Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Светящиеся точки на Луне

По дороге к Марсу астронавтов может ждать засада

Странные вспышки на поверхности Луны уже получили не менее странное название — «эпизодические лунные явления». О них известно довольно давно, но только сейчас найдены возможные объяснения. Фото: Leon Stuart, courtesy of Columbia University Department of Astronomy

На фоне споров о загадочной природе темной материи и темной энергии изучение вспышек непонятного происхождения на поверхности Луны, получивших название эпизодических лунных явлений (transient lunar phenomena), выглядит весьма прозаичным занятием. Однако именно этот вопрос может стать в ближайшие годы весьма важным в свете амбициозных планов высадки на Луну — планов, обнародованных Россией, США и Китаем. Если вспышки так и не удастся объяснить, осуществимость этих планов станет весьма проблематичной. Как пишет журнал New Scientist, ситуация с эпизодическими лунными явлениями свидетельствует о том, что «Луна пытается сообщить нам нечто очень важное», и расшифровка этого послания становится для астрономов не только делом чести, но и вопрос безопасности будущих полетов.

Напомним, что одно из первых астрономических открытий Галилео Галилея было связано именно с Луной. Обнаружив на поверхности Луны — с помощью им же изобретенного телескопа — горы и кратеры, и оценив по длине тени, отбрасываемой горами, их высоту, Галилей разрушил границу, отделявшую (по представлениям античной и средневековой науки) несовершенный подлунный мир от совершенного небесного. Предшественникам Галилея, а в равной степени и многим его современникам, было трудно согласиться с мыслью, что поверхность Луны не идеально сферическая, что Луна чем-то похожа на Землю и что космический объект допустимо описывать в привычных нам «земных» образах и понятиях. Вскоре, однако, современники Галилея болонские иезуиты Франческо Мария Гримальди (Francesco Maria Grimaldi, 1618–1663) и Джованни Риччоли (Giovanni Battista Riccioli, 1598–1671) составили карту Луны и дали названия морям и кратерам. Все эти названия сохранились и на её современной карте. 

Вопрос о том, насколько Луна похожа на Землю, вплоть до 1950-х годов относился исключительно к сфере отвлеченного знания, и только после запуска первого искусственного спутника Земли приобрел практическую актуальность. Разрабатывавшиеся в то время амбициозные планы исследования Луны — на первом этапе с помощью автоматических станций — не могли быть успешно реализованы без надежной информации о свойствах лунной поверхности. 

Получить такую информацию удалось в конечном счете при помощи радиотелескопов. Именно перед радиоастрономией, представлявшей в начале 50-х годов совершенно новое направление в исследовании ближнего и дальнего космоса, была поставлена задача выяснения структуры верхнего покрова Луны и физических характеристик лунного грунта. Для решения этой задачи необходимо было оценить величину плотности лунного грунта и, исходя из этого, остановиться на одной из двух моделей верхнего слоя лунной поверхности: пылевой либо губчатой. Радиоастрономические измерения позволяли определить электрические характеристики верхнего слоя… именно эти данные и предполагалось использовать для оценки плотности лунной породы. Необходима была информация о том, как плотность лунного грунта связана с его электрическими характеристиками. Получить же такую информацию можно было только в отношении грунтов, находящихся на Земле. И здесь вновь возник вопрос: допустимо ли результаты исследований, выполненных на Земле, использовать за её пределами? 

Командир Аполлона-15 Дэвид Скотт (на переднем плане) и космонавт-исследователь Джозеф Аллен осматривают доставленный ими с лунной поверхности образец в Лунной лаборатории Центра пилотируемых полетов (Manned Spacecraft Center). 8 декабря 1971 года. Фото: JSC/NASA

Полагая, что ответ может быть только положительным, нижегородские (в то время — горьковские) физики из НИРФИ (Научно-исследовательский радиофизический институт) осуществили в начале 60-х годов широкомасштабное исследование большого количества видов земных пород; в итоге им удалось найти эмпирическое соотношение, связывавшее диэлектрическую проницаемость горной породы и её плотность. Вслед за этим, совместно с коллегами из Физического института и Государственной астрономической обсерватории АН СССР, горьковские физики измерили радиоастрономическими методами диэлектрическую проницаемость лунной породы. Полагая, что найденное эмпирическое соотношение должно выполняться и за пределами Земли, они оценили среднюю плотность лунной породы на поверхности нашего спутника; она оказалась приблизительно в два раза меньше плотности воды. Оценка эта была воспринята как существенный аргумент в поддержку концепции «твердой Луны», и именно на этой концепции основывалась успешно реализованная в СССР программа исследования Луны, предусматривавшая мягкую посадку на её поверхность. 

За прошедшие с тех пор четыре десятилетия на поверхности нашего спутника побывали и люди, и автоматические космические аппараты. Объем информации о происходящем на Луне многократно возрос. И, тем не менее, многие весьма важные вопросы остаются без ответа. Происхождение эпизодических лунных явлений — один из них. 

Первые упоминания о странном свечении лунной поверхности относятся ещё к Х веку и принадлежат монахам одного из английских монастырей. Зафиксировали яркую вспышку в районе кратера Аристарх и облетавшие Луну астронавты космического корабля Аполлон-11. Что представляют собой эти вспышки, действительно ли они происходят на поверхности Луны, или же наблюдатели сталкиваются просто с оптической иллюзией? Попытку ответить на этот вопрос предпринял астрофизик и космолог из Колумбийского университета в Нью-Йорке (Columbia University) Эрлин Кроттс (Arlin Crotts). Для этого он проанализировал более полутора тысяч описаний, сделанных уже после полета кораблей «Аполлон». 

В соответствии с описаниями, длительность вспышек лежит в интервале от минуты до нескольких часов, причем в течение этого времени яркость свечения может и усиливаться, и ослабевать. Однако слишком большого доверия эти описания не заслуживают: их авторами были большей частью астрономы-любители, далеко не всегда следующие принятым в наблюдательной астрономии стандартам в своих наблюдениях. Чтобы выделить из всего массива наблюдений наиболее надежные, Кроттс попытался выяснить, есть ли на поверхности Луны такие участки, вспышки на которых отмечали бы независимо друг от друга разные наблюдатели. Аналогичную статистическую обработку он выполнил и в отношении наблюдений, проводившихся в разные столетия. В результате, по словам самого Кроттса, среди прочих явно выделялись шесть участков лунной поверхности, упоминание которых присутствовало у разных наблюдателей. 

В каждом втором из прошедших «фильтр» Кроттса наблюдений упоминался 45-километровый кратер Аристарх. В каждом четвертом — 100-километровый кратер Платон. В остальных случаях чаще всего упоминалось море Кризисов, а также кратеры Гримальди, Тихо, Коперник и Кеплер. 

Дэвид Кроттс и Камерон Хуммельс рассчитывают, что находящийся на селеноцентрической орбите японский исследовательский аппарат Кагуя (Kaguya) позволит определить наиболее активной дегазации Луны. Специально для этого на нем находится детектор альфа-излучения ARD.Фото: SELENE/JAXA

Завершив статистическую обработку наблюдений, Кроттс решил выяснить, встречаются ли ссылки на перечисленные участки лунной поверхности где-либо ещё. Оказалось, что в границах именно этих участков были зафиксированы эпизодические выбросы радона, причем в половине случаев эти выбросы происходили в районе кратера Аристарх. Информация о выбросах радона поступила с детекторов альфа-частиц, размещенных на борту Аполлона-15, Аполлона-16 и вышедшего на окололунную орбиту в 1998 года аппарата «Лунар-Проспектор» (Lunar Prospector). Как могут быть связаны выбросы радона с загадочными вспышками? Кроттс предлагает следующее объяснение: во всех упоминавшихся участках на поверхности имеются трещины в лунной коре, через них радон выходит на поверхность, причем непосредственно перед выходом его давление становится достаточно большим. 

По расчетам, выполненным Кроттсом совместно с его студентом Камероном Гуммельсом (Cameron Hummels), 500 кг вырвавшегося за пределы лунной поверхности газа должны были сформировать газопылевое облако размером до нескольких километров. Это облако может находится в устойчивом состоянии от 5 до 10 минут — именно такую длительность свечения фиксировало большинство наблюдателей. Присутствие такого облака может изменять отражательные способности лунной поверхности — к примеру, из- за присутствия вблизи поверхности большого количества частиц пыли. 

Остается, однако, непроясненным вопрос о происхождении радона. Поскольку радон представляет собой промежуточный продукт в ходе распада радиоактивного урана, вполне естественно предположить присутствие урана в скальных породах Луны. Проблема состоит в том, чтобы найти причину, по которой продукты радиоактивного распада урана оказались сконцентрированными в столь немногих зонах выхода на лунную поверхность.

И здесь Кроттс принимает точку зрения тех исследователей Луны, которые не согласны рассматривать её как геологически «мертвый» (в отличие от Земли) космический объект. «Я убежден, что нам следует тщательно изучить вопрос о существовании на Луне остаточного вулканизма, проявляющегося, например, в выбросах радона» — говорит Кроттс. В качестве примера он указывает на кратер Аристарх, с выбросами которого связывают обычно формирование большей части лавы западных морей приблизительно три миллиарда лет назад. «Я не могу представить себе другое место на Луне, в котором вулканические следы были бы более явными» — говорит Кроттс. 

Чтобы проверить свою идею, Кроттс оценил эффект от гравитационного воздействия на Луну со стороны Земли. По его словам Кроттса, в течение одного года за счет гравитационных сил перемещается приблизительно десять тысяч тонн лунной породы, что, в принципе, может способствовать высвобождению ста тонн газа. 

При разработке планов пилотируемых полетов к планетам Солнечной системы, кто бы этим не занимался, Луне отводится особое место. И важно знать, каких от нее можно ждать сюрпризов. Иллюстрация: Pat Rawlings/SAIC, NASA

В настоящее время Кроттс вместе с несколькими астрофизиками и геологами исследует Луну с помощью расположенного в Чили (в Серро Тололо) автоматического телескопа с 10-метровым зеркалом. Телескоп сканирует лунную поверхность, и в планах Кроттса — сформировать сеть аналогичных пунктов наблюдения в разных частях земного шара. Как предполагается, такая сеть сможет зарегистрировать все «эпизодические» вспышки, и в этом случае наш анализ необычного явления станет существенно более содержательным. Излишне говорить о том, что при детальном планировании экспедиции на Луну результаты исследований Кроттса могут существенно снизить фактор риска, связанный с выбором места «прилунения» посадочного модуля.

Борис Булюбаш, 22.05.2008

 

Новости партнёров