Исследование Луны

Размещено на http://www.allbest.ru/

История исследований

Луна привлекала внимание людей с древних времён. Первоначально единственным методом изучения Луны человечеством был визуальный метод. 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, учитывающей движение тел под действием приложенных к ним сил.

Изобретение Галилеем телескопа в 1609 году позволило добиться значительного прогресса в исследовании Луны при помощи оптических приборов. Одну из первых лунных карт составил Джованни Риччиоли в 1651 году, он же дал названия крупным тёмным областям, назвав их «морями», чем мы и пользуемся до сих пор. Тогда существовало 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: если бы у Луны была атмосфера, то звезды бы погасали постепенно. Это свидетельствует о том, что у спутника нет атмосферы. А в этом 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.

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».

В 1811 г. французский астроном Франсуа Араго открыл поляризацию света, отражаемого Луной. Это означало, что лунная поверхность должна быть покрыта слоем тонко раздробленного грунта. В морях поляризация была сильнее, чем на материках.

В 1918 г. российский ученый Николай Павлович Барабашов, изучая зависимость яркости лунных образований от угла падения солнечных лучей, обнаружил странное обстоятельство. Каждый участок лунной поверхности достигает максимальной яркости не тогда, когда Солнце стоит над ним в зените, как следовало ожидать, а в полнолуние, когда отраженный луч идет навстречу падающему солнечному лучу.

Не сразу астрономы разобрались в причинах подобного явления. Ясные представления о природе лунной поверхности сформировались только в середине XX в. В 50-е гг. было установлено, что лунный грунт действительно мелко раздроблен (очевидно ударами небольших метеоритов), а такое вещество, как показали теоретические исследования и специальные эксперименты, отражает больше всего света в том направлении, откуда приходит освещающий луч.

Впервые Луны достигла советская автоматическая межпланетная станция «Луна-2» 13 сентября 1959 года. С началом космической эры количество наших знаний о Луне значительно увеличилось. Стал известен состав грунта, учёные получили его образцы.

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, составлена карта обратной стороны спутника. 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», Была подтверждена «метеорно-шлаковая» теория строения наружного покрова Луны, выдвинутая В. Шароновым и Н. Сытинской. АЛС передала на Землю по радио панорамы лунного ландшафта на месте посадки, произвела измерения интенсивности радиации, обусловленной воздействием космических лучей и излучением лунного грунта.

В начале 1960-х годов было очевидно: 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.

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

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 высокой степени готовности три дополнительные полёта по программе (Аполлон-18…20) были отменены.

«Сатурн-5» использовалась для реализации программы американских лунных миссий (в том числе с её помощью была осуществлена первая высадка человека на Луну 20 июля 1969 года), а также для выведения на околоземную орбиту орбитальной станции «Скайлэб».

H-1- советская ракета-носитель сверхтяжёлого класса. Разрабатывалась с начала 1960-х годов в ОКБ-1 под руководством Сергея Королёва, а после его смерти -- под руководством Василия Мишина. Первоначально предназначалась для вывода на околоземную орбиту тяжёлой (75 т) орбитальной станции с перспективой обеспечения сборки тяжелого межпланетного корабля для полётов к Венере и Марсу. Но после решено включить в «лунную гонку», по организации полёта человека на поверхность Луны и возвращения его обратно, программа Н1 была форсирована и стала носителем для экспедиционного космического корабля Л3 в комплексе Н1-Л3 советской лунно-посадочной пилотируемой программы.

Было проведено четыре испытательных пуска Н1. Все они окончились неудачей на этапе работы первой ступени. Большинство возникавших проблем было вызвано одновременной работой такого большого количества двигателей и большим размером ракеты. Они были выявлены на этапе лётных испытаний, поскольку из-за нехватки средств не были созданы наземные стенды для динамических и огневых испытаний всего носителя или первой ступени в сборе. луна грунт атмосфера формирование

В 1974 году советская лунно-посадочная пилотируемая программа была фактически закрыта до достижения целевого результата, а несколько позже -- в 1976 году -- также официально закрыты и работы по Н-1.

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.

После окончания советской и американской программ исследования Луны с помощью космических аппаратов были практически прекращены. Но в начале XXI века Китай опубликовал свою программу освоения Луны, включающую доставку лунохода и отправку грунта на Землю, затем экспедицию на Луну и постройку обитаемых лунных баз. О планах будущих лунных экспедиций заявили Россия, страны Европы, 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. Программу «Созвездие» в лунной части отменил через 5 лет президент Барак Обама.

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».

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. 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.

Результаты исследований

Исследования показали, 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.

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 1937 г., российский студент Кирилл Петрович Станюкович (будущий доктор наук и профессор) доказал, что при ударах метеоритов с космическими скоростями происходит взрыв, в результате которого испаряется не только метеорит, но и часть пород в месте удара. Взрывная теория Станюковича разрабатывалась в 1947-1960 гг. им самим, а потом другими исследователями.

В 1959 г. российская исследовательница Надежда Николаевна Сытинская предложила метеорно-шлаковую теорию формирования лунного грунта. Согласно этой теории, тепло, передаваемое при ударе метеорита наружному покрову - реголиту Луны, расходуется не только на его расплавление и испарение, но и на образование шлаков, которые проявляют себя в цветовых особенностях поверхности Луны. В настоящее время метеоритная теория образования лунных кратеров является общепринятой.

За последние 120 лет были выдвинуты три гипотезы происхождения нашего спутника. Первую предложил в 1879 г. английский астроном и математик Джордж Дарвин (сын Чарльза Дарвина). Согласно этой гипотезе, Луна отделилась когда-то от Земли, пребывавшей в то время в жидком состоянии (такие представления о прошлом Земли господствовали в конце XIX в.). Изучение эволюции лунной орбиты действительно указывало на то, что некогда Луна была гораздо ближе к Земле, чем теперь.

Изменение взглядов на прошлое Земли и критика гипотезы Дарвина российским геофизиком Владимиром Николаевичем Лодочниковым заставили ученых начиная с 1939 г. искать другие пути образования Луны. В 1962 г. американский геофизик Гарольд Юри предположил, что Земля захватила уже готовую, сформировавшуюся Луну. Однако помимо весьма малой малой вероятности такого события против гипотезы Юри говорило сходство состава Луны и земной мантии.

В 60-е гг. российская исследовательница Евгения Леонидовна Рускол, развивая идеи своего учителя, математика Отто Юльевича Шмидта, построила теорию совместного образования Земли и Луны как двойной планеты из облака допланетных тел, окружавшего когда-то Солнце. Эту теорию поддержали многие западные ученые. По мнению австралийского геофизика Эдварда Рингвуда, много занимавшегося проблемой происхождения Луны, из всех гипотез, созданных до запуска космических аппаратов серии "Аполлон", только модель Рускол не имеет серьезных недостатков. Разработка ее продолжается...

Экспедиции американских астронавтов на Луну (1969-1972 гг.), посадки советских автоматических станций «Луна-16, -20 и -24» (1970-1976 гг.), доставлявших на Землю лунный грунт, эксперименты привели к возникновению новой науки - лунной минералогии. Лунные минералы попали в руки специалистов и стало возможным сравнивать их строение и состав с земными минералами и метеоритами.

По содержанию радиоактивных изотопов был определен возраст лунных пород, доставленных на Землю. Древнейшие из них образовались 4,46 млрд лет назад. Но ведь почти таков же (4,6 млрд пет) возраст древнейших горных пород Земли и метеоритов. Анализ лунных минералов позволил понять, в чём состоят различия между материками и морями на Луне. Выяснилось, что моря покрыты вулканическими породами, в основном базальтами. Они имеют округлую форму, ровную поверхность, об относительной молодости которой говорит не только радиоактивный анализ, но и сравнительно малое число кратеров, образованных ударами крупных метеоритов. Все это показывает, что «моря» - результат грандиозных лавовых излияний из недр Луны, вызываемых ударами о её поверхность небольших астероидов.

Таким образом, когда-то лунные моря были настоящими морями, только не водными, а лавовыми. Радиоактивный анализ показал, что большинство из них (Море Паров, Море Ясности, Море Спокойствия, Океан Бурь) образовалось 4 млрд лет назад. Несколько моложе Море Дождей: со времени его возникновения прошло 3,87 млрд лет. Вероятно, в этот период на Луну выпадали остатки того роя тел, из которого сформировались Земля и Луна.

Размещено на Allbest.ru