Земля – космос – Луна - Самарий Наумович Минчин

Рис. 56. Лунный грунт, насыпанный механическим манипулятором на верхнюю поверхность опорной подушки «Сервейера-3»

Величина зерен – составляющих «кирпичики» поверхностных лунных пород – оказалась примерно в 10 раз меньше, чем у песка на Земле, где они имеют средние размеры около 0,5 миллиметра.

По данным аппарата «Сервейер-6», рыхлый слой лунного грунта простирается на глубину не более 5 сантиметров и состоит из пылевидных частиц и базальтовой гальки.

Полученные материалы позволяют составить представление о несущей способности «морских» областей грунта Луны: ее величина находится в пределах 0,2 – 0,7 килограмма силы на квадратный сантиметр (для всех районов посадок аппаратов «Сервейер», кроме «Сервейера-7», прилунившегося в характерно гористой местности).

Согласно материалам фотометрических наблюдений Луны группа советских астрономов во главе с Н. П. Барабашовым пришла к выводу, что вещество наружного покрова восточной краевой зоны (включая районы посадки станций «Луна-9» и «Луна-13») менее пористое, т. е. более плотное в сравнении с фотометрически средней лунной поверхностью и особенно в сравнении с западной краевой зоной. Этот результат подтверждается данными, полученными аппаратами «Сервейер» (прилунившимися западнее станции «Луна-13»), согласно которым несущая способность поверхностных слоев Луны несколько меньше, чем по измерениям станции «Луна-13».

Можно предполагать, что близкие значения прочности лунного грунта, полученные автоматическими станциями в местах посадки «Луны-9», «Луны-13» и «Сервейеров», не являются случайными, а типичны для всего наружного покрова морских областей Луны (что было подтверждено также для участков прилунения «Аполло-на-11», «Аполлона-12», «Луны-16», «Луны-17», а также «Луноходом-1» по трассе его движения).

Таким образом, несущая способность поверхностного слоя нашей небесной соседки вполне достаточна для нормальной посадки и функционирования космических аппаратов, а также для передвижения космонавтов на поверхности Луны.

Насколько быстро возрастают плотность и прочность, а также как изменяются физико-механические параметры лунных пород с глубиной, предстояло определить последующими исследованиями.

Первые шаги в этом направлении были сделаны космическими кораблями «Аполлон-11», «Аполлон-12», научной станцией «Луна-16» и самоходной лабораторией «Луноход-1», оснащенной конусно-лопастным штампом, периодически внедряющимся в грунт в различных района Луны по мере передвижения.

В отличие от первого, третьего, пятого и шестого «Сервейеров» (запуски второго и четвертого были неудачными), которые обследовали лунную поверхность в равнинных областях экваториальной зоны – предполагаемых местах посадки кораблей с человеком, – аппарат «Сервейер-7» был посажен в районе полюса, примерно в 30 километрах севернее кратера Тихо, в типичной гористой местности.

Последняя (седьмая) станция «Сервейер» по сравнению с предыдущими аппаратами такого же типа была наиболее полно оснащена научным оборудованием. Ковш-захват (рис. 57) шириной 5 сантиметров имеет вынос до 1,5 метра с глубиной захвата грунта до 0,45 метра (реализуемой лишь в случае не очень прочного грунта); на ковше расположены магнит и альфа-анализатор для химического анализа лунных пород.

Результаты обработки материалов, переданных с места посадки станции «Сер(вейер-7», показали, что отражающая способность материковых районов почти на 20 процентов превышает отражающую способность поверхности «морей»; прочность и плотность лунного грунта «материков» существенно больше, чем «морских» областей; плотность составляет приблизительно 2,5 грамма на кубический сантиметр, т. е. близка к плотности земного грунта.

Изучение химического состава и радиационных характеристик поверхностных пород Луны производилось автоматическими научными станциями «Луна-10», «Луна-12», «Луна-16», «Луна-17», «Луна-20» и тремя аппаратами «Сервейер», а также пилотируемыми кораблями типа «Аполлон».

Впервые исследование состава и типа лунных пород было выполнено первым искусственным спутником Луны – станцией «Луна-10». На станции был установлен сцинтилляционный гамма-спектрометр, позволяющий получать информацию о характере лунного грунта (до глубины 25 сантиметров) и радиационной обстановке на Луне. Гамма-спектроскопия, использованная лунным спутником, позволила провести изучение лунных пород «материков» и «морей» на весьма большой части поверхности Луны, включая и ее обратную сторону.

Внешний вид гамма-спектрометра показан на рис. 58; прибор состоит из двух основных частей: сцинтилляционного датчика и многоканального амплитудного анализатора.

Для исключения фона от заряженных частиц в датчике спектрометра была применена электронная схема, использующая различное время высвечивания кристалла слоистого фосфора и пластмассового сцинтиллятора.

Тороидальный амплитудный анализатор (с внешним диаметром примерно 37 сантиметров), представляющий собой особую цифровую вычислительную машину, обеспечивал измерение дифференциального спектра в достаточно широком диапазоне энергий, что позволяло производить количественное определение как естественной, так и наведенной активности исследуемой части поверхности Луны.

Рис. 57. Общий вид ковша-захвата («землечерпалки») станции «Сервейер» с выносным устройством:

I – азимутальный двигатель; 2 – угломерный двигатель; 3 – двигатель обратного хода; 4 – двигатель ковша-захвата

Обработка измерений показала, что интенсивность общего гамма-излучения на поверхности Луны равна 20 – 30 микрорентгенам в час (существенного различия между «морями» и «материками» не отмечено); 90 процентов излучения обусловлено взаимодействием космических лучей с лунным веществом и 10 процентов – распадом радиоактивных элементов – калия, тория и урана, содержащихся в поверхностных слоях лунных пород.

На рис. 59 представлены спектры гамма-излучения лунных пород, зафиксированные на орбите спутника Луны, по измерениям автоматической станцией «Луна-10».

Спектры гамма-излучения, которые должны получаться на орбите спутника Луны от естественных радиоактивных элементов лунного грунта – калия, тория и урана, соответствующих по относительному содержанию главным типам земных пород, – даны на рис. 60.

Рис. 58. Общий вид гамма-спектрометра

Сопоставление спектров, приведенных на рис. 59 (кривая 3) и рис. 60, показывает, что лунный грунт близок по типу к базальтам (основные породы); возможно существование метеоритного (ультраосновного) вещества в поверхностных слоях Луны; наличие же гранитов (кислых пород) и пород с рудными концентрациями радиоактивных элементов – практически исключено, что подтверждено также исследованиями станциями «Сервейер» и «Луноход-1».

Небольшое различие в интенсивности гамма-излучения над лунными «морями» и «материками», по мнению академика А. П. Виноградова, может получить объяснение, приводящее к важным выводам. А именно: средняя интенсивность гамма-излучения естественных радиоактивных элементов над лунными «морями» соответствует базальтам, над «материками» – ультраосновным породам (каменным метеоритам); если полагать, что Луна формировалась аналогично Земле, как тело с поверхностным слоем типа каменных метеоритов, и в результате радиогенного разогрева из ее недр выплавились «моря», то лунные «моря» соответствуют земной коре. Однако на Земле аналогичный процесс протекал гораздо энергичнее; базальты и граниты, слагающие земную кору, покрывают мощным слоем всю поверхность Земли и, в отличие от лунных «материков», на Земле ультраосновные породы не выходят на поверхность планеты, а располагаются в ее недрах, под земной корой.

Рис. 59. Спектры гамма-излучения лунных пород на орбите спутника Луны, по измерениям автоматической станцией «Луна-10»:

1 – спектр гамма-излучения