Бои гипотез
Это было два года назад. В Пулковской обсерватории собрались ученые разных стран на очередной Международный симпозиум. Не так уж часто «астрономическая столица» мира становилась свидетельницей столь бурных заседаний, как в те дни. Выступления докладчиков то и дело прерывались репликами из зала, поминутно вспыхивали споры. Ученые расходились поздней ночью.
А речь в Пулкове шла об одной из самых волнующих проблем современной астрономии — происхождении Луны. Когда, каким образом появился у нашей планеты гигантский спутник, подобного которому нет у других планет солнечной системы? Мнения ученых разошлись.
Но одна гипотеза была отвергнута единодушно. А ведь еще сравнительно недавно она считалась почти непогрешимой. Одно время астрономы полагали, что солнечная система возникла из раскаленной газовой материи, что образовавшиеся из нее планеты сначала были «горячими», а затем постепенно остывали. Когда-то Луна и Земля, утверждала гипотеза, представляли собою единый сгусток раскаленной материи. Постепенно охлаждаясь, этот сгусток принимал форму груши, а затем двух шаровидных тел. На каком-то этапе перемычка разорвалась, а «шары», остыв, превратились: меньший — в Луну, больший — в Землю.
Эта гипотеза была разработана английским ученым Дж. Дарвином. Но в последнее время на основе новых физических представлений в космогонии утвердилась теория образования нашей планетной системы из холодной космической пыли и газа. Гипотеза Дарвина лишилась исходных предпосылок.
На смену ей пришли новые гипотезы. Их было немало, но постепенно выявились два главных направления научной мысли.
Первое из них — гипотеза так называемого «захвата», которую поддерживает целый ряд ученых. Гарольд Юри, например, считает, что в отдаленном прошлом Луна была самостоятельной планетой солнечной системы, но в какой-то момент оказалась «пойманной» силой земного притяжения и перешла с околосолнечной орбиты на околоземную.
К мнению этого американского ученого присоединился не так давно австрийский математик и инженер Ганс Гербигер, разработавший свой вариант гипотезы «захвата».
Гербигер попытался выяснить, какое влияние могло оказать подобное событие на нашу планету. По его расчетам, «приобретение» спутника обошлось Земле весьма дорого. Это была настоящая всепланетная катастрофа. Притяжение массивного спутника, который, по мысли Гербигера, в первое время после «пленения» находился ближе к Земле, чем сейчас, должно было вызвать мощные приливные волны в атмосфере, в океанах и в твердой оболочке Земли.
Весьма вероятно, что захват Луны Землею и в самом деле мог бы вызвать подобную катастрофу. Но для того чтобы крупное небесное тело, пролетающее вблизи Земли, стало ее спутником, необходимы были чрезвычайные условия: это тело должно было в строго определенный момент изменить направление и скорость движения. Для этого нужны какие-то силы. О них Гербигер ничего не говорит.
Оригинальное обоснование возможности захвата Луны выдвинул известный болгарский астроном академик Н. Бонев. Когда-то, предполагает он, в момент наибольшего сближения двух самостоятельных планет — Луны и Земли, на первой из них произошло сильнейшее вулканическое извержение, в результате которого Луна «выбросила» в космическое пространство значительную часть своей первоначальной массы. Сработав словно гигантский реактивный двигатель, извержение изменило скорость движения Луны и притом как раз таким образом, что самостоятельная планета превратилась в спутника Земли, обращающегося по почти круговой орбите.
Эта остроумная и даже «красивая» гипотеза предполагает, однако, редчайшее стечение обстоятельств. Не говоря уже о том, что «вулканический реактивный двигатель» должен был «включиться» в строго определенный момент и «работать» строго определенное время, он должен был действовать лишь на небольшом участке лунной поверхности и выбрасывать вещество опять же в строго определенном направлении. На этом цепь необходимых «счастливых» совпадений не кончается: для создания надлежащего реактивного эффекта лунные вулканы должны были бы выбрасывать магму и газы с огромной скоростью — около 3—5 километров в секунду, что само по себе представляется довольно маловероятным.
По мнению многих участников пулковской «лунной баталии», гораздо убедительней выглядит гипотеза происхождения Луны, разрабатываемая в Институте физики Земли Академии наук СССР под руководством Б.Ю. Левина.
Нашу планету, которая сама формировалась из холодного облака космической пыли и газа, говорит эта гипотеза, окружал целый рой частиц, которые беспрерывно двигались, сталкивались и тоже объединялись друг с другом. Постепенно из этого роя и образовалась Луна. Произошло это приблизительно в то время, когда масса нашей планеты составляла всего 0,3—0,5 современной массы. Таким образом, Земля и Луна — почти ровесницы; если Луна и помоложе, то «всего» на каких-нибудь 100— 200 миллионов лет.
Сформировавшись, Луна начала, как и Земля, постепенно разогреваться изнутри—вследствие распада радиоактивных элементов. Легкоплавкие вещества лунных глубин стали переходить в жидкое состояние и «всплывали» наверх. Вместе с ними выносились в верхние слои Луны и сами радиоактивные вещества. В результате такого перераспределения масс разогревание внутренних частей Луны уменьшалось, зато начали плавиться внешние слои. Это вызвало грандиозные извержения раскаленной лавы. Отдельные участки лунной коры расплавлялись и погружались внутрь. Так шел процесс «перемешивания» лунного вещества. Постепенно общее количество радиоактивных элементов на Луне вследствие распада уменьшалось, период разогрева Луны в конце концов сменился периодом остывания. Расчеты, проведенные учеными, показывают, что это вероятней всего произошло около трех с половиной миллиардов лет назад.
Совсем ли остыл наш спутник?
Недавно советские ученые провели комплекс радионаблюдений за тепловым излучением Луны. Результаты исследований показали, что с увеличением глубины температура лунного грунта довольно быстро растет. Подсчитано, что поток тепла на лунных, глубинах сравним с тепловым потоком из недр Земли. Но ведь Луна по объему значительно меньше Земли. Это значит — концентрация радиоактивных веществ в недрах Луны примерно в 5—6 раз выше, чем на Земле. А если это так, то и недра нашего космического спутника должны быть до сих пор горячими.
Совсем недавно этот вывод получил независимое подтверждение в работах советского астронома доктора физико-математических наук Н.А. Козырева. Исследуя методами спектрального анализа один из лунных кратеров, Н.А. Козырев пришел к выводу, что из трещин на дне кратера выделяется молекулярный углерод. А он, как известно, может образоваться только при очень высокой температуре.
Поверхность космической соседки
...Удар за ударом! Маленькие стальные шарики с огромной скоростью — около семи с половиной километров в секунду — врезаются в металлическую пластинку. За ними внимательно следит глаз кинокамеры, ведущей сверхскоростную съемку. Кинокадры во всех подробностях расскажут, что происходит с веществом мишени во время удара.
А происходит нечто весьма любопытное. В том месте, где шарик ударяется в мишень, возникает круглая воронка, по форме точь-в-точь напоминающая лунные кратеры в миниатюре.
Эти необычные опыты были поставлены в лаборатории американского ученого Чертерса и вскоре получили большую известность.
Астрономов уже давно занимает вопрос: как возникли на Луне «цирки» — необычные кольцеобразные горы, отдаленно напоминающие кратеры земных вулканов, но гораздо больших размеров.
Многие ученые склонны связывать образование их с действием мощных вулканов, которые когда-то могли быть на Луне. Однако существует и другая точка зрения.
Было замечено, что некоторые аэрофотоснимки времен второй мировой войны, на которых запечатлены результаты авиационной бомбардировки, очень напоминают снимки лунной поверхности. Даже специалист-астроном с трудом мог бы отличить их друг от друга. Это сходство подтверждает гипотезу о том, что лунные цирки представляют собой следы падения гигантских метеоритов. Теорию этих явлений разработал советский ученый К.П. Станюкович.
Но может ли в результате сильного удара возникнуть воронка, окруженная мощным кольцевым валом? Чтобы ответить на этот вопрос, Чертерс и поставил свои опыты с бомбардировкой мишени. И оказалось: в момент удара вещество мишени как бы «растекается» во все стороны, образуя именно круглую воронку с кольцевым валом.
Опыты Чертерса кажутся убедительными. Есть одно «но». Внутри многих (не всех) кольцевых лунных кратеров замечены центральные горки, напоминающие маленькие сопки. Как же могут образоваться они в самом «центре удара»? Ответить на этот вопрос попытался советский астроном-любитель из города Иваново А.М. Беневоленский.
Подобно Чертерсу, Беневоленский также занялся моделированием метеоритной бомбардировки. На плоскую доску он помещал застывающий гипс или цемент и на эту массу с разной высоты сбрасывал небольшие тела из камня и металла. В результате удара в большинстве случаев получались типичные лунные кратеры с центральной горкой. Причем образование горки зависело от того, насколько успевал затвердеть гипс или цемент. Если вещество было еще достаточно жидким, центральная горка возникала обязательно.
Как же связать результаты этого опыта с Луной? Известно, что твердое вещество под действием быстрого удара как бы теряет прочность и приобретает на короткое время свойства жидкости. Возникновение горок, с точки зрения метеоритной гипотезы, могло зависеть от степени вязкости лунной породы при падении метеорита.
Все эти остроумные опыты не дали, конечно, исчерпывающего ответа на вопрос, как возникли лунные кратеры. Но они позволяют думать, что на Луне существуют кратеры как метеоритного, так и вулканического происхождения.
* * *
И еще один опыт.
На этот раз к мишени летели не стальные шарики, а потоки невидимых радиоволн. Да и мишенью служил не толстый лист металла, а образцы различных горных пород. Горьковские радиофизики пытались с помощью лабораторных опытов определить химический состав лунной «почвы».
Что представляет собой поверхность Луны?
В свое время среди астрономов было широко распространено мнение, что лунная поверхность сложена из скальных пород, «припудренных» сверху толстым слоем пыли, образовавшейся в результате метеоритной бомбардировки. Однако несколько лет назад советский ученый профессор Н.Н. Сытинская высказала предположение, что лунная поверхность может состоять из пористых, губчатых материалов: при ударе метеоритов о лунную поверхность сам метеорит и часть вещества лунной «почвы» обращаются в пары, а затем, быстро охлаждаясь, оседают в виде темной губчатой массы.
Но как проверить это предположение?
На помощь пришли радионаблюдения. Луна, как и всякое нагретое тело, излучает радиоволны — и не только своей поверхностью, но и глубинными слоями. По длине волны можно судить о глубине залегания того или иного слоя. Это обстоятельство использовали в своих исследованиях сотрудники Горьковского радиофизического института под руководством доктора физико-математических наук В.С. Троицкого. Регистрируя лунные радиоволны различной длины, они слой за слоем «просмотрели» лунную «почву» на глубину до 20 метров. Эти наблюдения показали, что верхний слой Луны представляет собой твердое вещество, плотность которого равна половине плотности воды. Выяснилось также, что лунная поверхность проводит тепло примерно в 50 раз лучше, чем слой мелкой пыли. Сопоставив эти данные, горьковчане сделали вывод, что вещество лунной поверхности напоминает по структуре всем знакомую пемзу.
Это по структуре. А по химическому составу?
Чтобы ответить на этот вопрос, горьковские радиоастрономы и занялись теми своеобразными экспериментами, о которых уже было упомянуто. Ученые брали различные земные породы и сравнивали их по «радиосвойствам» с лунной «почвой». На основании опытов был сделан вывод, что верхний слой Луны состоит в основном из окиси кремния (кварца) и различных «добавок» — окиси алюминия (корунда), окислов калия, натрия, железа, магния.
Вещество лунной поверхности ученые назвали «лунитом».
Когда автоматические лаборатории доставят на Землю первые пробы лунного грунта, станет известно точно, каков он, этот лунит.
Луна — Земле
Земля и Луна. Они чем-то схожи, чем-то различны. Но и сходство и различие этих двух планет интересны для ученых.
Один астроном очень метко назвал Луну «музеем древностей». В каком смысле? Поверхность нашего спутника имеет, по всей вероятности, тот самый вид, какой она приобрела в эпоху своего окончательного формирования. Это потому, что на Луне нет ветров, нет текучих вод, а значит, отсутствуют выветривание горных пород и эрозия. Так что поверхность Луны — своеобразная книга, по которой можно читать ее «законсервированную» историю.
Вероятно, лунная поверхность сумеет рассказ первым исследователям, которые побывают на, не, не только о своем собственном прошлом, не о некоторых космических явлениях общего характера. В частности, о космических лучах. На луне грунте должны сохраниться следы «обработки» первичными космическими лучами, которые благодаря отсутствию атмосферы и магнитного поля беспрепятственно попадают на Луну. От этих исследований можно ожидать многого: решение проблемы космических лучей — путь к скорейшему познанию самых сокровенных тайн строения вещества.
Но, пожалуй, самое поразительное в том, что, изучая Луну, расположенную далеко от Земли, мы можем получить ответы на целый ряд важнейших вопросов, касающихся нашей собственной планеты ее внутреннего строения и ее космической истории!
Одна из самых интересных лунно-земных проблем — природа магнетизма небесных тел и, в частности, Земли. Полагают, что магнитные свойства Земли связаны с ее вращением вокруг оси и наличием «жидкого» ядра. Но какая из этих причин главная?
Магнитометр, установленный на второй советской космической ракете, не обнаружил признак лунного магнитного поля. Между тем, если бы магнитное поле нашего естественного спутника было даже в тысячу раз слабее земного, прибор обязательно зарегистрировал бы его.
В чем же дело? В том, что Луна вращается гораздо медленнее Земли? Или в том, что у Лун отсутствует внутреннее ядро, которым, видимо, обладают лишь достаточно массивные небесные тела? Ответ на этот вопрос мог бы дать очень многое для решения проблемы земного магнетизма.
Возникают неожиданные лунно-земные проблем!
Выше уже упоминалось об исследовании советским астрономом Н.А. Козыревым данных спектрального анализа одного из лунных кратеров. «Поведение» этого кратера — Альфонс — очень интересовало Козырева. В один из осенних дней 1958 года мощный телескоп Крымской обсерватории снова был нацелен на центральную область лунного диска, где расположен загадочный кратер. И вдруг… В окуляр телескопа совершенно отчетливо было видно, как из центральной горки кратера выделяются струйки газа. Первое в истории наблюдение действующего вулкана на «мертвой» Луне!..
Тщательный анализ спектрограмм убедил ученых в том, что в составе лунных газов есть соединена углерода. По аналогии с Землей сразу же возник вопрос: а не указывают ли выходы природного газа на Луне на месторождения... нефти?!
Луна — и нефть! На первый взгляд парадоксальное предположение. Откуда нефть на Луне, никогда по-видимому не знавшей достаточно развитой органической жизни? Вспомним, однако: еще Д.И. Менделеев высказывал смелую мысль о неорганической происхождении части нефтяных запасов. Присутствие нефти на Луне послужило бы прямым доказательством справедливости этой мысли.
Нефть на Луне... Есть еще одно косвенное доказательство правомерности такого предположения: ученые не раз наблюдали люминесцентное, то есть «холодное», свечение лунных пород под воздействием ультрафиолетового солнечного облучения. Что же может светиться на Луне? Недавно во Всесоюзном нефтяном геологоразведочном институте были проведены интересные опыты: исследователи подвергли ультрафиолетовому облучению многие сотни образцов различных пород. Некоторые из них при этом светились. И вот что любопытно: оказалось, свечение исходит из мельчайших трещин, в которых были обнаружены нефтяные битумы.
В исследовании Луны, как видите, заинтересованы не только астрономы, но и геологи и специалисты многих других сугубо земных профессий.
Луна становится «ключом» для решения целого ряда земных и космических проблем.
Виктор Комаров
Серебристое ли светило!
С давних пор поэты называют Луну серебристой. И действительно, когда на небе полная Луна, меркнут звезды, Землю заливает ровный и яркий свет, а сам лунный диск ярким серебряным кружком выделяется на ночном небе.
Однако серебристый цвет ночного светила обманчив.
Луна, как известно, светит отраженным светом Солнца. И, оказывается, ее поверхность отражает около одной пятнадцатой падающего на нее солнечного света. В обычных условиях мы бы назвали тело, которое отражает столь небольшую долю солнечного света, черным или, во всяком случае, темно-серым. Почему же диск Луны кажется нам таким ярким? Только благодаря контрасту с черным фоном неба. А уж если говорить о цвете, то, как показывают приборы, истинный цвет Луны — желтоватый.
Можно ли стать невидимкой!
В одном мультипликационном фильме о путешествии на Луну есть забавный эпизод: космонавт входит в тень и мгновенно исчезает. Казалось бы, раз на Луне нет атмосферы, которая может рассеивать солнечный свет, то и лунные тени должны быть чем-то вроде «шапок-невидимок». Увидеть в них какой-либо предмет невозможно. Так ли это на самом деле? Пожалуй, нет. Ведь лунная поверхность хоть и незначительно, но отражает и рассеивает световые лучи. Вот поэтому и в тенях на Луне космонавты не найдут абсолютной темноты.
Вода на луне!
В любом школьном учебнике астрономии можно прочесть, что Луна — это мир без воды и воздуха. Так ли это?
Если Луна возникла путем объединения холодных космических частиц, в состав которых входили и молекулы воды, то, возможно, вода присутствует в лунных породах и сейчас. Нагреваясь, глубинная вода должна испаряться и подниматься по трещинам к поверхности, а на небольшой глубине температура очень низкая. Поэтому близ поверхности Луны могли образоваться скопления больших масс льда. Не так давно на Луне обнаружили образования нового типа, так называемые купола — странные бугорки с углублениями на вершинах. Может быть, это и есть скопления льда, в верхней части которых располагаются воронки гейзеров?
Новый портрет старой знакомой
Техника телевидения все чаще приходит на помощь астрономам. Советский физик Н.Ф. Купревич сконструировал в Пулковской обсерватории специальную телевизионную установку для фотографирования Луны в невидимых инфракрасных лучах. И вот оказалось, что на фотографиях, полученных с экрана этой установки, многие детали лунной поверхности выглядят совершенно иначе, чем на обычных снимках.
Почти на самом краю лунного диска расположен огромный кольцевой кратер Тихо. Во все стороны от него расходятся какие-то светлые полосы. Что это? Гигантские трещины или, может быть, вулканический пепел, выброшенный из кратера во время мощного извержения? Долго на этот вопрос не было ответа. Но вот перед учеными лежат фотографии, полученные в инфракрасных лучах. Таинственные полосы исчезли! Вместо них отчетливо видны обычные горные цепи. В чем же дело?
Можно предположить, что загадочные таинственные полосы — это выброшенные из кратера лунные породы, которые светятся под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. При наблюдении Луны в инфракрасных лучах этот блеск исчезает и поверхность спутника Земли предстает в своем естественном виде.
