Реферат: Луна

трех удачных полетов были получены обширные материалы для изучения морфологии

лунной поверхности. Съемки "Рейнджеров" положили начало американской

программе фотографирования планет.

Конструкция аппаратов "Рейнджер" сходна с конструкцией первых аппаратов

"Маринер", которые были запущены к Венере в 1962 году. Однако дальнейшее

конструирование лунных космических аппаратов не пошло по этому пути. Для

получения подробной информации о лунной поверхности использовались другие

космические аппараты - "Лунар, Орбитер". Эти аппараты с орбит искусственных

спутников Луны фотографировали поверхность с высоким разрешением.

Одна из целей полетов состояла в получении высококачественных снимков с двумя

разрешениями, высоким и низким, с целью выбора возможных мест посадки

аппаратов "Сервейор" и "Аполлон" с помощью специальной системы фотокамер.

Снимки проявлялись на борту, сканировались фотоэлектрическим способом и

передавались на Землю.

Первые три "Орбитера" были выведены на круговые орбиты с небольшим

наклонением и малой высотой; на каждом из них проводилась стереосъемка

избранных участков на видимой стороне Луны с очень высоким разрешением и

съемка больших участков обратной стороны с низким разрешением. Четвертый

спутник работал на гораздо более высокой полярной орбите, он вел съемку всей

поверхности видимой стороны, пятый, последний "Орбитер" вел наблюдения тоже с

полярной орбиты, но с меньших высот. "Лунар орбитер-5" обеспечил съемку с

высоким разрешением многих специальных целей на видимой стороне, большей

частью на средних широтах, и съемку значительной части обратной с малым

разрешением. В конечном счете, съемкой со средним разрешением была покрыта

почти вся поверхность Луны, одновременно шла целенаправленная съемка, что

имело неоценимое значение для планирования посадок на Луну и ее

фотогеологических исследований.

Дополнительно было проведено точное картирование гравитационного поля, при

этом были выявлены региональные концентрации масс (что важно и с научной

точки зрения, и для целей планирования посадок) и установлено значительное

смещение центра масс Луны от центра ее фигуры. Измерялись также потоки

радиации и микрометеоритов.

Аппараты "Лунар орбитер" имели систему трехосной ориентации, их масса

составляла около 390 килограммов. После завершения картографирования эти

аппараты разбивались о лунную поверхность, чтобы прекратить работу их

радиопередатчиков.

Полеты космических аппаратов "Сервейор", предназначавшихся для получения

научных данных и инженерной информации (такие механические свойства, как,

например, несущая способность лунного грунта), внесли большой вклад в

понимание природы Луны, в подготовку посадок аппаратов "Аполлон".

Автоматические посадки с использованием последовательности команд,

управляемых радаром с замкнутым контуром, были большим техническим

достижением того времени. "Сервейоры" запускались с помощью ракет "Атлас-

Центавр" (криогенные верхние ступени "Атлас" были другим техническим успехом

того времени) и выводились на перелетные орбиты к Луне. Посадочные маневры

начинались за 30 - 40 минут до посадки, главный тормозной двигатель включался

радаром на расстоянии около 100 километров до точки посадки. Конечный этап

(скорость снижения около 5 м/с) проводился после окончания работы главного

двигателя и сброса его на высоте 7500 метров. Масса "Сервейора" при запуске

составляла около 1 тонны и при посадке - 285 килограмм. Главный тормозной

двигатель представлял собой твердотопливную ракету массой около 4 тонн.

Космический аппарат имел трехосную систему ориентации.

Прекрасный инструментарий включал две камеры для панорамного обзора

местности, небольшой ковш для рытья траншеи в грунте и (в последних трех

аппаратах) альфа-анализатор для измерения обратного рассеяния альфа - частиц

с целью определения элементного состава грунта под посадочным аппаратом.

Ретроспективно результаты химического эксперимента многое прояснили в природе

поверхности Луны и ее истории. Пять из семи запусков "Сервейоров" были

успешными, все опустились в экваториальной зоне, кроме последнего, который

сел в районе выбросов кратера Тихо на 41° ю.ш. "Сервейор-6" был в некотором

смысле пионером - первым американским космическим аппаратом, запущенным с

другого небесного тела (но всего лишь ко второму месту посадки в нескольких

метрах в стороне от первого).

Пилотируемые космические аппараты "Аполлон" были следующими в американской

программе исследований Луны. После "Аполлона" полеты на Луну не проводились.

Ученым пришлось довольствоваться продолжением обработки данных от

автоматических и пилотируемых полетов в 1960 - е и 1970 - е годы. Некоторые

из них предвидели эксплуатацию лунных ресурсов в будущем и направили свои

усилия на разработку процессов, которые смогли бы превратить лунный грунт в

материалы, пригодные для строительства, для производства энергии и для

ракетных двигателей. При планировании возвращения к исследованиям Луны без

сомнения найдут применение как автоматические, так и пилотируемые космические

аппараты. На Луну были доставлены также сейсмографы. Они отметили много

небольших «лунотрясений», в основном связанных с падениями метеоритов. На

Луне отмечались яркие вспышки, связанные, быть может, с извержениями

вулканов, и был сфотографирован спектр газового облака, выброшенного в районе

центральной горки кратера Альфонс.

Возраст Луны.

Изучая радиоактивные вещества, содержащиеся в лунных породах, ученые сумели

вычислить возраст Луны. Например, уран медленно превращается в свинец. В

кусочке урана-238 половина атомов превращается в атомы свинца за 4,5 млрд.

лет. Таким образом, измерив пропорцию урана и свинца, содержащихся в породе,

можно вычислить ее возраст: чем больше свинца, тем она старше. Камни на Луне

стали твердыми около 4,4 млрд. лет назад. Луна сформировалась, по-видимому,

незадолго до этого; ее наиболее вероятный возраст – около 4,65 млрд. лет. Это

согласуется с возрастом метеоритов, а также с оценками возраста Солнца. До

выполнения программы «Аполлон» о возрасте Луны можно было только гадать.

Человек на Луне.

Работа над этой программой началась в США в конце 60 - х годов. Было принято

решение осуществить полет человека на Луну и его успешное возвращение на

Землю в течение ближайших десяти лет. Летом 1962 года после длительных

дискуссий пришли к заключению, что наиболее эффективным и надежным способом

является вывод на окололунную орбиту комплекса в составе командно -

вычислительного модуля, в состав которого входят командный и вспомогательный

модули, и лунного посадочного модуля. Первоочередной задачей было создание

ракеты носителя, способной вывести не менее 300 тонн на околоземную орбиту и

не менее 100 тонн на окололунную орбиту. Одновременно велась разработка

космического корабля “Аполлон”, предназначенного для полета американских

астронавтов на Луну. В феврале 1966 года “Аполлон” был испытан в беспилотном

варианте. Однако то, что произошло 27 января 1967 года, помешало успешному

проведению программы в жизнь. В этот день астронавты Э. Уайт, Р. Гаффи, В.

Гриссом погибли при вспышке пламени во время тренировке на Земле. После

расследования причин испытания возобновились и усложнились. В декабре 1968

года «Аполлон – 8» (еще без лунной кабины) был выведен на селеноцентрическую

орбиту с последующим возвращением в атмосферу Земли со второй космической

скоростью. Это был пилотируемый полет вокруг Луны. Снимки помогли уточнить

место будущей посадки на Луну людей. 16 июля «Аполон-11» стартовал к Луне и

19 июля вышел на лунную орбиту. 21 июля 1969 на Луне впервые высадились люди

- американские астронавты Н. Армстронг и Э. Олдрин, доставленные туда

космическим кораблем «Аполлон-11». Космонавты доставили на Землю несколько

сотен килограммов образцов и провели на Луне ряд исследований: измерения

теплового потока, магнитного поля, уровня радиации, интенсивности и состава

солнечного ветра (потока частиц, приходящих от Солнца). Оказалось, что

тепловой поток из недр Луне примерно втрое меньше, чем из недр Земли. В

породах Луны обнаружена остаточная намагниченность, что указывает на

существование у Луны в прошлом магнитного поля. На Луне были оставлены

приборы, автоматически передающие информацию на Землю, в сейсмометры,

регистрирующие колебания в теле Луны. Сейсмометры зафиксировали удары от

падений метеоритов и “лунотрясения” внутреннего происхождения. По

сейсмическим данным было установлено, что до глубины в несколько десятков

километров Луна сложена относительно легкой “корой”, а ниже залегает более

плотная “мантия”. Это было выдающиеся достижение в истории освоение

космического пространства - впервые человек достиг поверхности другого

небесного тела, и пробыл на нем более двух часов.

Всего на Луне побывало 12 астронавтов, некоторые пробыли на Луне несколько

суток, в том числе до 22 часов вне кабины, проехали на самоходном аппарате

несколько десятков километров. Ими был выполнен довольно большой объем

научных исследований, собрано свыше 380 килограммов образцов лунного грунта,

изучение которых занимались лаборатории США и других стран. Работы над

программой полетов на Луну велись и в СССР, но в силу нескольких причин не

были доведены до конца. Продолжительность сейсмических колебаний на Луне в

несколько раз большая, чем на Земле, видимо, связана с сильной трещиной

верхней части лунной коры.

В ноябре 1970 АМС «Луна-17» доставила на Луну в Море Дождей лунный самоходный

аппарат «Луноход-1», который за 11 лунных дней (или 10.5 месяцев) прошел

расстояние в 10 540 м и передал большое количество панорам, отдельных

фотографий поверхности Луны и другую научную информацию. Установленный на нем

французский отражатель позволил с помощью лазерного луча измерить расстояние

до Луны с точностью до долей метра. В феврале 1972 АМС «Луна-20» доставила на

Землю образцы лунного грунта, впервые взятые в труднодоступном районе Луны. В

январе 1973 АМС «Луна-21» доставила в кратер Лемонье (Море Ясности) «Луноход-

2» для комплексного исследования переходной зоны между морскими и

материковыми равнинами. «Луноход-2» работал 5 лунных дней (4 месяца), прошел

расстояние около 37 километров.

Лунный грунт.

Всюду, где совершали посадки космические аппараты, Луна покрыта так

называемым реголитом. Это разнозернистый обломочно-пылевой слой толщиной от

нескольких метров до нескольких десятков метров. Он возник в результате

дробления, перемешивания и спекания лунных пород при падениях метеоритов и

микрометеоритов. Вследствие воздействия солнечного ветра реголит насыщен

нейтральными газами. Среди обломков реголита найдены частицы метеоритного

вещества. По радиоизотопам было установлено, что некоторые обломки на

поверхности реголита находились на одном и том же месте десятки и сотни

миллионов лет. Среди образцов, доставленных на Землю, встречаются породы двух

типов: вулканические (лавы) и породы, возникшие за счет раздробления и

расплавления лунных образований при падениях метеоритов. Основная масса

вулканических пород сходна с земными базальтами. По-видимому, такими породами

сложены все лунные моря. Кроме того, в лунном грунте встречаются обломки иных

пород, сходных с земными и так называемым KREEP - порода, обогащенная

калием, редкоземельными элементами и фосфором. Очевидно, эти породы

представляют собой обломки вещества лунных материков. «Луна-20» и «Аполлон-

16», совершившие посадки на лунных материках, привезли оттуда породы типа

анортозитов. Все типы пород образовались в результате длительной эволюции в

недрах Луны. По ряду признаков лунные породы отличаются от земных: в них

очень мало воды, мало калия, натрия и других летучих элементов, в некоторых

образцах очень много титана и железа. Возраст этих пород, определяемый по

соотношениям радиоактивных элементов, равен 3 - 4.5 млрд. лет, что

соответствует древнейшим периодам развития Земли.

Внутреннее строение Луны

Структура недр Луны также определяется с учетом ограничений, которые налагают

на модели внутреннего строения данные о фигуре небесного тела и, особенно о

характере распространения Р. - и S. - волн. Реальная фигура Луны, оказалась

близкой к сферически равновесной, а из анализа гравитационного потенциала

сделан вывод о том, что ее плотность несильно изменяется с глубиной, т.е. в

отличие от Земли нет большой концентрации масс в центре.

Самый верхний слой представлен корой, толщина которой, определенная только в

районах котловин, составляет 60 км. Весьма вероятно, что на обширных

материковых площадях обратной стороны Луны кора приблизительно в 1,5 раза

мощнее. Кора сложена изверженными кристаллическими горными породами -

базальтами. Однако по своему минералогическому составу базальты материковых и

морских районов имеют заметные отличия. В то время как наиболее древние

материковые районы Луны преимущественно образованы светлой горной породой -

анортозитами (почти целиком состоящими из среднего и основного плагиоклаза, с

небольшими примесями пироксена, оливина, магнетита, титаномагнетита и др.),

кристаллические породы лунных морей, подобно земным базальтам, сложены в

основном плагиоклазами и моноклинными пироксенами (авгитами). Вероятно, они

образовались при охлаждении магматического расплава на поверхности или

вблизи нее. При этом, поскольку лунные базальты менее окислены, чем земные,

это означает, что они кристаллизовались с меньшим отношением кислорода к

металлу. У них, кроме того, наблюдается меньшее содержание некоторых летучих

элементов и одновременно обогащенность многими тугоплавкими элементами по

сравнению с земными породами. За счет примесей оливинов и особенно ильменита

районы морей выглядят более темными, а плотность слагающих их пород выше, чем

на материках.

Под корой расположена мантия, в которой, подобно земной, можно выделить

верхнюю, среднюю и нижнюю. Толщина верхней мантии около 250 км, а средней

примерно 500 км, и ее граница с нижней мантией расположена на глубине около

1000 км. До этого уровня скорости поперечных волн почти постоянны, и это

означает, что вещество недр находится в твердом состоянии, представляя собой

мощную и относительно холодную литосферу, в которой долго не затухают

сейсмические колебания. Состав верхней мантии предположительно оливин-

пироксеновый, а на большей глубине присутствуют шницель и встречающийся в

ультраосновных щелочных породах минерал мелилит. На границе с нижней мантией

температуры приближаются к температурам плавления, отсюда начинается сильное

поглощение сейсмических волн. Эта область представляет собой лунную

астеносферу.

В самом центре, по-видимому, находится небольшое жидкое ядро радиусом менее

350 километров, через которое не проходят поперечные волны. Ядро может быть

железо-сульфидным либо железным; в последнем случае оно должно быть меньше,

что лучше согласуется с оценками распределения плотности по глубине. Его

масса, вероятно, не превышает 2 % от массы всей Луны. Температура в ядре

зависит от его состава и, видимо, заключена в пределах 1300 - 1900 К. Нижней

границе отвечает предположение об обогащенности тяжелой фракции лунного

протовещества серой, преимущественно в виде сульфидов, и образовании ядра из

эвтектики Fe - FeS с температурой плавления (слабо зависящей от давления)

около 1300 К. С верхней границей лучше согласуется предположение об

обогащенности протовещества Луны легкими металлами (Mg, Са, Na, Аl),

входящими вместе с кремнием и кислородом в состав важнейших породообразующих

минералов основных и ультраосновных пород - пироксенов и оливинов. Последнему

предположению благоприятствует и пониженное содержание в Луне железа и

никеля, на что указывает ее низкая средняя площадь.

Международно-правовые проблемы

Кардинальные правовые вопросы освоения Луны решены Договором о принципах

деятельности государств по исследованию и использованию космического

пространства, включая Луну и другие небесные тела. Однако значительные

достижения в исследовании Луны выдвигают необходимость заключения

специального международного договора, который регулировал бы различные

аспекты деятельности государств на Луне. Потребность в договоре, сфера

действия которого ограничивается исключительно Луной, вызывается особым

положением Луны, так как ее исследование ведется непосредственно людьми. В

июне 1971 СССР представил на рассмотрение 26-й сессии Генеральной Ассамблеи

ООН проект международного договора о Луне, который передан для

соответствующего изучения в Комитет ООН по использованию космического

пространства в мирных целях. Проект направлен на обеспечение использования

Луны исключительно в мирных целях. Регламентируются также вопросы

ответственности государств за ущерб, причиненный при использовании Луны.

Возвращение на Луну

Загрязнение природной среды на Земле делает все более трудным наблюдение

неба. Свет, исходящий от больших городов, дым и вулканические извержения

загрязняют небо, а телевизионные станции создают помехи для радиоастрономии.

К тому же с Земли нельзя производить наблюдения инфракрасного,

ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Следующим важным шагом в

изучении Вселенной могло бы быть создание научного поселения на Луне.

Во многих отношениях Луна была бы идеальным местом для обсерватории. Для

проведения наблюдений за пределами атмосферы сейчас используются телескопы,

летающие по орбите вокруг Земли, такие, как космический телескоп «Хаббл»; но

телескопы на Луне намного превосходили бы их во всех отношениях. Приборы,

находящиеся на обратной стороне Луны, защищены от отраженного Землей света, а

медленное вращение Луны вокруг оси означает, что лунные ночи длятся в течение

14 наших суток. Это позволило бы астрономам вести непрерывные наблюдения

какой-либо звезды или галактики значительно дольше, чем это возможно сейчас.

Особенно трудно проводить на Земле исследования, относящиеся к нейтринной

астрономии и изучению гравитационных волн. Нейтрино – это мельчайшие частицы,

испускаемые Солнцем и звездами. Гравитационные волны создаются двумя черными

дырами, вращающимися по взаимным орбитам, или же взрывами в центрах галактик.

Лунные ресурсы.

Луна могла бы стать прекрасной площадкой для проведения самых сложных

наблюдений по всем разделам астрономии. Поэтому астрономы, скорее всего,

станут первыми учеными, которые вернутся на Луну. Луна могла бы стать базовой

станцией для исследований космоса за пределами ее орбиты. Благодаря небольшой

силе лунного тяготения, запуск огромной космической станции с Луны был бы в

20 раз дешевле и легче, чем Земли. Вода и газы, пригодные для дыхания могли

бы производиться на Луне, поскольку в лунных породах содержится водород и

кислород. Богатые запасы алюминия, железа и кремния явились бы источником

строительных материалов.

Лунная база была бы очень важна для дальнейших поисков ценного сырья,

имеющегося на Луне, для решения различных инженерных задач и для космических

исследований, проводимых в условиях Луны.

Роботы в астрономии

В 1994 году по программе «Клементина» на орбиту вокруг Луны был запущен

небольшой спутник. Это первый шаг по возобновлению исследований Луны после

20-летнего перерыва. Следующая стадия, видимо, будет включать строительство

автоматических обсерваторий с работающими роботами. Астрономы уже накопили

большой опыт по управлению телескопами в космосе. Полеты на Луну без участия

человека станут началом исследования и использования Луны. Лунные

обсерватории будут располагаться на обратной стороне Луны, поэтому на лунную

орбиту будут запущены спутники, чтобы принимать сигналы и передавать их на

Землю. Одна из идей, которую разрабатывают в университете Аризоны (США), -

создание стационарного телескопа почти без подвижных деталей. Благодаря

медленному осевому вращению Луны и ее орбитальному движению вокруг Земли,

направление обзора такого телескопа будет постепенно меняться с

продолжительностью цикла на 18,6 лет. С течением времени этот телескоп сможет

изучить миллионы звезд и галактик. На Луне можно также построить большие

радиотелескопы. Это впервые даст возможность принимать идущие из Вселенной

радиоволны очень большой длины. Сопоставление и объединение данных,

полученных от телескопов, расположенных на Земле и на Луне, позволит ученым

заглянуть в центральную часть наиболее мощных галактик Вселенной.

Луна находится на расстоянии всего лишь 380 000 км от Земли. Это единственный

внеземной мир в космосе, который посетили люди. На Луне нет ни воздуха, ни

воды, ни погоды. Поверхность ее покрыта горами, кратерами, морями

затвердевшей лавы и слоями пыли. Возможно в следующем столетии мы построим

космические станции для научной работы на Луне.

Использованная литература:

1. Большая Советская энциклопедия.

2. Детская энциклопедия.

3. Б. А. Воронцов - Вельяминов. Очерки о Вселенной. М., “Наука”, 1975 г.

4. Болдуин Р. Что мы знаем о Луне. М., “Мир”, 1967 г.

5. Уиппл Ф. Земля, Луна и планеты. М., “Наука”, 1967 г.

6. Космическая биология и медицина. М., “Наука”, 1994 г.

Страницы: 1, 2, 3