Чи є життя на Місяці?

Фази  Місяця — зміни видимої з Землі освітленої частини місячної поверхні. Внаслідок змін взаємного розташування Сонця, Землі та Місяця фази постійно змінюються.

Місяць  не є самосвітним тілом, як і всі  планети. Спостерігати його можна лише тому, що він відбиває сонячне світло. Місяць завжди освітлюється Сонцем тільки з одного боку, але земний спостерігач  у різний час бачить освітлену  половину по-різному. Внаслідок руху орбітою Місяць змінює свою видиму форму, і ці зміни називаються  фазами. Фази залежать від відносного розташування Землі, Місяця й Сонця. Розрізняють чотири основні фази Місяця[1]:

Молодик — фаза, коли місяць перебуває між Землею й Сонцем. У цей час він обернений до Землі неосвітленою частиною й невидимий для земного спостерігача.

Повня — фаза Місяця протилежна до молодика, коли його освітлену Сонцем півкулю повністю видно земному спостерігачеві.

Проміжні  фази — фази Місяця між молодиком і повнею, коли земний спостерігач бачить близько половини освітленої півкулі, їх називають чвертями.

У молодик Місяць з'являється одразу після заходу Сонця й спостерігається  на небі як тонкий серп, звернений до Сонця опуклою стороною. Протягом приблизно тижня видимий на небі серп Місяця збільшується у розмірах, поступово перетворюючись на півколо, — це перша чверть[2]. Поступово  зростаючи, півколо досягає стадії повні, а потім починає зменшуватися спочатку до півкола (остання чверть), а потім — до вузького серпа, опуклою  стороною зверненого до Сонця перед  світанком. Проміжок часу, за який відбувається зміна фаз, називають синодичним місяцем. Він дорівнює проміжкові часу між двома послідовними однаковими фазами і становить приблизно 29,5 діб[1 1]. Синодичний місяць довший за період обертання Місяця відносно зір (27,3 доби), тому що Земля за цей час долає  приблизно 1/13 своєї орбіти, і Місяць, щоб знову опинитися на небосхилі  поряд із Сонцем, має додатково  здолати ще 1/13 частину своєї орбіти, на що витрачається трохи більше 2 діб.

Зовнішній край видимого диска називається  лімбом. Межа між освітленою та неосвітленою ділянками місячної поверхні називається  термінатором, він пересувається  поверхнею Місяця під час зміни  місячних фаз. Під час першої й  останньої чверті термінатор має  форму майже прямої. Через нерівності місячного рельєфу термінатор також  нерівний, що добре видно в телескоп. Поруч із термінатором на неосвітленій частині місячного диска помітно  яскраві точки — вершини гір, освітлені Сонцем.

Під час фаз, коли Місяць виглядає вузьким  серпом, у гарну погоду можна неозброєним  оком побачити слабке світіння неосвітленої Сонцем частини місячного диска. Це явище називають попелястим світлом  Місяця. Попелясте світло — наслідок того, що Земля у цей час обернена до Місяця більшою частиною своєї освітленої Сонцем півкулі і досить яскраво освітлює нічний бік Місяця. Природу попелястого світла першим пояснив Леонардо да Вінчі[3].

Кульмінація Місяця (проходження через небесний меридіан) у різних фазах припадає на різний час. У повню Місяць кульмінує  опівночі за місцевим часом, у першій чверті — приблизно о 18 годині, а  в останній — приблизно о 6 годині ранку.

Якщо  в молодик Місяць розташовується поруч з одним із вузлів своєї  орбіти, відбувається сонячне затемнення. Якщо ж поблизу вузла своєї  орбіти Місяць перебуває в повню, із Землі спостерігається місячне  затемнення.

Рельєф місячної поверхні

Рельєф  місячної поверхні був в основному  з'ясований у результаті багаторічних телескопічних спостережень. "Місячного  моря", що займають близько 40% видимої  поверхні Місяця, являють собою рівнинні низовини, пересічені тріщинами і  невисокими звивистими валами; великих  кратерів на морях порівняно мало. Багато морів оточені концентричними кільцевими хребтами. Інша, більш світла поверхня покрита численними кратерами, кільцеподібними хребтами, борознами  і так далі.

Кратери менш 15-20 кілометрів мають просту чашоподібну  форму, більш великі кратери (до 200 кілометрів) складаються з округлого вала з крутими внутрішніми схилами, мають порівняно плоске дно, більш  заглиблене, чим навколишня місцевість, часто з центральною гіркою. Висоти гір над навколишньою місцевістю визначаються по довжині тіней на місячній чи поверхні фотометричним  способом. Таким шляхом були складені гіпсометричні карти масштабу 1:1000000 на велику частину видимої сторони.

Однак абсолютні висоти, відстані крапок поверхні Місяця від центра чи фігури маси Місяця визначаються дуже непевно, і засновані на них гіпсометричні  карти дають лише загальне представлення  про рельєф Місяця. Набагато докладніше і точніше вивчений рельєф крайової зони Місяця, що, у залежності від  фази лібрації, обмежує диск Місяця. Для цієї зони німецький учений Ф. Хайн, радянський вчений А. А. Нефедьєв, американський учений Ч. Уотс склали гіпсометричні карти, що використовуються для обліку нерівностей краю Місяця при спостереженнях з метою визначення координат Місяця (такі спостереження  виробляються меридіанними колами і  по фотографіях Місяця на тлі навколишніх  зірок, а також за спостереженнями  покрить зірок).

Мікрометричними вимірами визначені стосовно місячного  екватора і середнього меридіана  Місяця селенографічні координати декількох  основних опорних крапок, що служать  для прив'язки великого числа інших  крапок поверхні Місяця. Основною вихідною точкою при цьому є невеликої  правильної форми і добре видимий  біля центра місячного диска кратер Местинг. Структура поверхні Місяця був в основному вивчена фотометричними і поляриметричними спостереженнями, доповненими радіоастрономічними  дослідженнями.

Кратери на місячній поверхні мають різний відносний вік: від древніх, ледь помітних, сильно перероблених утворень до дуже чітких в обрисах молодих  кратерів, іноді оточених світлими "променями". При цьому молоді кратери перекривають більш древні. В одних випадках кратери врізані  в поверхню місячних морів, а в  інші - гірські породи морів перекривають кратери. Тектонічні розриви те розсікають кратери і моря, те самі перекриваються більш молодими утвореннями.

Ці  й інші співвідношення дозволяють установити послідовність виникнення різних структур на місячній поверхні; у 1949 радянський вчений А. В. Хабаков розділив місячні  утворення на кілька послідовних  вікових комплексів. Подальший розвиток такого підходу дозволило до кінця 60-х років скласти середньомасштабні  геологічні карти на значну частину  поверхні Місяця. Абсолютний вік місячних утворень відомий поки лише в декількох  крапках; але, використовуючи деякі  непрямі методи, можна установити, що вік найбільш молодих великих  кратерів складає десятки і сотні мільйонів років, а основна маса великих кратерів виникла в "доморський" період, 3-4 млрд. років тому.

В утворенні форм місячного рельєфу  брали участь як внутрішні сили, так і зовнішні впливи. Розрахунки термічної історії Місяця показують, що незабаром після її утворення  надра були розігріті радіоактивним  теплом і значною мірою розплавлені, що привело до інтенсивного вулканізму на поверхні. У результаті утворилися гігантські лавові полючи і деяка  кількість вулканічних кратерів, а також численні тріщини, уступи й інше.

Разом з цим на поверхню Місяця на ранніх етапах випадала величезна кількість  метеоритів і астероїдів - залишків протопланетної хмари, при вибухах  яких виникали кратери - від мікроскопічних лунок до кільцевих структур поперечником у багато десятків, а можливо і  до декількох сотень кілометрів.

Через відсутність атмосфери і гідросфери значна частина цих кратерів збереглася до наших днів. Зараз метеорити  випадають на Місяць набагато рідше; вулканізм також в основному  припинився, оскільки Місяць витратив багато теплової енергії, а радіоактивні елементи були винесені в зовнішні шари Місяця. Про залишковий вулканізм  свідчать витікання вуглецевих газів  у місячних кратерах, спектрограми яких були вперше отримані радянським астрономом Н. А. Козирєв.

Новий етап дослідження Місяця

Не  дивно, що перший політ космічного апарата  вище навколоземної орбіти був спрямований  до Місяця. Ця честь належить радянському  космічному апарату "Місяць-l", запуск якого був здійснений 2 січня 1958 року. Відповідно до програми польоту через  кілька днів він пройшов на відстані 6000 кілометрів від поверхні Місяця. Пізніше в тому ж році, у середині вересня подібний апарат серії "Місяць" досяг поверхні природного супутника  Землі.

Ще  через рік, у жовтні 1959 року автоматичний апарат "Місяць-3", оснащений апаратурою для фотографування, провів зйомку зворотної сторони Місяця (близько 70% поверхні) і передав її зображення на Землю. Апарат мав систему орієнтації з датчиками Сонця і Місяця і реактивних двигунів, що працювали  на стиснутому газі, систему керування  і терморегулювання. Його маса 280 кілограм. Створення "Місяця-3" було технічним  досягненням для того часу, принесло інформацію про зворотну сторону Місяця: виявлені помітні розходження з видимою стороною, насамперед відсутність протяжних місячних морів.

У лютому 1966 року апарат "Місяць-9" доставив на Місяць автоматичну місячну станцію, що зробила м'яку посадку і  передала на Землю кілька панорам  прилеглої поверхні - похмурої кам'янистої  пустелі. Система керування забезпечувала  орієнтацію апарата, включення гальмової  ступені по команді від радіолокатора  на висоті 75 кілометрів над поверхнею  Місяця і відділення станції від  її безпосередньо перед падінням. Амортизація забезпечувалася надувним гумовим балоном. Маса "Місяця-9" близько 1800 кілограм, маса станції близько 100 кілограм.

Наступним кроком у радянській місячній програмі були автоматичні станції "Місяць-16, -20, -24", призначені для забору ґрунту з поверхні Місяця і доставки його зразків на Землю. Їхня маса була близько 1900 кілограм. Крім гальмової рухової  установки і посадкового пристрою, до складу станцій входили ґрунтозабірний пристрій, злітна ракетна ступінь  з апаратом, що повертається, для  доставки ґрунту. Польоти відбулися  в 1970, 1972 і 1976 роках, на Землю були доставлені невеликі кількості ґрунту.

Ще  одну задачу вирішували "Луна-17, -21" (1970, 1973 року). Вони доставили на Місяць самохідні апарати - місяцеходи, керовані з Землі по стереоскопічному телевізійному  зображенню поверхні. "Місяцехід-1 " пройшов шлях близько 10 кілометрів за 10 місяців, "Місяцехід-2" - близько 37 кілометрів за 5 мес. Крім панорамних камер на місяцеходах були встановлені: ґрунтозабірний пристрій, спектрометр  для аналізу хімічного складу ґрунту, вимірник шляху. Маси місяцеходів 756 і 840 кг.

Космічні  апарати "Рейнджер" розроблялися для одержання знімків під  час падіння, починаючи з висоти близько 1600 кілометрів до кількох сотень метрів над поверхнею Місяця. Вони мали систему тривісної орієнтації і були оснащені шістьма телевізійними  камерами. Апарати при посадці  розбивалися, тому одержувані зображення передавалися відразу ж, без запису. Під час трьох удалих польотів були отримані великі матеріали для  вивчення морфології місячної поверхні. Зйомки "Рейнджерів" поклали початок  американській програмі фотографування планет.

Конструкція апаратів "Рейнджер" подібна з  конструкцією перших апаратів "Маринер", що були запущені до Венери в 1962 році. Однак  подальше конструювання місячних космічних  апаратів не пішло цим шляхом. Для  одержання докладної інформації про місячну поверхню використовувалися  інші космічні апарати - "Лунар Орбитер". Ці апарати з орбіт штучних  супутників Місяця фотографували поверхня з високим дозволом.

Одна  з цілей польотів складалася в  одержанні високоякісних знімків  із двома дозволами, високим і  низької, з метою вибору можливих місць посадки апаратів "Сервейор" і "Аполлон" за допомогою спеціальної  системи фотокамер. Знімки виявлялися на борті, сканувалися фотоелектричним  способом і передавалися на Землю. Число  знімків обмежувалося запасом плівки (на 210 кадрів). У 1966-1967 роках було здійснено  п'ять запусків "Лунар орбитер" (всі успішні).

Перші три "Орбитера" були виведені на кругові  орбіти з невеликим нахиленням і  малою висотою; на кожнім з них  проводилася стереосъемка обраних  ділянок на видимій стороні Місяця з дуже високим дозволом і зйомка великих ділянок зворотної сторони  з низьким дозволом. Четвертий  супутник працював на набагато більш  високій полярній орбіті, він вів  зйомку всієї поверхні видимої сторони, п'ятий, останній "Орбитер" вів спостереження теж з полярної орбіти, але з менших висот.

"Лунар  орбитер-5" забезпечив зйомку з  високим дозволом багатьох спеціальних  мет на видимій стороні, здебільшого  на середніх широтах, і зйомку  значної частини зворотної з  малим дозволом. У кінцевому рахунку  зйомкою із середнім дозволом  була покрита майже вся поверхня  Місяця, одночасно йшла цілеспрямована  зйомка, що мало неоціненне значення  для планування посадок на  Місяць і її фотогеологічні  дослідження.

Додатково було проведене точне картирування гравітаційного поля, при цьому минулому виявлені регіональні концентрації мас (що важливо і з наукового  погляду, і для цілей планування посадок) і встановлений значний  зсув центра мас Місяця від центра її фігури. Вимірялися також потоки радіації і мікрометеоритів.

Апарати "Лунар орбитер" мали систему  тривісної орієнтації, їхня маса складала близько 390 кілограмів. Після завершення картографування ці апарати розбивалися  об місячну поверхню, щоб припинити  роботу їхніх радіопередавачів.

Польоти космічних апаратів "Сервейор", що призначалися для одержання наукових даних і інженерної інформації (такі механічні властивості, як, наприклад, несуча здатність місячного ґрунту), внесли великий вклад у розуміння  природи Місяця, у підготовку посадок  апаратів "Аполлон".