К настоящему времени описано более 50 минералов, содержащихся в лунных породах. Кроме того, около 40 недостаточно охарактеризованных минеральных фаз нуждаются в дополнительном изучении. Следует заметить, что в земной коре известно более двух тысяч минералов. Относительно ограниченное число минералов в лунных породах связано с тем, что на Луне практически нет воды, летучих компонентов и кислорода, а все это и обуславливает как безводный, так и восстановительный характер минералообразования.
Основные сведения о химическом составе и физико-механических свойствах лунного вещества получены в результате изучения пород поверхностного слоя. При этом лунный грунт детально исследовался как в естественном состоянии, так и в лабораторных условиях на Земле.
В лунном веществе было найдено, например, химически чистое, не окисляющееся железо, которое в земных условиях получить довольно трудно. Лунные образцы, как оказалось, содержат много известных минералов, но было найдено и три новых, то есть не встречающихся на Земле. Один из них в честь американских астронавтов «Аполлона-11», первыми опустившимися на Луну, Армстронга, Олдрина и Коллинза, назван армолколлитом.
Самый верхний слой Луны состоит из слабо связанных, мелких фрагментов. В морских районах средний размер отдельных лунных зерен составляет 0,08—0,10 миллиметра, а в материковых местах — около 0,07—0,08 миллиметра. Верхний слой (реголит) вплоть до глубины нескольких миллиметров представляет собой рыхлый пылевидный порошок. Ниже к нему примешиваются осколки скальных пород различных размеров.
Структура поверхностного слоя характеризуется высокой степенью пористости. Даже на глубине 35 сантиметров пористость достигает 50–60 процентов. Это объясняется тем, что около 40 процентов частиц мелкой фракции представляют собой брекчии — сцементированные, спекшиеся структуры сложной формы. Среди более крупных фрагментов брекчии составляют 15–20 процентов от общего числа зерен.
В верхнем слое грунта были обнаружены многочисленные стеклянные зерна сферической или гантелевидной формы. Размер их не превышает 20 микрон, а по весу они составляют всего лишь 0,01 процента. Однако на каждый килограмм лунного грунта приходится около 40 тысяч подобных частиц. Эти стеклянные зерна и придают лунному грунту своеобразный искрящийся блеск.
Ученые изучили доставленные на Землю образцы лунного грунта: их химический состав, структуру, степень дисперсности, физико-механические свойства и т. д. Отдельно удалось проанализировать и обнаруженные в лунном грунте стеклообразные шарики, которые, как считается, могли образоваться при частичном расплавлении лунного грунта в момент удара микрометеоритов.
Лабораторные исследования выявили различия в составе образцов даже из одного и того же района Луны. Однако ученые выделили ряд наиболее характерных для данного района образцов, которые сходны по составу с образцами других участков лунной поверхности.
В таблице 3, взятой нами из работы Викторова С. В. и Чеснокова В. И., приведены данные о химическом составе нескольких типичных образцов лунного грунта, доставленного на нашу планету по программам «Луна» и «Аполлон» как из морских, так и из материковых районов Луны.
Суммарное содержание в лунном грунте элементов, приведенных в таблице 3, а также фосфора, серы и хрома обычно составляет приблизительно 99 процентов. В количестве от 0,1 процента до 0,02 процента в грунте присутствуют также цирконий, барий, никель, иттрий и, стронций. В еще меньших количествах обнаружены ванадий, ниобий, кобальт, медь, рубидий, углерод и некоторые другие химические элементы.
Ученые выявили общие закономерности строения всей лунной поверхности, различия морских и материковых районов, а также сходный характер образования и эволюции разных «морей» независимо от местоположения того или другого исследованного района поверхности.
ВОЗРАСТ ЛУНЫ
Определение абсолютного возраста образцов лунных пород позволило создать примерную шкалу времени формирования глобальных регионов Луны.
Оказалось, что геологический возраст (другими словами, время кристаллизации) исследованных образцов находится в пределах от 3,2 до 4,6 миллиарда лет. Образцы из морских районов имеют возраст 3,2–3,6 миллиарда лет, а из материковых или континентальных мест — 3,9–4,0 миллиарда лет, В то же время возраст поверхностного слоя (реголита) и некоторых отдельных образцов лунной породы оказался равным 4,5–4,6 миллиарда лет Все эти и некоторые другие данные позволяют составить вполне определенное представление об истории развития Луны.
Однако самыми важными и принципиальными для ученых оставались проблемы, связанные с происхождением и дальнейшей эволюцией Луны, которые мы рассмотрим ниже…
ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЛУНЫ
До начала исследований Луны с помощью космических аппаратов в научном мире обсуждались три основные группы гипотез ее происхождения, смысл которых сводится к следующим постулатам:
— отделение Луны от Земли,
— захват Луны земным тяготением с другой орбиты,
— образование Луны в едином процессе с Землей.
Одна из первых гипотез происхождения Луны была предложена в 1879 году английским астрономом Джорджем Дарвиным, который являлся вторым сыном известного ученого Чарлза Дарвина. Дж. Дарвин, занимавшийся изучением морских приливов, для подтверждения своей гипотезы использовал математические расчеты и геофизическую теорию.
В те времена считали, что Земля начала свое существование в виде горячей жидкой массы, а Луна — это отделившаяся от первичного земно-лунного тела «капля», то есть часть его массы, которая после остывания и стала Луной. Причем даже указывалось предполагаемое место такого отрыва — бассейн теперешнего Тихого океана.
Считалось, что механической основой первой гипотезы являлось представление о возможности плавного разделения вращающегося жидкого тела. Однако это положение было в свое время опровергнуто теоретическими расчетами известного русского математика А. М. Ляпунова, после чего эту теорию стали считать маловероятной. Сторонники же гипотезы Дж. Дарвина приводят в ее подтверждение в основном космохимические доводы, преднамеренно умалчивая о других химических данных, которые с ней, скажем прямо, очень плохо согласуются.
В разных вариантах эта теория была трижды воскрешена в XX веке. Одна из таких гипотез, в частности, приписывала крупному протопланетному объекту слишком большой угловой момент вращения и получила известность как гипотеза отделения и коагуляции.
Однако все варианты этих гипотез оказались несостоятельными при объяснении существующего расстояния в системе «Земля — Луна», а также необычайно большого углового момента этой системы. Если эта первая гипотеза была бы верна, то получалось, что в прошлые времена прото-Земля должна была иметь в четыре раза больший угловой момент, чем имеет его в настоящее время вся система «Земля-Луна». Период же обращения такой системы должен был составлять всего лишь, четыре часа, но эта величина кажется нереальной.
