В нынешнем году исполняется 65 лет с того времени, когда была раскрыта тайна обратной стороны Луны. До этого времени, даже самые маститые ученые знали об обратной стороне Луны столько же, сколько обычный школьник, т.е. - ничего, т.к. наш естественный спутник всегда обращен к Земле одной стороной.

7 октября 1959 года автоматическая межпланетная станция "Луна-3" провела съемку невидимого с Земли лунного полушария, а еще через несколько дней изображения обратной стороны были переданы на Землю. Земляне, наконец, увидели невидимое. Как же была разгадана многовековая загадка обратной стороны Луны. Об этом рассказывается в ниже публикуемой статье.

КАК ВОЗНИКЛА ТАЙНА

Вероятно, немногим менее 4 млрд. лет назад Луна окончательно пришла в синхронизированное вращение вокруг Земли - период ее собственного вращения сравнялся с периодом обращения по геоцентрической орбите. С этого времени земной спутник навсегда отвратил одно из своих полушарий от нашей планеты. Сидерический месяц, продолжительность которого-общая для осевого и орбитального периодов вращения Луны, равен 27,3 сут. Основной причиной создавшегося положения было приливное трение.

Все, наверное, слышали о приливах и отливах в морях и океанах, когда дважды в сутки уровень воды поднимается, а затем постепенно падает. Это под действием лунного притяжения возникают приливные горбы, один из которых обращен к Луне, тогда как другой образуется на прямо противоположной стороне Земли. Каждый из двух горбов с суточным периодом обходит земной шар.

Земля в свою очередь вызывает приливные явления в твердом теле Луны, обладающем все же некоторой степенью упругости. Под воздействием притяжения нашей планеты деформация лунного шара может достигать около 13 метров. Незначительная величина остаточных колебаний Луны - физической либрации по долготе (максимальное значение ее не превышает нескольких угловых минут) - подтверждает мнение, высказанное астрономами уже давно, а именно:

полное равенство периодов обращения Луны вокруг Земли и вокруг своей оси наступило прежде, чем отвердела значительная часть лунного вещества. Следовательно, в расплавленной Луне земное притяжение вызывало еще большие приливные деформации. Кроме того, следует учесть, что в те весьма отдаленные эпохи Луна вращалась вокруг оси значительно быстрее, а это усиливало воздействие приливных явлений.

По вязкости расплавленные лунные породы, конечно, неизмеримо превосходили воды земных океанов. Поэтому приливные выступы располагались вдоль оси, не совпадающей с направлением на Землю; выступ, обращенный к нашей планете, поднимался медленно и достигал наибольшей высоты к тому моменту, когда, влекомая вращением Луны, соответствующая точка поверхности перемещалась далеко вперед.

Но под влиянием земного притяжения ось приливных выступов стремится занять положение, ориентированное на центр Земли. Таким образом возникают силы, противоположные по направлению осевому вращению Луны. Вот эти-то силы (иными словами, приливное трение) и действовали постоянно в течение длительного (даже по астрономическим масштабам) времени, неуклонно замедляя скорость вращения земного спутника.

В недрах Луны тоже шли процессы, способствовавшие приведению ее в синхронизированное вращение. Располагая современными данными о строении всей поверхности лунного шара, о структуре гравитационного поля Луны и результатами сейсмических исследований, мы можем представить себе, как это происходило. Предположим, центральная, более плотная часть, как бы погруженная в расплавленное вещество лунных недр, также смещалась в сторону Земли под действием притяжения нашей планеты. Это приводило к тому, что наращивание твердой коры на полушарии, противоположном Земле, шло интенсивней.

Впоследствии внутреннее давление вытеснило расплавленные лавы на поверхность полушария, уже обратившегося к Земле,- здесь кора была почти вдвое тоньше. Фигура и внутреннее строение лунного шара стали асимметричными, центр тяжести сдвинулся по направлению к нашей планете примерно на 0,001 лунного радиуса. Естественное деление Луны на два полушария-видимое с Земли и обратное-было окончательно зафиксировано синхронизированным характером ее вращения.

КАК ПЫТАЛИСЬ РАЗГАДАТЬ ТАЙНУ

Оригинальную гипотезу о строении невидимой стороны Луны выдвинул во второй половине прошлого века известный немецкий астроном и геодезист П. Ганзен. В течение долгого времени он занимался уточнением теории движения Луны. Результатом этой работы стали таблицы, отличавшиеся довольно высокой точностью.

Анализируя различия в наблюдаемых и предвычисленных величинах в движении Луны, Ганзен пришел к выводу, что центр масс лунного шара имеет значительное смещение по направлению к Земле. По оценке ученого, эта величина оказалась равной 59 км. Подобное смещение, похоже, свидетельствовало о солидном недостатке массы на невидимом лунном полушарии, из чего Ганзен и заключил, будто обратная сторона Луны вмещает огромных размеров впадину, так что лунные вода и воздух, если они вообще существуют, могли собраться в этой глубокой впадине, создав условия для развития органической жизни, в том числе и растительности.

Современникам Ганзена еще не были известны многие данные о закономерностях в природе планетных атмосфер. Более поздние исследования показали: устойчивая атмосфера небесного тела способна сохраняться лишь тогда, когда средняя скорость теплового движения молекул газа не превышает примерно 0,2 второй космической скорости для данной планеты или спутника. Поэтому глубина предполагаемой впадины должна составлять около 1000 км (более половины лунного радиуса!), чтобы на ее дне в условиях Луны могли сконцентрироваться такие газы, как азот и кислород.

Впрочем, гипотеза Ганзена утратила смысл еще до того, как астрономия обогатилась данными о планетных атмосферах. На рубеже XIX и XX веков Ю. Франц в Европе и С. Ньюком в Америке, работая независимо и разными методами, установили, что величина смещения центра масс, выведенная Ганзеном, сильно завышена. Несовпадение центра масс и центра фигуры Луны составляет всего лишь около 0,001 лунного радиуса, и ни о какой гигантской впадине не может быть и речи.

Ю. Франц, который многие годы детально изучал краевые зоны Луны при благоприятных фазах и максимальных значениях либрации, предложил свою версию строения невидимого полушария. В восточной и юго-восточной областях лимба Франц обнаружил многочисленные, небольшие по площади темные образования, как будто имевшие продолжение на невидимой поверхности Луны. Он предположил: все эти образования (Море Южное, Море Смита, Море Краевое и др.) - не что иное, как заливы обширного океана, расположенного на обратной стороне.

На противоположном краю лунного диска Франц также заметил небольшие темные детали, за которыми при максимальной величине либрации можно было рассмотреть окраины протяженного образования морского типа. В те времена эта область лимба считалась восточной, поскольку на небе была обращена к точке востока земного горизонта.

Вот почему обнаруженной формации Франц дал название Моря Восточного. В северном полушарии, за границей видимой стороны на востоке и западе, простиралась светлая, усеянная кратерами материковая область. Отдельные светлые лучи с обратной стороны заходили на видимую, что указывало на существование в прилегающей территории невидимого полушария большого количества лучевых кратеров.

Франц придерживался точки зрения, согласно которой моря на лунной поверхности расположены в виде пояса, имеющего некоторый наклон к экватору. На видимом полушарии пояс морей проходит в северной половине диска. Поскольку обнаруженные краевые моря продолжали предполагаемый пояс, Франц утвердился во мнении, что в южной половине обратного полушария лежит "Океан Антиподов". Севернее пояса морей на обратной стороне должна находиться обширная, светлая, богатая кратерами возвышенность, совершенно лишенная морей. Гипотезе Франца нельзя отказать в логике.

К тому же его схема в известной степени была основана на изучении краевых зон, то есть включала данные наблюдений. Поэтому в общих чертах представления .Франца о строении невидимого полушария господствовали в астрономии почти полвека.

В середине 50-х годов нашего столетия английский селенограф X. Уилкинс опубликовал свою схему строения обратной стороны Луны, которая' в принципе почти не отличалась от описаний Франца. Уилкинс также много занимался изучением либрационных областей лунного шара. Особенно тщательно выделив лучи, продолжающиеся на невидимое полушарие, он нанес положение около десятка кратеров-предполагаемых центров лучевых систем.

Уилкинс тоже считал весьма вероятным существование обширного "Океана Антиподов". Единственное отличие на его схеме - смещение в северное полушарие основного морского образования обратной стороны. Однако при таком положении "Океана Антиподов" нарушалась система поясного размещения лунных морей - основополагающая идея Франца. Гипотезу о поясном расположении морей поддерживал и советский геолог А. В. Хабаков, много занимавшийся проблемами происхождения лунного рельефа. Но уже близился день, когда на смену гипотезам пришли факты...

КАК ОТКРЫВАЛИ ТАЙНУ

К концу 50-х годов XX века отечественная наука и техника достигли уровня, который позволял запустить автоматическую станцию к Луне. И вот 4 октября 1959 года впервые в мире "лунный фотограф" - автоматическая станция "Луна-3" направилась в сторону нашего естественного спутника. Вес последней ступени ракеты-носителя достигал по тому времени колоссальной величины-1553 кг, из которых 278,5 кг приходилось на научную станцию. Внутри контейнера с научной аппаратурой находилась фототелевизионная, установка для получения и последующей передачи на Землю космических снимков Луны. В первой половине дня 6 октября станция достигла наибольшего сближения с Луной, пройдя на расстоянии 6200 км от нее со стороны восточного полушария. В расчетной точке аппарат "подхватило" лунное притяжение, и он стал огибать Луну с ее обратной стороны.

Чтобы выполнить задуманный маневр, станция не должна была отклоняться от намеченного курса более чем на 0,1°. При этом изменения в скорости полета не могли превышать 1 м/сек. Тогда, в самом начале космической эры, это были очень жесткие требования к ракетной технике и системам управления!

Двигаясь далее по своей траектории, аппарат в ночь с 6 на 7 октября достиг точки, из которой фотообъективы станции "увидели" около 70% поверхности обратной стороны Луны. "Луна-3" находилась в это время на расстоянии 66 800 км от объекта съемки. При такой удаленности угловой диаметр лунного диска равнялся 3°, что примерно в 6 раз больше, чем при наблюдении с Земли. Съемка проводилась со стороны Солнца, поэтому почти все обращенное к станции полушарие было освещено. Иными словами, относительно станции Луна находилась в фазе полнолуния.

Известно, что при таких условиях пропадает впечатление объемности отдельных деталей рельефа, так как глаз наблюдателя (а в данном случае - фотокамера) не видит теней, отбрасываемых различными неровностями. Но в полнолуние лучше всего выявляются различия между светлыми и темными областями Луны, а ведь именно это - выявить общее строение поверхности обратной стороны, существование или отсутствие морских образований на ней-и было основной целью первого фотографирования. Следовало также учесть, что при любой другой фазе уменьшалась освещенная часть видимого диска Луны, а следовательно, и снимаемая территория.

Необходимым условием съемки было и то, чтобы часть видимого со станции диска Луны приходилась на обращенное к Земле полушарие. По изображению известных образований лунной поверхности можно было бы провести сравнительный анализ впервые наблюдаемых деталей и выполнить их координатную привязку.

Сеанс съемки длился 40 мин. За это время, используя два объектива с фокусными расстояниями 200 и 500 мм, удалось получить бесценные снимки. Очень ответственным моментом на этом этапе была строгая ориентация и стабилизация станции. "Луна-3" стала первым в мире космическим аппаратом, выполнившим эту операцию.

Когда съемки завершились, фотопленка прошла автоматическую обработку и поступила в передающее устройство, которое построчно "просмотрело" каждый кадр. К этому времени станция вернулась к нашей планете, превратившись в ее искусственный спутник с очень вытянутой орбитой (апогей - 470 тыс., а перигей - 40 тыс. км). В период своего первого сближения станция передала на Землю информацию, содержащую закодированные в радиосигналы данные о лунных изображениях.

Аппаратура наземного комплекса преобразовала радиосигналы опять в изображения. Снимки содержали полный диск Луны или его значительную часть - в зависимости от того, каким объективом, каждый из кадров был сделан.

В отдельных местах на снимки наложились полосы радиопомех, состоящие из точек различной плотности. Следует учитывать, что в то время космическая связь делала лишь первые свои шаги. Принимавшаяся на Земле часть излучения бортового передатчика станции была по мощности в 100 млн. раз меньше сигнала, который поступает на антенну обычного бытового телевизора. На орбите искусственного спутника Земли станция "Луна-3" совершила 11 оборотов, а затем вошла в плотные слои земной атмосферы и прекратила свое существование.

КАК НЕ СТАЛО ТАЙНЫ

На пленке, которая экспонировалась на борту станции, изображения диска Луны имели размер 10 и 25 мм. Приемные устройства наземного комплекса формировали размеры изображений с десятикратным увеличением. Максимальное число строк фототелевизионной системы на каждый кадр достигало одной тысячи.

В дешифрировании и интерпретации полученных материалов участвовали крупнейшие специалисты лунно-планетных исследований того времени. В Главной астрономической обсерватории АИ СССР в Пулкове работы возглавил профессор А. В. Марков. В Астрономической обсерватории Харьковского государственного университета исследованиями снимков обратной стороны Луны руководил академик АН УССР Н. П. Барабашев.

В Москве, в Государственном астрономическом институте имени П. К. Штернберга МГУ, изучение материалов велось под руководством заведующего лабораторией фотометрии и спектроскопии Ю. Н. Липского, Результаты изучения всех данных фотографирования и сами снимки обратного полушария были опубликованы в "Атласе обратной стороны Луны", вышедшем под редакцией Н. П. Барабашева, А. А. Михайлова и Ю. Н. Липского. Несколько позже, уже после публикации оригиналов снимков, независимый комплекс обработки провел известный американский селенограф, сотрудник Лунно-планетной лаборатории Аризонского университета Э. Уитейкер. На снимках можно было четко выявить морские образования восточной краевой зоны видимого полушария (у западного края диска Луны, видимого со станции). Изображения хорошо передавали знакомые очертания Моря Кризисов, Моря Изобилия, Моря Краевого, Моря Смита, Моря Южного и ряда других, более мелких образований морского типа. Конечно, эти детали лунной поверхности теперь предстали в ином ракурсе, совсем не так, как их видит земной наблюдатель.

Выяснилось, что на большей части обратной стороны Луны практически отсутствуют обширные равнины морей. Иными словами, отличие видимого и обратного полушарий Луны по их ориентации относительно Земли дополнялось коренным отличием в строении поверхности. Этот факт стал главным научным результатом эксперимента и повлек за собой далеко идущие выводы. Наши современные представления об основных этапах эволюции Луны и системы "Земля- Луна" 3-4 млрд. лет назад прежде всего вытекают из асимметричного строения поверхности лунного шара. Тайна обратной стороны оказалась тесно связанной с тайной синхронизированного вращения Луны.

Модель Франца и его последователей, в которой моря как бы опоясывают весь лунный шар, космические съемки не подтвердили. Сравнительно небольшое море, обнаруженное на снимках (позже оно получило название Моря Москвы), не вписывалось в гипотетический пояс морей. А другое незначительное образование этого типа - Море Мечты - хотя и располагалось в южной части обратного полушария, не могло служить бесспорным свидетельством в пользу существования пояса морей в том виде, как это представлял себе Франц.

Через несколько лет изучение обратной стороны было продолжено. Летом 1965 года автоматическая межпланетная станция "Зонд-3", запущенная в нашей стране, с пролетной траектории на расстоянии около 10 тыс. км получила снимки оставшихся несфотографированными 30% обратного полушария. Этим экспериментом глобальный обзор лунного шара завершился: составлено общее представление о характере рельефа на 95% лунной поверхности.

Анализ изображений подтвердил асимметрию в строении поверхности Луны. Совместная обработка материалов первого и второго фотографирования обратной стороны позволила окончательно установить, что светлые области видимого полушария-северный и южный материки-смыкаются на обратной стороне. С того времени и утвердилась концепция, согласно которой Луна покрыта единым материковым щитом, а моря-это замкнутые внутриматериковые вкрапления темного вещества, частично или полностью заполнившего крупные впадины лунной коры.

Еще несколько лет назад синхронизированное вращение Луны считалось уникальным в Солнечной системе, хотя, например, резонансные явления во вращении Меркурия, Венеры и некоторых других тел были известны. Тем не менее, когда речь заходила об "обратной стороне", само собой подразумевалось, что имеется в виду Луна.

Потом оказалось, что почти все крупные спутники планет, по-видимому, вращаются так же, как Луна, с одинаковой угловой скоростью вокруг оси и по орбите вокруг планеты. Следовательно, и другие спутники в Солнечной системе имеют "видимую" и "обратную" стороны. Изучая с этой точки зрения ближайшее к Земле небесное тело, мы имеем возможность подробно вникнуть в природу одной из закономерностей нашей планетной системы.

Источники: 1. "Земля и Вселенная" № 5 за 1984 год. 2. RedShift 3.0