Читаем Земля – космос – Луна онлайн бесплатно

Редактор В. Алексеев

2-6-5

БЗ № 28 – 72 п. 23

Еще совсем недавно космические полеты были областью писателей-фантастов. Человечество только в мечтах стремилось расширить границы познанной части Вселенной, достичь ближайших к Земле небесных тел. А уже в 1959 г. успехи в развитии науки и техники позволили осуществить в Советском Союзе запуск к Луне первых автоматических станций. С той поры началось планомерное изучение нашего естественного спутника советскими и американскими космическими аппаратами.

Начальными шагами человека космической эры являются научные исследования окружающего нас мира и создание опорных баз на околоземных орбитах и Луне – наиболее доступном для нас небесном теле.

«Первые десять лет полетов в космос, – отмечает академик А. А. Благонравов, – доставили уникальные научные материалы, на получение которых прежними способами ушли бы долгие годы упорного, а в ряде случаев и бесполезного труда. Сейчас можно только предполагать, какими поистине бесценными материалами обогатится человечество в результате исследования Луны, планет Солнечной системы, которые являются составными частями единого мира – мира, имеющего общее происхождение, общее настоящее и будущее».

Каковы пути изучения и освоения Луны? По-видимому, они должны включать в себя следующие этапы.

1. Исследование основных свойств лунной поверхности, грунта и окололунного пространства с помощью автоматических научных станций, что, помимо фундаментальных научных результатов, позволит правильно проектировать аппараты для полетов человека на Луну.

2. Углубленное изучение Луны автоматическими станциями (в том числе и с возвращением на Землю) и первые полеты человека с посадкой на поверхность Луны.

3. Создание на Луне постоянных обитаемых баз и серии специализированных автоматических установок научного и прикладного характера.

4. Использование Луны для навигационных, метеорологических, связных и других практических целей; систематические научные исследования с лунных баз, имеющих принципиальные преимущества перед земными; утилизация материальных ресурсов Луны для местных и внелунных нужд.

На трудном пути проникновения в космос человечество делает только первые шаги, но уже достигло значительных успехов.

Развитие современной космонавтики, включая и изучение Луны, идет в двух направлениях: использование автоматических станций и пилотируемые полеты.

Примерно через год после запуска первого спутника Земли советские автоматические научные станции начали исследование Луны. Космические автоматы сфотографировали ее обратную, невидимую с Земли сторону, совершили мягкую посадку на поверхность Луны, передав на Землю с помощью телевидения панораму лунной поверхности. Вскоре после этого на окололунную орбиту были выведены искусственные спутники Луны, продолжившие ее изучение. К исходу 1970 года были запущены уникальные по сложности и эффективности космические автоматы: «Луна-16», доставившая с Луны на Землю образцы грунта другого небесного тела, и станция «Луна-17» с «Луноходом-1», который провел длительные исследования лунной поверхности не только в месте посадки станции, но и на значительном удалении от нее. Наряду с этим были выполнены и другие научные эксперименты.

12 апреля 1961 года советский космонавт Юрий Гагарин открыл эру полетов человека в космос. После первого в мире космического рейса были проведены многочисленные полеты советских и американских космонавтов. В США в течение последних лет осуществлялась программа «Аполлон», целью которой явилась высадка людей на Луну.

За 15 лет космической эры в мире запущено несколько десятков автоматических станций к Луне и планетам Солнечной системы и более тысячи искусственных спутников Земли. За это же время пилотируемых кораблей было запущено значительно меньше, и из общего количества запусков космических объектов они составляют небольшую часть.

Но чему отдать предпочтение – автоматическим станциям или космическим кораблям с космонавтами на борту? Очевидно, необходимо и то, и другое на первых этапах изучения и освоения космоса.

Автоматы имеют широкие возможности и, по мнению многих ученых, – большие преимущества перед другими типами космических аппаратов при исследовании планет Солнечной системы. «Космические роботы» могут проникать в самые отдаленные и труднодоступные районы Вселенной, исследовать их и передавать или доставлять на Землю ценнейшую научную информацию. Наконец, они могут выполнять вместо людей целый ряд конкретных заданий.

Рейсы автоматических станций предшествовали и будут предшествовать пилотируемым полетам. Автоматы играют незаменимую роль разведчиков, авангардных средств исследования. К тому же автоматы значительно экономичнее пилотируемых кораблей, не нуждаются в сложных системах жизнеобеспечения (а следовательно, более надежны), обеспечивают передачу или непосредственную доставку на Землю новых научных материалов из тех районов Солнечной системы, где пребывание людей пока что невозможно или связано с большим риском.

Вместе с тем нельзя полностью заменить работой автоматов сумму ощущений человека и его творческую деятельность – поэтому должное отдается и участию людей в изучении и освоении космического пространства, когда это оправдано или необходимо.

Все это получило свое подтверждение в знаменательном полете космического корабля «Аполлон-11» с первой высадкой человека на поверхность Пуны.

Полеты кораблей типа «Аполлон» были бы невозможны без предварительной разведки и исследований, проведенных автоматическими станциями, и в то же время. ими было подтверждено большинство научных данных, добытых при полетах автоматов.

В настоящем разделе кратко изложены основные сведения, полученные о нашем древнем спутнике классическими методами астрономии и радиоастрономии.

Постоянное изменение вида Луны, ее движение еще в древности привлекали внимание человека. Первые систематические наблюдения движения Луны по небу производились уже шесть тысячелетий назад в странах Двуречья (Ассирия и Вавилон).

За несколько веков до нашей эры греческие ученые в результате длительных наблюдений установили основные закономерности, которым подчинено наше ночное светило. Они высказали предположение, что Луна сияет отраженным солнечным светом, правильно объяснили ее фазы, а вавилонский астроном Берос доказал, что Луна постоянно обращена к Земле одной своей стороной.

Об успехах наблюдательной астрономии древних говорит факт предсказания Фалесом Милетским солнечного затмения, наблюдавшегося в 585 году до нашей эры.

Первая попытка определить расстояние до Луны и ее размеры принадлежит Аристарху Самосскому (третий век до нашей эры). Некоторые особенности движения Луны установил за два века до нашей эры Гиппарх, он же создал первую теорию ее видимого движения, которая в 120 году нашей эры была уточнена Птоломеем. Новые уточнения в теорию видимого движения Луны были внесены в XVI веке Николаем Коперником и Тихо Браге. Но все теории движения Луны от Гиппарха до Тихо Браге были чисто эмпирическими и их задачей было – возможно точнее описать видимое движение Луны по небосводу.

Создание подлинной теории движения Луны стало возможным только после открытия Кеплером (1571 – 1630) трех законов планетных движений и работ Ньютона (1642 – 1717), открывшего закон всемирного тяготения.

Эта задача оказалась одной из самых сложных в особом разделе астрономии – небесной механике. Объясняется это тем, что движение Луны определяется не только полем тяготения Земли, но и притяжением Солнца и (гораздо слабее) других планет Солнечной системы, а также влиянием несферичности фигур Земли и Луны, которое вызывает определенные «возмущения», или «неравенства», в движении Луны.

Вопросами теории движения Луны занимались многие крупные математики и механики прошлого и наших дней; в настоящее время теория движения Луны разработана достаточно подробно.

Благодаря своему движению вокруг Земли Луна меняет положение на небесной сфере относительно звезд; при этом одинаковое положение повторяется каждые 27 суток 7 часов 43 минуты 11,47 секунды; указанный промежуток времени называется сидерическим, или звездным, месяцем.

В связи с тем что Луна находится внутри сферы действия земного притяжения, под которой понимается область пространства, где центральным телом является наша планета, а Солнце и близкие планеты рассматриваются как возмущающие тела, – движение Луны определяется в основном тяготением Земли.

В этих условиях Луна, двигаясь вокруг Земли по орбите, описывает эллипс, в фокусе которого находится наша планета. Эксцентриситет лунной орбиты, т. е. отношение расстояния между фокусами эллипса к его большой оси, сравнительно невелик – всего 0,0549, но и такая небольшая вытянутость орбиты приводит к тому, что расстояние Луны от Земли все время меняется. Когда Луна находится в ближайшей к Земле точке (в перигее), это расстояние составляет 363 000 километров, а в наиболее удаленной от Земли точке (в апогее) оно возрастает до 405 000 километров; среднее же расстояние Луны от Земли принимается равным 384 440 километрам.

Таким образом, эксцентриситет лунной орбиты вызывает изменение среднего расстояния Луны от Земли в ту и другую сторону на 21 000 километров. Как отмечалось выше, движение Луны возмущается притяжением Солнца, близких планет, а также отступлением формы Земли от шарообразной. Совокупность этих воздействий изменяет расстояние до Луны приблизительно на 6500 километров, так что в общей сложности это расстояние колеблется в пределах от 356 410 до 406 740 километров.

Длина лунной орбиты составляет в среднем 2 414 000 километров; этот путь Луна проходит за 2 336 400 секунд, и, следовательно, средняя скорость движения Луны вокруг Земли несколько превышает один километр в секунду (3680 километров в час).

Луч света (как и радиоволна) проходит расстояние о. Земли до Луны немногим больше чем за одну секунду, приблизительно в 400 раз быстрее, чем от Земли до Солнца.

Взаимное расположение Земли, Луны и Солнца в пространстве непрерывно изменяется (из-за обращения Земли вокруг Солнца, а Луны вокруг Земли), поэтому мы в разные моменты времени наблюдаем разные части освещенного Солнцем видимого с Земли полушария Луны. Доля Луны, освещенная в данный момент времени Солнцем, называется ее фазой; граница, отделяющая освещенную Солнцем часть Луны от темной, называется терминатором. Явление последовательных изменений видимой формы Луны (серп, полудиск, полная Луна и т. д.) называют сменой лунных фаз.

Рис. 1. Схема изменения фаз Луны

Схема изменения видимых очертаний Луны, т. е. ее фаз, представлена на рис. 1, где в центре изображена Земля, освещенная солнечными лучами; на рисунке показано восемь последовательных положений Луны на ее орбите (1, 2,…, 8), а также вид Луны на небе в различных фазах, соответствующих этим положениям.

Вместо фазы нередко говорят о «возрасте» Луны – этим словом обозначают время, прошедшее от последнего новолуния.

Основных фаз Луны четыре: новолуние (1), первая четверть (3), полнолуние (5) и последняя четверть (7).

Лунный месяц начинается с расположения, при котором Луна находится между Солнцем и Землей примерно на одной прямой (новолуние), при этом к Земле обращена не освещенная Солнцем ночная сторона Луны. Затем начинается «рост» Луны. Через двое-трое суток узкий серп Луны можно видеть вечером на западе после захода Солнца («молодой» месяц); в это время темная часть Луны слабо освещена отраженным Землей солнечным светом (так называемый «пепельный» свет). Через четверть оборота (положение 3) Луна будет иметь вид светлого полукруга, а терминатор – вид прямой линии; такое положение называется первой четвертью, «возраст» Луны – около 7,3 суток.

Двигаясь далее по орбите, Луна переместится (положение 5) так, что к Земле будет обращено все освещенное полушарие Луны – это положение называется полнолунием, «возраст» Луны – около 14,5 суток.

Затем Луна начинает «убывать» – наступает последняя четверть (положение 7); через двое-трое суток на ночном небосклоне появляется старый месяц, а затем вновь приходит фаза новолуния.

Одинаковые фазы Луны повторяются через каждые 29 суток 12 часов 44 минуты 2,8 секунды. Этот промежуток времени называется синодическим месяцем (от греческого слова «сюнодос», что означает «совместное при бытие»). Различная продолжительность синодического и сидерического месяцев объясняется наличием собственного движения системы Луна – Земля вокруг Солнца.

Пока Луна совершит полный оборот вокруг Земли, система Земля – Луна сместится почти на 1/12 часть своей орбиты вокруг Солнца. Поэтому, чтобы снова прийти в соединение с Землей и Солнцем, Луне необходимо пройти угловое расстояние, примерно равное 1/12-360° = = 30°, на что уходит приблизительно двое земных суток. Так же, как и Земля, Луна вращается вокруг своей оси, но это вращение происходит значительно медленнее. Время вращения Луны вокруг своей оси точно совпадает с продолжительностью ее оборотов вокруг Земли, т. е. это вращение совершается за сидерический месяц.

«Пойдите в свою столовую и начните обходить круглый обеденный стол таким образом, чтобы все время смотреть на его центр. Когда вы окончите свою круговую прогулку, то увидите, что за это время вы сделали полный оборот вокруг себя, потому что ваш глаз последовательно обошел все стороны комнаты. Ну, так вот: столовая – это небо, стол – Земля, а вы сами были Луной» (Жюль Верн).

Вращение Луны вокруг своей оси создает для нее день и ночь, но это такие сутки, которые продолжаются почти целый земной месяц: на Луне продолжительность дня, так же как и ночи, – 14,76 земных суток.

Итак, Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной, однако мы можем рассмотреть и небольшую часть другого полушария Луны благодаря так называемому явлению либрации (в переводе с греческого – «покачивание»).

Астрономы различают несколько видов либрации: по долготе, широте, параллактическую и физическую.

Рис. 2. Схемы, поясняющие возникновение либрации по долготе (а) и широте (б)