Наши предки с незапамятных времен обожествляли Луну. Почти все политеистичные религии персонифицировали ее как божество женского пола – возможно, из-за совпадения периодичности лунных фаз и продолжительности менструального цикла. Меняющимся ликом Луны занялись и первые астрономы.
Зачатки научного понимания природы Луны сформировались задолго до изобретения телескопа. Еще древнегреческие мыслители видели в ней шарообразное тело, обращающееся вокруг Земли и светящее отраженным солнечным светом. В III веке до нашей эры великий астроном Аристарх Самосский вычислил, что расстояние между Луной и Землей составляет 60 земных радиусов (результат Аристарха оказался удивительно точным — на самом деле оно колеблется между 55 и 63 радиусами). В темных областях лунного диска греки видели водоемы, а в светлых — сушу. Оттуда и пошла традиция называть морями лунные зоны, обладающие наименьшей отражательной способностью.
Имена земные и лунные
Слева – карта Иоганна Гевелиуса (1647), который называл детали лунной поверхности в соответствии с земными географическими названиями. Справа – более привычная нам карта Джованни Риччиоли (1651).
Галилео Галилей, первым направивший в небеса зрительную трубу, составил и первый отчет о телескопических наблюдениях Луны, который представил в опубликованной в 1610 году книге Siderius Nuncius. 32-кратное увеличение его инструмента позволило установить, что поверхность нашего спутника покрыта горами и испещрена углублениями. Галилей воздержался от их наименования, однако в середине XVII века это начали делать другие астрономы. Именно в те времена возникла традиция называть лунные кратеры в честь знаменитых ученых, оставляя за морями право на возвышенно-поэтические титулы. Ее заложили астрономы Джованни Баттиста Риччиоли и Франческо Гримальди, чья лунная карта была опубликована в 1651 году. Именно тогда появились кратеры Тихо, Гиппарха, Коперника и Архимеда, море Дождей и море Спокойствия.
По мере прогресса телескопостроения совершенствовалась и лунная картография. Наивысшим достижением на этом пути стала публикация «Фотографического лунного атласа», который в 1960-х годах подготовили специалисты Аризонского университета и американских ВВС.
Серебристый лик
В XIX веке на помощь науке о Луне пришла физика. Около двухсот лет назад Франсуа Араго заметил, что лунному свету присуща слабая линейная поляризация, которую он приписал влиянию лунной атмосферы. Сейчас мы знаем, что воздуха там нет совсем, так что это объяснение в корне неверно. Львиная доля лунной поверхности покрыта мелко измельченными породами, разбитыми бесчисленными ударами небольших метеоритов. Этот толстый слой, называемый реголитом, поляризует отраженный солнечный свет.
Наличие реголита объясняет еще одну уникальную особенность лунного блеска. Фотометрические измерения показывают, что яркость полной Луны превышает яркость половинной вовсе не вдвое, а в одиннадцать раз! Отсюда следует, что отражательная способность лунного вещества резко возрастает, если угол падения солнечных лучей приближается к вертикали. Причина этого эффекта заключается в том, что частицы реголита испещрены множеством трещин, в которых теряется значительная часть падающего света. Это поглощение минимально, если наблюдатель смотрит со стороны, откуда падает луч, что как раз и происходит в полнолуние. При радиолокационном сканировании Луны этот эффект отсутствует, поскольку длина волны радарного луча много больше величины трещин.
Странный спутник
Земля с ее спутником в Солнечной системе смотрится весьма экзотично. Непонятно, например, почему Луна всего в 81 раз легче Земли. Титан, самый большой из спутников Сатурна, по массе уступает планете-хозяйке почти в 5 тысяч раз, прочие же подобные показатели еще меньше. К тому же момент импульса системы Земля-Луна превосходит момент импульса любой другой пары «планета-спутник». И, наконец, путь Луны не лежит ни в плоскости эклиптики, ни в экваториальной плоскости Земли, в то время как лунная ось почти перпендикулярна плоскости эклиптики. Все это выглядит довольно странно. Необычна и лунная орбита. Это не эллипс, как следует из законов Кеплера, а медленно раскручивающаяся спираль. В начале 19 века это предсказал великий французский математик Пьер Симон Лаплас. Рассуждал он просто. Лунные приливы тормозят вращение Земли, однако полный угловой момент всей пары сохраняется. Следовательно, Луна должна увеличивать свой момент, непрерывно уходя на более высокие орбиты. Механика этого процесса давно объяснена. Приливные волны изменяют распределение масс на земном шаре, в результате чего у земного притяжения Луны возникает компонента, направленная по касательной к лунной траектории. Вследствие того же приливного трения вращение Луны синхронизировано с ее обращением вокруг Земли и лунный день приблизительно равен земному месяцу (поэтому Луна всегда обращена к Земле одним полушарием). Эта синхронизация, скорее всего, произошла во времена, когда Луна полностью или частично находилась в расплавленном состоянии. Скорость радиального смещения Луны была измерена с помощью лазерной локации, она составляет примерно 4 сантиметра в год. Отсюда следует, что в далеком прошлом Луна располагалась намного ближе к Земле. Любая реалистичная теория происхождения Луны должна объяснить и это обстоятельство.
Раз уж об этом зашла речь, следует упомянуть еще одно любопытное явление. Реголит поглощает больше 90% солнечного света, так что в действительности он черный, как уголь. Однако он сильно рассеивает все, что не удалось поглотить, из-за чего мы можем любоваться серебристым сиянием Луны, прославленным легионами поэтов.
Лунные кратеры
В XVIII столетии астрономы достигли немалых успехов в описании движения Луны, но понимание специфики лунного рельефа и прежде всего наличия множества кратеров пришло гораздо позже. Долгое время фантазия исследователей не шла дальше примитивных земных аналогий — в основном в духе теории вулканизма. Это естественно, поскольку лунные кратеры в поле зрения телескопа похожи на вулканические кальдеры. Лишь в 1824 году немецкий астроном Франц фон Груйтуйзен догадался, что они имеют метеоритное происхождение. Гипотеза была блестящей, но объяснение оказалось неверным. Груйтуйзен утверждал, что метеориты проминают лунный грунт и уходят в глубину. Поскольку большинство этих тел падает отнюдь не вертикально, львиная доля кратеров вроде бы обязана иметь эллиптические очертания, а на самом деле они круглые.
Откуда взялась Луна
До недавнего прошлого все эти теории можно было подразделить на три семейства. В 1878 году английский астроном Джордж Дарвин (сын Чарльза Дарвина) высказал гипотезу, в соответствии с которой вскоре после рождения нашей планеты солнечные приливы оторвали от полужидкой Земли изрядный кусок и бросили его в пространство. Модель отрыва со временем была развита в нескольких вариантах, однако ни один из них не смог объяснить соотношение масс 1:81, которое существует в действительности. А после полетов «Аполлонов» этой гипотезе подставили ножку и геохимики. Если Луна оторвалась от земной мантии, то почему в ее породах содержатся более высокие концентрации титана и других тугоплавких элементов?
Вторая группа — теории захвата. Первую модель такого рода предложил в 1909 году весьма эксцентричный (он не просто отвергал теорию относительности, но считал ее глубоко аморальной!) американский астроном Томас Джефферсон Джексон Си. Он считал Луну блуждающим планетоидом, плененным земным тяготением. Эта идея просуществовала в различных версиях до середины XX века. Ее похоронили результаты вычислений, доказавшие, что Земля ни при каких мыслимых обстоятельствах не могла погасить скорость Луны до такой степени, чтоб свести ее с околосолнечной траектории.
Третья группа — модели бинарной аккреции. Впервые такую теорию выдвинула в 60-е годы Евгения Леонидовна Рускол, а позднее — и американские планетологи. Эта теория утверждает, что в активной фазе роста Земли вокруг нее из вещества протопланетного облака образовался рой мелких частиц и небольших тел, который довольно быстро сгустился и положил начало Луне. Эти модели неплохо интерпретируют многие различия в химическом составе Земли и Луны (например, дефицит лунного железа) объясняя их спецификой формирования роя и переработкой его вещества при последующих множественных столкновениях. Однако в рамки этих моделей плохо укладывается дефицит лунного водорода и прочих летучих элементов.
Метеоритная модель долгое время существовала в качестве смелой идеи без экспериментального обоснования, и ее разделяли лишь немногие ученые (следует отметить, что в 1921 году ее решительно поддержал немецкий геолог Альфред Вегенер, отец теории дрейфа континентов). Она была окончательно доказана лишь"