Полеты космонавтов к Луне и изучение ее с помощью космических аппаратов дали огромный экспериментальный материал, касающийся свойств нашей ближайшей соседки по космосу. В брошюре рассказывается о достижениях, полученных в последнее десятилетие и потребовавших пересмотреть вопросы внутреннего строения Луны, а также состава и механических свойств вещества лунной поверхности.
Она рассчитана на широкий круг читателей.
Введение
Добыча глубоко скрытых под землей полезных ископаемых, предсказание землетрясений и извержений вулканов, сохранение экологического равновесия в природе в настоящее время являются важными задачами, стоящими перед человечеством. Для этого нужно было понять Землю, раскрыть тайны ее истории и устройства. Проникнуть в ее сверхсжатые и раскаленные глубины помогает геофизика. Сейсмическая волна, точно луч прожектора, «освещает» земные недра. Изучая отдельные свойства Земли, такие, как магнетизм, силу тяжести тепловой поток, ученые пытаются воссоздать цельную картину внутренней жизни планеты.
Однако далеко не все проблемы удается решить, находясь на Земле. Дело в том, что интенсивные магматические процессы многократно переплавляли материнские породы Земли; вода, ветер, живые организмы стирали следы ее ранней молодости, а тектонические движения, рождение гор, дрейф континентов перекраивали формы ее лика. Чтобы понять раннюю историю Земли, направленность ее развития и предвосхитить будущее, понадобился взгляд на Землю извне, из космоса. Такой «взгляд» дают лунные исследования.
Луна, лишенная атмосферы и гидросферы, — уникальное хранилище следов космической истории планет, ключ, с помощью которого люди надеялись (и, как оказалось, не напрасно) проникнуть в геологические тайны. Длительные наземные исследования Луны с помощью астрономических и астрофизических методов позволили получить многочисленные данные о закономерностях ее движения и физических условиях на лунной поверхности, однако этого оказалось недостаточно. Лишь развитие космической техники сделало возможным подключить к исследованиям Луны традиционные науки о Земле — геологию, геохимию и геофизику, владеющие мощными методами наблюдений и анализа данных.
Успешные полеты к Луне и ее фотографирование с близкого расстояния позволили прежде всего усилить геологические исследования Луны путем анализа ее фотоснимков. Доставка образцов лунного вещества открыла невиданные возможности исследования возраста и состава пород Луны методами геохимии, позволила установить последовательность событий в эволюции Луны. Первая мягкая посадка на Луне, осуществленная в 1966 г. советской автоматической станцией «Луна-9», открыла период активного исследования непосредственно на поверхности Луны. Советские автоматические станции первыми провели мягкую посадку в морском и континентальном районах Луны, фотографирование поверхности, измерение плотности и прочности лунного грунта, бурение поверхностного слоя, измерения физических свойств грунта на протяженных трассах.
Измерения механических, а также некоторых других физических характеристик грунта в различных точках поверхности Луны проводились американскими автоматическими станциями «Сервейер». Большой комплекс наблюдений на поверхности, отбор и доставку лунных образцов, измерение физических полей на Луне произвели американские космические экспедиции «Аполлонов».
Сейсмичность и скоростная структура Луны
Методика эксперимента. Наиболее важные сведения о строении и состоянии недр Луны были получены благодаря лунному сейсмическому эксперименту. Он проводился в рамках программы «Аполлон» и состоял из непрерывной регистрации естественных лунотрясений и падений метеоритов с помощью сейсмометров, установленных американскими космонавтами на поверхности Луны, а также из активного исследования — с помощью искусственных источников сейсмических волн: взрывов и ударов при падении космических аппаратов (лунной кабины, ступени ракеты-носителя) на поверхность Луны.
[2]
Первый лунный сейсмометр был установлен 20 июля 1969 г. в Море Спокойствия на видимой стороне Луны во время экспедиции «Аполлона-11». Он питался солнечными батареями и вел сейсмическую запись только днем. В период с ноября 1969 г. по декабрь 1972 г. на. видимой стороне Луны была создана сеть из четырех однотипных автоматических сейсмических станций, которые питаются изотопными энергетическими установками, рассчитанными на 10 лет непрерывной работы. Координаты и дата начала работы станций приведены в таблице.
Каждая из этих станций оборудована сейсмометрами двух типов и электронным блоком (рис. 1). Три длиниопериодных сейсмометра расположены вертикально и горизонтально и позволяют фиксировать сейсмические волны от удаленных источников и определять направление на эпицентр. Для более точного выделения воля на малых расстояниях используется вертикальный короткопериодный сейсмометр. Эти сейсмометры чувствуют ничтожные перемещения поверхности, соизмеримые с размерами атома (10
-8
см). На Земле вести наблюдения при такой чувствительности аппаратуры почти невозможно: мешают микросейсмы, волнение океана, ветер, а также промышленные механизмы. Луна в связи с отсутствием атмосферы, гидросферы, биосферы и активных внутренних процессов представляет собой идеальный полигон для сверхточных сейсмических исследований.
