Страница:
Следующий объект нашего рассмотрения – лунные горы.
Горная цепь Апеннин – одна из самых мощных горных систем на Луне. Высота некоторых пиков доходит до 5–6 км. Эта цепь обрамляет Море Дождей с юга и юго-востока. Ее происхождение связано с ударным образованием бассейна этого моря. Северные склоны Апеннин, обращенные к Морю Дождей, более крутые, чем южные (рис. 2.17). Однако эта крутизна относительна – типичные наклоны поверхности на севере Апеннин редко превышают 10° на базе в 1 км. У северо-западного подножия Апеннин находится извилистая Борозда Хэдли (Гадлея), имеющая длину около 100 км, среднюю ширину 1,5 км и глубину 300–400 м. В районе этой борозды совершил посадку «Аполлон-15».
Альпы – менее мощная горная система, обрамляющая Море Дождей с северо-востока. Здесь самая высокая вершина (разумеется – Монблан) имеет высоту около 3500 м. Удивительным образованием в этом районе Луны является Долина Альп, которая как бы прорезает горную систему Альп от Моря Холода до Моря Дождей (рис. 2.20). Эта долина прямолинейна; ее длина около 150 км, а средняя ширина около 10 км. Когда-то допускалось, что такая структура могла образоваться при косом (скользящем) ударе крупного тела о лунную поверхность. Простые оценки показывают невозможность такого сценария. В данном случае мы имеем дело, вероятно, с древним разломом, залитым лавой. На снимке Крэйга Зербе хорошо видна узкая трещина в середине долины. На космических изображениях высокого разрешения на этой трещине видны кратеры. Вероятно, они моложе трещины и попали на нее случайно. Но следует отметить, что на трещинах могут возникать так называемые димпловые кратеры: за счет просыпки грунта в трещину образуется воронка.
В Море Дождей имеются структуры останцового типа, например Прямой хребет длиной 80 км или пик Тенериф. При взгляде в телескоп, когда эти структуры освещены скользящими лучами, они кажутся грандиозными крутыми горами. На самом деле все обстоит не столь уж драматично. Например, пик Тенериф при высоте чуть более 2,4 км имеет размер у основания 15x20 км, что дает средний наклон поверхности пика менее чем 1/6. Конечно, локальные наклоны могут быть большими.
Примечательным объектом лунной поверхности является также Прямая Стена. Это линейная сбросовая структура. Ее длина 110 км. Большая часть Стены возвышается на 600 м над равниной. Стена асимметрична – ее западный склон гораздо более крутой. Однако даже там крутизна склонов редко превосходит 30° на базе в сотни метров.
Среди уникальных образований на поверхности Луны особое место занимает кратер Варгентин диаметром 85 км. Его часто называют «столовой горой Варгентин». Он находится вблизи юго-западного лимба недалеко от кратера Шиккард. Кратер Варгентин заполнен лавой до уровня вала. Поверхность этого лавового поля сравнительно ровная. Это удивительный пример затопления кратера без прорыва вала – мощности лавового источника хватило ровно на то, чтобы заполнить чашу до краев, не разрушив ее.
Отметим еще раз замечательный кратер Платон (D = 100 км), залитый лавой. Его очень легко найти на Луне вблизи полной фазы с помощью телескопа, поэтому этот кратер иногда используют в качестве стандартной детали для спектрофотометрических привязок при наблюдениях планет. Высота вала этого кратера достигает 2 км, однако из-за кривизны лунной поверхности даже такой вал не будет виден из центра этого кратера (см. рис. 2.8 и 2.9). Заметим также, что вещество этого вала и примыкающих к нему с севера внешних областей необычно по составу, о чем свидетельствует нетипичный для таких образований избыток красного цвета.
В Океане Бурь расположена небольшая формация, именуемая Рейнер-гамма. Она имеет форму вытянутого кольца, но это не кратер. Рис. 2.24 позволяет сравнить это образование с кратером Рейнер, который находится в правой части изображения. Образование Рейнер-гамма считается классическим примером свирла – структуры, возникающей при падении распавшейся кометы или компактного метеороидного роя на лунную поверхность. В рельефе эта область не выделяется – это чисто альбедное образование, имеющее детали причудливой формы.
С этой формацией связана также магнитная аномалия. Формация Рейнер-гамма имеет необычные фотометрические свойства, они указывают на то, что поверхность этого образования очень молодая, а ее микрорельеф более сложный, чем в окружающих морских областях.
На западном побережье Моря Нектара расположена последовательность крупных кратеров: Теофил (D = 100 км), Кирилл (D = 90 км) и Катарина (D = 100 км). Кратер Теофил – более молодой; он перекрыл вал кратера Кирилл. Замечательная особенность кратера Теофил – его центральная горка, у которой несколько вершин. Иногда астрономы-любители проверяют качество телескопического изображения по тому, разрешается ли горка кратера Теофил или нет: если не разрешается, то наблюдать на небе что-либо точно не стоит.
Кратер Птолемей – один из самых крупных на Луне (D = 225 км). Кривизна его заполненного лавой днища хорошо видна на изображениях, близких к терминатору (рис. 2.26). На дне этого кратера видны неровности, вероятно, обусловленые рельефом подстилающей поверхности или связаные с многоэтапностью заливки морской лавой этого небольшого бассейна. Правее и немного ниже кратера Птолемей находится кратер Альбатениус, который, как считается, изображен на одной из первых зарисовок Луны, сделанных Галилео Галилеем.
По-своему уникален кратер Альфонс (D= 125 км). Его центральная горка возвышается почти на километр. У вала хорошо заметны признаки внутреннего обрушения (он как бы двоится). Через середину кратера проходит геологический разлом. В кратере расположено несколько темных пятен, заметных в телескоп среднего размера при хорошем качестве изображения. Это мелкие кратеры с темными ореолами; некоторые из них ассоциированы с трещинами того же простирания, что и центральный разлом. Происхождение темных ореолов не совсем понятно. Вероятно, здесь произошло ударное вскрытие темного материала, как в случае криптоморей. Нельзя не отметить, что в кратере Альфонс, возможно, наблюдались нестационарные явления (см. ниже).
Интересен молодой кратер Прокл, находящийся в восточной части лунного диска. В полнолуние хорошо видна его лучевая система; она асимметрична. Такое возможно при очень косом ударе налетевшего тела по лунной поверхности.
В заключение этого раздела отметим: каждый район и каждая деталь лунной поверхности, имея общие для всей Луны особенности формирования и эволюции, почти всегда демонстрируют также и замечательные индивидуальные черты. Это делает интересным и захватывающим изучение практически любого района лунной поверхности.
2.3. Нестационарные явления
Исследованию нестационарных, временных явлений на лунной поверхности и окружающем ее пространстве уделялось некогда большое внимание. Это было в период подготовки космических программ изучения Луны. Сейчас такого рода наблюдения чаще проводятся любителями астрономии, хотя встречаются публикации на эту тему авторитетных профессиональных наблюдателей, таких как французский астроном Одуэн Дольфюс. В последнее время интерес к этой проблеме несколько возрос в связи с обнаружением на ночной стороне Луны вспышек, вызванных ударами метеоритных тел.
Как правило, сообщения о кратковременных явлениях малодоказательны. Можно думать, что подавляющая часть таких сообщений вообще не является достоверной. При проведении новых исследований следует иметь в виду, что проблема доказательства реальности нестационарных явлений и скептицизм научной общественности будут постоянно сопутствовать работам, ведущимся в этой области. Данный раздел посвящен обзору наиболее достоверных результатов.
Проблема поиска возможных изменений, происходящих на лунной поверхности, очень старая. Такие изменения пытались обнаружить многие астрономы-наблюдатели, начиная с Галилея. Известный английский астроном Джон Гершель сообщал в позапрошлом столетии о видимых им на затененной части лунного диска ярких точках, которые он считал лунными вулканическими извержениями. Сейчас понятно, что никаких действующих вулканов на Луне нет, но тогда эти сообщения авторитетнейшего наблюдателя будоражили умы. Следует отметить, что и до изобретения телескопа проблема нестационарных явлений на Луне была актуальна. В частности, лет 20 назад на страницах уважаемого научного журнала «Nature» обсуждалось сообщение о том, что в 1178 г. некоторые очевидцы наблюдали явления, возможно, связанные с рождением на обратной стороне Луны, вблизи лимба, кратера Джордано Бруно. Дело в том, что в Англии (Кентербери) в церковных архивах, датированных XII столетием, обнаружились записи показаний пяти человек о «странном» поведении Луны: на ней были видны искры, а верхний конец ее серпа вдруг раскололся на две части (тень от выброса?). Кто знает, не отмечали ли слишком усердно эти люди семейный праздник? А может быть, они видели случайно спроецированный на Луну болид, сгоревший в атмосфере Земли? Или все же это событие связано с Луной? Кратер Джордано Бруно (D = 20 км) действительно один из самых молодых на Луне. Однако его изображения, полученные с высоким разрешением, показывают, что в нем присутствует достаточно много мелких кратеров. Это означает, что молодость этого объекта относительна – его образование едва ли можно датировать XII веком.
Существуют каталоги нестационарных явлений на поверхности Луны. В частности, в 1960-е гг. Берли и Мидлхерст изучили литературу, охватывающую несколько сотен лет, в которой упоминается о примерно 200 случаях наблюдений на Луне ярких вспышек, изменений цвета и прочих преходящих явлений. Эти наблюдения были сопоставлены с солнечной активностью (зависимости не обнаружилось) и с приливным действием Земли. Оказалось, максимальное число явлений приходится на перигей и апогей лунной орбиты. Отсюда был сделан вывод, что явления, наблюдаемые на Луне, возможно, вызваны внутренними причинами, происходящими в Луне в периоды максимальных изменений приливных напряжений.
Позднее Камерон составила каталог более 1500 лунных временных явлений. Они связаны с примерно 100 объектами лунной поверхности; интересно, что на область кратера Аристарх попадает 30 % всех явлений. Распределение этих объектов показывает, что преходящие явления чаще наблюдаются по краям морей. Обработка каталога не дала корреляции этих явлений ни с одним физическим фактором. Корреляция с приливами, указанная ранее Берли и Мидлхерст, оказалась выраженной очень слабо. Вполне возможно, что многие события в каталогах Мидлхерст и Камерон просто недостоверны.
Особенно интенсивно проблема нестационарных явлений изучалась перед началом реализации космической программы «Аполлон». Например, для выявления кратковременных цветовых явлений на Луне в конце 1960-х гг. была создана сеть из 12 станций в США и двух в Англии. Выполнялось «блинкование» Луны – быстрое сравнение двух полученных последовательно изображений, позволяющее заметить их различие. Это делалось при помощи небольших телескопов, снабженных вращающимися обтюраторами, которые имели красный и синий светофильтры. Станции работали в течение нескольких лет, однако не дали результатов, которые достоверно подтверждали бы нестационарные цветовые эффекты. Позднее к явлениям такого рода возникло устойчивое скептическое отношение. Появились работы, в которых разбирается ошибочность некоторых данных о временных явлениях на Луне. Например, это касалось сообщений, появившихся 22–28 февраля 1975 г., когда в Западной Европе господствовал глубокий антициклон с температурной инверсией. Дисперсия света при преломлении в такой атмосфере могла дать окраску альбедно контрастных лунных деталей.
Согласно работе Яна, опубликованной в 1972 г., все наблюдавшиеся временные явления на Луне делятся на три типа: 1) очень быстро проходящие яркие вспышки; 2) длительные, до нескольких часов, бесцветные свечения или затемнения районов размером во многие квадратные километры; 3) красные или голубые свечения. Первая группа явлений может быть как лунного, так и не лунного происхождения. В последнем случае вспышки могут объясняться случайным проецированием на лунный диск картины сгорания метеоров в земной атмосфере. Другим «не лунным» объяснением вспышек, наблюдаемых в наше время, могут быть блики от солнечных панелей искусственных спутников, в большинстве своем уже утерянных и потому находящихся в бесконтрольном полете. Однако теоретически возможны и вспышки, связанные с Луной. В частности, в некоторых работах 1970– 1980-х гг. обсуждается механизм электрического разряда в разреженном газе, который, как считается, может выделяться из трещин в лунной поверхности при освобождении напряжений. То, что процесс выделения газов из недр Луны реален, сомнений не вызывает – это экспериментальный факт, установленный в ходе орбитальной съемки лунной поверхности, проведенной на космическом корабле «Аполлон-16» с помощью α-спектрометра. Были обнаружены вариации потока α-частиц, порождаемых радиоактивным распадом очень летучего газа радона, который выделяется из лунных недр вместе с другими компонентами. Проблема состоит в количестве газа, необходимого для поддерживания разряда, – согласно измерениям «Аполлона-16», газа на много порядков меньше, чем необходимо.
В последнее время заметный импульс получили исследования вспышек на лунной поверхности, которые вызваны ударами метеоритов. Такие вспышки надежно наблюдались в 1999–2002 гг., когда Луна пересекала метеорный поток Леониды. Однако этим наблюдениям предшествовали теоретические работы, которые стимулировали экспериментальные исследования. В частности, расчеты, выполненные российским физиком И. В. Немчиновым и его коллегами, показали, что удар о лунную поверхность метрового метеороидного тела, летящего со скоростью 15–30 км/с, может дать вспышку, регистрируемую с Земли. Наибольший интерес в таких исследованиях представляли бы детальные спектры вспышек. Они могли бы дать информацию о составе материала, вовлеченного в ударное испарение. Однако световой поток от этих событий должен быть весьма слаб. При образовании импактного (ударного) кратера в энергию световой вспышки преобразуется лишь малая доля кинетической энергии ударника, всего 10-4-10-5. Однако удары тел размером порядка 1 м могут быть зарегистрированы с помощью телескопов с зеркалом диаметром около 1 м.
Серьезной проблемой, ограничивающей наблюдательные возможности, является длительность вспышек. Чем меньше упавшее на Луну тело, тем короче вспышка. Для тел размером 1 м длительность вспышки составляет всего одну секунду. Тем не менее детектирование таких вспышек вполне возможно, что, как уже отмечалось, было подтверждено с помощью наблюдений Луны во время пересечения ею метеорного потока Леониды.
Рис. 2.28. Любительская фотография лунной поверхности со случайно спроецировавшимся самолетом.
Патрулирование импактных вспышек проводилось синхронно с использованием инструментов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, чтобы отделить вспышки на поверхности Луны от вспышек, вызванных отражением солнечных лучей от спутников или сгоранием метеоров в земной атмосфере. Удивительные случайные проекции действительно порой происходят при наблюдениях Луны. Так, на любительской фотографии (рис. 2.28) можно видеть лунную поверхность, на которую спроецировался летящий самолет.
Метеорный поток Леониды наблюдается каждый год примерно 17–18 ноября, когда Земля пересекает орбиту кометы 55Р/Темпеля – Тутля; вдоль этой орбиты движется множество пылевых и более крупных фрагментов кометы. Движение потока по отношению к движению Земли почти встречное, поэтому скорость соударения частиц потока с Луной очень высока, примерно 70 км/с. Поток неоднороден, поэтому количество ударных событий может год от года сильно варьироваться. Ноябрь 2001 г. был очень благоприятным для регистрации вспышек на ночной стороне Луны. Американские любители астрономии и профессиональные астрономы надежно зарегистрировали не менее шести вспышек на темной части лунного диска. Это были одновременные наблюдения из разных мест, документированные видеосъемкой, причем измерение проводились в такое время, когда большинство искусственных спутников, способных дать случайно проецирующийся блик, находились в глубокой тени.
В ноябре следующего, 2002 года, пересечение Луной потока Леонид происходило при полнолунии, что сделало регистрацию вспышек практически невозможной. Леониды – очень неоднородный поток: в нем есть уплотненные и разреженные области, орбиты его частиц возмущаются Юпитером. Обычно усиление потока наблюдается с периодом в 33 года, но это правило может и не выполняться. Ближайшее благоприятное пересечение Луны с этим потоком прогнозируется лишь на 2099 г., так что придется терпеливо ожидать новых результатов.
Отметим сравнительно свежее ударное событие в Море Облаков, которое произошло 2 мая 2006 г. Вспышку удалось снять на видео ученым NASA, ведущим патрульные наблюдения Луны. Вспышка длилась 0,4 секунды; мощность взрыва оценивается эквивалентом 4 тонн тротила. Расчеты показали, что лунную поверхность ударило тело диаметром около 25 см, которое двигалось со скоростью примерно 40 км/с. Должен был образоваться кратер диаметром около 15 м и глубиной около 3 м, но с Земли его заметить невозможно.
Если причины вспышек на ночной стороне Луны довольно понятны, то глобальные изменения яркости (если они действительно происходят) на больших площадях освещенной части лунной поверхности интерпретировать довольно трудно. Учитывая, что яркость таких преходящих явлений должна быть сравнима с яркостью освещенной Солнцем лунной поверхности, механизм свечения должен быть очень мощным. В работе Гарлика и его коллег 1977 г. предполагается, что это может быть связано с временными возмущениями поверхностного пылевого слоя, нарушающими когезию частиц (т. е. связь между молекулами разных частиц при их соприкосновении), что усиливает диффузное отражение света. Причинами таких нарушений считаются: 1) спорадический выход газов; 2) лунотрясения; 3) электростатическая левитация пыли, типа той, что наблюдалась по свечению горизонта при заходе Солнца на снимках космических аппаратов «Сервейор-7» и «Луноход-2». Роль этих механизмов трудно анализировать, не имея достаточно надежных характеристик самих явлений. Понятно, однако, что при нынешней активности недр Луны первые два механизма едва ли можно обсуждать всерьез. Третий механизм, вероятно, также слишком слаб, чтобы создать эффекты, которые наблюдались бы с Земли. Однако он все же не кажется вовсе безнадежным, и его продолжают исследовать.
Недавно сотрудница НИИ астрономии Харьковского национального университета им. В. Н. Каразина Л. В. Старухина вновь рассмотрела возможность временного потемнения лунной поверхности во время мощных солнечных вспышек. Под действием ионизирующих излучений, сопровождающих вспышку, в твердых материалах могут возникать дефекты, приводящие к дополнительному поглощению света в видимом и ультрафиолетовом диапазоне. Способность радиационно-индуцированных центров поглощения к термо– и фотообесцвечиванию делает возможным последующее восстановление отражательной способности реголита. Расчеты показали, что если радиационная чувствительность материала лунной поверхности равна максимальной чувствительности прозрачных силикатных стекол, то эффект потемнения можно наблюдать на пределе чувствительности астрономических приборов и только после наиболее мощных солнечных вспышек, таких как события 1959–1960 гг. и августа 1972 г.
Рис. 2.29. Спектрограммы кратера Альфонс во время предполагаемого события (верхняя) и после него (нижняя).
В связи с обсуждением нестационарных явлений на Луне нельзя не отметить открытие, сделанное Н. А. Козыревым совместно с В. И. Езерским при наблюдениях в Крымской астрофизической обсерватории 3 ноября 1958 г. Оно касается истечения газа в кратере Альфонс. Хотя авторов этого открытия двое, боролся за свою правоту в дальнейшем лишь Н. А. Козырев. А бывший в свое время директором Харьковской астрономической обсерватории В. И. Езерский в доверительном разговоре с автором этой главы не раз эмоционально высказывал свое крайне скептическое отношение к полученным результатам, не приводя, впрочем, никаких существенных доводов против них. Хотя спектрограммы Козырева выглядят более или менее убедительно (рис. 2.29), следует сказать, что имеется много работ, в которых они обоснованно критикуются. Так, известный наблюдатель комет С. Арпиньи критиковал отождествление полос в спектре кратера Альфонс с системой полос Свана С2, наблюдающейся в кометных спектрах. В спектре кратера есть ряд деталей, отсутствующих в спектрах комет. Детали спектра кратера в отличие от полос системы Свана имеют резкие края с коротковолновой стороны. Все это действительно заставляет сомневаться в отождествлении деталей в спектре кратера Альфонс с полосами Свана С2. Позднее Н. А. Козырев не раз сообщал о своих наблюдениях подобных явлений, однако никто не подтвердил их достоверность независимо.
Трудность и неоднозначность задачи детектирования нестационарных явлений на лунной поверхности может быть проиллюстрирована еще двумя историями, случившимися в эпоху первых космических полетов к Луне. Было заранее известно примерное время и место падения на лунную поверхность советской АМС «Луна-2». Однако исследования Луны, выполненные независимыми наблюдателями, дали странные результаты. Оказалось, что темные (по другим данным, светлые) облака от падения аппарата наблюдались в разное время как минимум в четырех точках лунной поверхности, разделенных тысячами километров. Очевидно, что часть сообщений (а может, все?) просто недостоверна, хотя наблюдения проводились в основном профессиональными наблюдателями. Другой пример связан с аналогичной попыткой наблюдать падение космического аппарата «Рейнджер-6» в 1964 г. Была выполнена специальная программа слежения за падением этого аппарата с помощью двух телескопов Ликской обсерватории. Она не дала положительных результатов – никаких надежных признаков падения зарегистрировано не было.
Следует рассказать и более свежую историю. Программу зонда «Лунар Проспектор» было решено завершить ударом аппарата о поверхность вечно затененного участка, расположенного на южном полюсе Луны. Предполагалось, что такой удар позволит извлечь из слоя реголита лед Н2O, ударное испарение и последующая фотодиссоциация которого даст обнаружимое с Земли свечение газа. К сожалению, проведенные наблюдения (в том числе с использованием космического телескопа «Хаббл») дали отрицательный результат – никаких признаков падения аппарата обнаружено не было. Таким образом, даже когда заранее было известно о предстоящих нестационарных явлениях на Луне (удары космических аппаратов), их регистрация дала отрицательные или противоречивые результаты.
Миссия космического аппарата «Смарт-1» с этой точки зрения оказалась более результативной. Утром 3 сентября 2006 г. этот аппарат завершил свою программу ударом о лунную поверхность в точке с координатами 46,2° з. д. и 34,4° ю. ш. Это вызвало короткую вспышку, которая была уверенно зарегистрирована инфракрасным канадско-французским телескопом на Гавайях на длине волны 2,12 мкм. Было видно даже облако пыли, которое очень быстро рассеялось.
Лет десять назад сотрудница знаменитой Лаборатории реактивного движения Бонни Буратти попыталась исследовать возможные нестационарные явления на лунной поверхности, используя изображения, полученные космическим аппаратом «Клементина». В огромном массиве данных, переданных этим зондом, удалось найти изображения четырех участков поверхности, полученные до и после нестационарных явлений, которые на этих же участках наблюдались с Земли любителями астрономии. Ни на одном из четырех снимков не было найдено никаких изменений, которые можно было бы отнести к проявлению нестационарных явлений. Этот «скучный» вывод дался Буратти нелегко, ведь ранее она же сообщала об открытии с помощью данных космического аппарата «Клементина» надежных признаков нестационарных явлений на Луне. Однако четыре года спустя, после критики коллег, Буратти признала, что результат ее ранней работы был ошибочным.
Как правило, сообщения о кратковременных явлениях малодоказательны. Можно думать, что подавляющая часть таких сообщений вообще не является достоверной. При проведении новых исследований следует иметь в виду, что проблема доказательства реальности нестационарных явлений и скептицизм научной общественности будут постоянно сопутствовать работам, ведущимся в этой области. Данный раздел посвящен обзору наиболее достоверных результатов.
Проблема поиска возможных изменений, происходящих на лунной поверхности, очень старая. Такие изменения пытались обнаружить многие астрономы-наблюдатели, начиная с Галилея. Известный английский астроном Джон Гершель сообщал в позапрошлом столетии о видимых им на затененной части лунного диска ярких точках, которые он считал лунными вулканическими извержениями. Сейчас понятно, что никаких действующих вулканов на Луне нет, но тогда эти сообщения авторитетнейшего наблюдателя будоражили умы. Следует отметить, что и до изобретения телескопа проблема нестационарных явлений на Луне была актуальна. В частности, лет 20 назад на страницах уважаемого научного журнала «Nature» обсуждалось сообщение о том, что в 1178 г. некоторые очевидцы наблюдали явления, возможно, связанные с рождением на обратной стороне Луны, вблизи лимба, кратера Джордано Бруно. Дело в том, что в Англии (Кентербери) в церковных архивах, датированных XII столетием, обнаружились записи показаний пяти человек о «странном» поведении Луны: на ней были видны искры, а верхний конец ее серпа вдруг раскололся на две части (тень от выброса?). Кто знает, не отмечали ли слишком усердно эти люди семейный праздник? А может быть, они видели случайно спроецированный на Луну болид, сгоревший в атмосфере Земли? Или все же это событие связано с Луной? Кратер Джордано Бруно (D = 20 км) действительно один из самых молодых на Луне. Однако его изображения, полученные с высоким разрешением, показывают, что в нем присутствует достаточно много мелких кратеров. Это означает, что молодость этого объекта относительна – его образование едва ли можно датировать XII веком.
Существуют каталоги нестационарных явлений на поверхности Луны. В частности, в 1960-е гг. Берли и Мидлхерст изучили литературу, охватывающую несколько сотен лет, в которой упоминается о примерно 200 случаях наблюдений на Луне ярких вспышек, изменений цвета и прочих преходящих явлений. Эти наблюдения были сопоставлены с солнечной активностью (зависимости не обнаружилось) и с приливным действием Земли. Оказалось, максимальное число явлений приходится на перигей и апогей лунной орбиты. Отсюда был сделан вывод, что явления, наблюдаемые на Луне, возможно, вызваны внутренними причинами, происходящими в Луне в периоды максимальных изменений приливных напряжений.
Позднее Камерон составила каталог более 1500 лунных временных явлений. Они связаны с примерно 100 объектами лунной поверхности; интересно, что на область кратера Аристарх попадает 30 % всех явлений. Распределение этих объектов показывает, что преходящие явления чаще наблюдаются по краям морей. Обработка каталога не дала корреляции этих явлений ни с одним физическим фактором. Корреляция с приливами, указанная ранее Берли и Мидлхерст, оказалась выраженной очень слабо. Вполне возможно, что многие события в каталогах Мидлхерст и Камерон просто недостоверны.
Особенно интенсивно проблема нестационарных явлений изучалась перед началом реализации космической программы «Аполлон». Например, для выявления кратковременных цветовых явлений на Луне в конце 1960-х гг. была создана сеть из 12 станций в США и двух в Англии. Выполнялось «блинкование» Луны – быстрое сравнение двух полученных последовательно изображений, позволяющее заметить их различие. Это делалось при помощи небольших телескопов, снабженных вращающимися обтюраторами, которые имели красный и синий светофильтры. Станции работали в течение нескольких лет, однако не дали результатов, которые достоверно подтверждали бы нестационарные цветовые эффекты. Позднее к явлениям такого рода возникло устойчивое скептическое отношение. Появились работы, в которых разбирается ошибочность некоторых данных о временных явлениях на Луне. Например, это касалось сообщений, появившихся 22–28 февраля 1975 г., когда в Западной Европе господствовал глубокий антициклон с температурной инверсией. Дисперсия света при преломлении в такой атмосфере могла дать окраску альбедно контрастных лунных деталей.
Согласно работе Яна, опубликованной в 1972 г., все наблюдавшиеся временные явления на Луне делятся на три типа: 1) очень быстро проходящие яркие вспышки; 2) длительные, до нескольких часов, бесцветные свечения или затемнения районов размером во многие квадратные километры; 3) красные или голубые свечения. Первая группа явлений может быть как лунного, так и не лунного происхождения. В последнем случае вспышки могут объясняться случайным проецированием на лунный диск картины сгорания метеоров в земной атмосфере. Другим «не лунным» объяснением вспышек, наблюдаемых в наше время, могут быть блики от солнечных панелей искусственных спутников, в большинстве своем уже утерянных и потому находящихся в бесконтрольном полете. Однако теоретически возможны и вспышки, связанные с Луной. В частности, в некоторых работах 1970– 1980-х гг. обсуждается механизм электрического разряда в разреженном газе, который, как считается, может выделяться из трещин в лунной поверхности при освобождении напряжений. То, что процесс выделения газов из недр Луны реален, сомнений не вызывает – это экспериментальный факт, установленный в ходе орбитальной съемки лунной поверхности, проведенной на космическом корабле «Аполлон-16» с помощью α-спектрометра. Были обнаружены вариации потока α-частиц, порождаемых радиоактивным распадом очень летучего газа радона, который выделяется из лунных недр вместе с другими компонентами. Проблема состоит в количестве газа, необходимого для поддерживания разряда, – согласно измерениям «Аполлона-16», газа на много порядков меньше, чем необходимо.
В последнее время заметный импульс получили исследования вспышек на лунной поверхности, которые вызваны ударами метеоритов. Такие вспышки надежно наблюдались в 1999–2002 гг., когда Луна пересекала метеорный поток Леониды. Однако этим наблюдениям предшествовали теоретические работы, которые стимулировали экспериментальные исследования. В частности, расчеты, выполненные российским физиком И. В. Немчиновым и его коллегами, показали, что удар о лунную поверхность метрового метеороидного тела, летящего со скоростью 15–30 км/с, может дать вспышку, регистрируемую с Земли. Наибольший интерес в таких исследованиях представляли бы детальные спектры вспышек. Они могли бы дать информацию о составе материала, вовлеченного в ударное испарение. Однако световой поток от этих событий должен быть весьма слаб. При образовании импактного (ударного) кратера в энергию световой вспышки преобразуется лишь малая доля кинетической энергии ударника, всего 10-4-10-5. Однако удары тел размером порядка 1 м могут быть зарегистрированы с помощью телескопов с зеркалом диаметром около 1 м.
Серьезной проблемой, ограничивающей наблюдательные возможности, является длительность вспышек. Чем меньше упавшее на Луну тело, тем короче вспышка. Для тел размером 1 м длительность вспышки составляет всего одну секунду. Тем не менее детектирование таких вспышек вполне возможно, что, как уже отмечалось, было подтверждено с помощью наблюдений Луны во время пересечения ею метеорного потока Леониды.
Патрулирование импактных вспышек проводилось синхронно с использованием инструментов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, чтобы отделить вспышки на поверхности Луны от вспышек, вызванных отражением солнечных лучей от спутников или сгоранием метеоров в земной атмосфере. Удивительные случайные проекции действительно порой происходят при наблюдениях Луны. Так, на любительской фотографии (рис. 2.28) можно видеть лунную поверхность, на которую спроецировался летящий самолет.
Метеорный поток Леониды наблюдается каждый год примерно 17–18 ноября, когда Земля пересекает орбиту кометы 55Р/Темпеля – Тутля; вдоль этой орбиты движется множество пылевых и более крупных фрагментов кометы. Движение потока по отношению к движению Земли почти встречное, поэтому скорость соударения частиц потока с Луной очень высока, примерно 70 км/с. Поток неоднороден, поэтому количество ударных событий может год от года сильно варьироваться. Ноябрь 2001 г. был очень благоприятным для регистрации вспышек на ночной стороне Луны. Американские любители астрономии и профессиональные астрономы надежно зарегистрировали не менее шести вспышек на темной части лунного диска. Это были одновременные наблюдения из разных мест, документированные видеосъемкой, причем измерение проводились в такое время, когда большинство искусственных спутников, способных дать случайно проецирующийся блик, находились в глубокой тени.
В ноябре следующего, 2002 года, пересечение Луной потока Леонид происходило при полнолунии, что сделало регистрацию вспышек практически невозможной. Леониды – очень неоднородный поток: в нем есть уплотненные и разреженные области, орбиты его частиц возмущаются Юпитером. Обычно усиление потока наблюдается с периодом в 33 года, но это правило может и не выполняться. Ближайшее благоприятное пересечение Луны с этим потоком прогнозируется лишь на 2099 г., так что придется терпеливо ожидать новых результатов.
Отметим сравнительно свежее ударное событие в Море Облаков, которое произошло 2 мая 2006 г. Вспышку удалось снять на видео ученым NASA, ведущим патрульные наблюдения Луны. Вспышка длилась 0,4 секунды; мощность взрыва оценивается эквивалентом 4 тонн тротила. Расчеты показали, что лунную поверхность ударило тело диаметром около 25 см, которое двигалось со скоростью примерно 40 км/с. Должен был образоваться кратер диаметром около 15 м и глубиной около 3 м, но с Земли его заметить невозможно.
Если причины вспышек на ночной стороне Луны довольно понятны, то глобальные изменения яркости (если они действительно происходят) на больших площадях освещенной части лунной поверхности интерпретировать довольно трудно. Учитывая, что яркость таких преходящих явлений должна быть сравнима с яркостью освещенной Солнцем лунной поверхности, механизм свечения должен быть очень мощным. В работе Гарлика и его коллег 1977 г. предполагается, что это может быть связано с временными возмущениями поверхностного пылевого слоя, нарушающими когезию частиц (т. е. связь между молекулами разных частиц при их соприкосновении), что усиливает диффузное отражение света. Причинами таких нарушений считаются: 1) спорадический выход газов; 2) лунотрясения; 3) электростатическая левитация пыли, типа той, что наблюдалась по свечению горизонта при заходе Солнца на снимках космических аппаратов «Сервейор-7» и «Луноход-2». Роль этих механизмов трудно анализировать, не имея достаточно надежных характеристик самих явлений. Понятно, однако, что при нынешней активности недр Луны первые два механизма едва ли можно обсуждать всерьез. Третий механизм, вероятно, также слишком слаб, чтобы создать эффекты, которые наблюдались бы с Земли. Однако он все же не кажется вовсе безнадежным, и его продолжают исследовать.
Недавно сотрудница НИИ астрономии Харьковского национального университета им. В. Н. Каразина Л. В. Старухина вновь рассмотрела возможность временного потемнения лунной поверхности во время мощных солнечных вспышек. Под действием ионизирующих излучений, сопровождающих вспышку, в твердых материалах могут возникать дефекты, приводящие к дополнительному поглощению света в видимом и ультрафиолетовом диапазоне. Способность радиационно-индуцированных центров поглощения к термо– и фотообесцвечиванию делает возможным последующее восстановление отражательной способности реголита. Расчеты показали, что если радиационная чувствительность материала лунной поверхности равна максимальной чувствительности прозрачных силикатных стекол, то эффект потемнения можно наблюдать на пределе чувствительности астрономических приборов и только после наиболее мощных солнечных вспышек, таких как события 1959–1960 гг. и августа 1972 г.
В связи с обсуждением нестационарных явлений на Луне нельзя не отметить открытие, сделанное Н. А. Козыревым совместно с В. И. Езерским при наблюдениях в Крымской астрофизической обсерватории 3 ноября 1958 г. Оно касается истечения газа в кратере Альфонс. Хотя авторов этого открытия двое, боролся за свою правоту в дальнейшем лишь Н. А. Козырев. А бывший в свое время директором Харьковской астрономической обсерватории В. И. Езерский в доверительном разговоре с автором этой главы не раз эмоционально высказывал свое крайне скептическое отношение к полученным результатам, не приводя, впрочем, никаких существенных доводов против них. Хотя спектрограммы Козырева выглядят более или менее убедительно (рис. 2.29), следует сказать, что имеется много работ, в которых они обоснованно критикуются. Так, известный наблюдатель комет С. Арпиньи критиковал отождествление полос в спектре кратера Альфонс с системой полос Свана С2, наблюдающейся в кометных спектрах. В спектре кратера есть ряд деталей, отсутствующих в спектрах комет. Детали спектра кратера в отличие от полос системы Свана имеют резкие края с коротковолновой стороны. Все это действительно заставляет сомневаться в отождествлении деталей в спектре кратера Альфонс с полосами Свана С2. Позднее Н. А. Козырев не раз сообщал о своих наблюдениях подобных явлений, однако никто не подтвердил их достоверность независимо.
Трудность и неоднозначность задачи детектирования нестационарных явлений на лунной поверхности может быть проиллюстрирована еще двумя историями, случившимися в эпоху первых космических полетов к Луне. Было заранее известно примерное время и место падения на лунную поверхность советской АМС «Луна-2». Однако исследования Луны, выполненные независимыми наблюдателями, дали странные результаты. Оказалось, что темные (по другим данным, светлые) облака от падения аппарата наблюдались в разное время как минимум в четырех точках лунной поверхности, разделенных тысячами километров. Очевидно, что часть сообщений (а может, все?) просто недостоверна, хотя наблюдения проводились в основном профессиональными наблюдателями. Другой пример связан с аналогичной попыткой наблюдать падение космического аппарата «Рейнджер-6» в 1964 г. Была выполнена специальная программа слежения за падением этого аппарата с помощью двух телескопов Ликской обсерватории. Она не дала положительных результатов – никаких надежных признаков падения зарегистрировано не было.
Следует рассказать и более свежую историю. Программу зонда «Лунар Проспектор» было решено завершить ударом аппарата о поверхность вечно затененного участка, расположенного на южном полюсе Луны. Предполагалось, что такой удар позволит извлечь из слоя реголита лед Н2O, ударное испарение и последующая фотодиссоциация которого даст обнаружимое с Земли свечение газа. К сожалению, проведенные наблюдения (в том числе с использованием космического телескопа «Хаббл») дали отрицательный результат – никаких признаков падения аппарата обнаружено не было. Таким образом, даже когда заранее было известно о предстоящих нестационарных явлениях на Луне (удары космических аппаратов), их регистрация дала отрицательные или противоречивые результаты.
Миссия космического аппарата «Смарт-1» с этой точки зрения оказалась более результативной. Утром 3 сентября 2006 г. этот аппарат завершил свою программу ударом о лунную поверхность в точке с координатами 46,2° з. д. и 34,4° ю. ш. Это вызвало короткую вспышку, которая была уверенно зарегистрирована инфракрасным канадско-французским телескопом на Гавайях на длине волны 2,12 мкм. Было видно даже облако пыли, которое очень быстро рассеялось.
Лет десять назад сотрудница знаменитой Лаборатории реактивного движения Бонни Буратти попыталась исследовать возможные нестационарные явления на лунной поверхности, используя изображения, полученные космическим аппаратом «Клементина». В огромном массиве данных, переданных этим зондом, удалось найти изображения четырех участков поверхности, полученные до и после нестационарных явлений, которые на этих же участках наблюдались с Земли любителями астрономии. Ни на одном из четырех снимков не было найдено никаких изменений, которые можно было бы отнести к проявлению нестационарных явлений. Этот «скучный» вывод дался Буратти нелегко, ведь ранее она же сообщала об открытии с помощью данных космического аппарата «Клементина» надежных признаков нестационарных явлений на Луне. Однако четыре года спустя, после критики коллег, Буратти признала, что результат ее ранней работы был ошибочным.