История исследования луны. Исследование луны с помощью космических аппаратов

Исследования Луны имеют длинную историю. Они начались еще до нашей эры, когда Гиппарх изучал движение Луны по звёздному небу, определил наклон лунной орбиты относительно эклиптики, размеры Луны и расстояние от Земли, а также выявил ряд особенностей движения.

С середины XIX века, в связи с открытием фотографии, начался новый этап исследования Луны: появилась возможность более детально анализировать поверхность Луны по подробным фотографиям (Уоррен де ла Рю и Льюис Резерфорд). В 1881 г. Пьер Жансен составил детальный «Фотографический атлас Луны».

В XX веке началась космическая эра, знания о Луне значительно расширились. Стал известен состав лунного грунта, учёные получили его образцы, составлена карта обратной стороны.

Изучение Луны автоматическими аппаратами

Впервые Луны достиг советский космический корабль «Луна-2» 13 сентября 1959 года. А впервые заглянуть на обратную сторону Луны удалось в 1959 г., когда советская станция «Луна-3» пролетела над ней и сфотографировала невидимую с Земли часть её поверхности. Ученые считают, что обратная сторона Луны представляет собой идеальное место для астрономической обсерватории. Оптические телескопы, размещенные здесь, не пробивались бы сквозь плотную земную атмосферу. А для радиотелескопов Луна послужила бы естественным щитом из твёрдых горных пород толщиной 3500 км, который надёжно прикрыл бы их от любых радиопомех с Земли.

Во второй половине XX века США начали активно готовиться к высадке на Луну. Но для подготовки к пилотируемому полёту НАСА запланировало несколько космических программ: «Рейнджер» (фотографирование ее поверхности), «Сервейер » (мягкая посадка и съёмки местности) и «Лунар орбитер» (детальное изображение поверхности Луны). В 1965-1966 гг. НАСА осуществил проект MOON-BLINK по исследованию необычных явлений (аномалий) на поверхности Луны . "Сервейры" 3,4 и 7 были укомплектованы ковшом-захватом для зачерпывания грунта.

СССР проводил исследования на поверхности Луны с помощью двух радиоуправляемых самоходных аппаратов, «Луноход-1», запущенный к Луне в ноябре 1970 г., и «Луноход-2» - в январе 1973 г. «Луноход-1» работал 10,5 земных месяцев, «Луноход-2» - 4,5 земных месяцев (то есть 5 лунных дней и 4 лунные ночи). Оба аппарата собрали и передали на Землю большое количество данных о лунном грунте и множество фотоснимков деталей и панорам лунного рельефа.

«Луноход-1»

«Лунохо́д-1» - первый в мире планетоход, успешно работавший на поверхности Луны. Принадлежит к серии советских дистанционно-управляемых самоходных аппаратов «Луноход» для исследования Луны, проработал на Луне одиннадцать лунных дней (10,5 земных месяцев).

«Луноход-1» был оборудован:

двумя телекамерами (одна резервная), четырьмя панорамными телефотометрами;
рентгеновским флуоресцентным спектрометром РИФМА;
рентгеновским телескопом РТ-1;
одометр-пенетрометром ПрОП;
детектором радиации РВ-2Н;
лазерным рефлектором ТЛ.

Автоматическая межпланетная станция «Луна-17» с «Луноходом-1» стартовала 10 ноября 1970 г. и вышла на орбиту искусственного спутника Луны, а 17 ноября 1970 г. станция благополучно прилунилась в Море Дождей, и «Луноход-1» съехал на лунный грунт.

За время нахождения на поверхности Луны «Луноход-1» проехал 10 540 м, обследовав площадь в 80 000 м 2 , передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий. Максимальная скорость движения составила 2 км/час. В 25 точках лунного грунта проведён его химический анализ. На «Луноходе-1» был установлен уголковый отражатель, с помощью которого ставились эксперименты по точному определению расстояния до Луны.

«Луноход-2»

«Лунохо́д-2» - второй из серии советских лунных дистанционно-управляемых самоходных аппаратов-планетоходов. Был предназначен для изучения механических свойств лунной поверхности, фотосъёмки и телесъёмки Луны, проведения экспериментов с наземным лазерным дальномером, наблюдений за солнечным излучением и прочих исследований.

15 января 1973 г. доставлен на Луну автоматической межпланетной станцией «Луна-21». Посадка произошла в 172 километрах от места прилунения «Аполлона-17». Система навигации «Лунохода-2» оказалась повреждена и наземный экипаж лунохода ориентировался по окружающей обстановке и Солнцу. Несмотря на это, аппарат преодолел бо́льшее расстояние, чем «Луна-1», так как был внедрён ряд нововведений, например, третья видеокамера на высоте человеческого роста.

За четыре месяца работы прошёл 37 километров, передал на Землю 86 панорам и около 80 000 кадров телесъёмки, но его дальнейшей работе помешал перегрев аппаратуры внутри корпуса. Официально работа «Лунохода-2» прекращена 4 июня 1973 г.

Космическая программа «Луна» была свернута в СССР в 1977 г. Запуск «Лунохода-3» был отменен.

В августе 1976 г. советская станция «Луна-24» доставила на Землю образцы лунного грунта, японский спутник «Hiten» полетел к Луне лишь в 1990 г. Далее были запущены два американских космических аппарата - «Clementine» в 1994 г. и «Lunar Prospector» в 1998 г.

«Клементина»

«Клементина» - объединённая миссия Командования воздушно-космической обороны Северной Америки и НАСА по испытанию военных технологий и параллельного произведения детальной фотосъемки поверхности Луны.

Зонд «Clementine» передал на Землю около 1,8 млн. снимков поверхности Луны в чёрно-белом изображении. «Клементина» - первый зонд, передавший научную информацию, подтверждающую гипотезу о наличии воды на полюсах Луны. Это очень важное открытие, что вода в твёрдом состоянии, присутствует на Луне. Жидкая вода не может находиться на лунной поверхности, так как она испаряется под воздействием солнечного света и затем рассеивается в космическом пространстве. Но еще с 1960-х годов существует гипотеза, о том, что водный лёд сохраняется в кратерах Луны, куда не могут проникать лучи Солнца или же залегает на большой глубине. И вот она подтверждена. В чем важность этого открытия? Лунные ледники могут обеспечить водой первых колонистов, при этом на Луне возможно появление растительности.

«Lunar Prospector»

«Lunar Prospector» - а мериканская автоматическая межпланетная станция для исследования Луны, созданная в рамках программы НАСА «Discovery». Запущена 7 января 1998 г. Завершила работу 31 июля 1999 г.

АМС « Lunar Prospector» предназначена для глобальной съёмки элементного состава поверхности Луны, исследования её гравитационного поля и внутреннего строения, магнитного поля и выделения летучих веществ. «Lunar Prospector’у» предстояло дополнить и уточнить изыскания «Клементины», а главное - проверить наличие льда.

«Lunar Prospector» был запущен 7 января 1998 года на ракете-носителе Athena-2. В течение 1998 года были решены большинство научных задач, ради которых запускался аппарат: уточнён возможный объём льда на южном полюсе Луны, его содержание в грунте учёные оценили как 1-10 % и ещё более сильный сигнал указывает на наличие льда на северном полюсе. На обратной стороне Луны магнитометром были обнаружены сравнительно мощные локальные магнитые поля, которые сформировали 2 небольшие магнитосферы диаметром около 200 км. По возмущениям в движении аппарата было обнаружено 7 новых масконов (регион литосферы планеты или естественного спутника, вызывающий положительные гравитационные аномалии).

Также была проведена первая глобальная спектрометрическая съемка в гамма-лучах, по итогам которой были составлены карты распределения титана, железа, алюминия, калия, кальция, кремния, магния, кислорода, урана, редкоземельных элементов и фосфора, создана модель гравитационного поля Луны, что позволяет очень точно рассчитывать орбиту спутников Луны.

В 1999 г. АМС закончила свою работу.

Автоматические исследования Луны в XXI веке

После окончания советской космической программы «Луна» и американской «Аполлон» исследования Луны с помощью космических аппаратов были практически прекращены.

Но в начале XXI века Китай начал свою программу освоения Луны. Она включает: доставку лунохода и отправку грунта на Землю, затем экспедицию на Луну и постройку обитаемых лунных баз. Остальные космические державы, конечно, не могли промолчать и снова развернули свои лунные программы. О планах будущих лунных экспедиций заявили Россия, Европа, Индия, Япония. Европейское космическое агентство 28 сентября 2003 г. запустило свою первую автоматическую межпланетную станцию (АМС) «Смарт-1». 14 сентября 2007 г. Япония запустила вторую АМС для исследования Луны «Кагуя». А 24 октября 2007 г. в лунную гонку вступила и КНР - был запущен первый китайский спутник Луны «Чанъэ-1». С помощью этой и следующей станций учёные создают объёмную карту лунной поверхности, что в будущем может поспособствовать амбициозному проекту колонизации Луны. 22 октября 2008 г. была запущена первая индийская АМС «Чандраян-1». В 2010 г. Китай запустил вторую АМС «Чанъэ-2».

В 2009 г. НАСА были запущены лунные орбитальные зонды- Lunar Reconnaissance Orbiter и Lunar Crater Observation and Sensing Satellite для сбора информации о лунной поверхности, поиска воды и подходящих мест для будущих лунных экспедиций. 9 октября 2009 г. космический аппарат LCROSS и разгонный блок «Центавр» совершили запланированное падение на поверхность Луны в кратер Кабеус , расположенный примерно в 100 км от южного полюса Луны, а потому постоянно находящийся в глубокой тени. 13 ноября НАСА сообщило о том, что с помощью этого эксперимента на Луне обнаружена вода.

К изучению Луны приступают частные компании. Был объявлен всемирный конкурс Google Lunar X PRIZE по созданию небольшого лунохода. В конкурсе участвуют несколько команд из разных стран, в том числе российская «Селеноход». Существуют планы по организации космического туризма с полётами вокруг Луны на российских кораблях - сначала на модернизированных «Союзах», а затем на разрабатываемых перспективных универсальных ПТКНП «Русь».

США собираются продолжать исследования Луны автоматическими станциями «GRAIL» (запущена в 2011 г.), «LADEE» (планируемой к запуску в 2013 г.) и др. Китай планирует запуск своей первой посадочной АМС «Чанъэ-3» в 2013 г., а затем лунохода к 2015 г. и АМС, возвращающей лунный грунт, к 2017 г. и строительства лунной базы к 2050 г. Япония объявила о будущих исследованиях Луны роботами. Индия планирует миссию в 2017 г. своего орбитального аппарата «Чандраян-2» и небольшого лунохода, доставляемого российской АМС «Луна-Ресурс», и дальнейшие исследования Луны вплоть до пилотируемых экспедиций. Россия сначала запускает многоэтапную программу исследования Луны автоматическими станциями «Луна-Глоб» в 2015 г., «Луна-Ресурс-2» и «Луна-Ресурс-3» с луноходами в 2020 и 2022 гг., «Луна-Ресурс-4» по возврату собранного луноходами грунта в 2023 г., а затем планирует пилотируемые экспедиции в 2030-х гг.

Ученые не исключают, что на Луне может находиться не только серебро, ртуть и спирты, но и прочие химические элементы и соединения. Водяной лёд, молекулярный водород указывают на то, что на Луне действительно есть ресурсы, которые могут быть использованы в будущих миссиях. Анализ топографических данных, присланных аппаратом LRO, и гравитационные измерения «Кагуя» показали, что толщина коры на обратной стороне Луны не постоянна и меняется с широтой места. Самые толстые участки коры соответствуют наибольшим возвышенностям, что характерно и для Земли, а самые тонкие обнаружены в приполярных широтах.

Вся эта вновь открытая лунная гонка связана с возможностью колонизации Луны. Что это значит?

Колонизация Луны

Под колонизацией Луны понимают заселение Луны человеком. Сейчас это не вымысел фантастических произведений, а реальные планы по строительству на Луне обитаемых баз. Бурное развитие космической техники позволяет надеяться, что колонизация космоса - вполне достижимая цель. В силу своей близости к Земле (три дня полёта) и достаточно хорошей изученности ландшафта, Луна уже давно рассматривается как кандидат для места создания человеческой колонии. Но хотя советские программы «Луна» и «Луноход» и американская программа «Аполлон» продемонстрировали практическую осуществимость полёта на Луну, они в то же время охладили энтузиазм создания лунной колонии. Это было вызвано тем, что анализ образцов пыли, доставленных космонавтами, показал очень низкое содержание в ней лёгких элементов, необходимых для жизни на Луне.

Для учёных лунная база является уникальным местом для проведения научных исследований в области планетологии, астрономии, космологии, космической биологии и других дисциплин. Изучение лунной коры может дать ответы на важнейшие вопросы об образовании и дальнейшей эволюции Солнечной системы, системы Земля-Луна, появлении жизни. Отсутствие атмосферы и более низкая гравитация позволяют строить на лунной поверхности обсерватории, оснащённые оптическими и радиотелескопами, способными получить намного более детальные и чёткие изображения удалённых областей Вселенной, чем это возможно на Земле, а обслуживать и модернизировать такие телескопы гораздо проще, чем орбитальные обсерватории. Луна обладает и разнообразными полезными ископаемыми: железом, алюминием, титаном; в поверхностном слое лунного грунта, реголите, накоплен редкий на Земле изотоп гелий-3, который может использоваться в качестве топлива для перспективных термоядерных реакторов. В настоящее время идут разработки методик промышленного получения металлов, кислорода и гелия-3 из реголита, найдены залежи водяного льда. Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники, литейного производства, металлообработки и материаловедения. Луна также выглядит как весьма вероятный объект для космического туризма, который может привлечь значительное количество средств на её освоение, способствовать популяризации космических путешествий, обеспечивать приток людей для освоения лунной поверхности. Космический туризм будет требовать определённых инфраструктурных решений. Развитие инфраструктуры, в свою очередь, будет способствовать более масштабному проникновению человечества на Луну. Существуют планы использования лунных баз в военных целях для контроля околоземного космического пространства и обеспечения господства в космосе. Таким образом, колонизация Луны – вполне вероятное событие ближайших десятилетий.

Исследование Луны - исследование спутника Земли с помощью космических аппаратов и оптических приборов.

Первоначально единственным методом изучения Луны человечеством был визуальный метод. Изобретение Галилеем телескопа в 1609 году позволило добиться значительного прогресса в исследовании Луны при помощи оптических приборов. Сам Галилей использовал свой телескоп для исследования гор и кратеров на лунной поверхности. Исследования спутника Земли с использованием космических аппаратов началось 13 сентября 1959 года с посадки советской автоматической станции Луна-2 на поверхность спутника. В 1969 году состоялась высадка человека на Луну, началось изучение спутника с его поверхности.

В настоящее время, несколько космических держав имеют планы по возобновлению пилотируемых полётов на поверхность Луны и созданию лунных баз.

Древность и Средние века

Луна привлекала внимание людей с древних времён. Во II в. до н. э. Гиппарх исследовал движение Луны по звёздному небу, определив наклон лунной орбиты относительно эклиптики, размеры Луны и расстояние от Земли, а также выявил ряд особенностей движения.

Полученную Гиппархом теорию развил впоследствии астроном из Александрии Клавдий Птолемей во II веке н. э., написав об этом книгу «Альмагест». Данная теория множество раз уточнялась, и в 1687 году, после открытия Ньютоном закона всемирного тяготения, из чисто кинематической, описывающей геометрические свойства движения, теория стала динамической, учитывающей движение тел под действием приложенных к ним сил.

Изобретение телескопов позволило различать более мелкие детали рельефа Луны. Одну из первых лунных карт составил Джованни Риччиоли в 1651 году, он же дал названия крупным тёмным областям, именовав их «морями», чем мы и пользуемся до сих пор. Данные топонимы отражали давнее представление, будто погода на Луне схожа с земной, и тёмные участки якобы были заполнены лунной водой, а светлые участки считались сушей. Однако в 1753 году хорватский астроном Руджер Бошкович доказал, что Луна не имеет атмосферы. Дело в том, что при покрытии звёзд Луной те исчезают мгновенно. Но если бы у Луны была атмосфера, то звезды бы погасали постепенно. Это свидетельствовало о том, что у спутника нет атмосферы. А в таком случае жидкой воды на поверхности Луны быть не может, так как она мгновенно бы испарилась.

С лёгкой руки того же Джованни Риччиоли кратерам стали давать имена известных учёных: от Платона, Аристотеля и Архимеда до Вернадского, Циолковского и Павлова.

XX век

С началом космической эры количество наших знаний о Луне значительно увеличилось. Стал известен состав лунного грунта, учёные получили его образцы, составлена карта обратной стороны.

Впервые Луны достигла советская автоматическая межпланетная станция «Луна-2» 13 сентября 1959 года. Впервые удалось заглянуть на обратную сторону Луны в 1959 году, когда советская станция «Луна-3» пролетела над ней и сфотографировала невидимую с Земли часть её поверхности. Размещённым здесь оптическим телескопам не пришлось бы пробиваться сквозь плотную земную атмосферу. А для радиотелескопов Луна послужила бы естественным щитом из твёрдых горных пород толщиной 3500 км, который надёжно прикрыл бы их от любых радиопомех с Земли. Первая в мире мягкая посадка на Луну была совершена 3 февраля 1966 года советской АМС «Луна-9», которая также впервые передала изображения поверхности другого небесного тела.

В начале 1960-х годов было очевидно, что в освоении космоса США отстают от СССР. Дж. Кеннеди заявил - высадка человека на Луну состоится до 1970 года. Для подготовки к пилотируемому полёту НАСА выполнило несколько программ АМС: «Рейнджер» (1961-1965, фотографирование поверхности), «Сервейер» (1966-1968, мягкая посадка и съёмки местности) и «Лунар орбитер» (1966-1967, детальное изображение поверхности Луны). Также в 1965-1966 гг был проект НАСА MOON-BLINK по исследованию необычных явлений (аномалий) на поверхности Луны. Работы выполнялись Trident Engineering Associates (Аннаполис, штат Мэриленд) в рамках контракта NAS 5-9613 от 1 июня 1965 года с Goddard Space Flight Center (Гринбелт, штат Мэриленд).

Ставшая успешной американская программа пилотируемых полётов на Луну называлась «Аполлон». Первый в мире облёт Луны состоялся в декабре 1968 года на пилотируемом корабле Аполлон-8. После репетиционного полёта в мае 1969 года к Луне без высадки на неё корабля Аполлон-10, первая в мире высадка на Луну произошла 20 июля 1969 года на корабле Аполлон-11 (первым человеком, ступившим 21 июля на поверхность Луны, стал Нил Армстронг, вторым - Эдвин Олдрин; третий член экипажа Майкл Коллинз оставался в орбитальном модуле); последняя шестая - в декабре 1972 года. Таким образом, Луна - единственное небесное тело, на котором побывал человек, и первое небесное тело, образцы которого были доставлены на Землю (США доставили 380 килограммов, СССР - 324 грамма лунного грунта).

В ходе аварийного полёта Аполлона-13 высадка на луну не производилась. В ходе последних трёх полётов по программе использовались управляемые высадившимися астронавтами лунные электромобили. Находившиеся в в высокой степени готовности три дополнительные полёта по программе (Аполлон-18…20) были отменены. Существуют конспирологические утверждения о т. н. «лунном заговоре», что высадки на Луну лишь инсценировались, но реально не производились или что вышесказанное было умышленной дезинформацией, а программа «Аполлон» была свёрнута ввиду обнаружения инопланетного присутствия на Луне.

Ввиду возникшего отставания от США две советские лунные пилотируемые программы - лунно-облётная Л1 и лунно-посадочная Л3 - были прекращены на этапе отработки беспилотных полётов кораблей без достижения целевого результата. Также не были реализованы разрабатывавшийся как развитие программы Л3 первый в мире детальный проект лунной базы «Звезда» и предложенные последующие проекты лунных экспедиций Л3М и ЛЭК. В ряду многочисленных лунно-посадочных и лунно-орбитальных станций «Луна» СССР обеспечил автоматическую доставку на Землю образцов лунного грунта на АМС Луна-16, Луна-20, Луна-24 и проводил исследования на поверхности Луны также с помощью двух радиоуправляемых самоходных аппаратов-луноходов, «Луноход-1», запущенный к Луне в ноябре 1970 года и «Луноход-2» - в январе 1973. «Луноход-1» работал 10,5 земных месяцев, «Луноход-2» - 4,5 земных месяцев (то есть 5 лунных дней и 4 лунные ночи). Оба аппарата собрали и передали на Землю большое количество данных о лунном грунте и множество фотоснимков деталей и панорам лунного рельефа.

После того как в августе 1976 года последняя советская станция «Луна-24» доставила на Землю образцы лунного грунта, следующий аппарат - японский спутник «Hiten» - полетел к Луне лишь в 1990 году. Далее были запущены два американских космических аппарата - Clementine в 1994 году и Lunar Prospector в 1998 году.

XXI век

После окончания советской космической программы «Луна» и американской «Аполлон» исследования Луны с помощью космических аппаратов были практически прекращены. Но в начале XXI века Китай опубликовал свою программу освоения Луны, включающую после доставки лунохода и отправки грунта на Землю затем экспедиции на Луну и постройку обитаемых лунных баз. Считается, что это заставило остальные космические державы снова развернуть лунные программы как новую «лунную гонку за второе место». О планах будущих лунных экспедиций заявили Россия, Европа, Индия, Япония, а президент Дж. Буш 14 января 2004 года объявил, что США начинают масштабную детальную программу «Созвездие» с созданием новых ракет-носителей и пилотируемых космических кораблей, способных к 2020 году доставить на Луну людей и большие обитаемые луноходы, с целью заложить первые лунные базы. Программа «Созвездие» в лунной части была отменена через 5 лет президентом Бараком Обамой.

Европейское космическое агентство 28 сентября 2003 года запустило свою первую автоматическую межпланетную станцию (АМС) «Смарт-1». 14 сентября 2007 года Япония запустила вторую АМС для исследования Луны «Кагуя». А 24 октября 2007 года в лунную гонку вступила и КНР - был запущен первый китайский спутник Луны «Чанъэ-1». С помощью этой и следующей станций учёные создают объёмную карту лунной поверхности, что в будущем может поспособствовать амбициозному проекту колонизации Луны. 22 октября 2008 года была запущена первая индийская АМС «Чандраян-1». В 2010 году Китай запустил вторую АМС «Чанъэ-2».

Место посадки экспедиции Аполлон-17. Видны: спускаемый модуль, исследовательское оборудование ALSEP, следы колёс автомобиля и пешие следы космонавтов.

18 июня 2009 года, НАСА были запущены лунные орбитальные зонды - Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) и Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS). Спутники предназначены для сбора информации о лунной поверхности, поиска воды и подходящих мест для будущих лунных экспедиций. К сорокалетию полёта Аполлона-11 автоматическая межпланетная станция LRO выполнила специальное задание - провела съёмку районов посадок лунных модулей земных экспедиций. В период с 11 по 15 июля LRO сделала и передала на Землю первые в истории детальные орбитальные снимки самих лунных модулей, посадочных площадок, элементов оборудования, оставленных экспедициями на поверхности, и даже следов тележки, ровера и самих землян. За это время были отсняты 5 из 6 мест посадок: экспедиции Аполлон-11, 14, 15, 16, 17. Позднее КА LRO выполнил ещё более подробные снимки поверхности, где ясно видно не только посадочные модули и аппаратуру со следами лунного автомобиля, но и пешие следы самих космонавтов. 9 октября 2009 космический аппарат LCROSS и разгонный блок «Центавр» совершили запланированное падение на поверхность Луны в кратер Кабеус, расположенный примерно в 100 км от южного полюса Луны, а потому постоянно находящийся в глубокой тени. 13 ноября НАСА сообщило о том, что с помощью этого эксперимента на Луне обнаружена вода.

К изучению Луны приступают частные компании. Был объявлен всемирный конкурс Google Lunar X PRIZE по созданию небольшого лунохода, в котором участвуют несколько команд из разных стран, в том числе российская Селеноход. В 2014 году появилась первая частная лунно-облётная АМС (Manfred Memorial Moon Mission). Есть планы по организации космического туризма с полётами вокруг Луны на российских кораблях - сначала на модернизированных «Союзах», а затем на разрабатываемых перспективных универсальных ПТК НП («Русь»).

США собираются продолжать исследования Луны автоматическими станциями GRAIL (запущенной в 2011 году), LADEE (запущенной в 2013 году) и другими. Китай запустил свою первую лунно-посадочную АМС «Чанъэ-3» с первым луноходом в декабре 2013 года и первую лунно-облётную АМС с возвращаемым аппаратом в 2014 году, а далее планирует АМС, возвращающую лунный грунт, к 2017 году в преддверии пилотируемых полётов около 2025 года и строительства лунной базы к 2050 году Япония объявила о будущих исследованиях Луны роботами. Индия планирует миссию в 2017 году своего орбитального аппарата «Чандраян-2» и небольшого лунохода, доставляемого российской АМС «Луна-Ресурс», и дальнейшие исследования Луны вплоть до пилотируемых экспедиций. Россия сначала запускает многоэтапную программу исследования Луны автоматическими станциями «Луна-Глоб» в 2015 году, «Луна-Ресурс-2» и «Луна-Ресурс-3» с луноходами в 2020 и 2022 гг, «Луна-Ресурс-4» по возврату собранного луноходами грунта в 2023 году, а затем планирует пилотируемые экспедиции в 2030-х гг.

Не исключено, что на Луне может находиться не только серебро, ртуть и спирты, но и прочие химические элементы и соединения. Водяной лёд, молекулярный водород, найденные благодаря миссии LCROSS и LRO в лунном кратере Кабеус указывают на то, что на Луне действительно есть ресурсы, которые могут быть использованы в будущих миссиях. Анализ топографических данных, присланных аппаратом LRO, и гравитационные измерения «Кагуя» показали, что толщина коры на обратной стороне Луны не постоянна и меняется с широтой места. Самые толстые участки коры соответствуют наибольшим возвышенностям, что характерно и для Земли, а самые тонкие обнаружены в приполярных широтах.

Заключение

47 лет, прошедших с момента первой посадки на Луну космического аппарата, принесли науке много нового и подчас неожиданного. Ученые - астрономы, геологи, геофизики, геохимики - сейчас подводят итоги напряженных лунных экспедиций. Миллиарды лет неуклонно удаляясь от Земли, в последние годы Луна стала ближе и понятнее людям. Можно согласиться с метким замечанием одного из видных селенологов: «из астрономического объекта Луна превратилась в геофизический».

Приоткрылась завеса над тайнами ранней молодости Луны, Земли и, по-видимому, всех планет земной группы, и одновременно обозначился контур их далекого будущего. Многое прояснилось, но многое и осталось скрыто «туманом» неоднозначности - ведь данных пока все-таки мало, а открытия, как это часто бывает, породили множество новых вопросов.

Селенологи не сомневаются, что активность Луны, как магматическая, так и тектоническая, была короткой и относилась лишь к ранним этапам ее эволюции, но по-прежнему горячи споры о космической «увертюре» - происхождении Луны. Достоверно воссоздана хронология возникновения лунных морей, но неясна природа «захороненных» в них масконов. Выяснилось, что длительный «сейсмозвон» рождается в верхних неоднородных слоях Луны, однако остается загадкой исчезновение поперечных волн на середине лунного радиуса. На Луне не обнаружено магнитного диполя, но высокая остаточная намагниченность лунных пород указывает на то, что давным-давно он существовал.

По многим своим основным характеристикам Земля и Луна схожи и, видимо, являются «космическими родственницами». Это в первую очередь касается их образования и начального этапа эволюции, сходного химического состава этих небесных тел и слоистой структуры их недр. Однако во многом это «родство» оказалось весьма дальним. Земля полна «тектонических бурь», Луна - пассивна и несейсмична. «Тектоническая жизнь» Земли и даже характер ее поверхности в значительной степени определяются внутренними причинами, тогда как на Луне они в основном имеют внешнее - космическое - происхождение.

Различные этапы «планетарной жизни» Земли оставляли на ней новые формы фауны и флоры, новые горные хребты, трещины, дрейфующие континенты, катаклизмы землетрясений. Хронология эволюции Луны связана с ударами метеоритов и, кроме того, ограничивается первыми 1,5 млрд. лет, и с этого времени на Луне установилось тектоническое «спокойствие».

Так ли уж нужно землянам исследование Луны, не напрасно ли израсходовали они усилия на беспримерные в истории человечества космические полеты - ведь лунные «полезные ископаемые» разрабатывать явно нерентабельно? Нет, не напрасно! Луна вознаградила пытливых и отважных астронавтов и организаторов космических полетов, а вместе с ними и всех людей Земли. Сквозь «испещренное кратерами, запыленное лунное окно» стали яснее многие земные проблемы. Найден, например, самый древний «камень» в Солнечной системе и определен его возраст. Приоткрыты страницы «догеологической» истории Земли, так как нетронутая ветрами и водами поверхность Луны демонстрирует облик древнейшего рельефа Земли.

Луна представляет собой идеальную модель для изучения роли космических факторов в планетотектонике. Знание закономерностей приливных лунотрясений поможет осуществить сейсмический прогноз землетрясений. На основании лунных данных можно усовершенствовать геофизические методы наблюдений и модели их интерпретации.

Изучение строения Луны продолжается - чутко вздрагивают маятники сейсмометров, под микроскопами ученых лежат пробы грунта из южной окраины Моря Кризисов, доставленные «Луной-24». Совместный анализ Земли и Луны закладывает основы нового этапа в сравнительной планетологии. Текущие и гряду-щие полеты космических аппаратов к планетам земной группы должны дополнить и уточнить закономерности, касающиеся происхождения, внутреннего строения и эволюции планет и их спутников.

Список литературы:

1) «Планета Земля. Энциклопедия». Фиона Уотт, Фелисити Брукс, Ричард Спарджен;

2) учебник «Астрономия 11 класс» Н.П.Пришляк;

3) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D1%8F;

4) http://schools.keldysh.ru/school1413/astronom/NikLSite/luna/fizich.htm;

5) http://www.krugosvet.ru/node/36284 ;

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-26

Дедал (кратер). Диаметр: 93 км Глубина: 3 км (фото НАСА)

Луна привлекала внимание людей с древних времён. Во II в. до н. э.Гиппарх исследовал движение Луны по звёздному небу, определив наклон лунной орбиты относительно эклиптики, размеры Луны и расстояние от Земли, а также выявил ряд особенностей движения.

Изобретение телескопов позволило различать более мелкие детали рельефа Луны. Одну из первых лунных карт составил Джованни Риччиоли в 1651 году, он же дал названия крупным тёмным областям, именовав их «морями», чем мы и пользуемся до сих пор. Данныетопонимы отражали давнее представление, будто погода на Луне схожа с земной, и тёмные участки якобы были заполнены лунной водой, а светлые участки считались сушей. Однако в 1753 году хорватский астроном Руджер Бошкович доказал, что Луна не имеет атмосферы. Дело в том, что при покрытии звёзд Луной, те исчезают мгновенно. Но если бы у Луны была атмосфера, то звезды бы погасали постепенно. Это свидетельствовало о том, что у спутника нет атмосферы. А в таком случае жидкой воды на поверхности Луны быть не может, так как она мгновенно бы испарилась.

Новым этапом исследования Луны стало применение фотографии в астрономических наблюдениях, начиная с середины XIX века. Это позволило более детально анализировать поверхность Луны по подробным фотографиям. Такие фотографии были сделаны, в частности, Уорреном де ла Рю (1852) и Льюисом Резерфордом (1865). В 1881 Пьер Жансен составил детальный «Фотографический атлас Луны»[источник не указан 1009 дней].

Впервые удалось заглянуть на обратную сторону Луны в 1959 году, когда советская станция «Луна-3» пролетела над ней и сфотографировала невидимую с Земли часть её поверхности.

В начале 1960-х годов было очевидно, что в освоении космоса США отстают от СССР. Дж. Кеннеди заявил - высадка человека на Луну состоится до 1970 года. Для подготовки к пилотируемому полёту НАСА выполнило несколько космических программ: «Рейнджер» (1961-1965) - фотографирование поверхности, «Сервейер» (1966-1968) - мягкая посадка и съёмки местности и «Лунар орбитер» (1966-1967) - детальное изображение поверхности Луны. Также в 1965-1966 гг был проект НАСА MOON-BLINK по исследованию необычных явлений (аномалий) на поверхности Луны. Работы выполнялись Trident Engineering Associates (Аннаполис, штатМэриленд) в рамках контракта NAS 5-9613 от 1 июня 1965 года с Goddard Space Flight Center (Гринбелт, штат Мэриленд).

Американская программа пилотируемого полёта на Луну называлась «Аполлон». Первая посадка произошла 20 июля 1969 года; последняя - в декабре 1972 года, первым человеком, ступившим на поверхность Луны, стал американец Нил Армстронг (21 июля 1969 года), вторым - Эдвин Олдрин. Третий член экипажа Майкл Коллинзоставался в орбитальном модуле. Таким образом, Луна - единственное небесное тело, на котором побывал человек, и первое небесное тело, образцы которого были доставлены на Землю (США доставили 380килограммов, СССР - 324 грамма лунного грунта).

СССР проводил исследования на поверхности Луны с помощью двух радиоуправляемых самоходных аппаратов, «Луноход-1», запущенный к Луне в ноябре 1970 года и «Луноход-2» - в январе 1973. «Луноход-1» работал 10,5 земных месяцев, «Луноход-2» - 4,5 земных месяцев (то есть 5 лунных дней и 4 лунные ночи). Оба аппарата собрали и передали на Землю большое количество данных о лунном грунте и множество фотоснимков деталей и панорам лунного рельефа:26.

После того как в августе 1976 года советская станция «Луна-24» доставила на Землю образцы лунного грунта, следующий аппарат - японский спутник «Hiten» - полетел к Луне лишь в 1990 году. Далее были запущены два американских космических аппарата - Clementine в 1994 году и Lunar Prospector в 1998 году.

Место посадки экспедиции Аполлон-17. Видны: спускаемый модуль, исследовательское оборудованиеALSEP, следы колёс автомобиля и пешие следы космонавтов.

18 июня 2009 года, НАСА были запущены лунные орбитальные зонды - Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) и Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS). Спутники предназначены для сбора информации о лунной поверхности, поиска воды и подходящих мест для будущих лунных экспедиций. К сорокалетию полётаАполлона-11 автоматическая межпланетная станция LRO выполнила специальное задание - провела съёмку районов посадок лунных модулей земных экспедиций. В период с 11 по 15 июля LRO сделала и передала на Землю первые в истории детальные орбитальные снимки самих лунных модулей, посадочных площадок, элементов оборудования, оставленных экспедициями на поверхности, и даже следов тележки, ровера и самих землян. За это время были отсняты 5 из 6 мест посадок: экспедиции Аполлон-11, 14, 15, 16, 17. Позднее КА LRO выполнил ещё более подробные снимки поверхности, где ясно видно не только посадочные модули и аппаратуру со следами лунного автомобиля, но и пешие следы самих космонавтов. 9 октября 2009 космический аппарат LCROSS и разгонный блок «Центавр» совершили запланированное падение на поверхность Луны в кратер Кабеус, расположенный примерно в 100 км от южного полюса Луны, а потому постоянно находящийся в глубокой тени. 13 ноября НАСА сообщило о том, что с помощью этого эксперимента на Луне обнаружена вода.

К изучению Луны приступают частные компании. Был объявлен всемирный конкурс Google Lunar X PRIZE по созданию небольшого лунохода, в котором участвуют несколько команд из разных стран, в том числе российская Селеноход. Есть планы по организации космического туризма с полётами вокруг Луны на российских кораблях - сначала на модернизированных «Союзах», а затем на разрабатываемых перспективных универсальных Перспективная пилотируемая транспортная система.

Первый космический аппарат для изучения Луны и окололунного пространства был запущен в СССР (1959 г.). 7 октября 1959 года советский аппарат «Луна-3» передал на Землю первые снимки обратной стороны Луны, которую никогда еще не видел человек. В последующем, согласно советской космической программе, впервые осуществлена мягкая посадка на лунную поверхность, создан искусственный спутник Луны; осуществлено возвращение на Землю космического аппарата со второй космической скоростью после облета Луны, на лунную поверхность доставлены самоходные аппараты – «Луноходы», а на Землю – образцы лунного грунта.

Шестидесятые годы долго будут вспоминаться как десятилетие, ознаменовавшееся одним из величайших технических достижений человечества за всю историю его существования. После целой серии успешных исследований Луны с помощью автоматических станций 20 июля 1969 г. на лунную поверхность впервые ступила нога человека.

Первоначальной целью американской программы лунных исследований было получить хоть какую-нибудь информацию о Луне. Такова была программа «Рейнджер». Каждый космический аппарат серии «Рейнджер» был снабжен шестью телевизионными камерами, предназначенными для передачи снимков лунного ландшафта вплоть до того момента, когда аппарат разбивался при падении на поверхность Луны. Первые шесть запусков аппаратов «Рейнджер» закончились неудачно. Однако к 1964 г. неполадки были полностью устранены, и все люди нашей планеты получили возможность увидеть телевизионные «живые» изображения с Луны. В период с июля 1964 по март 1965 г. три аппарата «Рейнджер», устремившиеся к Луне, передали свыше 17000 фотографий лунной поверхности. Последние снимки были получены с высоты примерно 500м, и на них видны камни и кратеры поперечником всего в 1 м (рис.1).

Следующий важный этап в американских исследованиях Луны был отмечен одновременным осуществлением двух программ: «Сервейер» и «Орбитер». С мая 1966 по январь 1968 г. пять космических аппаратов серии «Сервейер» успешно совершили мягкую посадку на лунную поверхность. Каждый из этих треногих аппаратов был снабжен телевизионной камерой, манипулятором с ковшом и приборами для изучения лунного грунта. Успешные посадки «Сервейеров» (некоторые специалисты прежде всего опасались, что аппаратам придется погружаться в трехметровый слой пыли) создали уверенность в возможном осуществлении космической программы с использованием пилотируемых космических аппаратов.

В то время как пять «Сервейеров» были мягко посажены на лунную поверхность, пять аппаратов серии «Орбитер» были запущены на орбиты вокруг Луны с целью произвести обширную фотосъемку. Все пять запусков «Орбитеров» были успешно осуществлены в течение года – с августа 1966 по август 1967 г. Они передали на Землю в общей сложности 1950 прекрасных крупномасштабных фотографий, охвативших всю видимую с Земли сторону Луны и 99,5% обратной стороны. Тогда ученые впервые узнали, что на обратной стороне Луны нет морей. Оказалось, что там огромное количество кратеров (рис.2).

Полеты «Сервейеров» показали, что космические аппараты могут благополучно сесть на лунную поверхность. А фотографии, полученные «Орбитерами», помогли ученым выбрать место посадки для первого пилотируемого лунного аппарата. Так был проложен путь к осуществлению программы «Аполлон».

В период с декабря 1968 по декабрь 1972 г. на Луну совершили путешествия 24 человека (трое из них – дважды). Двенадцать из этих астронавтов в самом деле ходили по поверхности Луны. Программа «Аполлон» включала широкий круг геологических исследований, но основным ее достижением явилась доставка на Землю примерно 360 кг лунных пород.

Анализ образцов, доставленных экспедициями «Аполлон», показал, что существует три типа лунных пород, в каждом из которых скрыта важная информация о природе и эволюции Луны. Прежде всего, это анортозитовая порода (см. рис.3) – вид породы, наиболее распространенный по всей Луне. Она характеризуется высоким содержанием полевого шпата. Второй важный тип лунных пород – «криповые» нориты (KREEP). Они названы так из-за высокого содержания в них калия (К), редкоземельных элементов (REE) и фосфора (Р). Криповые нориты обычно встречаются в светлых горных районах Луны. Темные лунные моря покрыты морскими базальтами.

Анортозитовая порода представлена наиболее обильно: это самый древний тип пород, обнаруженных на Луне. Данные, полученные с помощью сейсмометров (оставленных космонавтами на поверхности Луны), а также результаты геохимических анализов, проведенных на расстоянии посредством приборов, установленных на спутниках, показывают, что кора Луны до глубины 60 км состоит преимущественно из анортозитовых пород. Среди трех основных лунных пород анортозит имеет самую высокую температуру плавления. Поэтому, когда первичная расплавленная поверхность Луны начала остывать, анортозитовая порода затвердела первой.

До осуществления программы «Аполлон» было три соперничающих теории происхождения Луны. Некоторые ученые полагали, что Луна в свое время могла быть просто захвачена Землей. Другие считали, что первичная Земля могла разделиться на две части (предполагалось, что Тихий океан – это «яма», оставшаяся после того, как Луна «вырвалась» из Земли). Но анализ лунных пород, по-видимому, свидетельствует в пользу третьего предположения о том, что Луна образовалась путем объединения крошечных камешков, обращавшихся вокруг Земли 4,5 млрд. лет назад, аккреция частиц под действием сил гравитации, действующих вблизи Земли, была в некотором роде уменьшенным вариантом процесса аккреции, происходившего в первичной солнечной туманности и приведшего к рождению планет.

«Рождение» Луны происходило весьма стремительно – возможно, всего за несколько тысяч лет. Когда миллионы и миллионы камней, обращающихся вокруг Земли, с силой ударялись о непрерывно увеличивающуюся в размерах Луну, ее поверхность должна была представлять собой море раскаленной добела лавы. Но как только большая часть камней была выметена Луной при ее движении вокруг Солнца, лунная поверхность могла начать остывать и затвердевать. Это было то самое время, 4,5 млрд. лет назад, когда стала образовываться лунная анортозитовая кора.

Температуры плавления как криповых норитов, так и морского базальта ниже, чем у анортозитовой породы. Поэтому существование этих двух более молодых типов лунного вещества должно указывать на важные события, происходившие на более поздней стадии эволюции Луны.
Криповые нориты характеризуются высоким содержанием элементов с достаточно высокой атомной массой. Из-за своих больших размеров эти атомы с трудом «включаются» в кристаллы, образующие анортозит. Другими словами, когда анортозитовая порода нагревается и частично плавится, эти атомы в основном «изгоняются» из основной породы. Поэтому естественно предположить, что криповые нориты образовались при частичном плавлении анортозитовой породы.

Криповые нориты встречаются в горных районах Луны. Пока еще не выяснено, как образовались лунные континенты. Но те же мощные процессы, которые послужили причиной образования лунных горных хребтов, могли также вызвать около 4 млрд. лет назад частичное плавление еще молодой тогда анортозитовой коры Такое предположение позволило бы объяснить наличие криповых норитов в горных хребтах, подобных тем, что окаймляют Море Дождей и Океан Бурь.

Очевидно, что в течение веков о поверхность Луны ударялось множество метеоритов. Именно поэтому на ней так много кратеров. Но самые большие следы ударов на лунной поверхности – это моря. Возможно, 3,5–4 млрд. лет назад по крайней мере десяток астероидоподобных объектов с силой столкнулись с Луной. Под действием столь разрушительных ударов на поверхности Луны возникли огромные кратеры, «прорвавшиеся» до жидких недр молодой Луны. Лава хлынула из недр Луны и за несколько сотен тысяч лет заполнила колоссальные кратеры. Темные ровные моря образовались, когда потоки расплавленной породы «заживляли» раны, нанесенные астероидами. Таково происхождение морского базальта – самого молодого из основных типов лунных пород.

На стороне Луны, обращенной к Земле, кора должна быть тоньше, чем на обратной стороне. Мощные удары планетезималей не смогли пробить кору на обратной стороне Луны. Значит, там не было протяженных пространств, затопленных лавой, и поэтому нет образований типа морей.
За последние 3 млрд. лет на Луне не происходило сколько-нибудь значительных событий. Только продолжали сыпаться на поверхность метеориты, хотя в значительно меньшем количестве, чем прежде. Постоянная бомбардировка мелкими телами постепенно взрыхлила лунную почву, или реголит, как ее следует правильно называть (Слово «почва» означает вещество, содержащее разлагающуюся биологическую массу. Термин «реголит» относится просто к покрывающей породе). Никакое крупное тело уже не сталкивалось с Луной после того, как гигантские камни километровых размеров образовали кратеры Коперник и Тихо.

Исследования показали, что бесплодный, стерильный мир Луны разительно отличается от земного. Все следы ранних этапов эволюции «активно живущей» Земли почти полностью стерты упорным действием ветра, дождя и снега, тогда как на безвоздушной безжизненной поверхности нашей ближайшей космической соседки, наоборот, навечно запечатлелись следы некоторых самых древних событий, происходивших в Солнечной системе.

После первых успехов по изучению Луны (первая жесткая посадка зонда на поверхность, первый облет с фотографированием невидимой с Земли обратной стороны) перед учеными и конструкторами СССР и США, задействованными в «лунной гонке», объективно встала новая задача. Нужно было обеспечить мягкую посадку исследовательского зонда на поверхность Луны и научиться выводить на ее орбиту искусственные спутники.

Задача эта была непростой. Достаточно сказать, что Сергею Королеву, руководившему ОКБ-1, так и не удалось этого добиться. В 1963-1965 было осуществлено 11 запусков космических аппаратов (каждый удачно запущенный получал официальный номер серии «Луна») с целью мягкой посадки на Луне, и все они потерпели неудачу. Между тем, загруженность ОКБ-1 проектами была чрезмерной, и в конце 1965 года Королев был вынужден передать тему мягкого прилунения в КБ Лавочкина, которым руководил Георгий Бабакин. Именно «бабакинцам» (уже после смерти Королева) удалось войти в историю благодаря успеху «Луны-9».

Первая посадка на Луну

(Нажмите на картинку, чтобы посмотреть схему прилунения космического аппарата)

Вначале станция «Луна-9» 31 января 1966 года была доставлена ракетой на орбиту Земли, а затем с нее отправилась в сторону Луны. Тормозной двигатель станции обеспечил гашение посадочной скорости, а надувные амортизаторы защитили посадочный модуль станции от удара о поверхность. После их отстрела модуль развернулся в рабочее состояние. Полученные от «Луны-9» за время связи с ней первые в мире панорамные изображения лунной поверхности подтвердили теорию ученых о поверхности спутника, не покрытой значительным пылевым слоем.

Первый искусственный спутник Луны

Вторым успехом «бабакинцев», использовавших задел ОКБ-1, стал первый лунный искусственный спутник. Старт космического аппарата «Луна-10» состоялся 31 марта 1966 года, а успешный вывод на окололунную орбиту - 3 апреля. За более чем полуторамесячный период научные приборы «Луны-10» исследовали Луну и окололунное пространство.

Достижения США

Тем временем США, уверенно шедшие к своей главной цели - высадке человека на Луне, стремительно сократили разрыв с СССР и вырвались вперед. Пять космических аппаратов серии Surveyor совершили мягкое прилунение и провели важные исследования в местах посадки. Пять орбитальных картографов Lunar Orbiter составили детальную карту поверхности с высоким разрешением. Четыре испытательных пилотируемых полета космических кораблей Apollo, в том числе два с выходом на орбиту Луны, подтвердили правильность принятых при разработке и проектировании программы решений, а техника доказала свою надежность.

Первая высадка человека на луне

В экипаж первой лунной экспедиции вошли астронавты Нил Армстронг, Эдвин Олдрин м Майкл Коллинз. Космический корабль Apollo 11 отправился в полет 16 июля 1969 года. Гигантская трехступенчатая ракета Saturn V отработала без замечаний, и Apollo 11 отправился к Луне. Выйдя на окололунную орбиту, он разделился на орбитальный модуль Columbia и лунный модуль Eagle, пилотируемый астронавтами Армстронгом и Олдрином. 20 июля он прилунился на юго-западе Моря Спокойствия.

Спустя шесть часов после посадки, Нил Армстронг вышел из кабины лунного модуля и в 2 часа 56 минут 15 секунд по всемирному времени 21 июля 1969 года впервые в человеческой истории ступил на лунный реголит. Вскоре к командиру первой лунной экспедиции присоединился Олдрин. Они провели на поверхности Луны 151 минуту, разместили на ней атрибутику и научную аппаратуру, взамен загрузив в модуль 21,55 кг лунных камней.

Окончание «лунной гонки»

Оставив на поверхности посадочный блок, взлетная ступень Eagle стартовала с Луны и состыковалась с Columbia. Воссоединившись, экипаж направил Apollo 11 к Земле. Затормозившись в атмосфере со второй космической скоростью, командный модуль с астронавтами после более чем 8-суточного полета мягко опустился в волны Тихого океана. Главная цель «лунной гонки» была достигнута.

Обратная сторона луны

(Фотоснимок обратной стороны Луны с приземлившегося аппарата "Чаньэ-4" )

Это сторона невидимая с Земли. 27 октября 1959 года с лунной орбиты обратную сторону сфотографировала советская космическая станция "Луна-3", а спустя более полувека 3 января 2019 года китайский космический аппарат "Чаньэ-4" успешно приземлился на поверхность обратной стороны и прислал первый снимок с ее поверности.