Лунная база

Шевченко В. В.

Луна - космическая лаборатория

Уникальные возможности исследовательской лаборатории на Луне обеспечивают решение весьма широкого круга проблем, полный перечень которых в настоящее время еще трудно представить. По-видимому, для этого потребуются отдельные разработки с привлечением методов системных исследований, поскольку специфика лунной научной станции такова, что усилия в одной области неизбежно захватывают интересы нескольких других областей, часто весьма различных по направлению.

На современном уровне разработок научную программу лунной базы можно описать лишь фрагментарно.

Несомненно, что результаты предыдущих исследований позволили получить ценнейшую информацию. Но основные преимущества Луны, как хранителя наиболее уникальных сведений о ранних этапах эволюции Солнечной системы, остались пока еще в значительной степени нераскрытыми. Как планетное тело сравнительно небольших размеров и массы, Луна прошла лишь начальные этапы процесса эволюции, закономерного для развития планет и спутников земного типа. В своем развитии она остановилась на стадии глобального вулканизма, удаленной в прошлое примерно на 3 млрд. лет.

Благодаря тому счастливому обстоятельству, что атмосфера и гидросфера изначально отсутствовали на Луне, многочисленные следы той эпохи оказались сохраненными до наших дней. Современные представления о природе Луны позволяют говорить о наличии на ее поверхности образований, являющихся последствиями процессов, протекавших в Солнечной системе впервые 500 млн. лет ее существования. Нет необходимости в подробных обоснованиях исключительного интереса и важности этих сведений не только для решения фундаментальных проблем естествознания, но также и для многих практических задач изучения и использования природных ресурсов Земли и окружающего космоса.

Вероятно, Луна является наиболее доступным местом, где мы имеем возможность изучать следы столь отдаленных во времени событий. Другие ближайшие соседи Земли - Венера и Марс - продвинулись намного дальше в своем развитии как планетные тела, а разрушительные воздействия поздней вулканической и тектонической активности и агрессивных факторов среды уничтожили или необратимо изменили их первоначальный облик. Кроме того. Луна легко достижима для современной ракетно-космической техники, что выгодно отличает ее от Меркурия, по-видимому, близкого по природе поверхности к земному спутнику.

Итак, наиболее актуальные проблемы для изучения с использованием возможностей лунной базы - это следующие научные направления.

До сих пор неясными остаются вопросы происхождения и ранних стадий развития Луны, что связано с недостаточной изученностью внутреннего строения лунного шара, его тепловой истории, источников энергии внутреннего разогрева и т. д. Имеющиеся данные не позволяют окончательно определить, существует ли лунное ядро, насколько оно велико, какой имеет состав и структуру.

Исключительный интерес представляли бы данные о локальных изменениях толщины коры с оценкой ее мощности в различных по строению рельефа областях. Первый опыт работы сейсмометров на Луне показал, что комплекс задач, связанных с внутренним строением лунного шара, потребует организации сети из нескольких десятков сейсмометров, установленных в конкретно выбранных местах с учетом геологической ситуации, тектонической обстановки и других природных особенностей каждого района.

Полученные до сих пор данные не дают ответа на целый ряд принципиальных вопросов, касающихся глобальных процессов ранней эволюции Луны. Нет однозначных сведений о существовании общего расплава поверхностных пород и недр Луны в период ее формирования как небесного тела. В связи с этим остается неясной генетическая зависимость между различными типами лунных пород. Неизвестно также, все ли основные типы лунных пород уже выявлены в процессе выполненных на Луне экспериментов.

Изучение имеющейся коллекции лунных образцов необходимо продолжать, с тем чтобы понять характер геохимических процессов, происходящих внутри планет земного типа. Однако образцы, доставленные на Землю в результате выполнения программ «Аполлон» в США и «Луна» в СССР, территориально и типологически недостаточно представительны. Наземные спектральные телескопические исследования показали, что мы располагаем образцами менее чем половины реально существующих типов лунных морских базальтов видимого полушария. В коллекции материковых пород также представлены не все наблюдаемые типы поверхностного материала. Полностью отсутствуют образцы пород из наиболее древних материков обратного полушария Луны.

Остаются также неясными последовательность формирования различных типов пород и характер изменения состава лунного вещества с глубиной. По отдельным результатам астрономических исследований центральных пиков и днищ кратеров, где представлены глубинные породы, можно предположить существование вертикальных структур, связанных с химическими изменениями вещества на различных уровнях залегания. Изыскания в этом направлении необходимо широко развернуть на лунной базе с использованием маршрутных комплексных съемок, охватывающих типичные структуры и кратерные образования.

В детальных исследованиях наиболее древних пород глубинного происхождения следует искать и экспериментальные подтверждения теории ударного происхождения Луны, поскольку среди этого вида лунного вещества могут встретиться интрузии гипотетического «океана магмы», который мог существовать на ранней стадия формирования лунного шара в период с 4,6 до 4,4 млрд. лет назад.

Открытый влиянию внешнего космического пространства поверхностный слой Луны несет в себе «запись» многих событий в древней истории Солнца и системы Земля-Луна.

Исследования еще первых из доставленных на Землю образцов лунного вещества обнаружили, что частицы лунного реголита содержат следы - треки от быстрых тяжелых ядерных частиц солнечного и галактического происхождения. Треки, оставленные тяжелыми ядрами галактических космических лучей, позволяют оценить время пребывания раздробленного вещества на поверхности и восстановить историю перемешивания и отложения грунта на месте сбора. Прямое облучение тяжелыми ядрами солнечного происхождения приводит к возникновению на определенной глубине под поверхностью грунта резкого изменения плотности треков. Величина подобного изменения, в свою очередь, позволяет судить о скорости эрозии материнских пород в ранний период истории Луны. Зная время облучения и скорость эрозии, нетрудно определить уровень потока солнечных частиц в прошлом и восстановить историю изменения солнечной активности за время в сотни миллионов, а возможно и миллиарды лет.

До сих пор подобные исследования проводились для валовых образцов грунта с поверхности или по отдельным фрагментам из колонок грунта, вынутых с глубины около двух метров.

Однако, если рассматривать возможности полевой геологии на Луне с опорой на лунную базу, можно рассчитывать, что необходимые для изучения частицы древнего реголита будут отобраны из обнажении слоистых структур, достигающих сотни метров при вертикальном разрезе. Подобные естественные обнажения существуют (и были уже замечены во время первых экспедиций на Луду) в достаточно глубоких трещинах.

Не исключено, что на внутренних крутых склонах крупных кратеров также можно найти и исследовать подобные слоистые образования. Слои древнего реголита между разновременными базальтовыми потоками, по-видимому, хранят в виде треков солнечных и космических частиц информацию о солнечной активности в течение последних 3,8 млрд. лет. Знание детальной стратиграфии каждого изучаемого района, дополненное определением абсолютного возраста типичных образцов пород, обеспечит шкалу времени изменения солнечной активности и датирование отдельных наиболее сильных вспышек.

Вне сомнений, подобная информация может сильно повлиять на существующие представления о солнечно-земных связях, на разработку методов прогнозирования солнечной активности и на другие области исследований нашего светила, его воздействия на тела Солнечной системы и межпланетное пространство.

Детальные исследования стратиграфии древнего реголита Луны на открытых участках и при изучении обнажении сулят также получение уникальных сведений о возможном естественном обмене веществом между Землей и ее спутником, о событиях раннего периода в истории нашей собственной планеты.

В последнее время стало известно, что на земной поверхности могут находиться фрагменты лунного вещества, выброшенные с Луны в результате крупных ударных столкновений. С большой долей вероятности такими осколками лунных пород являются метеориты, недавно обнаруженные в Антарктиде.

Допустим и обратный вариант, когда мощный удар космического тела, упавшего на Землю, мог выбросить в околоземное пространство частицы вещества с достаточно высокой скоростью, чтобы они смогли преодолеть земное притяжение. В истории Земли предполагают существование периодов, когда падение крупных тел на ее поверхность было особенно интенсивным. Речь идет о начальной стадии формирования поверхности нашей планеты, не случайно называемой лунной, когда земной лик был испещрен кратерами - следами многочисленных ударов. Есть сведения, то подобные катастрофы повторялись и в более поздние времена. Еще сейчас геологи находят среди земных структур следы гигантских кольцевых впадин - свидетельств былых космических травм.

Не исключено, что на Луне следы гигантских выбросов с Земли могут оказаться более явными и образовать некие маркирующие слои с включением мелкодисперсной фракции наподобие микротектитов, которые находят в океанских осадочных породах и которые являются, возможно, выбросами мощных взрывов ударного происхождения.

На Луне объектом поиска с опорой на лунную базу прежде всего может стать слой реголита с возрастом примерно 65 млн. лет, который по времени соответствует появлению на Земле уникального с точки зрения геохимии слоя пород с аномально высоким содержанием иридия. На земной поверхности этот слой имеет глобальное распространение и содержит отдельные обломочные зерна с характерными следами ударных деформаций, поэтому его наличие связывают с одной из эпох интенсивного выпадения на Землю космических тел типа крупных метеоритов, астероидов или комет. Эта и подобные ей другие глобальные катастрофы в истории Земли, как полагают многие исследователи, служат объяснением загадочной массовой гибели живых организмов в отдельные периоды геологического прошлого нашей планеты.

Высказывались разные предположения о причинах, вызывающих увеличение интенсивности ударных явлений во внутренней части Солнечной системы. Отмечено, что некоторые следы ударных явлений на Земле указывают на периодичность увеличения частоты падений, примерно равную 30-33 млн. лет в течение последних 250 млн. лет. Поскольку Солнечная система каждые 33 млн. лет пересекает плоскость Галактики, полагают, что с этим связаны гравитационные возмущения комет в Облаке Оорта, в результате чего определенная часть из них переходит на траектории движения к центру Солнечной системы.

Интенсивно ведутся поиски звезды - гипотетического спутника Солнца, условно названного Немезидой, который, обращаясь по вытянутой орбите с большой осью примерно в 2,8 световых года, также может периодически вызывать интенсивное вторжение во внутреннюю часть Солнечной системы комет из Облака Оорта.

Рис.2. Радиотелескоп построенный на обратной стороне Луны будет затенен
от шумов создаваемых земными источниками. Наличие кратерных структур
правильной формы позволит в условиях низкой гравитации строить телескопы
диаметром до 1 км подобные телескопу Аресибо в Пуэрто-Рико

Очевидно, что поиск на лунной поверхности следов подобных событий, а тем более древних частиц земного происхождения является весьма сложной задачей и требует проведения тонких исследований. Но масштабность изложенных проблем, по-видимому, оправдывает приложение необходимых усилий.

Качественно новые возможности лунная база открывает для астрономических наблюдений с лунной поверхности. В условиях малой силы тяжести и отсутствия атмосферы становятся реальными монтаж и эксплуатация конструкций значительных размеров при минимальной их деформации. Например, существует проект сооружения на лунной поверхности гигантского оптического телескопа с эквивалентным размером зеркала 25 м. Разрешение подобного инструмента могло бы достигать 0,0001 секунды дуги, а чувствительность примерно в 100 раз превысит теоретические возможности космического телескопа им.Хаббла. При таких возможностях станут доступными прямые наблюдения планетных систем других звезд и деталей ядер галактик.

В качестве стабильной платформы с малой силой тяжести и высоким разрежением Луна может эффективно использоваться для проведения высокоточных интерферометрических и астрономических измерений. Установка оптических и радиоастрономических телескопов в краевых областях видимого с Земли полушария за склонами деталей рельефа позволит экранировать их от земных помех естественного и искусственного происхождения, включая влияние геокороны или радиационных поясов Земли.

В области радиоастрономии открываются возможности исследования очень низкочастотных излучений космических объектов, которые не проходят через земную атмосферу. Продолжительный по времени сидерический период обеспечивает медленное перемещение небесных объектов относительно наблюдателя, что создает дополнительные удобства для длительных непрерывных наблюдений выбранных объектов. Это обстоятельство имеет особое значение для повышения точности измерений доплеровского эффекта при наблюдении астрономических объектов.

Радиотелескоп на лунной поверхности может использоваться и как элемент радиоинтерферометра с базой Земля-Луна. На длине волны 20 см подобный интерферометр теоретически может дать разрешение, позволяющее различать планеты размеров Юпитера у 100 ближайших звезд в радиусе до 30 световых лет.

Специалисты подчеркивают также, что Луна послужит наилучшим местом для изучения нейтринного и гравитационного излучений от космических источников. Некоторый опыт исследований в этом направлении обещает интересные результаты в будущем. Можно напомнить об оригинальном анализе сейсмограмм, переданных в свое время автоматическим прибором с места посадки космического корабля «Аполлон-12». По этим данным была выделена периодическая составляющая сейсмической активности, соответствующая продолжительности сидерического месяца для Луны, равного 27,3 земных суток, т.е. длительности лунных звездных суток. С такой периодичностью над определенным местом лунной поверхности проходят небесные объекты.

В рассматриваемом случае момент наибольшей сейсмической активности в месте наблюдений совпадал с появлением над горизонтом пульсара СР1133 в созвездии Льва. Этот пульсар находится на расстоянии 424 световых лет и относится к числу наиболее близких источников подобного типа, обладая среди них самой большой энергией импульса с периодом пульсации 1,2 с.

Дополнительных данных, подтверждающих или опровергающих предположение о взаимосвязи сейсмических явлений с положением пульсара на небе, пока не получено. Проверку гипотезы могли бы обеспечить комплексные сейсмические, астрономические и радиоастрономические наблюдения на лунной поверхности.

Условия лунной среды позволяют также проводить широкий набор экспериментов в области физики высоких энергий. На Луне можно было бы устанавливать и собирать из отдельных блоков (используя лунные материалы) ускорители частиц. Условия на Луне таковы, что не потребуется сооружать специальный канал для движения ускоряемых частиц. Достаточно будет установить соответствующие устройства по окружности выбранного радиуса. Успешной работе подобного прибора «под открытым небом» будут способствовать естественный вакуум, отсутствие глобального магнитного поля и малая сила тяжести.

Были высказаны предложения по созданию сверхгигантокого ускорителя, когда отклоняющие магниты и ускоряющие устройства располагаются вдоль экватора Луны, опоясывая весь лунный шар.

Возможно, не только научное, но и весьма важное практическое значение приобрели бы постоянно действующие на лунной поверхности «Служба Солнца» и «Служба Земли». Результаты постоянных наблюдений облачного покрова нашей планеты и процессов, происходящих на Солнце и в межпланетном пространстве, во много раз расширили бы возможности земной метеорологии в прогнозировании различных климатических явлений.

Оглавление

Титульная страница

Возвращение на Луну

Что же мы знаем о Луне?

История идеи лунной обитаемой базы

Луна - космическая лаборатория

Луна - космический завод

К Марсу с остановкой на Луне

А нужно ли это?