Місяць є найкраще вивченим тілом Сонячної системи після Землі. Його досліджували численні автоматичні апарати, а також місії Apollo, які доправили на Землю щедру колекцію місячних порід. Зібрані ними дані допомогли пролити світло на багато місячних загадок.
Отже, розповідаємо, як народився земний супутник, коли там перестали вивергатися вулкани і чому його видимий бік настільки не схожий на зворотний
Гігантський удар
Ми сприймаємо наявність Місяця як щось само собою зрозуміле. Але якщо поглянути на наших сусідів у Сонячній системі, стане очевидно, що такий підхід неправильний. У Меркурія і Венери взагалі немає супутників, а Марс наділений двома крихітними компаньйонами — причому один із них (Фобос) зруйнується всього за кілька десятків мільйонів років.
Так чому ж у Землі є Місяць? І чому він такий великий? У всій Сонячній системі годі й шукати іншої пари, в якій супутник мав би такі великі розміри і масу, порівняно з планетою, навколо якої обертається.
Перші гіпотези щодо походження Місяця датовані ще XVIII століттям. Учені висловлювали різні припущення — від спільного формування двох тіл до того, що Місяць захопила земна гравітація. Усе змінилося з початком космічної ери. Аналіз доставлених на Землю зразків місячного ґрунту спонукав викинути на смітник усі численні версії утворення Місяця. Їхнє місце посіла абсолютно нова гіпотеза гігантського зіткнення, вперше запропонована 1975 року.
Згідно з нею, приблизно 4,5 млрд років тому новонароджена Земля зіткнулася з протопланетою розміром із Марс (зазвичай її називають Тейя). Цей удар мав доленосне значення для майбутнього нашої планети. Більша частина речовини Тейї і значна частка земної мантії були викинуті на навколоземну орбіту. З цих уламків потім і склався Місяць. Земля ж отримала різкий приріст швидкості обертання, а її вісь похилилася. Завдяки цьому нахилу на нашій планеті відбувається зміна пір року, що є одним із ключових чинників, які забезпечують існування життя.
Гіпотеза гігантського імпакту логічно пояснює багато характерних особливостей Місяця. На її користь говорить те, що орбіта Місяця має схожу орієнтацію з обертанням Землі, обидва тіла — з дуже близьким ізотопним складом, і в минулому вся поверхня Місяця була розплавлена. Звісно, у гіпотези імпакту є й певна кількість слабких місць. Але більшу частину з них можна пояснити особливостями місця формування Тейї та сценарієм удару. Саме тому останні пів століття гіпотеза імпакту є домінуючою в науковому співтоваристві.
Який Місяць бачили динозаври?
Отже, відразу після свого народження Місяць був зовсім не такий, як зараз. Його повністю вкривав гігантський океан магми, на затвердіння якого знадобилися мільйони, а то й десятки мільйонів років. У процесі кристалізації магматичного океану калій, рідкоземельні елементи, фосфор і радіоактивні речовини поступово опускалися. У підсумку вони (на їхнє позначення використовується акронім KREEP) сформували шар порід між місячною корою і мантією, що є унікальною особливістю земного супутника.
Крім того, у той період Місяць перебував набагато ближче до Землі — на відстані біля 60 тис. км (зараз ця дистанція становить у середньому 384 тис. км). Відтак вплив його гравітації сильніше відчувався на нашій планеті, що призводило до гігантських припливів і відливів, які теж могли сприяти виникненню життя. А ще у Місяця, ймовірно, була власна магнітосфера. Аналіз проб ґрунту, доставлених на Землю експедиціями Apollo, засвідчив, що ці породи сформувалися приблизно 4 млрд років тому за наявності досить потужного магнітного поля.
Оскільки, як йшлося вище, в ту епоху Місяць розташовувався куди ближче до Землі, аніж тепер, учені припускають, що їхні магнітосфери могли бути пов’язані. Вірогідно, місячне магнітне поле виступало як додатковий екран, що захищав земну атмосферу від потужних сонячних спалахів. Крім того, вздовж силових ліній частинки атмосфери Землі могли потрапити на Місяць. Це може пояснити присутність азоту і деяких інших газів у місячному реголіті.
Загалом у ті часи в Сонячній системі все було набагато жвавіше, ніж зараз. Її заповнювала велика кількість будівельного матеріалу, який залишився невикористаним під час формування планет. Ці уламки регулярно стикалися з небесними тілами. І Місяць наочно демонструє, наскільки потужним було це бомбардування. За підрахунками, зараз на його поверхні є близько семи тисяч кратерів діаметром понад 20 км. Практично всі найбільші місячні воронки досить старі — вони утворилися в проміжку між 3,8 і 4,1 млрд років тому. Той бурхливий період іноді ще називають Пізнім важким бомбардуванням. Вважають, що його могла спричинити зміна орбіт Юпітера і Сатурна, яка дестабілізувала Сонячну систему і обрушила на внутрішні планети шквал астероїдів і комет.
Саме з цим бомбардуванням багато вчених пов’язують появу масконів — позитивних гравітаційних аномалій на місячній поверхні. Їхній вплив доводиться враховувати конструкторам апаратів, що запускаються до Місяця. За однією з версій, маскони утворювалися, коли щільніша місячна мантія видавлювала вгору дно виїмок від ударів, формуючи під ними лінзи, які складалися зі щільнішої речовини, котра піднялася нагору. Певна частина мантії потім проривалася у вигляді лави на поверхню і заповнювала частину, що залишилася в цій геологічній депресії. Таким чином у місячній корі й утворилися щільніші райони.
Згодом частота падіння небесних тіл на Місяць помітно зменшилася. Проте космічне бомбардування не припинилося повністю. За останній мільярд років на місячній поверхні з’явилася низка нових кратерів. Звичайно, своїми розмірами вони поступаються величезним вирвам епохи Пізнього важкого бомбардування. Натомість завдяки своїй молодості вони добре помітні при спостереженнях Місяця навіть у невелику підзорну трубу або бінокль. Це кратери Коперник (93 км), Аристарх (40 км) і Тихо (80 км). Наймолодшим із цієї трійці є Тихо, оточений характерною променевою системою. Його вік становить 108 млн років. Отже, можна сміливо сказати, що динозаври Крейдового періоду (серед яких найбільш відомі тиранозаври, трицераптори та велоцираптори) бачили Місяць таким самим, яким його сьогодні бачимо ми.
Місячний вулканізм та атмосфера
На поверхні Місяця помітна безліч характерних темних плям. Вони називаються морями, що досить іронічно. Річ у тім, що колись ці моря дійсно були рідкими, ось тільки їх заповнювала зовсім не вода. Їх сформували численні виверження.
Вулканізм за важливістю є другим після нещадного метеоритного бомбардування фактором, що надав Місяцю сучасного вигляду. Виверження на його поверхні почалися 4,2 млрд років тому. І вони були зовсім не такі, як зараз відбуваються на нашій Землі. Оскільки на Місяці відсутня тектоніка плит, виверження тривали в тих самих місцях упродовж сотень мільйонів років. Вважається, що їхній пік припав на період між 3 і 3,8 млрд років тому — бурхливі потоки лави вкрили колосальні ділянки місячної поверхні. Коли вона застигла, то сформувала гігантські базальтові рівнини, які виділяються на тлі решти місячної поверхні завдяки своєму темнішому кольору. Саме їх ми і називаємо морями.
Місячні виверження тієї епохи були настільки інтенсивними, що, можливо, на якийсь, нехай і відносно нетривалий проміжок часу у Місяця з’явилася певна подоба атмосфери. Принаймні на це вказують результати проведеного 2017 року дослідження. Воно показало, що газових викидів під час вивержень було цілком достатньо, аби сформувати навколо Місяця атмосферу, яка складалася з чадного газу, сірки та води. На піку (приблизно 3,5 млрд років тому) вона була навіть потужнішою за сучасну марсіанську. Місячна атмосфера, ймовірно, була здатна вивітрювати каміння і викликати бурі. Її наявність також може пояснити існування масивних покладів водяного льоду на дні вічно затінених полярних кратерів Місяця. Атмосфера могла стати постачальником води для них.
За оцінками вчених, газова оболонка навколо Місяця проіснувала близько 70 млн років. У міру того як вулканічна активність пішла на спад, зменшилося й виділення газів. Після цього місячна атмосфера швидко випарувалася. Приблизно тоді ж Місяць позбувся і магнітного поля, що зазвичай пов’язують із затвердінням його ядра.
Тривалий час уважалося, що вулканічна активність на Місяці повністю припинилася близько мільярда років тому. Але результати нещодавніх досліджень показують, що виверження могли тривати набагато довше, ніж гадали досі. Так, апарату LRO вдалося ідентифікувати низку ділянок, вкритих доволі свіжими (за геологічними мірками) покладами лави. Вік деяких із них оцінюється в 50 млн років. Ці дані підтримують і результати аналізу місячного ґрунту, доставленого місією «Чан’е-5». У них вдалося виявити намистини вулканічного скла віком 123 млн років. Тож, очевидно, супутник нашої планети все ще зберігає певну геологічну активність. Можливо, колись ми ще побачимо виверження місячного вулкана.
Загадка зворотного боку Місяця
Якщо поглянути на будь-яку фотографію зворотного боку Місяця, можна помітити, що він зовсім не схожий на той, що звернений до Землі. Ключова відмінність — практично повна відсутність морів. Якщо вони займають приблизно 31% видимого боку супутника, то у випадку зі зворотним цей показник становить лише 1%.
Але це далеко не всі відмінності. Зворотний бік Місяця кратерований значно сильніше за видимий. Саме там розташована більшість найкрупніших ударних формацій. А ще кора Місяця на його зворотному боці приблизно на 10 км товща, ніж на видимому.
Чим зумовлена така значна різниця? За найпопулярнішим поясненням, річ у нерівномірності розподілу багатого на радіоактивні елементи шару KREEP-порід. Їхні основні поклади зосереджені здебільшого під Океаном Бур і Морем Дощів на видимій стороні Місяця. Вважається, що тепло, яке виділяли KREEP-породи, сприяло вулканічній активності та підтримувало колосальні виверження.
Але що саме призвело до такої нерівномірності? За однією з теорій, то все спричинило грандіозне зіткнення, через що утворився найбільший місячний кратер — ударний басейн Південний полюс – Ейткен, чиї розміри становлять 2400×2050 км. Воно могло запустити своєрідну «хвилю» в KREEP-шарі, відтак його основна частина сконцентрувалася на видимому боці Місяця.
Утім, існує й альтернативна думка, яка, щоправда, теж посилається на велике зіткнення. Згідно з нею, після зіткнення Землі і Тейї сформувався не один, а два супутники — «основний» Місяць та менше за розмірами тіло. Згодом вони злилися воєдино, що й пояснює різницю між півкулями.
Третя гіпотеза припускає, що в усьому винне падіння великого об’єкта на видимий бік Місяця. Внаслідок зіткнення відбувся викид величезної кількості матеріалу, який потім осів на зворотному боці Місяця, сформувавши додатковий шар порід.
І нарешті, за ще однією версією, місячна асиметрія пов’язана з теплом, яке випромінювала наша планета на світанку Сонячної системи. Сторона Місяця, звернена до Землі, зазнавала серйозного нагрівання і довше залишалася в розплавленому стані, що й пояснює підвищену вулканічну активність.
Небезпечний місячний пил
Оскільки у Місяця немає атмосфери, у середині XX століття з’явилася гіпотеза, мовляв, за мільярди років пил, який осідає з міжпланетного простору, мав би сформувати на його поверхні настільки товстий шар, що під час спроби сісти космічний апарат просто провалиться і потоне в ньому. На цьому, зокрема, будувався сюжет роману Артура Кларка «Місячний пил».
Звісно, побоювання виявилися хибними, що вперше довів на початку ХХ століття харківський астроном Микола Барабашов. Місяць вкриває реголіт — шар пухкого матеріалу, що складається з уламків порід і мінералів. Вони утворилися під час бомбардування його поверхні мільярди років поспіль мікрометеоритами і зарядженими частинками. Це подрібнювало місячні породи до все тоншого і тоншого матеріалу. Основна маса частинок має розмір 0,03-1 мм. Астронавти і вчені, які досліджували реголіт, зауважують, що той має характерний пороховий запах.
Хоча в реголіті неможливо потонути, він справді становить певну небезпеку для здоров’я людини. Оскільки його частинки ніколи не зазнавали впливу води, вони дуже гострі. Їх вдихання може призвести до пошкодження легенів і респіраторних захворювань. А ще місячний пил має токсичні властивості. Деякі учасники експедицій Apollo скаржилися на кашель, подразнення горла, сльозотечу в очах і затуманений зір. Щонайменше в одного з астронавтів розвинулася повноцінна алергія.
Окрім шкоди здоров’ю, завдяки своєму абразивному характеру місячний пил може призвести до стирання або зношування поверхонь унаслідок тертя. Йдеться про пошкодження скафандрів, обладнання і сонячних панелей. Тож, якщо людство хоче надовго залишитися на Місяці, йому доведеться знайти якийсь спосіб вирішення проблеми місячного пилу.
Місячні «пам’ятки»
Окрім кратерів і слідів стародавніх вивержень, на поверхні супутника нашої планети можна знайти і деякі цікаві «пам’ятки». До них, зокрема, належать місячні печери. Космічні апарати сфотографували низку отворів, які, ймовірно, ведуть у підповерхневі тунелі. Вважається, що вони являють собою лавові трубки або тунелі.
На думку багатьох інженерів, такі трубки слугуватимуть одним із найкращих місць для створення постійних поселень. Їхнє склепіння може виступити непоганим екраном, здатним захистити від мікрометеоритів, випромінювання і різких температурних перепадів. А якщо загерметизувати і наповнити повітрям окрему ділянку трубки, колоністи отримають у своє розпорядження величезні обсяги внутрішнього простору.
Інший регіон Місяця, на якому варто зосередити пильну увагу — це його полюси. Автоматичні станції зібрали безліч даних, котрі свідчать про те, що багато полярних кратерів, чиє дно ніколи не освітлюється Сонцем, містять поклади водяного льоду. Місячні колоністи могли б використовувати їх для видобутку питної води, кисню й отримання компонентів ракетного палива.
Місячні полюси також цікаві наявністю піків вічного світла. Так називають піднесені ділянки, які майже постійно освітлюються Сонцем. Це робить їх ідеальним місцем для розташування сонячних електростанцій, які могли б виробляти енергію для місячних поселень. Не виключено, що в майбутньому такі ділянки стануть одним із найцінніших ресурсів на земному супутнику.
Ця стаття була опублікована у №2 (191) 2024 року журналу Universe Space Tech. Придбати цей номер в електронній або паперовій версії можна у нашому магазині.
