Долгое время креационисты утверждали, будто слой пыли на Луне слишком тонкий, если пыль действительно падала на неё миллиарды лет. Они основывали этот тезис на ранних оценках – сделанных эволюционистами – притока лунной пыли и беспокойстве о том, что лунные первопроходцы утонут в этом пылевом слое. Но эти первые оценки были неверными, и ко времени десантов с «Аполлона» НАСА уже не беспокоилась о погружении в него. Поэтому пылевым слоем на Луне нельзя доказать молодость Луны (как и её древность). См. тж. Moon Dust and the Age of the Solar System («Пыль на Луне и возраст Солнечной системы») (профессиональный английский язык).
Компьютеры НАСА при расчёте положения планет обнаружили нехватку одного дня и 40 минут, что доказывает «долгий день» Иисуса Навина (Иис. Нав. 10) и сдвиг солнечных часов при Езекии (4 Царств 20).
Этот тезис не поддерживается основными креационистскими организациями, а является широко распространённой, особенно в Интернете, басней.
В сущности та же история, теперь широко разошедшаяся по Интернету, появилась в 1936 г. в несколько недостоверной книге «Гармония науки и Писания» (автор Гарри Риммер). Очевидно, некто неизвестный разукрасил её названиями современных организаций и современных вычислительных приборов.
Кроме того, вся эта история невозможна математически – для неё требуется фиксированная точка отсчёта до долгого дня Иисуса Навина. По сути для обнаружения нехватки любого дня нам нужна была бы сверка и астрономических, и исторических записей. А для выявления нехватки 40 минут требуется, чтобы эти точки отсчёта были известны с точностью до нескольких минут. То, что время солнечных затмений, наблюдаемых с определённого места, можно узнать точно – это, несомненно, правда. Но в древних записях время так точно не отмечалось, поэтому требуемая сверка просто невозможна. В любом случае, первое исторически зафиксированное затмение произошло в 1217 г. до н.э., примерно через два века после Иисуса Навина. Поэтому никакой компьютер никак не мог бы засечь недостающий день. Об историческом и научном подтверждении того, что это якобы сделанное открытие является мифом, см. тж. Has NASA Discovered a ‘Missing Day’? («Обнаружили ли в НАСА «недостающий день?»)
Обратите внимание, что опровержение этого мифа не означает, что событий 10-ой главы Книги Иисуса Навина не происходило. Детали рассказа подтверждают его достоверность, напр., луна тоже замедлила свой ход. Для продления дня этого было не нужно, но это наблюдалось бы в земной системе координат, если бы Бог совершил это чудо, замедлив вращение Земли. См. Joshua’s long day-did it really happen? («Длинный день Иисуса Навина – действительно ли он был?»)
Когда Нил Армстронг (Neil Armstrong) и Базз Олдрин (Buzz Aldrin) вернулись с Луны, в багаже у них было более 20 килограммов лунной почвы и камней, которые были упакованы в алюминиевый контейнер с уплотнителями. Благодаря им внутри поддерживалось низкое давление — как на лунной поверхности. Но когда контейнер попал к ученым в космический центр Хьюстона, они обнаружили, что эти уплотнения разрушила лунная пыль.
Лунная пыль — мелкая, как порошок, но она режет не хуже стекла. Пыль эта образуется при падении метеоритов на лунную поверхность. Они раскаляют и размельчают скальные породы и почву, которые содержат кварц и железо. А поскольку на Луне нет ветра и воды, чтобы закруглить режущие края, крошечные крупинки очень острые и имеют зазубрины. И они прилипают почти ко всему.
«Агрессивная природа лунной пыли представляет собой более серьезную проблему для инженеров и для здоровья поселенцев, чем радиация», — написал в 2006 году в своей книге «Возвращение на Луну» (Return to the Moon) астронавт из экипажа «Аполлона-17» Гаррисон «Джек» Шмитт (Harrison (Jack) Schmitt). Эта пыль пачкала скафандры и слоями снимала подошвы лунных ботинок. За шесть полетов «Аполлонов» низкое давление не удалось сохранить ни в одном контейнере с лунной породой. Пыль проникала вслед за астронавтами и внутрь космических кораблей. По словам Шмитта, она пахла порохом, и из-за нее было трудно дышать. Никто точно не знает, какое воздействие эти микроскопические частицы оказывают на легкие человека.
Пыль не просто покрывает поверхность Луны, она поднимается почти на стокилометровую высоту над ней, составляя часть ее экзосферы, где частицы привязаны к Луне силой притяжения, но расположены настолько редко, что почти никогда не сталкиваются. В 1960-е годы зонды Surveyor сняли сверкающее облако, которое во время восхода солнца плыло прямо над лунной поверхностью. Позднее астронавт «Аполлона-17» Джин Сернан (Gene Cernan), облетая Луну, зафиксировал аналогичное явление в области резкой линии, где лунный день встречается с ночью, назвав его «Терминатор». Сернан сделал несколько зарисовок, показав, как меняется пылевой ландшафт. Сначала потоки пыли поднимались с поверхности и зависали, а потом образовавшееся облако стало видно отчетливее, когда космический корабль приблизился к зоне дневного света. А поскольку ветра для формирования облака не было, его происхождение осталось загадкой. Есть предположение, что такие облака состоят из пыли, но никто не понимает, как они формируются и почему.
Возможно, на линии дня и ночи образуется электрическое поле, когда солнечный свет встречается с тенью. Оно вполне может поднять частицы пыли вверх. Физик из Колорадского университета в Боулдере Михали Хораньи (Mihály Horányi) продемонстрировал, что лунная пыль действительно может реагировать на такие электрические поля. Однако у него есть подозрения, что этот механизм недостаточно мощен, чтобы удерживать таинственные сверкающие облака в пространстве.
Данные новой космической миссии способны помочь ученым в поиске более достоверного объяснения. Прошли десятилетия с тех пор, как американские астронавты и луноходы исследовали Луну, но лунная пыль сегодня снова вызывает интерес, поскольку уже объявлено о подготовке к пилотируемым и беспилотным полетам на Луну в рамках сразу нескольких международных и коммерческих космических программ. В сентябре НАСА запустила маленький зонд LADEE (исследовательский корабль лунной атмосферы и пылевой среды), который на протяжении нескольких месяцев будет анализировать пыль и молекулы, окружающие единственный естественный спутник Земли.
Этот зонд размером с небольшой автомобиль, и он заключен в оболочку из солнечных панелей. В носовой части корабля имеется четыре квадратных прибора. Это пылемер, частично сконструированный Хораньи, и два химических анализатора для идентификации молекул таких веществ, как гелий и натрий. На боку зонда установлено коммуникационное устройство, передающее на Землю при помощи лазерного пучка данные, например, о количестве больших и малых частиц, об их местоположении и так далее. Недавно это устройство установило рекорд по скорости связи между НАСА и Луной, передав данные на расстояние почти 400 тысяч километров со скоростью 622 мегабита в секунду. Это примерно в 70 раз превышает скорость среднего широкополосного соединения в США.
Время для этого полета стоимостью 280 миллионов долларов выбрано весьма удачно, потому что приборы LADEE получают почти ничем не искаженную картину плотности пыли и химического состава Луны, опережая всех остальных. Китай, Индия, Япония и Россия объявили, что планируют отправить свои зонды и луноходы в предстоящие годы. Премия Google Lunar X PRIZE дает инженерам неплохой стимул для создания автоматического лунохода с камерами, который должен прилуниться и начать передавать картинку с лунной поверхности на Землю к 2015 году. Начинающая космическая компания Golden Spikе намерена в следующем десятилетии приступить к пилотируемым полетам.
Когда миссия LADEE через несколько месяцев будет завершена, зонд станет составной частью того объема космического материала в 15 тонн, который ежедневно падает на Луну. Он создаст свое собственное облако лунной пыли, передавая на Землю последние данные.
Следы на поверхности слишком четкие для сделанных на обезвоженной Луне . Они, скорее всего, ходили по влажной голливудской почве.
Подделку, по теории фальсификации, снимали на Аляске. Ну, да ладно. Действительно, в земной атмосфере сыпучесть влажных веществ уменьшается поверхностным натяжением смачивающей жидкости — смоченные частицы порошка прилипают друг к другу. Но влага — не единственная причина, по которой частицы порошка или пыли могут слипаться. В кислородной атмосфере на поверхности большинства веществ образуется тонкая окисная пленка, препятствующая слипанию. Но в условиях глубокого вакуума такой пленки нет, и межмолекулярным силам сцепления одной частицы с другой ничто не препятствует. Конструкторам космической техники это доставляет немало хлопот: в вакууме окисная пленка с поверхностей тел испаряется, и из-за этого металлические детали могут свариться друг с другом. По этой причине сыпучесть пыли на Луне меньше, чем сыпучесть земного песка. Под давлением частицы пыли слипаются, и пыль принимает форму прессующего ее предмета. И влажность здесь ни при чем.
Лунная пыль по своему поведению совершенно не похожа ни на песок, ни на муку, ни на пепел, ни на толченый кирпич. Вот что написано про ее свойства в монографии «Лунный грунт из Моря Изобилия», излагающей результаты исследований грунта, доставленного с Луны:
Рыхлый грунт лунных морей, реголит, имеет очень контрастный характер по сравнению с рыхлым грунтом Земли…
…не похож на пепел земных вулканов, вулканический песок земных вулканов, представляет собой рыхлый разнозернистый темно-серый (черноватый) материал, легко формируется и слипается в отдельные рыхлые комки.
На его поверхности четко отпечатываются следы внешних воздействий — прикосновений инструментов: грунт легко держит вертикальную стенку, но при свободном насыпании имеет угол вертикального откоса около 45 градусов…
Несмотря на заметную слипаемость, грунт обладает неустойчивостью к вибрационным воздействиям, легко просеивается через сита…
— объемный вес — 1,2 г/см, …легко уплотняется при тряске до объемного веса 1,9…
…обладает необычными свойствами — повышенной склонностью к электризации, аномальной сцепляемостью, низкой теплопроводностью, высоким объемным весом и на порядок выше, чем у песка, коэффициентом относительной сжимаемости…
Отмеченные в монографии такие свойства лунной пыли, как хорошая слипаемость и сжимаемость, как раз и объясняют, почему следы подошв астронавтов на лунной поверхности такие четкие.
Кстати, обратили ли вы внимание на название монографии — «Лунный грунт из Моря Изобилия»? В Море Изобилия не садился ни один из «Аполлонов», и весь грунт из Моря Изобилия, имеющийся сейчас на Земле, был доставлен советской автоматической станцией «Луна-16». Его исследования проводились советскими специалистами, а книга с результатами этих исследований была выпущена московским издательством «Наука» в 1974 г. Так что советские исследования свойств лунного грунта подтверждают, что отпечатки следов в нем будут четкими и не осыпавшимися.
Если для вас все это слишком сложно, то посмотрите на снимки следов советского «Лунохода». Он что, по-вашему, тоже ездил по влажной поверхности? Может, он еще заехал на съемочную площадку в Голливуд и поздоровался со Спилбергом.
Кроме того, астронавты прыгали по поверхности, а «Луноход» — ехал. Кирпич, упавший на голову, тоже оставляет там гораздо более четкий след, чем просто туда положенный.
Подпись к фотографии следа человека на Луне: «Астронавт Apollo 11 Эдвин Олдрин сфотографировал этот след на лунной почве как часть эксперимента по изучению природы лунной пыли и эффектов давления на почву. Пыль , оказалось, легко сжимается под весом астронавта, оставляя поверхностный, но четкий след, характерный для очень хорошего, сухого материала.» Если исключить вероятность попадания в это место метеорита, то, скорее всего, следы людей на Луне останутся на миллионы лет. Вот, так.
А в энциклопедии «Космонавтика» (М., Советская Энциклопедия, 1985, 530 с.), говорится: «Анализ глубины отпечатков следов космонавтов и «Лунохода-1″ установил существенное различие несущей способности грунта для разных участков. Так, глубина следов космонавтов вблизи вершины насыпного вала… кратера… составляет около 15-20 см, а на расстоянии 4-5 м на ровном участке — около 1 см. Следы четко передают рисунок прессующей детали». Составители добросовестно «запихнули» американцев в солидную энциклопедию. Зря: отпечатки следов подошв астронавтов с трудом выдерживают элементарную критику. Нереально оставить такой глубокий след при весе снаряженных астронавтов, составляющем для Луны всего-то около 16-25 кг (земной вес ребенка или пудовой гири); при этом давление протекторов на грунт было менее 0,1 кгс/см2. При таком давлении лунный грунт должен был проседать не более чем на 5 мм, но уж никак не на 15-20 см. На лунной поверхности слой пыли гораздо больше из-за того, что там нет ветров. Больше пыли — глубже след. К тому же не пропускайте важных деталей: «вблизи вершины насыпного вала…кратера…», а не где-нибудь еще. И вы не можете сказать, на сколько должен был проседать лунный грунт: тут недостаточно просто предположения. Надо, в частности, знать его механические свойства. А, как мы видели выше, характерная особенность лунного грунта — необычно высокая сжимаемость.
Под лунным модулем должна быть огромная воронка. Судя по фильму и фотографиям, ни камешка, ни песка, ни пылинки не вылетело из-под двигателя лунной платформы тягой в безвоздушном пространстве 4530 кГс. Но когда в конце фильма показан старт с Луны лунной кабины какого-то следующего «Аполлона», стартующего со своей металлической платформы, то от струи двигателя тягой 1590 кГс полетели вверх с огромной скоростью камни, на глаз не менее чем в 20-50 кг. Сказать нечего — кино!»Не верю!» 🙂
На самом-то деле все было с точностью до наоборот. Судя по фильмам, фотографиям и докладам астронавтов, пыль при посадке лунной кабины летела вовсю, хотя тяги двигателя этой кабины, к тому же работающего «в четверть силы», явно не хватало, чтобы вырыть яму в грунте. И никаких камней не летело и не могло лететь при старте лунной кабины с Луны — хотя бы потому, что этим камням неоткуда было взяться.
О том, что двигатель лунного модуля при посадке поднимет пыль, предполагали задолго до полетов «Аполлонов». Впрочем, о пыли, летящей из-под садящегося лунного модуля, на Земле стало достоверно известно, опять-таки, ранее посадки «Аполлона-11» — ранее примерно на полминуты:
102:45:08 Олдрин: 60 футов [высоты], вниз 2 с половиной [фута в секунду]. 2 [фута в секунду] вперед. 2 вперед. Это хорошо.
102:45:17 Олдрин: 40 футов, вниз 2 с половиной. Взбиваем пыль.
102:45:21 Олдрин: 30 футов, 2 с половиной вниз. [Неразборчиво] тень.
102:45:25 Олдрин: 4 вперед. 4 вперед. Немного смещаемся вправо. 20 футов, вниз — половина [фута в секунду].
102:45:31 Дьюк (в Хьюстоне): 30 секунд [до «Bingo» — сигнала, предупреждающего об окончании топлива].
102:45:32 Олдрин: Чуть-чуть перемещаемся вперед; это хорошо. [Неразборчиво] [Пауза]
102:45:40 Олдрин: Сигнал контакта. [Щупы, свисающие с посадочных опор вниз на 170 сантиметров, коснулись поверхности Луны.]
102:45:43 Армстронг: Выключение двигателя.
102:45:44 Олдрин: Окей. Стоп, машина.
102:45:45 Олдрин: Ручка управления ориентацией — не в нейтрали.
102:45:46 Армстронг: Не в нейтрали. Авторежим.
102:45:47 Олдрин: Режимы управления — оба «авто». Приоритет управления посадочным двигателем — выключен. Двигатель — выключен. Адрес 413 — введен.
102:45:57 Дьюк (в Хьюстоне): Мы следим, как вы садитесь, «Орел».
102:45:58 Армстронг: Двигатель выключен. [Пауза] Хьюстон, говорит Море Спокойствия. «Орел» сел.
102:46:06 Дьюк (в Хьюстоне): [С облегчением в голосе] Вас понял, Море Ско… [поправляет себя] Спокойствия. Подтверждаю получение сообщения о вашей посадке. Вы тут заставили многих чуть ли не позеленеть от страха. Теперь можно вздохнуть спокойно. Спасибо громадное!
102:46:16 Олдрин: Благодарим вас.
Во время посадки астронавтам было некогда вдаваться в подробности, но после возвращения на Землю Армстронг рассказал, что пыль серьезно мешала управлению кораблем:
«Я впервые заметил, что мы потревожили пыль на поверхности, когда мы были ниже ста футов; мы начали создавать прозрачный слой движущейся пыли, который несколько ухудшил видимость. По мере спуска видимость продолжала ухудшаться. Не думаю, что пыль сильно мешала визуальному определению высоты; однако меня смутило то, что было трудно определить горизонтальную скорость и скорость снижения, так как перед глазами было много движущейся пыли, и приходилось смотреть сквозь пыль, чтобы поймать взглядом неподвижные камни как основу для зрительных оценок. Я нашел это достаточно трудным. Я потратил на то, чтобы погасить горизонтальную скорость, больше времени, чем мог предположить.»
Погасить перед посадкой горизонтальную скорость лунного модуля было необходимо: в противном случае он мог опрокинуться набок в момент посадки.
А при посадке следующего корабля — «Аполлона-12» — пыль создала куда более серьезные затруднения. Она столь сильно ухудшила видимость, что уже через минуту после посадки командир корабля Чарльз Конрад передал на Землю: «Ну, Хьюстон, доложу я вам… Похоже, мы попали в куда более пыльное место, чем Нейл. Хорошо, что у нас был тренажер — это была посадка по приборам». После полета Конрад рассказывал:
«Когда я погасил горизонтальную скорость на высоте 300 футов, мы подняли громадное количество пыли — гораздо больше того, что я ожидал. Это выглядело куда хуже, чем на виденном мною фильме о посадке Нейла. Мне показалось, что пыль поднялась куда выше, чем у Нейла. Возможно, так случилось потому, что мы зависли выше над поверхностью и снижались вертикально. Не знаю точно. Но мы подняли пыль, находясь, наверно, на 300 футах, как я говорил. Я мог видеть сквозь пыль большие камни, но пыль поднялась во все стороны настолько далеко, насколько я мог видеть, и полностью скрыла из виду ямы и все остальное. Я знал лишь то, что под пылью была твердая поверхность. Пыль не мешала определить горизонтальную (вперед или назад) и боковую (влево или вправо) скорости, но я не мог видеть, что находится подо мной. Я знал лишь, что район в целом неплохой, и мог лишь стиснуть зубы и садиться, так как не мог сказать, есть ли внизу кратер или нет. […] В конце концов пыль стала такой сильной, что я абсолютно не мог определить крен аппарата, глядя в окно на лунный горизонт. Мне пришлось пользоваться гирогоризонтом. Я допускал крен до 10 градусов, пока глядел в окно, чтобы удостовериться, что горизонтальная и боковая скорости по-прежнему нулевые.»
Пыль мешала и «Аполлону-15». Его командир Дэвид Скотт сажал корабль практически полностью по приборам, не видя поверхности.
Струи пыли , разлетающиеся из-под двигателя перед посадкой — этакие «танцующие белые иглы», — прекрасно видны на кинопленке. Их можно наблюдать на эпизодах посадки всех «Аполлонов», когда астронавты снимали через иллюминатор приближающуюся лунную поверхность. Особенно хорошо пыль заметна на фильме, снятом астронавтами «Аполлона-16» — прекрасно видны и пылевые струи, и нерезкие очертания тени лунного модуля на пылевом слое, и то, как под слоем поднятой пыли скрываются детали поверхности. Фрагмент этого фильма находится по адресу history.nasa.gov/40thann/mpeg/ap16_landing.mpg (4 Мбайта).
Теперь — о кратере, который должен был образоваться под посадочной ступенью. А собственно, с чего бы там быть кратеру? Только из-за того, что в грунт ударяет газовая струя от зависшего над грунтом аппарата? Это бывает и на Земле — когда самолет с вертикальным взлетом и посадкой (например, английский «Харриер» или советский Як-38) садится на грунт или взлетает с него. Тяга двигателя «Харриера» — 10 тонн, вдвое больше максимальной тяги двигателя лунной кабины. А как мы сейчас увидим, фактическая тяга двигателя лунной кабины в момент посадки раза в четыре меньше его максимальной тяги, так что тяга двигателя «Харриера» при вертикальной посадке больше тяги посадочного двигателя «Аполлона» на порядок. Но «Харриер» не оставляет в грунте заметных ям — хотя пыль , конечно, стоит столбом
Действительно, его максимальная тяга составляет 4530 кГс. Но «в полную силу» этот двигатель работает только только при переходе с окололунной орбиты на траекторию снижения, когда надо изменить скорость лунного корабля на значительную величину. А при маневрировании вблизи поверхности и при посадке двигатель работает в режиме малой тяги, в котором его тяга изменяется в пределах 10-65% от максимальной.
Непосредственно перед посадкой двигатель развивает тягу в несколько раз меньше максимальной — он всего лишь компенсирует вес посадочного модуля, чтобы тот не упал. Масса посадочного модуля — 15065 кг, его вес на Луне — 15065 кг * 1,62 м/c = 24405,3 Н ~=2440 кГс. А если учесть что в момент подхода к самой поверхности Луны почти все топливо посадочной ступени, которое имеет массу 8217 кг, уже израсходовано, то тяга получается примерно (15065 — 8217) кг * 1,62 м/c = 11093,76 Н ~= 1109 кГс — в четыре с лишним раза меньше максимальной.
Подсчитаем давление на лунный грунт, которое создает вытекающая из двигателя газовая струя. Силу давления мы уже знаем — она равна весу лунного модуля в момент посадки, т.е. примерно 1100 кГ. Диаметр сопла двигателя составлял 137 сантиметров, а его площадь — 14775 см. Будем считать, что газовая струя, выходящая из двигателя, не расширяется в стороны, т.е. площадь соприкосновения ее с лунной поверхностью такая же. Разделив 1100 кГ на 14775 см, получим, что давление составляло менее одной десятой атмосферы — вполне достаточно, чтобы сдуть пыль из-под двигателя, но явно маловато для того, чтобы вырыть кратер — особенно в лунном грунте. Этот грунт достаточно твердый: Армстронг и Олдрин не сумели как следует воткнуть в него флагшток.
Это фотография NASA AS11-40-5921 (www.hq.nasa.gov/office/pao/History/alsj/a11/as11-40-5921.jpg ) — вид лунной поверхности под посадочной ступенью «Аполлона-11». Видны последствия воздействия газовой струи на грунт. В полном соответствии с нашими расчетами, никакого кратера под двигателем нет, но пыль непосредственно под двигателем сдута практически полностью, а вокруг — частично.
А вот то, что при взлете с Луны летели камни, вам показалось, а уж то, что камни эти были весом в десятки килограмм — явно приснилось 🙂
При старте мотор взлетной ступени работает действительно на все свои 1590 кГс — на старте двигатели всегда работают на полную мощность, чтобы как можно эффективнее использовать топливо. Это раза в полтора раза больше, чем силя тяги посадочного двигателя в момент посадки. Но между посадкой и взлетом лунной кабины есть гораздо более существенная разница.
При посадке газовая струя двигателя ударяет непосредственно в лунную поверхность. А при взлете нижняя часть лунного модуля — посадочная ступень, — остается на Луне , и струя газа от двигателя взлетной ступени ударяет именно в нее, а не в грунт. Так что камням просто неоткуда взяться — посадочная ступень, все-таки, не из кирпича сложена. Что действительно летит во все стороны при старте с Луны — это всякие лоскутья и лохмотья, которые газовая струя взлетного двигателя, бьющая в упор в посадочную ступень, отрывает от ее теплоизоляции. Эти лохмотья хорошо видны на видеоролике, который снят через иллюминатор взлетной ступени «Аполлона-14» во время ее старта с Луны: history.nasa.gov/40thann/mpeg/ap14_ascent.mpg (2 Мбайта).
Двигатель запущен, и через кадр проносится куча обрывков и лохмотьев. А вот не спеша пролетает особенно крупный лоскут. На этом видеофрагменте также отчетливо видно, что стоящий совсем рядом с лунным модулем флаг при старте лунной кабины начинает сильно раскачиваться, но остается на месте. А газовая струя, способная поднять камни в полцентнера весом, наверняка унесла бы этот флаг очень и очень далеко.Обратите также внимание на лунную поверхность. Таких потоков пыли, полностью скрывающих ее детали, какие были при посадке, при взлете не наблюдается.
Ладно, но почему при прилунении вылетевшая из-под двигателя пыль не осела на поручнях и ступеньках лунного модуля?
Это потому, что там нет воздуха. На Земле поднятая пыль, конечно, поднялась бы в воздух и немалая ее часть осела бы на опустившемся модуле. А на Луне газовая струя, бившая в грунт, растекалась по лунной поверхности и уносила пыль в стороны. Эти струи пыли хорошо видны на кинокадрах.
Вот эпизод из фильма — посадка «Аполлона» на Луну. В иллюминаторе — приближающаяся лунная поверхность. И на ней — никаких отблесков пламени от работающего двигателя, даже в тени от лунного модуля.
Вот телевизионные кадры старта «Аполлона-17» с Луны. Взлетная ступень вдруг начинает подниматься вверх, и опять — никакого пламени. Ее в самом деле, что ли, на веревке поднимают?
А вот опять фильм — вид из командного отсека на приближающийся лунный модуль на фоне Луны . Он вдруг начинает поворачиваться, потом останавливает вращение, тормозит при приближении к командному отсеку. И хоть бы язычок пламени из ясно видимых в кадре двигателей ориентации, с помощью которых якобы осуществляются все эти маневры! Сплошные комбинированные съемки все это! Вообще-то, пламя бывает разное. Пламя свечи, например, намного ярче, чем пламя кухонной газовой плиты, хотя последнее гораздо сильнее, чем у свечи — попробуйте как-нибудь вскипятить чайник на свечке и посмотрите, сколько на это потребуется времени. Все зависит от того, какое топливо сгорает.
На лунных модулях «Аполлонов» использовалось такое же топливо, на котором летает «Титан»: аэрозин-50 и четырехокись азота. А тяга двигателя посадочной ступени при посадке — немногим более тонны. Так что пламя от двигателя должно быть совсем неярким, его отблески не будут заметны на освещенной Солнцем лунной поверхности и вряд ли смогут заметно подсветить тень от лунного модуля.
Пламени двигателя взлетающей лунной ступени (тяга — полторы тонны) действительно не видно, но при этом надо сказать, что на телевизионных кадрах ее взлета вообще мало что видно — очень уж неважное у них качество.
Видеофрагмент со взлетом лунной кабины с Луны (вид со стороны) можно найти здесь: history.nasa.gov/40thann/mpeg/ap17-ascent.mpg (4 Мбайта).
Однако в конце этого видеоролика кабина поднимается на большую высоту (длинная у насовцев была запасена веревка, правда?) и поворачивается двигателем к камере. В это время телекамера издали «заглядывает» прямо в двигатель, и становится видно пламя внутри камеры сгорания, имеющее очень высокую температуру.
А о двигателях ориентации и говорить смешно: их тяга — всего-навсего 45 килограмм (топливо — то же самое). На фоне ярко освещенной Луны их пламя совсем незаметно. Видеоролик, где показаны маневры лунной кабины «Аполлона-11» перед стыковкой с основным блоком, можно посмотреть здесь: http://spaceflight.nasa.gov/gallery/video/apollo/apollo11/mpg/apollo11_onbclip14.mpg (1,7 Мбайт).
А если бы это были комбинированные съемки, то тут уж мастера по спецэффектам точно постарались бы вовсю: изобразили бы пламя минимум на полэкрана.
Да, а кто управлял телекамерой, которая снимала взлет «Аполлона-17» с Луны? Камера-то двигалась и поворачивалась вверх, следя за улетающим кораблем. Ведь на Луне никого не осталось. Или все-таки у американцев был какой-то телеоператор-самоубийца, оставшийся на Луне, чтобы заснять отлет со стороны?
Телеоператор у американцев был, и вовсе не какой-то, а вполне определенный — Эд Фенделл. Самоубийцей ему не надо было становиться потому, что находился он в Хьюстоне и управлял камерой, оставленной астронавтами на Луне, по радио. В телепередачах с Луны не редкость, что камера поворачивается, «приближается» или «удаляется» от объекта съемки с помощью телеобъектива, хотя при этом оба астронавта находятся в кадре и управлять камерой как будто некому. Объяснение все то же: телеоператор находился на Земле.
Человек на Луне? Какие доказательства? Попов Александр Иванович
Почему нетронута пыль под соплами лунных модулей?
По рассказам астронавтов лунная пыль выглядит, как пудра, графитовый порошок или тальк . А как должна воздействовать на такую тонкую пыль струя газов, вырывающаяся из сопла спускающегося лунного модуля? При посадке посадочный двигатель должен работать с силой (тягой) более одной тонны . Много это или мало? Как это можно представить наглядно?
10 «ураганов» над слоем пудры
Вот пример, взятый с сайтов НАСА. Он, правда, касается описания взлёта лунного модуля, а не посадки, о которой здесь идёт речь. Но мощности, которые обеспечивают посадочный двигатель при посадке и взлётный двигатель при взлёте, примерно равны . На илл.6 показан флаг, стоящий, судя по фигуре астронавта, примерно в 8-10 м от лунного модуля А-11.
Илл.6 . Этот флаг, по сведениям от НАСА, будет сдут во время старта лунного модуля выхлопом газовой струи двигателя
Этому флагу по рассказам НАСА не было суждено остаться на Луне: «он был сдут выхлопом газовой струи двигателя лунного модуля при его взлёте с Луны» . Такова наглядно сила взлётного двигателя, а, значит, такова и сила посадочного.
Сопоставим силу двигателя с таким явлением природы, как ураган. Ураган – это ветер со скоростью выше 35 м/с . Встречаясь с препятствием на своём пути, он давит на него с силой в 0,01 атм. (см. приложение). Зная примерно площадь фигуры человека, легко посчитать, что при урагане человека толкает сила в 50 кГ. Неудивительно, что человек при этом ищет укрытия.
Давление струи посадочного двигателя на поверхность посадочной площадки равно примерно 0,1 атм., то есть оно в 10 раз больше, чем давление при ураганном ветре. Так что на срезе сопла, можно сказать, бушуют сразу 10 ураганов. В этом свете вполне резонно воспринимаются следующие рассказы астронавтов.
Астронавт Армстронг (А-11): «мы потревожили пыль на поверхности, когда мы были ниже ста футов (30 м)… перед глазами было много движущейся пыли» .
Астронавт Конрад (А-12): «…мы подняли громадное количество пыли. Пыль поднялась во все стороны настолько далеко, насколько я мог видеть, я не мог видеть, что находится подо мной» (раздел 8).
Астронавты А-14: «при посадке поднялось огромное облако бурой пыли» .
Итак, у всех астронавтов пыль разлетается вовсю. И, если посадочный двигатель начинает разгонять пыль, находясь на высоте десятиэтажного дома, то, что же сделают его «10 ураганов» с этой «пудрой или тальком», во время посадки, когда струя дует в упор?
Оказывается, – ничего. Или практически ничего. Именно такой неожиданный вывод следует, если познакомиться с тем, как выглядят на снимках НАСА лунные модули, стоящие на Луне.
А где следы от этих «ураганов»?
Вот фрагмент снимка НАСА, на котором астронавт стоит около «Орла» (илл.7). Вокруг лежит ровный, не потревоженный слой пыли. Ни углубления под соплом, ни следов раздувания пыли вокруг модуля. Только следы от башмаков астронавтов нарушают нетронутый вид пылевого покрова. Такое впечатление, что «Орёл» прилетел с выключенным двигателем, то есть просто упал на Луну. Но ведь он цел, да и отчёт НАСА утверждает, что «Орёл» сел с включённым двигателем, так как астронавты немного замешкались с его выключением.
Вот отрывок из записи переговоров экипажа «Орла» с Центром управления в Хьюстоне, звучавших, по данным НАСА, в момент прилунения . Цифры, стоящие перед каждой фразой означают часы, минуты и секунды, прошедшие после старта корабля с космодрома:
102:45:40 Олдрин: Сигнал контакта. [Специальные контактные щупы, свисающие с посадочных опор вниз на 170 сантиметров, коснулись поверхности Луны и «сообщили» об этом]
102:45:43 Армстронг: Выключение двигателя.
102:45:44 Олдрин: Окей. Стоп, машина .
(Армстронг позднее написал в отчёте: «Фактически двигатель работал до самого касания. Касание получилось очень мягким. Я даже не почувствовал, когда оно произошло. Он опустился как вертолёт и сел»).
102:45:47 Олдрин: Режимы управления – оба «авто». Двигатель – выключен .
102:45:57 Дьюк (в Хьюстоне): Мы следим, как вы садитесь, «Орёл».
102:45:58 Армстронг: Двигатель выключен. Хьюстон, говорит Море Спокойствия. «Орёл» сел.
Илл.7. Нетронутая пыль под лунным модулем А-11
Илл.8. Нетронутая пыль под лунным модулем А-14
Итак, «Орёл» сел с ещё не выключенным двигателем. Из приведённой записи следует, что с момента касания щупов (102:45:40) до момента окончательной посадки (102:45:58) прошло 18 секунд. Значит, всё это время «Орёл» висел над посадочной площадкой на высоте 170 см и менее, а его работающий двигатель с такого маленького расстояния, почти «в упор» сдувал и гнал во все стороны лунную пыль. Но следов его работы не видно. Получается нестыковка в рассказе и в «показе».
Похожие нестыковки можно отметить и для других «лунных» «Аполлонов». Посмотрев, например, видеоклип НАСА о посадке А-14 на Луну , [ив17], можно увидеть, что после того, как модуль А-14 уже сел, его посадочный двигатель продолжал работать целых 7 секунд, то есть 7 секунд он сдувал пыль под собой. Так – в фильме. Но, посмотрите на снимок пылевого покрова под соплом (илл.8). Где на нём следы от этих 7 секунд работы струи, направленной в одну точку? Откуда поднялось то «огромное облако бурой пыли», о котором рассказывали астронавты?
Из книги Не кысь [сборник] автора Толстая Татьяна НикитичнаОгонь и пыль Интересно, где теперь безумная Светлана по прозвищу Пипка, та, про которую одни с беспечностью молодости говорили: «Да разве Пипка – человек?», а другие возмущались: «Что вы ее к себе пускаете? Книги бы поберегли! Она же все растащит!» Нет, они были не правы:
Из книги Человек на Луне? Какие доказательства? автора Попов Александр ИвановичГде сняты ступени S-IVB «лунных» «Аполлонов»? Илл.19. Где сняты ступени S-IVB «лунных» «Аполлонов»: А-8 (а), А-10 (б), А-15 (в), А-17 (г)?Астронавты лунных «Аполлонов» сделали много снимков отделившейся ракетной ступени S-IVB, но Земли на них не было. Все обнаруженные автором снимки
Из книги Дуэль, 2009 № 01-02 (601) автора Газета Дуэль9. Лунная ли это пыль? Надо ли летать на Луну, чтобы снять след от ботинка? Когда представителю НАСА Б. Уэлчу (илл.1) по ходу фильма [ф3] надоело отвечать на вопросы скептиков, он сказал так: «Есть один факт, который очень трудно оспорить. Это – наши следы. Следы от обуви на
Из книги Ни дня без мысли автора Жуховицкий ЛеонидВ тени лунных модулей В тени «Аполлона-11» Илл.5. К анализу фотографии лунного модуля А-11На илл.5 показан лунный модуль А-11, находящийся, согласно информации НАСА, на Луне.Цифрами 1-8 выделены места фотографии, с помощью которых можно увидеть, что лунный модуль освещён лучами
Из книги Эссе и рецензии автора Набоков ВладимирПЫЛЬ В ГЛАЗА Циничный обман и наглый блеф! Своим объясняют, что бесконечные реформы армии и «оборонки» ведут к их укреплению, и обороноспособность государства вот-вот поднимется на недосягаемую высоту. Чужим - будто есть ещё порох в пороховницах. А так как со стороны
Из книги Литературная Газета 6241 (37 2009) автора Литературная ГазетаЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ Мальчик девятнадцати лет дает интервью одному из наших телевизионных каналов. Не солирует - рядом еще несколько физиономий, мальчику достается от силы минуты полторы. Фамилию не помню, да фамилии и нет: где-то что-то поет с тремя ровесниками. Но текст
Из книги Революционное богатство автора Тоффлер Элвин1928 АНТОЛОГИЯ ЛУННЫХ ПОЭТОВ Перевел с лунных наречий С. Ревокатрат. Париж.(Впервые: “Руль”, 30 мая 1928.)Лунная литература чрезвычайно богата и разнообразна. В России ее знали плохо. Очень отрадно поэтому, что русскому читателю дано, наконец, несколько образцов поэзии,
Из книги Литературная Газета 6411 (№ 15 2013) автора Литературная ГазетаПыль придорожная Тама Яновиц. Отдамся в хорошие руки: Роман / Пер. с англ. В. Пророковой. - М.: Иностранка, 2009. - 464 с.Характерный образчик современной американской прозы - автора называют певцом, а лучше сказать, воспевательницей нью-йоркской богемы. Правда, взбалмошное
Из книги Не кысь [сборник; др. издание] автора Толстая Татьяна Никитична«Желтая пыль» Еще одна причина кроется в ремарке Харриет Бэббит, бывшем заместителе директора Агентства международного развития США: «Мы быстрее глобализируем наши пороки, чем добродетели».К примеру, поданным ООН, незаконный оборот наркотиков составляет 400 миллиардов
Из книги 18000 километров по Соединенным Штатам Америки автора Овденко Александр ВасильевичУмная пыль Перемены, которые несут с собой биотехнологии, космические технологии и Интернет, еще не показывают в полной мере всех возможностей разработок, осуществляемых в лабораториях богатого мира. Они включают в себя тысячи предназначенных для других нужд
Из книги Тигр в гитаре автора Феофанов Олег АлександровичПыль Творения Все взрослые сначала были детьми, только мало кто из них об этом помнит. Антуан де Сент-Экзюпери Мне иногда кажется, что всех людей можно разделить на тех, в ком живёт их детство, и на тех, кто
Из книги Берлин – Москва. Пешее путешествие автора Бюшер ВольфгангОгонь и пыль Интересно, где теперь безумная Светлана по прозвищу Пипка, та, про которую одни с беспечностью молодости говорили: «Да разве Пипка - человек?», а другие возмущались: «Что вы ее к себе пускаете? Книги бы поберегли! Она же все растащит!» Нет, они были не правы:
Из книги Идем на восток! Как росла Россия автора Вершинин Лев РэмовичАйдахо-край картофеля и «лунных» кратеров Дорога становилась все труднее и опасней, хотелось поскорее выбраться из Скалистых гор.Первые часы в Айдахо нас уже ничто не интересовало, кроме мотеля, а когда мы нашли его, то, даже не ужиная, отправились спать. Мы были довольны,
Из книги автораПыль на сувениры В 1956 году в США, Канаде и ряде других стран возникли тысячи клубов поклонников Пресли. Наконец, в США создается «Национальный клуб поклонников Элвиса Пресли» во главе с директором Джимми Роуз, чья должность оплачивается фирмой «RCA Victor».Фэнклубы, или,
Из книги автораПыль дней На рассвете я покинул Новогрудок и спустился в пекло равнины, с каждым днем становившееся все невыносимее. Говорили, что это лето было самым жарким за сто лет, но пока солнце еще невысоко поднялось над горизонтом и деревья по дороге на Кареличи укрывали меня
Из книги автораПыль, пыль, пыль Вторая англо-афганская война, на сей раз за полное подчинение Афганистана, оказалась затеей непредсказуемо трудной. Кабул-то взяли легко, и крупные города оккупировали без проблем, но тогда только и началось. Во время мятежа в Кабуле погиб эмир-марионетка,
Есть ли на Луне пыль? Что говорили об этом Азимов, Кларк, Сергей Королев? Что показал эксперимент? А есть ли пыль вокруг Луны?
Вернувшись на корабль, затолкал свой скафандр в контейнер и припоминаю теперь, что он весь был покрыт тонкой пылью. Какой-то странной пылью, на ощупь сухой и мелкой, как соль; ее трудно было стереть с рук.
Станислав Лем, «Мир на Земле»
Не так давно человечество отметило 60-летний юбилей начала космической эры - 4 октября 1957 года был запущен первый советский искусственный спутник Земли. После этого многие интеллектуалы начали размышлять о предстоящих лунных миссиях. В 1959 году американский фантаст и популяризатор науки Айзек Азимов опубликовал научно-популярную статью «14 Million Tons of Dust Per Year» в журнале Science Digest . Хотя «14 миллионов тонн» относились к количеству пыли, падающей на всю поверхность Земли за год, эти данные позволили оценить ожидаемую толщину слоя пыли на лунной поверхности в несколько десятков метров. Основываясь на этих предположениях, британский фантаст Артур Кларк в 1961 году написал научно-фантастический роман «Лунная пыль». Согласно сюжету романа, на Луне, покрытой очень толстым слоем пыли, между поселениями курсируют специальные корабли-пылеходы.
Проекты долговременного лунного поселения разрабатывали в СССР примерно с 1960 года в конструкторском бюро общего машиностроения под руководством В. П. Бармина. Идею создания таких поселений выдвинул С. П. Королев, а за образец приняли модули, используемые при устройстве станций в Антарктиде. Часть специалистов предполагала, что пылевой слой поглотит любой прилунившийся аппарат, а тем более постройку. Существует легенда, что бесконечным спорам по этому поводу положил конец сам С. П. Королев. На одном из совещаний он написал в блокноте: «Луна - твердая. С. Королев», поставил дату, расписался и вручил листок с «резолюцией» своему оппоненту. Легенда легендой, но сохранилась его записка с примерно таким - по смыслу - текстом.
Королев оказался прав. Уже в 1966 году советская автоматическая станция «Луна-9», сконструированная с учетом предположения о достаточно твердом лунном грунте (типа пемзы), совершила посадку на ее поверхность. Американские астронавты, побывавшие на Луне в 1969–1972 годах, выяснили, что слой пыли на лунной поверхности не превышает нескольких сантиметров или десятков сантиметров. За счет адгезии эта пыль прилипает к скафандрам астронавтов (рис. 1), поверхностям космических аппаратов, приборам и устройствам. На поверхности приборов, покрытых пылью, резко возрастает поглощение солнечного излучения, это может повлечь перегрев; возможны и другие неприятности. На скафандрах пыль заносится внутрь лунного модуля, и весь трехдневный обратный путь на Землю астронавты будут вдыхать ее частицы, взвешенные в воздухе в состоянии невесомости. Таким образом, лунная пыль - существенный фактор риска и для здоровья астронавтов.
Во время космических миссий кораблей Apollo к Луне было замечено, что солнечный свет рассеивается в области терминатора: зоны между «днем» и «ночью». Это, в свою очередь, приводит к формированию лунных зорь (lunar horizon glow ) и стримеров над лунной поверхностью (рис. 2). Последующие наблюдения показали, что рассеяние света, скорее всего, происходит на заряженных частицах пыли, источником которых служит поверхность Луны. Данные спускаемых космических аппаратов Surveyor позволили сделать вывод, что микронные пылевые частицы могут парить приблизительно в 10–30 см от поверхности Луны. В миссиях Apollo проводились визуальные наблюдения с целью доказать существование субмикронной пыли в лунной экзосфере на высотах вплоть до 100 км. Наличие субмикронной пыли над Луной подтверждают недавние наблюдения американского лунного орбитального аппарата LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer ). Оказалось, что вокруг Луны, по крайней мере, на высоте от 1 до 260 км, непрерывно присутствует пылевое облако.
Вообще говоря, вопреки имеющимся представлениям, пространство над Луной - не совсем вакуум. Имеется разреженная лунная атмосфера, включающая нейтральные атомы и молекулы, ионы, электроны и заряженные пылевые частицы. Вот каковы, например, концентрации газов перед восходом Солнца (данные LACE, Lunar Atmospheric Composition Experiment ): СО и CO 2 - 1∙10 3 см −3 , N 2 - 8∙10 2 см −3 , CH 4 - 1∙10 4 см −3 , а что касается инертных газов, то наличествует He - 2∙10 3 см −3 днем и 4∙10 4 см −3 ночью, и Ar - 1∙10 5 см −3 днем и 4∙10 4 см −3 ночью.
Принято считать, что пыль над лунной поверхностью живет не сама по себе, что она - составная часть плазменно-пылевой системы (рис. 3). Поверхность Луны заряжается под действием электромагнитного излучения Солнца, плазмы солнечного ветра, плазмы хвоста магнитосферы Земли. При взаимодействии с излучением лунные породы испускают электроны благодаря фотоэффекту; кроме того, они поставляются и пылевыми частицами, парящими над поверхностью Луны, которые тоже поглощают солнечный свет. Однако пылевые частицы, находящиеся на поверхности Луны или в приповерхностном слое, не только испускают, но и поглощают фотоэлектроны, а также фотоны солнечного излучения, электроны и ионы солнечного ветра; если же Луна находится в хвосте магнитосферы Земли - то электроны и ионы плазмы магнитосферы. Все эти процессы приводят к зарядке пылевых частиц, их взаимодействию с заряженной поверхностью Луны, перемещению и, возможно, подъему.
Важным источником пылевых частиц в пространстве над лунной поверхностью считаются так называемые временные атмосферы. У космических тел, не имеющих собственных атмосфер, таких как Луна, Меркурий и астероиды, эти атмосферы возникают из-за соударений с достаточно крупными метеороидами или космическими аппаратами. Такая временная атмосфера была обнаружена у поверхности Луны. Расчеты для метеороида размером 10 см, движущегося со скоростью 20 км/с, показывают, что при ударе такого метеороида о поверхность Луны образуется выброс, плюм (англ. plume - факел) из испаренного вещества, имеющий коническую форму (рис. 4). За 2,5 секунды высота плюма достигает 10 км, радиус - 5 км, а характерная плотность снижается до 10 –15 г/см 3 . После этого начинается бесстолкновительная фаза эволюции - свободный разлет атомов и молекул. При этом из-за солнечного ветра атомы и молекулы ионизуются и образуется плазма.
Кроме электронов, ионов и нейтралов в плазме плюма присутствуют микрочастицы. Первый тип частиц - мелкие капли, они создаются в результате конденсации при расширении вещества плюма, в них успевает собраться 20–30% вещества. Такие капли имеют приблизительно одинаковый размер - около 3 мкм и летят со скоростью 3–5 км/с. Это больше второй космической скорости для Луны (2,38 км/с), поэтому они покидают Луну и часть их долетает до Земли. Второй тип частиц - пыль - выбрасывается из воронки, образованной при соударении метеороида и слоя реголита (лунной породы). Типичный размер этих частиц 30 мкм, скорость 0,3–1 км/с. Если метеороид был размером 10 см, то получится около 4∙10 11 частиц. Эти частицы не покидают Луну, при скорости 0,3 км/с они падают обратно за примерно 20 с; максимальная высота их подъема 3 км. Для такого метеороида плюм расширяется до 500 км - тогда плотности плазмы в плюме и плазмы солнечного ветра сравниваются, он сливается с космическим фоном. Это происходит через 250 с после столкновения.
При этом протекает множество других процессов (рис. 5). Возникает электромагнитное излучение, в частности, в оптическом диапазоне, которое при соударениях достаточно больших метеороидов может наблюдаться даже с поверхности Земли; формируется бесстолкновительный ударно-волновой фронт, связанный с возбуждением турбулентности в плазме плюма метеороида; межпланетное магнитное поле выталкивается из области плюма; идут образование микромасштабных частиц и их зарядка; передача энергии электронам, ускорение частиц в результате взаимодействия с плазменной турбулентностью; возникают ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Серьезные вычислительные модели эти процессы так или иначе учитывают.
Столкновения крупных метеороидов с Луной и формирование временной атмосферы, хотя и не очень редкие, но все же нерегулярные явления, они не могут сформировать постоянное плазменно-пылевое облако над Луной. А оно существует. Кроме данных LADEE имеется также ряд косвенных свидетельств. Например, советские аппараты «Луна-19» и «Луна-22» для определения концентрации электронов над Луной проводили радиозатменные измерения - изучали прохождение радиоволн через лунную экзосферу. Оказалось, что над освещенной солнечным излучением стороной Луны, на высоте от 10 до 30 км концентрация электронов составляет 500–1000 см −3 . Эти величины согласуются с данными, полученными на основе радиозатменных измерений Крабовидной туманности, что говорит об их надежности.
Объяснить существование пылевого облака удается, если учесть удары мелких метеоритов о поверхность Луны. Концентрация пылевых частиц в облаке определяется потоком частиц, образующихся в результате ударов метеороидов и поднимающихся над лунной поверхностью. Количество соударений с лунной поверхностью метеороидов размером 10 –5 см и более - порядка 100 м −2 в сутки. Большинство ударников имеют субмикронный и микрометровый размер, их средняя скорость приблизительно равно 27 км/с.
При соударении высокоскоростного метеороида с лунной поверхностью происходит сильное сжатие и нагрев вещества ударника и мишени. Из-за высокого давления образуется сильная ударная волна, распространяющаяся от эпицентра удара и при этом ослабевающая. В итоге она трансформируется в линейную звуковую волну. Вокруг центра метеороидного взрыва, расположенного под поверхностью, формируются зона испарения вещества (I), зона плавления вещества (II), зона разрушения частиц, составляющих лунный реголит, и их необратимых деформаций (III), а также зона нелинейных упругих деформаций вещества реголита (IV), характеризуемая значениями давления в нелинейной звуковой волне, меньшими динамического предела упругости (рис. 6). За зоной IV находится зона линейных упругих деформаций (V), в которой звуковая волна может рассматриваться как линейная.
При распространении ударной волны вдоль лунной поверхности вдали от эпицентра метеороидного удара в приповерхностном слое формируется волна разрежения и появляется вертикальная компонента массовой скорости вещества за фронтом ударной волны, которая обычно с точностью до порядка величины совпадает с компонентой скорости, направленной вдоль поверхности. Вычисляя глубину откольного слоя, то есть слоя, в котором фрагменты с поверхности лунной породы отделяются в результате взаимодействия с волной сжатия, а также среднее значение потока метеороидов на поверхности Луны, можно найти количество пылевых частиц, поднимающихся в единицу времени над единицей площади лунной поверхности вследствие ударов метеороидов.
Из разных зон происходит разное количество частиц, и ведут они себя по-разному. Например, масса частиц, происходящих из зоны V линейных упругих деформаций вещества реголита и поднимающихся над поверхностью Луны на высоту, более 10 м, превосходит массу поднимающегося вещества, происходящего из других зон (I–IV), в 80 раз. Масса пылевых частиц из зон IV и V упругих деформаций, поднимающихся над поверхностью Луны на высоты, большие 10 км, в четыре раза превосходит массу поднимающегося вещества из зон I–III. Зато только материал из зоны испарения вещества (I), зоны плавления вещества (II), а также зоны разрушения частиц, составляющих лунный реголит, и их необратимых деформаций (III) может достигнуть высоты 100 км над поверхностью Луны и выше. На 700 км поднимается лишь материал, выбрасываемый ударной волной из зоны испарения (I) и зоны плавления (II).
Важную роль при формировании пылевого облака над поверхностью Луны играет зона плавления вещества (II). Прежде всего, значительная доля частиц, образованных из вещества этой зоны, обладает скоростью, меньше второй космической скорости для Луны, то есть они не покидают ее навсегда, движутся по финитным траекториям и в итоге возвращаются на поверхность Луны. Кроме того, из-за фрагментации вещества из зоны плавления число частиц оказывается достаточно большим.
Процесс образования частиц из зоны плавления качественно выглядит так. В результате метеороидного удара пористый реголит сжимается ударной волной до плотностей сплошного вещества. Если при выходе ударной волны на свободную поверхность давление за фронтом волны оказывается больше порогового давления полного плавления, но при этом меньше порогового давления полного испарения, то материал оказывается полностью расплавленным (зона II). После выхода ударной волны на свободную поверхность оболочка выбрасывается в свободное пространство находящимся позади нее расширяющимся паром. Материал, выбрасываемый ударной волной в свободное пространство из зоны плавления вещества (II), представляет собой жидкость, распадающуюся на фрагменты. Равновесные капли образуются, когда в капельно-паровом потоке объем, занимаемый паром, становится сопоставимым с объемом жидкости. Численная модель позволяет оценить концентрацию капель, и результат соответствует наблюдаемой в рамках миссии LADEE концентрации пылевых частиц в облаке. Поднимаясь над поверхностью Луны, жидкие капли расплава затвердевают и, взаимодействуя с электронами и ионами солнечного ветра, а также с солнечным излучением, приобретают электрические заряды.
Поскольку поток метеороидов (в том числе и микрометеороидов) на лунную поверхность есть всегда, пылевое облако над Луной существует непрерывно, что также соответствует данным LADEE. То, что пылевое облако образовано веществом, поднятым с поверхности Луны вследствие ударов метеороидов, объясняет обнаруженное миссией LADEE скачкообразное возрастание концентрации пыли во время взаимодействия некоторых из ежегодных метеорных потоков с Луной, в частности во время высокоскоростного метеорного потока Геминид.
В будущих лунных исследованиях, на посадочных модулях станций «Луна-25» и «Луна-27» предполагается разместить аппаратуру, которая будет и непосредственно детектировать пылевые частицы над поверхностью Луны, и проводить оптические измерения.
Пыль в приповерхностном слое над Луной имеет свои особенности. Прежде всего, там преобладают электростатические и плазменно-пылевые процессы. Поверхность Луны заряжается под действием электромагнитного излучения Солнца, плазмы солнечного ветра, плазмы хвоста магнитосферы Земли. При взаимодействии с солнечным излучением и поверхность Луны, и частицы пыли испускают электроны вследствие фотоэффекта, таким образом над поверхностью формируется слой фотоэлектронов. Но в то же время и пылевые частицы, и поверхность поглощают фотоэлектроны, фотоны солнечного излучения, электроны и ионы солнечного ветра, а если Луна находится в хвосте магнитосферы Земли, то электроны и ионы плазмы магнитосферы. Все эти процессы приводят к зарядке пылевых частиц, их взаимодействию с заряженной поверхностью Луны, подъему и движению пыли.
Интерес к описанию плазменно-пылевой системы в окрестности Луны возрос в конце 1990-х годов, когда были разработаны методы исследования пылевой плазмы. Удалось, в частности, изучить плазменно-пылевую систему в приповерхностном слое освещенной части Луны, в том числе и в области высоких широт - предполагаемой зоне прилунения посадочных модулей станций «Луна-25» и «Луна-27».
Исследование освещенной части Луны важно для этих проектов, поскольку станции, питающиеся от солнечных батарей, будут работать в основном во время лунного дня. Представленные на рис. 7, а–в гистограммы описывают расчеты концентраций пылевых частиц над поверхностью Луны для углов между местной нормалью и направлением на Солнце, равных 77°, 82° и 87°. Видно, что поведение частиц сильно зависит от этого угла. На рис. 7, г показано, до каких максимально возможных высот могут подняться пылевые частицы. Полученные данные опровергают выводы более ранних работ о существовании так называемой мертвой зоны, где пылевые частицы не поднимаются с поверхности, в области лунных широт около 80° - тех самых, где планируется прилунение станций.
При расчете параметров плазменно-пылевой системы важен квантовый выход лунного реголита, то есть количество электронов, выбиваемых с поверхности реголита одним фотоном. Имеющиеся данные пока недостаточно надежны. Так, даже при экспериментальных исследованиях частиц реголита, доставленных в миссиях Apollo-14, 15 , не было возможности работать с образцами, хранившимися до этого в высоком вакууме. Манипуляции с частицами проводили в инертной атмосфере, содержащей примеси. Поверхность образцов подвергалась воздействию чужеродных веществ, ее квантовый выход и работа выхода могли измениться.
Эти параметры надо определить методами, исключающими взаимодействие образцов с земным воздухом. Однако обеспечить доставку лунного грунта без контакта с земной атмосферой довольно сложно. Идеальным решением проблемы было бы проведение исследования непосредственно на Луне. Возможная схема эксперимента представлена на рис. 8. Источником электромагнитного излучения служит Солнце, для концентрации излучения используются зеркала. Правда, при этом несколько изменяется спектр излучения, но зато усиление его интенсивности позволит получить более надежные результаты. В качестве источника излучения можно было бы взять светодиоды или газоразрядную лампу, но их спектр отличается от солнечного гораздо сильнее. Для измерения параметров плазмы предлагается использовать зонд Ленгмюра, детектировать поток фотоэлектронов как при освещении источником света лунной поверхности, так и в его отсутствие, и регистрировать их энергетический спектр. Оборудование для этого эксперимента, возможно, будет размещено на спускаемом модуле станции «Луна-27» - на штанге, позволяющей отдалить его от посадочного модуля, - это снизит влияние фотоэлектронов, испускаемых модулем, на результаты. Для этой же цели предполагается покрасить части аппарата, прилегающие к штанге, красителем, уменьшающим генерацию фотоэлектронов.
Нынче происходит определенный ренессанс исследований Луны - о планах исследования Луны в XXI веке заявили Европейский союз, Индия, КНР, США, Япония. В России готовятся миссии «Луна-25», «Луна-26» и «Луна-27». Завершились исследования в рамках миссии НАСА LADEE. Много внимания во всех программах уделено исследованиям лунной пыли. Если данные миссий 1960–1970-х годов позволяли судить лишь о присутствии пыли в экзосфере Луны, то современные миссии предполагают целенаправленное изучение свойств лунной пыли. Подготовка лунных миссий сопровождается соответствующими теоретическими исследованиями, часть результатов приведена выше. Остается дождаться данных, которые позволят усовершенствовать наши теории.
Исследования лунной пыли приобретают особую важность, если вспомнить о планах создания обитаемой лунной базы, которая обсуждается достаточно активно. Как написал астронавт миссии Apollo-17 Харрисон Шмитт: «Пыль - это экологическая проблема номер один на Луне». Она явно не полезна, особенно при попадании в легкие. В экспедициях 1960–1970-х годов контакт с лунной пылью был коротким, но, когда будут создаваться долговременные базы, проблему пыли придется решать, чтобы избежать серьезных проблем со здоровьем участников экспедиции. Да и аппаратуре эта пыль вряд ли будет полезна.
