геологические процессы на протяжении сотен миллионов лет существенно изменили изначальный облик нашей планеты. В связи с этим пока что не удалось восстановить события, имевшие место на Земле в период между 4,65— 4,00 млрд. лет назад. Обнаружение на Луне, Марсе, Меркурии и Венере метеоритных кратеров диаметром от десятков до сотен километров, возникших в результате «тяжелой бомбардировки», стимулировало поиски аналогичных образований на Земле и привело к успеху. На сегодняшний день их выявлено довольно много. Большой интерес представляют огромные по размерам (тысячи километров в поперечнике) нуклеары. Не исключено, что их происхождение, как и происхождение крупных метеоритных кратеров на других планетах, связано с «тяжелой метеоритной бомбардировкой», которая совпадает с так называемым догеологическим (лунным) этапом развития. Следует подчеркнуть, что метеоритные удары о поверхность имели огромное значение для формирования состава коры планет. Кинетическая энергия удара со скоростью 2,4 м/с (для Луны) и до 70 км/с, возможной в Солнечной системе, очень велика. При резком торможении метеоритного тела происходят испарение и плавление вещества, 23 как метеорита, так и поверхности планетного тела. Тела малого размера не способны удержать продукты взрыва на своей поверхности и поэтому не могли продолжать свой рост. Тела размеров Луны и Меркурия теряют газообразные компоненты, но сохраняют на своей поверхности конденсаты тугоплавких соединений. А тела, сопоставимые с Землей и Венерой, в состоянии удержать летучие соединения и сформировать из них оболочки, окружающие планету; дегазированные остатки первичного вещества подвергаются захоронению. Догеологический этап характеризуется мощным притоком вещества и энергии из внепланетного пространства. При этом теряется граница между экзогенными и эндогенными процессами. Геологический этап начался с дифференциации вещества и формирования материков. Затем возникают океанские и морские впадины, окруженные Кордильерами. Образуются талассоиды в виде зон краевых опусканий. Формирование морских и океанских впадин сопровождается заполнением их лавами и возникновением крупных разрывных нарушений. В результате процессов океанического тектогенеза образуется древняя полевошпатовая континентальная кора, более молодая океанская кора базальтового состава, а также кора переходного типа. Разрыв во времени между формированием континентальной и океанской кор составляет сотни миллионов — миллиард лет. Вулканические процессы на планетах земной группы также характеризуются рядом общих черт: начались они с излияния лав трещинного типа на континентах, а затем мощные проявления вулканизма захватили океанические и морские депрессии. Масса базальтовой коры на Луне составляет 1% от массы всей коры; предполагается, что объем ее увеличивается на более развитых планетах. Как показал анализ материалов по планетам земной группы экзогенные процессы, рельефообразование и осадконакопление в полной мере характерны только для Земли. На Луне нет ни экзогенных форм рельефа, ни осадочных пород. Завершая краткую сравнительную характеристику тектоники, следует отметить, что длительность и активность геологических процессов во многом определяются размером планетного тела. Луна прекратила свою деятельность около 3 млрд. лет назад. 24 5. ГИПОТЕЗЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЛУНЫ. 5.1. Различные теории происхождения луны. Природа и происхождение Луны интересуют не только ученых, но вообще все человечество. По этому вопросу в нашей литературе имеется множество различных гипотез. В одной из них, нередко встречающейся в детских сказках, Луна состоит из огромного количества зеленого сыра. Некоторые результаты изучения образцов, доставленных экспедициями «Аполлон», не дискредитировали полностью этой гипотезы. Скорости распространения сейсмических волн в веществе лунной поверхности напоминают скорости в сыре и отличаются от скоростей в веществе земных горных пород. Конечно, теперь мы понимаем, что это лишь совпадение. Отсутствие воды в лунных породах и их пористость в значительной степени понижают значения скорости сейсмических волн по сравнению с земными породами. Можно обратить внимание и еще на одну аналогию, относящуюся к природе Луны. Средняя плотность Луны (3,34 г∙см3) очень близка к плотности верхней мантии Земли (3,30—3,40 г∙см3). Является ли это простым совпадением или это информация, имеющая глубокий генетический смысл? Действительно, многие ученые придерживаются гипотез происхождения Луны, согласно которым это сходство случайно. Но Джордж Дарвин полагал, что сходство в значениях плотности земной мантии и Луны дает ключ к разгадке происхождения Луны. Прежде чем учёные увидели лунные камни, у них имелись три теории происхождения Луны, но не было возможности доказать правильность какой-либо из них. Одни считали, что новообразованная Земля вращалась настолько быстро, что сбросила с себя часть вещества, ставшую затем Луной. Другие предполагали, что Луна прилетела из глубин космоса и была захвачена силой земного тяготения. Третья теория состояла в том, что Земля и Луна образовались независимо, почти одновременно и примерно на одинаковом расстоянии от Солнца. Различия в химическом составе Земли и Луны указывают на то, что эти небесные тела вряд ли когда - либо составляли одно целое. Сейчас ясно, что особое значение для понимания происхождения Луны имеют данные динамики Луны и ее геохимии, хотя эти области считаются далекими одна от другой. Различия плотности планет были объяснены их различным окислительновосстановительным состоянием. Большая часть данных, полученных до 1959 года, соответствовала этим выводам. Луна должна была зародиться в веществе, которое образовалось между орбитами Марса, Земли и Венеры, каков бы ни был способ происхождения — захват, двойная планета или отделение. Низкая плотность Луны, указывающая на сильное обеднение железом относительно силикатов по сравнению с другими планетами, вполне позволяет предположить, что происхождение Луны единственно в своем роде, и что действительно она не является истинной планетой земной группы. 5.2. Состояние вопроса до исследования космическими аппаратами «Апполон». До появления программы исследований, проводимых КА «Аполлон», наши познания о физических и химических свойствах Луны были настолько ничтожны, что нельзя было строить серьезных предположений. Однако мы располагали значительным количеством точных данных о динамических свойствах системы Земля — Луна, и поэтому нет ничего странного в том, что в теориях того времени преобладали динамические представления. 25 5.3. Теория раскола (Гипотезы отделения и осаждения) Теория раскола предполагает, что Луна изначально была частью Земли, но откололась от нее в ранний период истории Солнечной системы из-за быстрого вращения Земли. Однако здесь возникает столько проблем с точки зрения механики, что в наши дни мало кто принимает эту теорию всерьез. Дарвин (Darwin, Tidal Friction and Cosmogony, 1908) разработал теорию, согласно которой Луна и Земля представляли сначала единое тело, вращающееся с периодом около четырех часов. Резонансное взаимодействие между свободно вращающимся исходным телом и солнечными приливами привело к образованию огромной приливной выпуклости. Создалась неустойчивость, и из мантии Земли было выброшено вещество, в результате чего образовалась Луна. Эта теория просто объясняет плотность Луны. Быстрая сегрегация металлического ядра понизила момент инерции и вызвала соответствующее увеличение скорости вращения, что привело к отрыву вещества от мантии. Согласно модели Рингвуда (Ringwood, Origin of the Moon. 1978, p. 961 – 963), избыточное количество движения было потеряно системой Земля — Луна в результате разрушения и диссипации тяжелой примитивной атмосферы во время разрушительных катаклизмов приливного происхождения, которые непременно сопутствовали процессу раскола. Главная проблема в гипотезе отделения заключается в крайне большом значении момента количества движения, которым по предположению Земля первоначально обладала в соответствии с периодом вращения около 2,5 ч. начальный период вращения протоЗемли составлял по эмпирическим данным около пяти часов. Но в этом случае угловой момент системы Земля-Луна должен был быть вдвое больше своего нынешнего значения (что следует из физического закона сохранения углового момента). Однако угловое движение системы Земля-Луна гораздо меньше. Теория раскола также предполагает, что орбита Луны должна находиться в экваториальной плоскости Земли. На самом же деле орбита Луны расположена под углом 28,5 градусов к экватору. Согласно Рингвуду, все планеты в момент образования имели скорость вращения, близкую к ротационной неустойчивости (периоды 1,4—3,4 ч), и значительная часть момента количества движения была, затем потеряна всеми протопланетными системами вследствие удаления большого количества газов. Однако следует допустить, что привлекаемые при этом физические процессы носят качественный характер и очень гипотетичны. Тем не менее нельзя окончательно отвергать возможность серьезной потери момента количества движения системой Земля — Луна и другими планетами. Главный момент гипотезы Дарвина в том, что Луна отделилась от Земли и могла быть сначала и в твердом, и в расплавленном состоянии. Рингвуд предложил гипотезу, согласно которой современное вещество Луны испарилось из Земли, вытянулось в виде диска и снова сконденсировалось с образованием кольца из планетезималей, которые затем коагулировали и образовали Луну. Гипотеза «осаждения» была разработана в связи с одностадийной моделью формирования Земли. В одном из ранних вариантов этой гипотезы предполагалось, что силикаты селективно испарялись из подвергающегося аккреции металлического железа в течение быстрой аккреции Земли, протекавшей при высокой температуре. В последующих разработках гипотезы осаждения на первое место выступает прямое испарение внешней мантии после формирования ядра, причем необходимая тепловая энергия выделилась в результате быстрого образования ядра. В одностадийной модели формирование Земли сопровождалось потерей плотной, горячей первичной атмосферы, в которой испарившиеся силикаты, образующие теперь Луну, составляли лишь небольшую часть. Предполагалось, что удаление первичной атмосферы было связано со следующими особенностями начального состояния Земли и рядом процессов: 1) высокой скоростью вращения Земли; 26 2) участием атмосферы во вращении Земли за счет гидромагнитных сцеплений или турбулентной вязкости; 3) интенсивным солнечным ветром во время прохождения Солнцем фазы Т-Тельца; 4) турбулентным перемешиванием атмосферы с газами Солнечной туманности, в результате чего в составе атмосферы увеличивалось содержание водорода и понижалась ее средняя молекулярная масса. Сочетание всех этих процессов привело к диссипации плотной первичной атмосферы. При охлаждении происходило осаждение силикатных компонентов с образованием на земной орбите скоплений из планетезималей. Во время осаждения шло дальнейшее фракционирование, поскольку менее летучие компоненты осаждались первыми при сравнительно высоких температурах и близко к Земле, а более летучие осаждались при более низких температурах и на большом расстоянии от Земли. Силикаты, осаждающиеся при высоких температурах, могли бы, вероятно, образовать относительно крупные планетезимали, которые не могли увлекаться удаляющейся земной атмосферой. Однако более летучие компоненты, осаждающиеся при сравнительно низких температурах, образовали, по всей вероятности, мелкие частицы размером с микроны, в виде «дыма», который был захвачен атмосферой при ее диссипации и поэтому покинул систему Земля — Луна. В последующем за счет аккреции из осажденного вещества кольца планетезималей, вращающихся вокруг Земли, образовалась Луна. В таком виде гипотеза осаждения представлялась на основе одностадийной модели происхождения Земли, предложенной Рингвудом. Наиболее серьезные проблемы связаны с возможностью удаления плотной первичной атмосферы после аккреции и требуемой для очень быстрой аккреции шкалой времени, которая необходима для создания очень высокой температуры во время последних стадий аккреции. Эти сложности снижают правдоподобность модели. 27 5.4. Гипотеза захвата Вращение Луны вокруг Земли вызывает приливные явления на Земле, вследствие чего происходит диссипация энергии, главным образом в мелких морях. В результате этого некоторое количество движения передается Луне. Вращение Земли замедляется, а увеличившийся момент количества движения Луны требует, чтобы она отдалялась от Земли. Астрономическими наблюдениями установлена скорость, с которой замедляется в настоящее время вращение Земли и отдаляется Луна (примерно на 5 см в год). Классические исследования приливной эволюции системы Земля — Луна принадлежит Джорджу Дарвину, который рассчитал положение лунной орбиты в прошлом. Он показал, что Луна должна была быть ближе к Земле в прошлом, и заключил, что Луна изначально вращалась вокруг Солнца по своей собственной орбите и затем была "захвачена" земным притяжением. Ещё одним привлекательным моментом гипотезы захвата было очень короткое время приливной эволюции, согласно которой Луна находилась очень близко к Земле всего лишь 2 млрд. лет назад. По-видимому, существует общее согласие в том, что захват, по сути, исключительно маловероятное явление, даже если предположить наиболее благоприятную конфигурацию первоначальной орбиты Луны. Для этого Луна должна была бы находиться на орбите, очень близкой к земной, так, чтобы скорость взаимного приближения была очень низкой. В случае более отдаленного происхождения Луны, например, на орбите, простирающейся за пределы орбит Марса или Венеры, скорость сближения становится неприемлемо высокой, а вероятность захвата астрономически низкой. Вследствие сильного разогрева Земли и больших приливных деформаций, которые должны были сопровождать столь значительное приближение Луны к Земле 2 млрд. лет назад, на Земле должна была сильно измениться периодичность приливных явлений, и предположение о постоянстве приливной диссипации в ее недрах должно быть неверным. Согласно гипотезе захвата, Луна должна была вначале двигаться по гелиоцентрической орбите, подобной орбите Земли, и таким образом формироваться в зоне «питающей» аккрецию Земли. Значит, эта гипотеза не может объяснить недостаток железа на Луне или любое другое своеобразие состава Луны, установленное при выполнении программы КА «Аполлон». Если к этим серьезным недостаткам гипотезы добавить очень малую вероятность предполагаемого механизма по динамическим соображениям, то гипотеза происхождения Луны путем захвата (как целого планетного тела) представляется очень и очень слабой. "Гипотезы, согласно которым Земля 'захватила в плен' уже сформировавшуюся Луну, больше не рассматриваются всерьез. Во-первых, они сталкиваются с серьезнейшими динамическими проблемами, во-вторых - не объясняют экзотическую геохимию Луны" (Gold, 1975, p.26). Трудно даже представить, каким образом скорость движения Луны могла уменьшится настолько, чтобы "захват" ее Землею стал возможен. Но даже если бы ученым и удалось открыть этот механизм, главный вопрос - как образовалась Луна до захвата - оставался бы открытым. 28 5.5. Теория конденсации (Гипотеза двойной планеты и коагуляции) Многие считают, что система Земля — Луна очень похожа на систему двойных звезд, в которой оба тела образовались в непосредственной близости независимо друг от друга из срастающихся частиц пыли в конденсирующейся туманности и с самого начала вращались относительно друг друга. Фактически аналогия не так близка, потому что звезды образуются путем гравитационного сжатия главным образом газов, тогда как Земля и Луна, как принято считать, образовались за счет аккреции из твердых планетезималей. В течение всего времени аккреции должен был существовать строгий баланс между скоростями изменения гравитационной и центробежной сил. Несомненно, наиболее вероятным результатом этого процесса является столкновение двух тел или отрыв одного от другого. Этот вариант гипотезы двойной планеты тоже маловероятен. Идея эта, однако, встречает на своем пути множество непреодолимых трудностей: в экспериментальных условиях силикатные частицы при столкновении почти всегда даже на малых скоростях - имеют тенденцию к распаду на более мелкие фрагменты, а вовсе не к сращиванию. Нетрудно убедиться, что процесс конденсации, способный вовлечь достаточно большое количество вещества, должен был начаться с объекта, равного Луне по размеру. Конечно же, такой процесс никак не может объяснить происхождение самой Луны! Более правдоподобный вариант этой гипотезы разработала Рускол. При аккреции Земли из планетезималей, находящихся на гелиоцентрических орбитах, существенное их количество подвергалось неупругим столкновениям вблизи Земли и перешло на геоцентрические орбиты. Целый рой геоцентрических планетезималей превратился в околоземное кольцо из вещества, по массе равного 0,01—0,1 массы Земли. Кольцо сохраняло дисперсное состояние из-за соударений с поступающими на Землю планетезималями, что сопровождалось дроблением планетезималей. Когда поток планетезималей стал меньше некоторого критического значения, кольцо быстро скоагулировало и образовалась Луна. Следует отметить, что образовавшаяся таким образом Луна вращалась, повидимому, первоначально в плоскости земного экватора (как и в случае образования Луны путем отделения от земной мантии). Однако расчеты, основанные на приливном взаимодействии, показали, что орбита Луны должна была быть существенно наклонена к земному экватору в период, когда Луна была на расстоянии менее 10 земных радиусов, что часто приводится как возражение гипотезам коагуляции и отделения. Однако, можно привести возражения, так как этот вывод следует из предположения, что эволюция Земли — Луны была по своей природе исключительно эволюцией двух тел. Наклон орбиты Луны мог быть вызван различными факторами, например, падением на Луну или Землю после завершения их формирования одной или более крупных планетезималей. Основной недостаток гипотез двойной планеты и коагуляции состоит в невозможности объяснить, почему при образовании Луны и Земли из единого облака, состоящего из частиц силикатов и железа, Луна оказалась так сильно обеднена металлическим железом. Физические процессы, используемые до сих пор для объяснения, гипотетичны и носят качественный характер. "Ни одна из теорий происхождения Луны не имеет преимущества перед остальными. Проблема в том, что у нас слишком много предположений и слишком мало фактов. Все это происходило настолько давно, что ни одну из гипотез невозможно проверить". (Gold, 1975) 29 5.6. Новая теория Не так давно возникла четвёртая теория, которая и принята сейчас как наиболее правдоподобная. Эта гипотеза гигантского столкновения. Основная идея состоит в том, что, когда планеты, которые мы видим теперь, только ещё формировались, некое небесное тело величиной с Марс с силой врезалось в молодую Землю под скользящим углом. При этом более легкие вещества наружных слоёв Земли должны были бы оторваться от неё и разлететься в пространстве, образовав вокруг Земли кольцо из обломков, в то время как ядро Земли, состоящее из железа, сохранилось бы в целости. В конце концов, это кольцо из обломков слиплось, образовав Луну. Теория гигантского столкновения объясняет, почему Земля содержит большое количество железа, а на Луне его почти нет. Кроме того, из вещества, которое должно было превратиться в Луну, в результате этого столкновения выделилось много различных газов - в частности кислород. 5.7. Обобщение До настоящего времени еще не существует общего единого мнения о происхождении Луны. Возможно, что наиболее вероятной теорией, опирающейся на анализ динамики системы Земля — Луна, является некоторый вариант гипотезы Рускол о двойной планете и коагуляции, однако, перед ней стоят неразрешимые геохимические проблемы. То же относится к гипотезам захвата (с разрушением или захвата целой Луны). Кроме того, последняя гипотеза совершенно невероятна по динамическим соображениям. Главное доказательство гипотезы о происхождении Луны из мантии Земли, которое опирается на интерпретацию геохимии сидерофильных и летучих элементов, было опубликовано не так давно, поэтому ученые, придерживающиеся другого мнения, не располагали еще временем для критической оценки предлагаемой гипотезы. Тем не менее, здесь приведены некоторые доказательства. Можно полагать, что между предлагаемой гипотезой происхождения Луны и гипотезой дрейфа континентов, появившейся в середине 50-х годов, существует некоторая аналогия. В указанные годы на основе палеомагнитных данных, было показано, что в прошлом континенты перемещались один относительно другого на тысячи километров по сравнению с их положением в настоящее время. Эти данные и интерпретация их отвергались многими учеными, специалистами по Земле, в первую очередь из-за невозможности представить себе механизм, вызывающий дрейф континентов. В течение следующих десяти лет появились новые способы доказательств, возникли новые концепции, и теория тектоники плит, которая объясняет и специфический механизм смещения континентов, оказалась принятой практически всеми. В случае Луны геохимические данные однозначно требуют, чтобы Луна тем или иным способом произошла из мантии Земли после формирования ядра. Неясным остается вопрос о механизме образования Луны, несмотря на успехи в понимании явлений, сопровождающих падения крупных планетезималей в земную мантию, что дает некоторые основания для оптимизма. По крайней мере, в настоящее время вопрос о механизме не выглядит столь трудноразрешимым, как казался большинству ученых — специалистов в области наук о Земле в 1956 году вопрос о дрейфе континентов. Привлекательной чертой предлагаемой гипотезы происхождения Луны является то, что ее можно в принципе проверить и оценить с помощью новых данных, используя современные научные методы и оборудование. 30 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ Первым человеком, посмотревшим на Луну в телескоп, был Галилей. Ему же, соответственно, принадлежит и открытие лунных гор и кратеров. Вполне естественно, что Луна, как ближайшее к Земле небесное тело, стала первым объектом, к которому направились космические аппараты. Луна начала изучаться автоматическими станциями еще до появления человека в космосе. 4-го октября 1959-го года советская автоматическая станция "Луна 3" впервые сфотографировала обратную сторону Луны, на которой почти не оказалось морей. Советская же станция "Луна 9" 31-го января 1966-го года первой совершила удачную мягкую посадку на Луну в Океане Бурь, западнее кратеров Рейнер и Марат. Были произведены снимки Луны с разных высот и круговая панорама на самой поверхности. "Луна 10" первой стала искусственным спутником Луны 3 апреля 1966-го года, оставаясь им в течение 57-ми дней. Другая советская станция "Луна 16 "первой доставила образцы лунного грунта на Землю 24-го сентября 1970-го года. Станцией "Луна 17", запущенной 10-го ноября 1970-го года, на Луну был доставлен самоходный аппарат "Луноход 1", представлявший собой комплексную лабораторию. Аппарат проделал по поверхности спутника Земли путь длиною 10 540 метров. "Луноход 2" был доставлен 16-го января 1973-го года станцией "Луна 21". По восточному краю Моря Ясности самоходный аппарат прошел маршрут, протяженностью 37 км. Последней "Луной" была "Луна 24", в августе 1976-го года доставившая на Землю двухметровую колонку лунного грунта. 4 отечественных станции типа "Зонд" проводили разнообразные исследования в окололунном пространстве и возвращались на Землю. Американцы отправили к Луне около 30 аппаратов. 4 первых "Пионера" неизменно друг за другом в августе-декабре 1958-го года отклонялись от расчетных траекторий и не выполняли поставленных задач. С 1962-го по 1965-й годы к Луне были направлены семь аппаратов "Рейнджер", три из которых достигли-таки Луны и передали фотоснимки поверхности. С 1966-го по 1968-й годы на орбиту вокруг нашего естественного спутника были выведены пять станций "Лунар-Орбитер" и две станции "Эксплорер". Для посадки на Луну проводились в то же время запуски семи аппаратов "Сервейр". Кроме того, были запущены 17 "Аполлонов", 6 из которых доставили на Луну астронавтов, проведших там уникальные исследования. Первым человеком на Луне стал Нил Армстронг, командир "Аполлона 11". После 74-го года изучение Луны почти прекратилось. В 1994-м, однако, американский аппарат "Климентина" возобновил исследования нашего спутника, сделав, в том числе, около 3 млн. фотографий и предположительно открыл на Луне воду. 31 ЗАКЛЮЧЕНИЕ С самого начала цивилизации происхождение Земли и Луны было предметом постоянного теоретического и практического исследований. Этот вопрос относится к наиболее дискуссионным научным проблемам, охватывая различные области науки, привлекая внимание философов, астрономов, математиков, геологов, химиков и физиков. Появилось так много разнообразной литературы, что отдельные лица не в состоянии её полностью охватить. Поэтому любой человек, который пытается синтезировать материал в этой области знаний, неизбежно оказывается ограниченным рамками той дисциплины, в которой он работает. Большинство астрономических явлений, прежде всего, определяется гравитационными и магнитными полями, а также ядерными взаимодействиями, но формирование Солнечной системы происходило при таком режиме давления и температуры, при котором химические свойства вещества, по меньшей мере, так же важны, как гравитационные и магнитные поля. Метеориты имеют большое значение для получения данных о химических условиях в первоначальной Солнечной туманности, о процессах химического фракционирования, которые имели место во время формирования планет земной группы. Многочисленные детальные физическое, химические и минералогические исследования метеоритов вскрыли очевидность событий, происходивших в Солнечной системе во время и вскоре после её формирования, около 4,5 млрд. лет назад. 32 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Зигель Ф.Ю. Путешествие по недрам планет. – М.: Недра, 1988. – 220 с. 2. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли, Луны и планет. М., «Знание», 1973. 64 с. (Новое в жизни, науке, технике. Серия «Космонавтика. Астрономия» 2 ). 3. Павлинов В.Н., Соколовский А.К. Структурная геология и геологическое картирование с основами геотектоники. Основы общей геотектоники и методы геологического картирования: Учеб. Для вузов. – М.: Недра, 1990. – 318 с. 4. Рингвуд А.Е. Происхождение Земли и Луны: пер. с англ. – М.: Недра, 1982.293 стр. – Пер. изд.: США, 1979. 5. Якушова А.Ф., Хаин В.Е., Славин В.И. Общая геология. – М.: Изд – во МГУ, 1988. – 448с. 6. Журнал «Природа», 2004, №3, Академиздатцентр «Наука» РАН 33 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Снимок обратной стороны Луны, переданный станцией «Луна-3» 7 октября 1959г. Объекты, указанные на невидимой стороне (справа от пунктирной линии, сплошной линией показан экватор): 1 – Море Москвы, 2 – залив Астронавтов, 3 – Южное Море (продолжение), 4 – кратер Циолковский, 5 – кратер Ломоносов, 6 – кратер Жолио-Кюри, 7 – горный хребет Кордильеры, 8 – Море Мечты. Объекты видимой части луны: I – Море Гумбольдта, II - Море Кризисов, III – Краевое Море, IV - Море Волн, V – Море Смита, VI – Море Плодородия, VII – Южное Море. 34 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Фотография, сделанная одной из станций слежения Сети изучения дальнего космоса (DCN) 35 ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Названия лунных поверхностей Русские названия Горы Алтай Горы Альпы Горы Апенины Горы Кавказ Горы Карпаты Горы Пиренеи Горы Тенерифе Залив Зноя Залив Радуги Залив Росы Море Влажности Море Дождей Море Изобилия Море Нектара Море Облаков Море Опасностей (Кризисов) Море Паров Море Спокойствия Море Холода Море Ясности Мыс Геркулеса Мыс Лапласа Озеро Сновидений Океан Бурь Центральный Залив Латинские названия Montes Altai Montes Alpes Montes Apenninae Montes Caucasus Montes Carpates Montes Pyrenaee Montes Teneriffe Sinus Aestuum Sinus Iridum Sinus Roris Mare Humorum Mare Imbrium Mare Foecundidatis Mare Nectaris Mare Nublum Mare Crisium Mare Vaporum Mare Tranquilitatis Mare Frigoris Mare Serenitatis Cap Heraclides Cap Laplace Lacus Somniorum Oceanus Procellarum Sinus Medii 36 ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Названия морей, заливов, озёр и болот на видимой стороне Луны Океан Бурь Море Дождей Море Спокойствия Море Островов Море Холода Море Изобилия Море Ясности Море Облаков Море Кризисов Море Влажности Море Смита Залив Росы Море Нектара Море Познанное Озеро Вечности Озеро Сновидений Море Краевое Море Паров Озеро Весны Залив Центральный Залив Зноя Залив Радуги Залив Любви Болото Эпидемий Море Гумбольдта Озеро Суровости Залив Согласия Море Волн Болото Гниения Озеро Смерти Озеро Превосходства Озеро Благоговения Море Пены Море Змеи Озеро Печали Озеро Радости Залив Славы Залив Лунника Залив Успеха Озеро Счастья Озеро Нежности Озеро Надежды Залив Верности Озеро Ненависти Озеро Настойчивости Озеро Зимы Oceanus Procellarum Mare Imbrium Mare Tranquillitatis Mare Insularum Mare Frigoris Mare Fecunditatis Mare Serenitatis Mare Nubium Mare Crisium Mare Humorum Mare Smythii Sinus Roris Mare Nectaris Mare Cognitum Lacus Temporis Lacus Somniorum Mare Marginis Mare Vaporum Lacus Veris Sinus Meridiani Sinus Aestum Sinus Roris Sinus Amoris Palus Epidemiarum Mare Humboldtianum Lacus Asperitatis Sinus Concordiae Mare Undarum Palus Putredinis Lacus Mortis Lacus Excellentiae Lacus Tumoris Mare Spumans Mare Anguis Lacus Doloris Lacus Gaudii Sinus Honoris Sinus Lunicus Sinus Successus Lacus Felicitatis Lacus Lenitatis Lacus Spei Sinus Fidei Lacus Odii Lacus Perseverantiae Lacus Hiemalis 37 ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Формы рельефа, встречающиеся на Луне Тип образований Рус.\Лат. Определение Болото\ Palus Пониженная область, менее тёмная, чем море Борозда\Rima Длинная, узкая, неглубокая линейная депрессия Горы\ Mons Крупная возвышенность Гряда\ Dorsum Линейная возвышенность неправильной формы Долина\ Vallis Извилистая ложбина Залив\ Sinus Часть моря, вдающаяся в материк Кратер\ Crater Кольцевая депрессия, окруженная валом Море\ Mare Тёмная пониженная область Мыс\ Promontorium Часть материка, вдающаяся в море Озеро\ Lacus Тёмная пониженная область меньших размеров Океан\ Oceanus Обширная тёмная пониженная область Равнина\ Planitia Ровная низменная область Сброс\ Rupes Уступо- или обрывообразная форма Цепочка\ Catena Цепочка кратеров