Поверхность Луны. Заполнение лунных морей

Анализ образцов, доставленных с Луны американскими «Аполлонами» и советскими автоматическими аппаратами, позволил установить, что Земля и Луна имеют примерно один и тот же возраст. Однако, поскольку масса Земли и Луны столь различны, различными были и пути их эволюции.

Поверхность Луны. Природа лунной поверхности неразрывно связана с проблемой происхождения ее кратеров и других образований. Это породило множество спорных вопросов, которые не вполне разрешились даже с помощью научных результатов, полученных «Аполлонами». Среди выдвигавшихся гипотез были и весьма экзотические (от коралловых атоллов до атомных бомб). Но в целом проблема сводится к следующему: сформировались ли кратеры под действием внутренних сил или в результате внешней бомбардировки? Первую из этих соперничающих гипотез называют «вулканической», вторая известна как «метеоритная» или «ударная».

На Земле в той или иной степени действовали оба процесса, поскольку здесь встречаются оба типа кратеров. Несомненно, и на Луне картина должна была бы быть такой же. Вопрос в том, какой из этих процессов играл большую роль. Мнения резко разделились, хотя некоторые образования, такие, как небольшие цепочки кратеров, без сомнения, имеют «вулканическое» происхождение.

Было затрачено немало усилий, чтобы установить связь между главными лунными кратерами и земными ударными кратерами, такими, как в Аризоне (США), несмотря на разницу масштабов: если перенести на Луну аризонский кратер, он будет выглядеть мелким. С другой стороны, сторонники вулканической теории отмечают, что распределение лунных кратеров носит далеко не случайный характер.

Крупные кратеры, скажем, имеют отчетливую тенденцию выстраиваться в одну линию. Когда одну кратерную формацию пересекает другая, меньшие по размерам кратеры почти всегда внедряются в более крупные. Такое явление легче объяснить вулканической теорией, чем ударной. Образцы лунных пород -в основном вулканические породы, хотя часто они носят и следы ударов, причем выпадение метеоритного вещества на лунную поверхность, по-видимому, относительно скудно.

До сих пор не ясно, подобны ли лунные «моря» по своему происхождению большим кратерам. Правда, уже имеются надежные данные о возрасте морей, и представляется вероятным, что основные моря (Дождей, Ясности, Кризисов и другие) сформировались много лет назад. Возраст Моря Восточного, по-видимому самого молодого из них, оценивается в 3,8 млрд. лет.

Согласно ударной гипотезе, моря и основные кратеры были созданы метеоритными ударами. Даже если метеорит падал под острым углом, он все равно создавал образование круглой формы. Эта гипотеза популярна сегодня.

Согласно вулканической гипотезе, когда Луна была горячей и пластичной (А), образовывались купола, например в результате поднятия магмы. При охлаждении нижележащие породы опускались (Б), образуя пустоты. Поверхностный слой рушился, создавая кратер (В). Центральные пики образовывались при последующих поднятиях магмы.

Распределение лунных кратеров и прочих образований с валами, очевидно, имеет решающее значение при любых попытках понять их происхождение. Малые образования стремятся выстраиваться в цепочки, и многие борозды являются частично кратерными цепочками. Вероятнее всего, они имеют внутреннее происхождение. На полушарии, обращенном к Земле, основные образования также вытянуты в линию. К наиболее примечательным относятся цепочка, включающая Венделин и Петавий (а также Море Кризисов),-на востоке и цепочка Гримальди-на западе. Считается, что крупные формации возникли вдоль линий, где лунная кора ослаблена воздействием притяжения Земли.

Заполнение лунных морей. Большинство исследователей считает, что когда морские бассейны только что сформировались, они не были заполнены лавой. Этот вывод не зависит от того, были ли они образованы под влиянием внутренних (эндогенных) или внешних (экзогенных) факторов. Примерно 3,2-3,8 млрд, лет назад морские бассейны начали заполняться лавой, вытекавшей из-под коры, и в конце концов приобрели тот вид, который имеют сейчас. Поскольку извержение продолжалось более миллиона лет, морская поверхность, простая на первый взгляд, на самом деле состоит из мозаики перекрывающихся лавовых потоков.

В этот период формировались и кратеры. Кратеры с лучами, такие, как Тихо и Коперник, вероятно, самые молодые из крупных образований. Возраст кратера Коперник, возможно, даже менее 1 млрд. лет. Впоследствии крупномасштабная активность прекратилась и возникали только небольшие (в основном ударные) кратеры.

Лунные моря образовались, когда потоки лавы вырвались на лунную поверхность, затопляя бассейны, ранее возникшие в результате падения планетезималей. Эти извержения продолжались около 1 млрд. лет. Предполагается, что старейшие лунные базальты образовывались на глубине 150 км (1). Наиболее -свежие породы возникли позднее на глубине 240 км (2).

В Море Дождей (А) наиболее темным красным цветом на карте (Б) представлены самые молодые лавовые потоки, которые в то же время наименее перекрыты кратерами. Розовым цветом показаны самые старые потоки. Возраст самых обширных лавовых потоков достигает 3,3 млрд. лет.

Как установлено в последнее время, нестационарные лунные явления (НЛЯ) действительно имеют место. Типичные области НЛЯ распределены по лунной поверхности не случайным образом. Они концентрируются по границам круговых морей и в районах, богатых трещинами. Наиболее активная область на Луне- район яркого кратера Аристарх.

Эволюция Луны. Интересно, что имеется гораздо больше данных о геологической эволюции Луны, чем Земли. В отличие от Земли, которая имела длинную историю непрерывной эрозии, Луна не подвергалась эрозии в течение длительного периода. Даже 2 млрд, лет назад Луна, по-видимому, выглядела в основном так же, как сегодня, тогда как Земля была, вероятно, абсолютно неузнаваемой.

Сейсмометрам, доставленным «Аполлонами», удалось зарегистрировать «лунотрясения», и нет сомнения в том, что определенная вулканическая активность существует в недрах Луны и в наше время.

Некоторые лунотрясения происходят близко к коре, тогда как очаги других, глубоких, могут располагаться даже на полпути от поверхности к ядру. Установлено также, что Луна, вероятно, имеет горячее ядро, так что старая гипотеза о том, что Луна-насквозь холодный шар, возможно и неверна. Изучение записей лунотрясений показывает, что если у Луны и существует расплавленное ядро, то оно должно быть меньше, чем у Земли,-и относительно, и абсолютно.

Над ядром располагается так называемая астеносфера, или зона частичного расплавления, а над ней-толстая мантия, увенчанная корой, и наконец рыхлый покров раздробленных пород, реголит, простирающийся на глубину порядка 100 м. Сейчас у Луны практически нет общего магнитного поля, хотя в некоторых областях наблюдается локальный магнетизм. Однако похоже, что в отдаленном прошлом Луна имела заметное общее магнитное поле.

Наземные наблюдатели Луны отмечали различные «явления» небольшого масштаба, свидетельствующие о возможном истечении газов из-под коры. Эти явления получили название «нестационарные лунные явления» (НЛЯ). Считается, что чаще всего они происходят вблизи перигея, когда Луна ближе всего подходит к Земле. В это время гравитационное воздействие Земли создает наибольшие напряжения в лунных скалах. Возможно, существует связь между этим явлением и положением эпицентров лунотрясений.

В ходе выполнения программы «Аполлон» на лунной поверхности устанавливались сейсмометры. Сила даже самых больших лунотрясений невелика по земным стандартам, но на основании их изучения была получена ценная информация о внутреннем строении Луны. Некоторые лунотрясения происходят почти под поверхностью, другие-на глубине в половину расстояния между ядром и поверхностью Луны. Поперечные волны (пунктир) ослабляются, проходя через не полностью твердую среду. Продольные волны (сплошная линия) могут проходить через любую среду. Лунная литосфера- твердая, а астеносфера близка к расплавленному состоянию