КАРТЫ ЛУНЫ

Ж.Ф. Родионова

История лунных карт

Как это ни удивительно, но зарисовать многие детали лунного рельефа может каждый, кто этого захочет, даже если у него нет телескопа. Посмотрите на Луну в дни полнолуния и нанесите границы темных участков поверхности - у вас в руках карта лунных морей. А если вы обзавелись биноклем, то сможете нанести на карту лунные горы и крупные кратеры. Как видите, селенографией, т.е. изучением лунной поверхности можно начать заниматься с самыми скромными средствами или вообще без них; но зоркие глаза иметь желательно.

В этом смысле Луна - уникальное небесное тело. Грубую карту Луны могли составить древние греки или даже шумеры. Да что там шумеры, её мог изобразить на стене своей пещеры кроманьонец десятки тысяч лет назад. Поэтому удивительно, что старейшему из дошедших до нас рисунков Луны всего 400 лет: его сделал в 1603 г. английский физик и придворный врач Уильям Гильберт (1544-1603), разумеется, без телескопа, который тогда ещё не изобрели. Возможно, были и другие, более ранние зарисовки, но пока они не обнаружены.

Рис. 1

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 3

Первые телескопические зарисовки Луны принадлежат итальянскому физику и астроному Галилею (рис. 1), немецкому астроному Симону Марию (1573-1624) и англичанину Томасу Харриоту (1560-1621) (рис. 2). Они выполнены в 1609-10 гг. Совершенствовались телескопы - детальнее становились зарисовки Луны. При этом одни авторы, как Де Рейта (1645 г.) рисовали карты в астрономической ориентировке (рис. 3), когда север внизу, то есть так, как Луна видна в телескоп, а другие, например Ван Лангрен, в астронавтической ориентировке, когда север наверху (рис. 4), то есть так, как мы видим Луну невооруженным глазом. Однако, несмотря на массу подробностей, эти рисунки нельзя назвать картами в полном смысле, поскольку на них не было координатной привязки, т.е. отсутствовали параллели и меридианы, по которым можно было бы определить широту и долготу кратеров, гор и других деталей рельефа.

Рис. 1

Рис. 1

Рис. 5

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 6

В результате длительных телескопических наблюдений были открыты важнейшие особенности движения Луны, например, либрации - видимые колебания лунного шара относительно его среднего положения, обусловленные неравномерным движением Луны по орбите при равномерном вращении вокруг оси, а также наклоном оси и орбиты к эклиптике. Попытки изобразить лунные либрации на своих зарисовках предпринимал уже польский астроном Ян Гевелий (1645 г.).

Качество зарисовок лунной поверхности постоянно возрастало, что ясно видно по рисунку Кассини 1680 г. (рис. 5). Но это ещё не были карты. Первую в истории карту Луны (рис. 6) построил в 1750 г. немецкий астроном Тобиас Майер (1723-1762): используя составленную им сеть из 24 опорных точек на лунной поверхности, он построил селенографическую систему координат. Это произведение имело все важнейшие элементы карты: опорную сеть селенодезических пунктов, сетку координат, построенную в определенной проекции, отображение рельефа поверхности с применением условных знаков и масштаб. В ХIX в. появились карты, изображавшие отдельные участки поверхности Луны в более крупных масштабах на нескольких листах. Карта, изданная в 1837 г. при участии немецкого банкира и любителя астрономии Бера и астронома Медлера, с высокой точностью измерившего положения 105 контрольных точек на Луне, состояла из 25 секций размером 40 х 40 см каждая.

Названия сторон света на Луне введены так же, как на Земле: чтобы для лунного наблюдателя Солнце восходило на востоке и заходило на западе. Для земного наблюдателя с лунного востока на лунный запад перемещается линия терминатора. Заметим, что для астрономов это не совсем привычно: перемещение справа налево в южной части неба астрономы называют "с запада на восток", имея в виду земные ориентиры. Итак, глядя с Земли на Луну без телескопа, мы видим лунный север вверху, юг - внизу, восток - справа, запад - слева; т.е. так же, как на картах Земли.

В середине XIX в. Луна стала первым объектом астрофотографии, а к концу века ее фотопортреты достигли отменного качества, хотя и не могли соперничать с визуальными картами по проработке мелких деталей.

За всю историю картографирования Луны до начала космических полетов (т.е. примерно за 350 лет) было создано около 120 рисунков, карт и атласов видимой стороны Луны. Интересно, что в России в этот период, насколько нам известно, не было составлено ни одной лунной карты. Однако, первая карта обратной стороны Луны (рис. 7) была создана именно в России (СССР) по самым первым снимкам, переданным космическим зондом "Луна 3" в 1959 г. Впервые увиденные землянами детали обратной стороны Луны показаны на карте условными знаками, их координаты определены в единой селенографической системе, а 18-ти крупнейшим объектам присвоены наименования. Полученные на Земле по радиоканалу снимки были сильно искажены помехами, но методика, разработанная в Государственном астрономическом институте им. П.К. Штернберга (МГУ) под руководством Ю.Н. Липского (1909-1978) позволила выявить множество деталей рельефа невидимого полушария. На этой карте впервые появились Море Москвы и Море Мечты, кратеры Циолковский, Джордано Бруно, Менделеев, Склодовская-Кюри и другие. Светлое протяженное образование было названо Хребтом Советским, однако оно не подтвердилось последующими съемками.

Рис. 7

Рис. 7

Первая "Полная карта Луны", на которой были показаны и видимое полушарие (на основе наземных фотографий), и невидимое (по снимкам "Луны 3" и "Зонда 3"), также была издана в СССР в 1967 г. Позже, по мере поступления новых фотоматериалов с зондов "Лунар Орбитер", "Зонд 6, 7, 8" и пилотируемых кораблей "Аполлон", "Полная карта Луны" на 9 листах в масштабе 1:5 000 000 ( в 1 см - 50 км) переиздавалась в 1969 и 1979 гг. На рис. 8 показаны фрагменты этой карты.

Рис. 8

Рис. 8

За 40 лет с 1960 г. в мире издано столько же карт и атласов Луны, сколько за 350 лет телескопических наблюдений. Это карты самых разных масштабов и назначений, охватывающие обе стороны Луны. Отметим лишь некоторые карты, изданные в СССР. "Фотокарта видимого полушария Луны" (1967 г.), составленная в астронавтической ориентировке по наземным телескопическим снимкам в масштабе 1:5 000 000 и "Карта Луны" (видимая сторона), составленная в том же масштабе в астрономической ориентировке (1967 г.), на которой рельеф поверхности показан условными знаками. В мастабе 1:1 000 000 составлены 7 листов карты Луны на экваториальную зону видимого полушария и на часть невидимого полушария. Помимо карт обзорного назначения создаются карты и специального назначения, например, "Фотометрическая карта Луны", "Карта альбедо Луны", "Карта цвета Луны", "Структурно-геологическая карта" и другие.

В США картографирование Луны началось с создания "Фотографического атласа Луны" под редакцией Дж. Койпера. Для этого были отобраны лучшие фотографии из разных обсерваторий мира. Разрешение на снимках в центре диска составляет 0,7 км, а на краю 2 км. Для создания "Лунной аэронавтической карты" в масштабе 1:1 000 000 использовалась киносъемочная аппаратура на обсерватории Миди-Пиренеи во Франции с тем, чтобы проследить за изменением теней от различных форм рельефа и определить высоты гор и глубины кратеров. Карты Луны самого разного назначения созданы в США в масштабах 1:10 000 000, 1:5 000 000, 1: 2 750 000, 1:250 000 и даже крупнее для отдельных участков поверхности. Интересны карты Луны, составленные в Чехословакии Й. Клепештой и А. Рюклом. Карты А. Рюкла составлены не только для видимого и обратного полушарий Луны, но также для северного и южного, западного и восточного полушарий в масштабе 1:10 000 000.

Как делают карту Луны

Исходным материалом для отображения рельефа лунной поверхности на картах служат фотографии, полученные наземными телескопами, а также автоматическими и пилотируемыми космическими аппаратами. Причем, следует иметь в виду, что одна фотография какого-либо участка поверхности не может передать все особенности данного региона, поскольку вид лунной поверхности на снимках меняется в значительной степени при изменении условий освещения. В лучших фотографических атласах видимой стороны Луны обычно приводятся несколько фотографий каждого района, полученных при разной высоте Солнца: косые лучи подчеркивают рельеф, отвесные - выделяют различия цвета и яркости. Для обратной стороны пока нет таких подробных атласов.

Начинающие астрономы любят рассматривать Луну в период первой чатверти, когда хорошо видна область близ терминатора: падающие на поверхность под небольшим углом солнечные лучи четко выделяются даже невысокие формы рельефа. В период же полнолуния диск Луны становится маловыразительным. Но для опытного астронома этот период тоже очень интересен: при отвесно падающих солнечных лучах хорошо видны темные участки поверхности, неоднородности отражательной способности (альбедо) внутри морей и светлые лучевые системы у кратеров, которые не удается заметить при косом освещении.

На поверхности Луны выделено 14 типов образований, которые составляют систему лунной номенклатуры и служат основой для лунной топонимики. В табл. 1 приведены формы рельефа, встречающиеся на картах Луны.

Описание лунной поверхности

На Луне принято выделять области двух типов: светлые - материковые, занимающие 83% площади лунного шара, и темные - морские, составляющие 17%. Материки отличаются более высокой отражательной способностью, наличием значительных неровностей и множеством кратеров разных размеров и степени сохранности вала. Моря - относительно ровные области с меньшим количеством кратеров; они лежат ниже уровня материковой поверхности. Например, Море Дождей расположено на 3 км ниже, а Море Влажности на 2 км ниже окружающей местности.

Морские области распределены по поверхности весьма неравномерно: на видимом с Земли полушарии они занимают 31% площади, а на обратном - около 3%. В северном полушарии моря занимают вдвое большую площадь, чем в южном. Внутри морей можно также видеть более темные и более светлые участки. Например, окраинные части Моря Ясности выглядят темнее его центральной области. При низком положении Солнца в морях можно видеть невысокие протяженные формы рельефа шириной в несколько километров - складчатые жилы. Моря сложены базальтовыми лавами, и складчатые жилы обычно отмечают области наложения более поздних потоков на уже существовавшие лавовые излияния. Очевидно, что вблизи складчатых жил толщина лавовых потоков может быть минимальной.

Названия морям дал итальянский астроном Джованни Риччоли (1598-1671), по зарисовкам которого Ф. Гримальди выгравировал карту в 1647 г. Посмотрев на карту, можно заметить, что названия морей распределены не случайно. В восточной части видимого полушария расположены Море Ясности, Море Спокойствия, Море Изобилия, Море Нектара, тогда как в западной - Океан Бурь, Море Дождей, Море Облаков, Море Влажности. В середине XVII в. считали, что погода на Земле меняется в зависимости от фаз Луны. Как видно из названий морей, Луна в первой четверти, когда видна восточная часть диска, служит предвестником ясной погоды, а в последней четверти - ненастной. Вы можете сами проверить, существует ли такая связь, если в течение года будете записывать данные о погоде и фазах Луны.

Полный список названий лунных морей, озер и заливов приведен в табл. 2. Обычно на картах используют латинские наименования. На наших картах мы даем русскую транскрипцию названий. На рис. 9 приведены фотография видимого полушария Луны и схема границ морей в астрономической ориентировке для тех, кто наблюдает Луну в телескоп. Цифры на схеме совпадают с номерами в таблице.

Рис. 9

Давайте совершим небольшую экскурсию по Луне (пока - с помощью схемы; рис. 9). Начнем путешествие с восточного края лунного диска. На лимбе детали сильно искажены перспективой, поэтому их трудно рассматривать. На глобусах Луны, которые раньше были в школах, все формы рельефа показаны без искажений. Если такой глобус сохранился, то лучше изучать детали рельефа на нем.

На Луне принято выделять области двух типов: светлые - материковые, занимающие 83% площади лунного шара, и темные - морские, составляющие 17%. Материки отличаются более высокой отражательной способностью, поскольку сложены относительно светлыми породами типа анортозитов, наличием значительных неровностей и множеством кратеров разных размеров и степени сохранности вала. Моря - относительно ровные области, покрытые лавовыми потоками темных пород базальтового типа, с меньшим количеством кратеров. Таким образом, моря темнее материков как из-за различия в составе пород, так и по причине иной структуры поверхности (моря глаже и поэтому слабее рассеивают свет).

Моря лежат ниже уровня материковой поверхности. Например, Море Дождей расположено на 3 км ниже, а Море Влажности на 2 км ниже окружающей местности. На восточном лимбе вблизи экватора видны темные пятна Моря Краевого и Моря Смита. Интересно, что в одном из проектов создания будущей лунной базы Море Смита называют в числе возможных мест, удобных для проведения исследовательских работ. Площадь маленького пятна Моря Волн (N 28 на рис.9) всего 21 тыс. км². Наиболее четко выделяется граница Моря Кризисов, площадь которого 176 тыс. км². Дно этого моря расположено на 3,5 км ниже окружающей местности. На его краю виден яркий кратер с лучевой системой - Прокл диаметром 28 км.

Море Спокойствия, по площади равное Черному морю на Земле (421 тыс. км²), знаменито тем, что именно здесь американский астронавт Нейл Армстронг впервые ступил на лунную поверхность 20 июля 1969 г. Море Спокойствия соединяется с Морем Нектара и Морем Изобилия, в котором советский зонд "Луна 16" (1970 г.) взял пробу лунного грунта и доставил ее на Землю. На границе Моря Ясности с материком выполнял исследования самоходный аппарат "Луноход 2" (1973 г.)

Узкая полоска Моря Холода переходит в Залив Росы и Океан Бурь - самое крупное образование видимого полушария площадью 2,1 млн км². На окраине Океана Бурь вблизи экватора выделяется темное дно кратера Гримальди. Здесь наземными методами исследований обнаружены кислородосодержащие породы - ильмениты. Этот кратер тоже мог бы стать одним из возможных мест будущей лунной базы. Площадь Моря Дождей - 829 тыс. км². Справа хорошо заметен кратер Аристарх, диаметром 42 км, а выше кратер Коперник диаметром 94 км. Темная область к югу от Коперника недавно была названа Морем Островов. Море Познанное получило свое название после того, как в 1964 г. здесь опустился американский зонд "Рейнджер 7". К югу от Залива Радуги совершил свое путешествие первый самоходный лунник "Луноход 1" (1970-71 гг.).

В Море Влажности обратите внимание на систему параллельных борозд, а в Море Облаков найдите сброс - Прямую Стену. Слева от Моря Облаков в материковой части выделяется цепочка из трех кратеров, размеры которых превышают 100 км. Средний из них Альфонс, известен тем, что в 1957 г. там наблюдалось свечение, зарегистрированное на спектрограммах. Самый яркий кратер с мощной лучевой системой назван в честь астронома Тихо Браге, составившего таблицы перемещения планет, на основе которых Кеплер вывел законы движения планет. А теперь найдите все эти образования на карте (рис.10) из "Атласа планет земной группы и их спутников", составленного в Московском институте инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии.

Рис. 10

Горные образования на Луне представляют собой части колец, окаймляющих круговые моря. Еще в середине семнадцатого века польский астроном Ян Гевелий предложил называть горы на Луне такими же именами, как и на Земле. Вокруг Моря Дождей расположены Альпы, Кавказ, Апеннины, Карпаты, Юра. Море Нектара окружено горами Алтай и Пиренеи. Горы Кордильеры и горы Рука окружают Море Восточное. Самые высокие горы на Луне, по-видимому, Апеннины: там высота отдельных хребтов достигает 5,6 км над поверхностью соседнего Моря Дождей. Горы Юра возвышаются над Заливом Радуги на 5 км, в то время как в Карпатах лишь отдельные горки достигают высоты 2 км над окружающей местностью.

Преобладающей формой рельефа Луны являются кратеры. Если вал кратера четкий, хорошо сохранившийся, то это признак относительной молодости, а кратеры с разрушенными валами - более старые. Крупные кратеры часто имеют на дне центральную горку и террасы на внутренних склонах, например, кратеры Коперник и Аристарх. У старых кратеров горки и террасы встречаются реже. Особую группу составляют кратеры с лучевыми системами, представляющими собой длинные светлые полосы, радиально исходящие от вала кратера. Лучи можно видеть не всегда, а лишь при определенных условиях освещения поверхности. Наиболее четко эти образования проявляются в полнолуние. При других фазах они менее заметны, а в областях, близких к терминатору, не наблюдаются вовсе. Лучи встречаются как у крупных кратеров, например, Тихо диаметром 87 км, так и у небольших, но обязательно молодых. Кратеров с лучевыми системами на Луне несколько десятков.

Долины - отчетливо выраженные обособленные впадины шириной в несколько километров и протяженностью в десятки и сотни километров - встречаются на склонах обширных горных областей (например, Альпийская долина), а также в материковых районах (например, долина Рейта). Более узкие, длинные, но не обрывистые ложбины, сохраняющие на всем протяжении одинаковую ширину называют бороздами (например, борозды Сирсалиса). Они часто тянутся на сотни километров вне зависимости от рельефа поверхности. Обрывистые разломы называют трещинами. В морях иногда встречаются уступы - типичные сбросы; например, в Море Облаков звестен уступ Прямая Стена.

На обратной стороне Луны особое внимание привлекают очень крупные кольцевые структуры, диаметром более 300 км, названные бассейнами. Самые большие из них, такие как Море Восточное, Герцшпрунг, Аполлон, Королев, Море Москвы и другие имеют помимо внешнего вала еще и внутренний, диаметр которого, как правило, вдвое меньше внешнего. Иногда внутренние кольца сильно разрушены.

Любопытно, что некоторые крупные бассейны обратной стороны Луны являются антиподами морей видимой стороны. Например, Королев - антипод Моря Изобилия, а Герцшпрунг - Моря Спокойствия.

К северо-востоку от Моря Восточного радиально отходят гигантские цепочки кратеров, простирающиеся на расстояния до тысячи километров. Диаметр кратеров, входящих в эти цепочки, составляет в среднем 10-20 км. Три самые протяженные цепочки получили названия ГДЛ (Газодинамическая лаборатория), ГИРД (Группа изучения реактивного движения) и РНИИ (Реактивный научно-исследовательский институт). Эти три научные организации внесли основной вклад в развитие ракетостроения в нашей стране.

Кратеры, отдельные горные вершины (пики, мысы), а также гряды называют (посмертно) именами астрономов и выдающихся ученых других специальностей. Исключением стали 12 кратеров, названных в честь живущих космонавтов и астронавтов. Все предложенные наименования утверждает Международный астрономический союз. Общее правило планетной номенклатуры - не использовать имена политических и религиозных деятелей, полководцев и философов XIX и XX вв.

Карты Луны используют для решения важных научных и практических задач: восстанавливают историю лунной поверхности, планируют экспедиции на Луну.