Jordsatelliten: En kort historia om månutforskning

Början till en vetenskaplig förståelse av månens natur bildades långt före teleskopets uppfinning. Till och med antika grekiska tänkare såg i den en sfärisk kropp, som kretsade runt jorden och lyser av reflekterat solljus. Under III-talet f.Kr. beräknade den stora astronomen Aristarchus av Samos att avståndet mellan månen och jorden är 60 jordradier (resultatet av Aristarchus visade sig vara förvånansvärt korrekt - i själva verket sträcker sig det mellan 55 och 63 radier). I de mörka områdena på månskivan såg grekerna vattendrag och i ljuslandet. Därifrån började traditionen kalla havets månzoner med minsta reflektivitet.

Jord- och månnamn På vänster sida finns en karta över Johann Hevelius (1647), där namnen på månens yta anges i enlighet med markbundna geografiska namn. Till höger är den mer bekanta kartan över Giovanni Riccioli (1651).

Galileo Galilei, den första som skickade ett teleskop till himlen, sammanställde också den första rapporten om teleskopiska observationer av månen, som han presenterade i en bok som publicerades 1610 av Siderius Nuncius. En 32-faldig ökning av hans verktyg gjorde det möjligt att konstatera att ytan på vår satellit är täckt med berg och prickade med urtag. Galileo avstod från att namnge dem, men i mitten av XVII-talet började andra astronomer göra detta. Det var i dessa tider som traditionen uppstod för att namnge månkratrar för att hedra berömda forskare, vilket lämnade rätten till sublima poetiska titlar utomlands. Det lades av astronomerna Giovanni Battista Riccioli och Francesco Grimaldi, vars månkarta publicerades 1651. Det var då kratrarna Tycho, Hipparchus, Copernicus och Archimedes, regnhavet och lugnets hav dök upp.

När teleskopet steg framåt förbättrades månkartografin. Den högsta prestationen på denna väg var publiceringen av Photographic Lunar Atlas, som förbereddes av specialister från University of Arizona och US Air Force på 1960-talet.

Silver ansikte

På 1800-talet kom fysiken till hjälp för månens vetenskap. För ungefär tvåhundra år sedan märkte François Arago att svag linjär polarisering var inneboende i månsken, vilket han hänförde till påverkan av månatmosfären. Nu vet vi att det absolut inte finns någon luft där, så denna förklaring är i grund och botten fel. Lejonparten av månens yta är täckt med finmalda bergarter, bruten av otaliga slag av små meteoriter. Detta tjocka lager, kallad regolith, polariserar det reflekterade solljuset.

Närvaron av regolith förklarar ett annat unikt drag i månens glans. Fotometriska mätningar visar att fullmånens ljusstyrka överstiger halva ljusstyrkan, inte alls två gånger, men elva gånger! Av detta följer att reflektionsförmågan hos månmaterial ökar kraftigt om insidensvinkeln för solstrålarna närmar sig vertikalen. Anledningen till denna effekt är att regolitpartiklarna är prickade med många sprickor där en betydande del av det infallande ljuset går förlorat. Denna absorption är minimal om observatören ser från sidan där strålen faller, vilket bara händer i fullmånen. Radarscanning av månen har inte denna effekt eftersom radarstrålens våglängd är mycket större än sprickornas storlek.

Den konstiga satelliten Jorden med sin satellit i solsystemet ser mycket exotisk ut. Det är till exempel inte klart varför månen bara är 81 gånger lättare än jorden. Titan, den största av Saturnes månar, är underlägsen i massa till värdplaneten nästan 5 tusen gånger, andra liknande indikatorer är ännu mindre. Dessutom överskrider vinkelmomentet i Earth-Moon-systemet vinkelmomentet hos något annat planet-satellitspar. Och slutligen ligger månens väg varken i ekliptikplanet eller i ekvatorialplanet på jorden, medan månaxeln nästan är vinkelrätt mot ekliptikplanet. Allt ser ganska konstigt ut. Lunarbanan är också ovanlig. Detta är inte en ellips, som följer av Keplers lagar, utan en långsamt avlindande spiral. I början av 1800-talet förutspådde den stora franska matematikern Pierre Simon Laplace detta. Han resonerade helt enkelt. Månvatten hämmar jordens rotation, men hela parets totala vinkelmoment bevaras. Följaktligen måste månen öka sin fart, kontinuerligt gå in i högre banor. Mekaniken i denna process har länge förklarats. Tidvattenvågor förändrar massans fördelning på jordklotet, vilket resulterar i att en komponent visas vid jordens gravitation av månen, som är tangentiell för månens väg. På grund av samma tidvattensfriktion synkroniseras månens rotation med dess revolution runt jorden och måndag är ungefär lika med jordmånaden (därför är månen alltid vänd mot jorden på en halvklot). Denna synkronisering inträffade troligen vid en tidpunkt då månen var helt eller delvis i ett smält tillstånd. Hastigheten för månens radiella förskjutning mättes med hjälp av en laserplats, den är cirka 4 centimeter per år. Av detta följer att månen var mycket närmare jorden i det avlägsna förflutna. Varje realistisk teori om månens ursprung bör förklara denna omständighet.

Eftersom vi talar om detta, bör vi nämna ett mer nyfiken fenomen. Regolith tar upp mer än 90% av solljuset, så i verkligheten är det lika svart som kol. Men det sprider starkt allt som inte kunde absorberas, på grund av vilket vi kan beundra månens silviga utstråling, förhärligad av poeternas legioner.

Månkratrar

Under XVIII-talet uppnådde astronomer betydande framgångar när de beskrev månens rörelse, men en förståelse för måntopografins specificitet och framför allt många kraters närvaro kom mycket senare. Under lång tid gick forskarnas fantasi inte utöver de primitiva jordiska analogierna - främst i andan om vulkanismteorin. Detta är naturligt eftersom månkratrar i teleskopets synfält liknar vulkaniska kalderor. Först 1824 gissade den tyska astronomen Franz von Gruytuisen att de var av meteorursprung. Hypotesen var lysande, men förklaringen var felaktig. Gruituisen hävdade att meteoriter tränger in i månjord och går djup. Eftersom de flesta av dessa kroppar inte faller vertikalt verkar brorparten av kratrarna vara elliptiska i form, men de är faktiskt runda.


Var kom månen ifrån

Fram till det senaste förflutet kunde alla dessa teorier delas in i tre familjer. 1878 lade den engelska astronomen George Darwin (son till Charles Darwin) fram en hypotes enligt vilken kort tid efter födelsen av vår planet, solvatten rev en rättvis bit från den halvvätska jorden och kastade den ut i rymden. Separationsmodellen utvecklades över tid i flera versioner, men ingen av dem kunde förklara massförhållandet 1:81, som faktiskt finns. Och efter Apollos flygningar ersattes denna hypotes med ett ben och geokemister. Om månen har kommit från jordens mantel, varför innehåller dess stenar högre koncentrationer av titan och andra eldfasta element?

Den andra gruppen är fångsteorier. Den första modellen av denna typ föreslogs 1909 av en mycket excentrisk (han avvisade inte bara relativitetsteorin, utan ansåg den djupt omoralisk!) Amerikanska astronomen Thomas Jefferson Jackson Sea. Han betraktade månen som en vandrande planetoid, fångad av jordens allvar. Denna idé fanns i olika versioner fram till mitten av 1900-talet. Hon blev begravd av beräkningsresultaten, vilket bevisade att jorden under inga tänkbara omständigheter inte kunde släcka månens hastighet i en sådan utsträckning att den minskade från den cirkumsolära banan.

Den tredje gruppen är binära ackretionsmodeller. För första gången framfördes en sådan teori på 60-talet av Evgenia Leonidovna Ruskol, och senare av amerikanska planetologer. Denna teori hävdar att i den aktiva fasen av jordens tillväxt runt den bildades en svärm av små partiklar och små kroppar från substansen i det protoplanetära molnet, som snabbt koagulerades och lägger grunden för månen. Dessa modeller tolkar ganska väl många skillnader i den kemiska sammansättningen av jorden och månen (till exempel brist på månejärn) och förklarar dem med detaljerna för bildandet av svärmen och bearbetningen av dess ämne i efterföljande flera kollisioner. Emellertid passar underskottet av månväte och andra flyktiga element inte bra in i dessa modeller.

Meteoritmodellen fanns under lång tid som en djärv idé utan experimentell motivering, och den delades av endast ett fåtal forskare (det bör noteras att 1921 stöddes den starkt av den tyska geologen Alfred Wegener, far till teorin om kontinental drift). Det bevisades äntligen först i mitten av förra seklet. Övervägande av runda kratrar förklarades när forskare insåg att meteoriter exploderar och genomtränger månklipporna med en chockvåg när de träffade månens yta. Experiment har visat att kratrar under sådana förhållanden förblir runda om infallsvinkeln inte överstiger 80–85˚.

Första steg

Nästa år kommer att markera 50 år sedan månen började utforskas med rymdskepp. Pionjären i denna fråga var Sovjetunionen. De tre första månarna sjösattes från Baikonur i september, oktober och december 1958, men de försvann på grund av olyckor med startbilar. 1959 gick fyra fler automatstationer, programmerade för en hård landning (faktiskt fallande) till månen, ut i rymden. En av dem dog igen i en raketexplosion, men resten var lyckligare. Luna-1 gled förbi målet, men förvandlades till världens första konstgjorda satellit av solen. Luna-2 kraschade i månregolit den 13 september, och Luna-3 en månad senare skickade till jorden bilder av månens bortre sida.

Måntarmar Enligt moderna idéer har månen en relativt tunn skorpa - cirka 60 km på sidan mot jorden, upp till 150 km - på motsatt sida (osynlig från jorden). En sådan skillnad bildades på grund av tidvattenkrafter som verkade i miljoner år, samma krafter synkroniserade månens rotation runt dess axel med dess rotation runt jorden - på grund av detta är månen alltid vänd mot jorden på en sida. Under jordskorpan finns en solid litosfär - den övre delen av månmanteln, cirka 1000 km tjock. Den 400 km nedre delen av manteln ligger ännu djupare - en relativt mjuk och varm astenosfär. Och till slut, i centrum, troligen, finns det en 350 km-kärna (dess existens har ännu inte bevisats).

Den första amerikanska anordningen som fotograferade ytan innan den föll på månen var Ranger-7-sonden, som utförde denna uppgift den 31 juli 1964. Och den första mjuka landningen på ytan av vår satellit gjordes igen av den sovjetiska Luna-9-stationen den 3 februari 1966 (tre månader tidigare än American Surveyor-1 gjorde). Slutligen, i april 1966, blev Luna-10 den första månens satellit och lyckades vinda upp 460 varv innan kommunikationen avslutades.

De högsta prestationerna i månastronautikens historia var expeditionerna av det amerikanska rymdskeppet Apollo-11, Apollo-12 (1969) och Apollo-14, 15, 16 och 17 (1971−1972), vilket resulterade i att cirka 400 kg sten som togs till jorden levererades från olika delar av månens synliga sida. Sovjetunionen skickade 1970-1976 ytterligare tio stationer till månen och till månen. En av dem dog vid lanseringen, och ytterligare tre misslyckades med att genomföra sina program. "Månen" med siffrorna 16, 20 och 24 återvände till jorden med mineraler, "Luna-17" och "Luna-21" levererade två självgående lunarovar till sin destination, "Luna-22" genomförde en serie studier i en närmåns bana.

Andra vågen

Sammanlagt 1958-1976 genomförde Sovjetunionen och USA 58 måneuppdrag, framgångsrika och misslyckade. Och sedan gick månprogrammet i viloläge. Många år senare avbröts det av Japan, i januari 1990, och placerade Hiten-stationen (översatt från den japanska "Flying Angel") i låg jordbana, som lanserade en liten Hagoromo-enhet till månen. Kanske uppnådde han målet, men på grund av en uppdelning i radiosändaren kunde han inte rapportera det. Därefter beslutade kontrollcentret att skicka själva stationen till månen, och längs en väldigt knepig rutt på många månader, den så kallade lågenergiöverföringen, utvecklad av den amerikanska specialisten i himmelmekanik Edward Belbrano (det fanns inte tillräckligt med bränsle för att spridas längs standardvägen). Hiten lämnade den cirkulära banan runt jorden den 24 april 1991 och förvandlades i början av oktober till en månsatellit. Detta uppdrag gav inga speciella vetenskapliga resultat, eftersom det bara fanns en räknare av kosmiska partiklar ombord på stationen, som inte registrerade något intressant. På kommando från Jorden den 10 april 1993 kraschade flygande ängeln i månen.

Nya modeller Under de senaste decennierna har en grundläggande ny modell av off-center megaimpact kommit fram. Det formulerades först i mitten av 70-talet av William Hartman och Donald Davis, men vann verklig framgång på konferensen om månens ursprung, som hölls i den hawaiiska staden Kailua-Kona 1984. Enligt denna teori uppstod månen som ett resultat av en sned strejk som levererades till den nyfödda jorden (mera exakt proto-jorden) av en annan ung planet med tio gånger mindre massa. Detta slag snurrade jorden kraftigt (här är förklaringen till den onormalt stora vinkelmoment!) Och slog in i rymden ett extremt hett förångat ämne, som kyldes och kondenserades med tiden. Eftersom den kasserade saken lånades från mantlarna på proto-jorden och den påverkande planeten, visade det sig ha lite järn, som lyckades koncentrera sig i kärnorna i båda planeterna som inte påverkades av påverkan. Megaimpact-modellen gör det möjligt att förklara fler funktioner i Earth-Moon-systemet än konkurrenterna. Enligt en av de mest respekterade amerikanska experterna på mångeologi, Paul Spudis från Houston Institute for Lunar and Planetetary Research, är detta ändå dess svaghet. Faktum är att genom att ändra parametrarna för denna modell (till exempel genom att variera slagkraftsegenskaperna) kan nästan vad som helst förklaras. Detta innebär att modellen är lätt att bekräfta, men svår att motbevisa. Forskare tror vanligtvis inte på sådana omfattande begrepp. Å andra sidan betonade professor i planetologi vid University of Hawaii, Jeffrey Taylor (förresten, arrangören av konferensen i Kailua-Kona), i en intervju med premiärministeren att förfalskning av den mega-påverkningsmodellen är möjlig, bara för detta är det nödvändigt att samla mer fullständig information om sammansättningen av månklippor.

USA återupptog måneflygningar 22 år efter avslutandet av Apollo-programmet. Den 25 januari 1994 gick en 227 kg Clementine-sond med en laserhöjdmätare, en laddad partikeldetektor och fem videokameror som arbetade i olika intervall med infrarött, synligt och UV-ljus till månen från Vandenberg Air Base. Den 20 februari gick den in i en månbana, gjorde 330 varv och skickade 2, 5 miljoner digitaliserade bilder till jorden. Den 3 maj tappades sonden från omloppsbana för ett möte med asteroiden 1620 Geografos, men manövreringen lyckades inte, och han lämnade för alltid cirklande solen.


Månen i ett nötskal

Månens ålder bestäms pålitligt med radioisotopmetoden och sammanfaller praktiskt taget med jorden - ungefär fyra och en halv miljard år. Det har redan nämnts att månens yta består av "hav" och "land". De senare är mycket större, de upptar 84% av månområdet. Med hjälp av rymdskepp konstaterades att "hav" (som av en okänd anledning nästan fullständigt är koncentrerade på den synliga sidan av månen) är jättepåverkande kratrar fyllda med basalter bildade under kylning av magma som utbröt från djupet. ”Länderna” ligger ovanför ”hav” och täcks av många bergskedjor. På grund av den fullständiga bristen på luft värms månens yta i genomsnitt upp till 107 grader Celsius under dagen och svalnar till -153 grader på natten.

Månens struktur är mycket enklare än jorden. Det är täckt med en ganska tunn bark, vars genomsnittliga tjocklek är cirka 70 kilometer. Cirka tre fjärdedelar av kärnan består av endast tre element - syre, kisel och aluminium. Den vilar på en delvis smält mantel, under vilken det kan finnas en järn-svavelkärna med en radie på 350-400 kilometer, vars existens emellertid ännu inte har bevisats. Till skillnad från jorden är månen saknad ett planetärt bipolärt magnetfält, men dess stenar behåller svag restmagnetism.

På månens "länder" finns det en myriad av länge utrotade vulkaner. Det finns all anledning att tro att månen en gång var klädd i ett lavahav med minst fem hundra kilometer djup, som så småningom kyldes och kristalliserades. Månen visade mycket hög tektonisk och vulkanisk aktivitet under de första 600 miljoner åren av dess existens. Denna aktivitet förstärktes också av meteoritbombardemang, vars intensitet minskade avsevärt när månens ålder nådde 800 miljoner år. Vid denna tid började månkatastroferna av inre ursprung också att minska och efter ytterligare tre hundra miljoner år upphörde de praktiskt taget. Правда, вулканические извержения все-таки еще происходили — как считается, в последний раз около 800 миллионов лет назад (впрочем, это лишь предположение). С тех пор Луну серьезно колеблют лишь удары крупных метеоритов (которые могут пробить кору и вызвать выброс лавы из мантии) и приливные силы Земли и Солнца.

Этот американский лунник провел детальное картирование всей поверхности Луны и (что стало крупной сенсацией) собрал данные, которые указывали на наличие льдов в глубоких кратерах вблизи южного полюса. Через четыре года его преемник Lunar Prospector с помощью нейтронного спектрометра вроде бы заметил ледяные залежи вблизи обоих полюсов. Однако эти результаты допускают различные интерпретации, посему вопрос о существовании лунного льда до сих пор остается открытым.

Именно Луна является основной причиной образования приливных явлений на Земле. В зависимости от фазы Луны прилив может быть квадратурным (наиболее низкий) и сигизийным (наиболее высокий). Причина — во взаимном положении Земли, Луны и Солнца.

Новейшие исследования

Три последние лунные миссии осуществили уже в нашем веке. 27 сентября 2003 года Европейское космическое агентство отправило к Луне экспериментальный корабль SMART-1 с плазменным маршевым двигателем, работающим на ксеноне. Как и Hiten, он двигался по низкоэнергетической трансферной траектории и в конце ноября 2004 года вышел на сильно вытянутую полярную окололунную орбиту. Оттуда он разглядел немало интересного, в частности обнаружил, что вблизи полюсов повышена концентрация весьма редкого на Луне водорода и что некоторые полярные зоны почти постоянно освещены Солнцем, чего никто не ожидал. 3 сентября 2006 года SMART-1 совершил запрограммированное самоубийство тем же самым способом, что и японский коллега.

А последние два зонда и сейчас работают на благо науки. 14 сентября 2007 года с японского космодрома на острове Танегашима стартовал почти двухтонный корабль Kaguya. Помимо видеокамеры высокого разрешения и 14 приборов он нес 53-кг лунный мини-спутник Ouna и 12 октября отстрелил его с окололунной орбиты. Во время работы над этой статьей оба аппарата функционировали штатно (лунного льда Kaguya пока не нашел). И наконец, 24 октября китайская ракета «Великий поход-3А» стартовала с 2350-кг орбитальной станцией Chang'e 1, которая сейчас тоже крутится вокруг Луны. Данными, полученными с ее помощью, китайские астрономы ни с кем пока не делятся. В этом году в путь должны уйти и новые лунники. Индия планирует отправить на полярную окололунную орбиту автоматическую станцию Chandrayaan-1, несущую с десяток приборов и небольшой зонд-импактор. NASA рассчитывает запустить еще два аппарата, Lunar Reconnaissance Orbiter и Lunar CRater Observation and Sensing Satellite.

Статья «Прекрасная Селена» опубликована в журнале «Популярная механика» (№5, Май 2008).

Rekommenderas

Vad är tredimensionellt ljud?
2019
Stålkula mot den tunga tanken IS-2 och karbin "Saiga MK"
2019
Moderna människors hjärna blir mindre: är vi verkligen dumma?
2019