XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Луна. Мирный космос.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
“Посреди небесных тел
Лик Луны туманный,
Как он кругл и как он бел,
Точно блин с сметаной...”
М.Ю.Лермонтов
В этом году исполняется 50 лет со дня запуска последней АМС серии “Зонд” - “Зонд-8”. 27 октября 1970 г. Станция вернулась на Землю, совершив нештатную посадку в Индийский океан. По снимкам восточного сектора приэкваториальной зоны обратной стороны Луны была составлена карта поверхности Луны. Первый автоматический самоходный аппарат был доставлен АМС “Луна-17” 17 ноября 1970 г. После осмотра места посадки “Луноход-1” съехал по трапам на лунную поверхность. И в этот знаменательный период, а именно 50 лет со дня таких важных событий в изучении лунной поверхности, я решил обратить внимание на исследования нашего спутника.
Актуальность темы
Целью моего проекта является изучение особенностей Луны и её влияние на Землю. Значимость работы заключается в том, что Луна интересна многим странам, но никому не принадлежит. Она может положить начало мирному сотрудничеству в космосе главных космических держав, толерантности и дальнейшему развитию всех мировых экономик.
Задачи проекта:
изучить источники по данной теме, используя литературу и Интернет;
расширить школьные знания о Луне;
собрать интересные сведения о нашем спутнике и истории его исследования.
Актуальность темы заключается в том, что Луна – единственный спутник Земли и возможный плацдарм для всего человечества.
Луна и её внутренняя структура
Л уна – первый спутник при удалении от Солнца и единственный естественный спутник Земли и самый крупный спутник вплоть до пояса астероидов. Спутники Марса – Фобос и Деймос – меньше Луны примерно в 130 раз. От Земли Луна находится на расстоянии в 384 тысячи километров. Её экваториальный радиус равен 1738 км, что примерно соответствует 0,27 земного радиуса.
Д вижение Луны по околоземной орбите происходит нестрого по окружности. Постоянные, хотя и малые колебания (отклонения) в этом движении называются прецессией. Они вызываются воздействием на Луну других небесных тел, а первую очередь Земли и Венеры. Кроме того, ось вращения Луны не является неподвижной, а описывает конус. Это явление называется нутацией. Наконец, всё тело Луны при движении по орбите покачивается как вперёд-назад, так и в меньшей степени наклоняется влево-вправо. Эти покачивания получили название либрация.
П о данным сейсмических наблюдений уверенно выделяют кору, верхнюю, среднюю и нижнюю мантии и ядро, причём в средней мантии находятся центры приливных (*), а в верхней – центры тектонических лунотрясений (+). Как и планета Земля, Луна состоит из ядра, мантии и внешней коры. Ядро Луны предположительно находится на глубине 1500 км. Лунное ядро относительно небольшое, радиус ядра лежит в пределах от 170 до 360 км. По своему составу оно железное или сернистожелезное. В нём с одержится много жидкого железа, также встречаются примеси никеля, серы и некоторых других элементов. Вокруг ядра находится слой частично расплавленного вещества, возникший в результате кристаллизации магмы около 4 миллиардов лет назад (вскоре после образования самой Луны).
Мощность лунной коры изменяется от 10 до 105 километров. Причём её толщина заметно меньше на той стороне спутника, которая обращена к Земле. Глобально в лунном рельефе можно выделить две зоны: гористую материковую и пониженную – так называемые лунные моря. Последние – это не что иное, как огромные кратеры, сформировавшиеся в результате бомбардировки поверхности Луны астероидами и метеорами.
До изобретения телескопа большинство людей были уверены, что Луна – это гладкий и ровный шар. В 1609 году итальянский физик Галилео Галилей изобрёл телескоп – и в первую же ночь наблюдений направил его именно на Луну, где он увидел много разных гор; одни стояли отдельно, другие формировали самые настоящие горные хребты, а некоторые и вовсе образовывали невиданные на Земле “кольцевые горы”. В те времена это было просто невероятно! Естественно, Галилео Галилей немедленно опубликовал сообщение о своём замечательном открытии. Но очень многие учёные того времени приняли сообщение Галилея в штыки. Они уверяли, что сколько ни смотрели на Луну в телескоп, никаких гор там не видели. Учёные ошибались, думая, что Луна лучше всего видна “в фазе полнолуния”, когда солнечный свет “заливает” поверхность Луны равномерно, и никаких гор, долин не увидишь даже в очень хороший и мощный телескоп. Для того, чтобы детально рассмотреть поверхность нашего спутника, надо дождаться пока Солнце отойдёт в сторону и осветит Луну сбоку. Именно в этот момент чёрные тени сразу же покажут нам огромное количество интереснейших деталей. Таким образом, можно сделать вывод, что Галилео Галилей наблюдал Луну в фазе первой или последней четверти, а другие астрономы – во время полнолуния.
После того как астрономы разобрались, как правильно наблюдать Луну, они открыли огромное количество самых разных деталей рельефа. Среди них были и отдельно стоящие горы, и целые горные хребты, практически такие же, как на Земле. Так на карте нашего спутника появились Лунные Альпы, Лунные Карпаты, Лунные Апеннины. Ещё астрономы увидели, что вся поверхность Луны усеяна большими и маленькими кольцевыми горами. У некоторых таких колец внутри в самом центре стояла одинокая гора, у других - внутренняя область была совершенно плоской. Кольцевые горы, внутри которых была центральная возвышенность, учёные назвали “кратерами”, что в переводе с греческого обозначает “чаша”. Кольцевые горы с плоской равниной посередине астрономы решили назвать “цирками”. Сегодня об этом очень часто забывают и называют “кратерами” все без исключения лунные кольцевые горы.
Вообще на Луне выделяют глобальные формы рельефа (макрорельеф), средние формы (мезорельеф) и малые формы рельефа (микрорельеф). Макрорельеф представлен двумя типами образований – материками и морями. Материки – это светлые области с неровным рельефом, занимающие около 85% всей поверхности и возвышающиеся на 1-2 км над прилегающими тёмными областями равнинами лунных морей. Моря – это традиционные названия лунных равнин, заполненных застывшей базальтовой лавой.
Основными слагающими мезо- и микрорельефа являются кратеры (кольцевые структуры – “впадины”, отделённые валами от окружающей местности). Поверхность материков покрыта множеством кратеров диаметром от десятков и даже сотен километров до десятков и сотен метров и сантиметров, т.е. шкала диаметров практически не имеет разрывов. Происхождение кратеров может быть разным, а именно эндогенным, т.е. под воздействием внутренних сил (вулканических извержений), или экзогенным в результате внешней метеоритной бомбардировки.
Деление на моря и материки основывается не только на внешних признаках, но и на геохимии лунных пород. Исследования проб лунного грунта показали существенные отличия в составе пород “морских” и материковых районов. Морские породы – это оливины, глиноземистые и титанистые базальты с различным содержанием щелочей. Материковые породы – это полевые шпаты (в комплексе), а также глиноземистые базальты и крип-базальты с выоким содержанием щелочей, редкоземельных элементов и фосфора.
Итальянский астроном Джованни Риччоли составил самую первую карту Луны, и именно он предложил называть кратеры и цирки именами самых великих учёных. Так появились кратеры Коперник, Платон, Аристотель и много-много других. Всего на поверхности Луны насчитывается более трёх с половиной тысяч известных кратеров и открытия продолжаются.
Кроме множества возвышенностей, Риччоли обнаружил тёмные области. Он посчитал, что это моря и дал им очень красивые названия, такие как Море Дождей, Море Ясности, Океан Бурь и многие другие.
Благодаря китайскому радару «Чанъэ-3», который смог «просветить» Луну с видимой стороны на глубину до 400 м. Оказалось, спутник Земли имеет слоистую структуру, что свидетельствует о многократных лавовых извержениях. Теоретически об этом знали и раньше, но теперь это было твердо доказано.
Но все это дает нам знания только о видимой стороне, которой Луна всегда повернута к Земле. Что же касается обратной стороны — до нее космические корабли с Земли никогда раньше не долетали. Известно, что она имеет совершенно другую структуру поверхности: если на ближней к нам стороне много морей и темных пятен, то на обратной преобладает материковый рельеф. Здесь находятся лишь два моря — Море Москвы и Море Мечты.
Изучая Луну дальше, астрономы пришли к выводу, что никакой воды на поверхности Луны нет. Рассматривая поверхность в телескоп с большим увеличением, учёные поняли, что лунные моря во многом очень похожи на застывшие лавовые потоки. В 60-х и 70-х годах прошлого века с Луны были взяты образцы грунта и камней. Оказалось, что лунные моря – это застывшая базальтовая лава, и три миллиарда лет назад Луна выглядела совсем не так. В те времена лунные моря были до краёв заполнены раскалённой жидкой базальтовой лавой с температурой в тысячу градусов. Кроме того, тогда Луна находилась к Земле гораздо ближе и в ночном небе выглядела, как огромный красно-чёрный диск. За миллионы и миллиарды лет лунные лавовые моря остыли и постепенно превратились в холодный и твёрдый базальт.
Советские лунные программы. Обратная сторона Луны.
Исследование Луны со временем становится всё более интересным.
Первым в мире космическим аппаратом, облетевшим Луну 7 октября 1959 г., была АМС “Луна-3”, выполнившая съёмку её обратной и частично видимой стороны с расстояний от 65,2 до 68,4 тыс. км. Сеанс фотографирования длился 40 мин, в течение которого было получено 17 снимков.
Тайны “белых пятен” не исследованных АМС “Луна-3” областей обратной стороны Луны были раскрыты АМС “Зонд-3”, стартовавшей 18 июля 1965г.
2 0 июля 1965 г. АМС “Зонд-3” выполнила фототелевизионную съёмку не сфотографированной АМС “Луна-3” части обратной стороны Луны, передав на Землю 25 снимков, покрывающих 35% её поверхности. В начале сеанса фотографирования станция находилась на расстоянии 11570 км от Луны, затем она постепенно приблизилась к лунной поверхности на минимальное расстояние 9220 км, после чего стала удаляться от неё, закончив съёмку на высоте 9960 км.
А МС “Луна-3” впервые в мире дала ответ на “вечный” вопрос, как выглядит обратная сторона Луны. Она выполнила съёмку около 70% лунной поверхности, из которых 2/3 части относились к западному сектору невидимой с Земли стороны Луны. Восточная часть невидимого полушария (около 70° по долготе) продолжала оставаться “белым пятном”.
П ринципиально новым этапом в советской программе исследования нашего естественного спутника стало создание автоматических станций (АС) нового поколения, осуществивших забор образцов лунного грунта и его доставку на Землю. За 8 лет было осуществлено 11 попыток запуска станций для доставки лунного грунта на Землю, из них только три полёта закончились успешно – это полёты АМС “Луна-16, -20, -24”. 24 сентября 1970 г. спускаемый аппарат АМС “Луна-16” с образцами лунного грунта отделился от возвратной ракеты и мягко приземлился юго-восточнее Джезказгана на территории Казахстана. Программа полёта была выполнена полностью. Впервые в истории космонавтики автоматическая станция совершила рейс Земля – Луна – Земля, доставив на Землю образцы лунной породы, исследование которых производилось непосредственно в земных лабораториях.
П олёт АМС “Луна-16” продемонстрировал огромные возможности и широкие перспективы использования автоматических станций для исследования Вселенной, которые способны автономно проводить научные исследования как в космосе, так и на поверхности других тел Солнечной системы.
В 20-м веке, с началом полётов к Луне космических аппаратов, как автоматических, так и пилотируемых людьми, съёмка с близкого расстояния позволила разглядеть многие мелкие детали, и количество загадочных объектов на поверхности нашего спутника резко возросло. Была замечена большая долина, рассекающая горную цепь Лунных Альп. Снимки с близкого расстояния, с космических аппаратов, показали, что по дну её тянулся на протяжении двух километров узкий извилистый объект, который напоминал высохшее русло реки. Ещё одно подобное русло было найдено у подножия Лунных Апеннин. Эту реку длиной 130 километров, шириной полтора километра и глубиной 200-300 метров назвали Бороздой Хэдли по имени английского математика 18-го века. Всем известно, что на Луне жидкой воды нет, т.е. скорее всего миллиарды лет назад, когда Луна была ещё активной и горячей внутри, по её поверхности текли потоки воды или же раскалённой лавы.
В 20-м веке лавовая теория получила подтверждение. Как выяснили учёные-вулканологи, лава может быть не только базальтовой – густой жёлто-красной и раскалённой до температуры больше 1500 градусов. Существуют и другие типы лавы – например, карбонатный. Внешне такая лава напоминает краску или чернила. Она жидкая, угольно-чёрная и её температура около 500 градусов. Расчёты показали, что карбонатная лава могла бы проделывать в твёрдом базальте русла.
Лавовые трубки
На Луне обнаружены огромные лавовые трубки – Каналы, образовавшиеся после извержения вулкана. Здесь можно было бы разместить научные базы, где человек будет защищён как от радиации, так и от метеорной и астероидной опасности.
Ни один космонавт до сих пор не находился на Луне дольше трех дней, в том числе и потому, что скафандры не могут надолго защитить человека от космических угроз: низких температур и солнечной радиации. В отличие от Земли, у спутника нет плотной атмосферы и магнитного поля, которые служат щитом для нашей планеты. В качестве дополнительной защиты для лунных колоний в будущем могут быть использованы детали рельефа — например, низины или пещеры. Учёные предложили строить укрытия в лавовых трубках, длина которых может достигать нескольких десятков километров.
Л авовые трубки образуются, когда поток лавы, текущей со склона вулкана, начинает неравномерно остывать. Верхние слои лавы охлаждаются быстрее из-за контакта с внешней средой, формируя твердую корку, в то время как ближе к центру трубки поток лавы еще идет. По мере дальнейшего остывания толщина корки увеличивается, а горячая лава в итоге вытекает из сердцевины, оставляя за собой пещеры.
Образование лавовой трубки
Ученые давно подозревали, что на Луне существуют лавовые трубки, однако детально изучить одну из них удалось впервые. Внимание астрономов привлекла темная впадина, которая предположительно являлась входом в пещеру. Чтобы исследовать ее, они использовали радар, установленный на японском зонде SELENE. Инструмент посылал радиоволны, которые проникали под поверхность Луны, и ученые, измеряя отрезок времени между посылкой и приемом отраженных сигналов, определяли характеристики рельефа.
В итоге выяснилось, что на Луне имеется пещера протяженностью около 50 километров и высотой более 75 метров. По мнению ученых, она образовалась 3,5 миллиарда лет назад в результате вулканической активности. Трубка находится под комплексом лавовых куполов, называемых холмами Мариуса.
Подобные пещеры могут быть использованы для защиты от метеоритов и резких перепадов температур. Как заявляют исследователи, в лавовую трубку гипотетически может поместиться целый город.
Некоторые ученые предполагают, что лавовые трубки могут быть источником ресурсов — в частности, водного льда.
И сследования Луны возобновились в конце ХХ в. Космические аппараты нового поколения выполняли сложнейшие технические задачи, в результате которых составлена первая детальная цифровая карта Луны; появилась возможность изучать минералогический состав Луны по многоспектральным изображениям; подтверждено наличие льда на полюсах Луны. Например, космический аппарат “Галилео” исследовал Луну при полёте к Юпитеру. Пролёты мимо Луны (8 декабря 1990 г. и 8 декабря 1992 г.) были обусловлены использованием гравитационных сил Венеры, Земли и Луны для разгона космического аппарата “Галилео” в сторону Юпитера. Во время пролётов выполнялась съёмка Луны с больших расстояний в разных спектральных зонах с целью оценки запасов на ней отдельных элементов, таких как титан, железо и др.
Е вропейское Космическое Агентство в 2005 году осуществило первый и сразу успешный запуск к Луне космического аппарата “Смарт 1”, который пробыл на окололунной орбите значительно дольше запланированного срока и смог заметно расширить программу исследований. В будущем Европейское Космическое Агентство предполагает участие в международной лунной программе (США, Россией, Китаем) в создании Лунной базы.
Тема исследований Луны чрезвычайно интересна для меня. Освоение космоса будет иметь ещё более грандиозные последствия. Будущее человечества полностью изменится и вообще станет понятно, есть ли у нас будущее.
Конечно, освоение космоса не решит насущных проблем планеты Земля, но зато поможет посмотреть на них с другой стороны. Мы чрезвычайно сосредоточены на самих себе, на своей планете, где становится всё теснее. Людям необходимо осваивать Вселенную. Обосноваться в космосе не так-то просто. Это может занять сотни и даже тысячи лет. Развитие нашей цивилизации ускоряется, мы достигли этапа, когда смело можем отправляться туда, где ещё не бывали прежде.
Лучший кандидат для освоения – конечно же, Луна. Она близко, до неё легко добраться (всего три дня полёта), люди уже ходили по ней и даже ездили. Но есть и минусы: Луна слишком мала, и у неё нет ни атмосферы, ни магнитного поля, чтобы как на Земле, защититься от частиц солнечного ветра. На Луне нет жидкой воды, хотя в кратерах на Северном и Южном её полюсах обнаружен водный и углекислотный лёд. Поселенцы на Луне могли бы использовать этот лёд как источник кислорода, водорода и метана, а электричество добывать с помощью ядерной энергии или солнечных батарей. Это значит, что воду, ракетное топливо и окислитель можно будет получать на самой Луне, причём в самых её безопасных для человека регионах. Это резко облегчит создание там постоянных баз.
Геологическая история
В основу легенды положено разделение геологической истории на этапы, которые выделяются по смене определяющих рельефообразующих процессов. Так, метеоритная бомбардировка происходила на протяжении всего геологического времени, но только для раннего этапа она была определяющим рельефообразующим фактором. На этой основе выделены:
ранний этап интенсивной метеоритной бомбардировки, завершивший формирование поверхности на коре материкового типа;
средний этап широкого проявления вулканизма “морского” типа;
поздний этап, в течение которого преобладали различные эрозионно- денудационные и аккумулятивные процессы. Этот этап развития планетных тел получил на Луне название этап “спокойной коры”.
Сейсмическая активность
К арта сейсмической активности Луны отображает данные о сейсмичности лунных недр и даёт представление о расположении эпицентров приливных и тектонических лунотрясений, об их силе и количестве. Приливные лунотрясения подразделяют по числу толчков и по глубине очага, тектонические – по магнитуде и по глубине очага. Глубина показана изменениями площади заливки внутри условных знаков. Представлены данные по лунотрясениям, наблюдавшимся в течение 8 лет. На карте также выделены пояса сейсмической активности.
Какие полезные ископаемые есть на Луне?
Мы уже привыкли осознавать, что под нашими ногами находится многометровая толща осадочных пород – известняков, песчаников, глин. Но Луна – не Земля. Здесь всё устроено по-другому, и горных пород осадочного происхождения здесь попросту нет и быть не может. Вся поверхность нашего спутника покрытом реголитом или “лунным грунтом”. Это смесь мелкообломочного материала и тонкодисперсной пыли, образованная в результате постоянной метеоритной бомбардировки.
В сего выделено шесть типов пород, залегающих на поверхности Луны. Для каждого типа определены вариации состава. Описано более 50 минералов, содержащихся в горных породах. Для сравнения в земной коре обнаружено более 2000 минералов. Ведущее место в горных породах принадлежит силикатам и окислам. Лунные породы обеднены железом, водой и летучими компонентами. Известен только один собственно лунный минерал – акаганеит. Он содержит водород и железо.
Т олщина реголитного слоя Луны может достигать нескольких десятков метров. А на некоторых участках поверхности она не превышает и двух сантиметров. Внешне этот слой напоминает серо-коричневое одеяло из пыли. Кстати, сам термин “реголит” происходит от двух греческих слов: “литос” (камень) и “реос” (одеяло). Любопытно, что по своему запаху реголит напомнил астронавтам аромат пережжённого кофе.
Реголит рыхлый и достаточно неоднородный. При этом он хорошо слипается в комочки, что объясняется отсутствием окисной плёнки. В верхнем слое реголита (не глубже 60 см) преобладают частички размером до одного миллиметра. Лунный грунт полностью обезвожен. В его основе – базальты и плагиоклазы, которые по своему составу практически аналогичны земным.
Нефть, уголь, природный газ… Этих минеральных ресурсов на Луне нет и быть не может, ведь все они – биогенного происхождения. Так как на нашем спутнике нет ни атмосферы, ни органической жизни, их формирование попросту невозможно.
Однако в недрах Луны залегают различные металлы. В частности, железо, алюминий, титан, торий, хром, магний. В составе лунного реголита также обнаружены калий, натрий, кремний и фосфор. С помощью автоматической межпланетной станции Lunar Prospector, запущенной в 1998 году, удалось также определить локализацию того или иного металла на лунной поверхности. (вставить карту распространения Тория на Луне).
В целом все лунные породы и минералы можно условно поделить на три группы:
Базальты лунных морей (пироксен, плагиоклаз, ильменит, оливин).
KREEP – породы (калий, фосфор, редкоземельные элементы).
ANT-породы (норит, троктолит, анортозит).
Помимо всего прочего, на Луне также были обнаружены значительные запасы воды в виде льда (в общей сложности около 1,6 млрд тонн).
Гелий - 3
Пожалуй, главным и наиболее перспективным в плане освоения ископаемым на Луне является изотоп гелий-3 - “горючее будущего”. Земляне рассматривают его как возможное термоядерное топливо. Добыча этого лёгкого изотопа гелия в ближайшем будущем сможет решить проблему энергетического кризиса на Земле.
Все запасы этого изотопа на нашей планете оцениваются учёными не более, чем в одну тонну. При этом один грамм гелия-3 способен заменить до 15 тонн нефти.
Стоит отметить, что наладить процесс добычи гелия-3 на поверхности Луны будет нелегко. Беда в том, что в одной тонне реголита содержится всего лишь 10 мг ценного топлива. То есть для освоения данного ресурса на поверхности нашего спутника нужно будет построить настоящий горно-обогатительный комплекс. Очевидно, что в ближайшие десятилетия это неосуществимо.
Проекты по добыче полезных ископаемых на Луне.
Человечество уже всерьёз задумывается и о колонизации Луны, и об освоении её минеральных ресурсов. Теоретическая добыча полезных ископаемых на Луне вполне возможна. Но вот фактически осуществить это очень непросто. Ведь для этого на поверхности нашего спутника нужно будет создать соответствующую промышленную инфраструктуру. Причём всё необходимое придётся привезти с Земли – материалы, воду, топливо, технику и т.д.
Тем не менее определённые проекты уже разрабатываются. Так, американская компания SEC планирует всерьёз заняться добычей лунного льда и производством на его основе топлива для космических кораблей.
А вот Китай всерьёз заинтересован редкоземельными элементами, которые содержатся в лунной коре. Для изучения и освоения этого ресурса страна планирует основать на Луне специальную исследовательскую базу. Не отстаёт от ведущих космических держав и Российская Федерация. К 2025 году Роскосмос планирует создать серию роботов для добычи полезных ископаемых на Луне.
База на Луне
Строительство базы на Луне начнется с доставки крупнотоннажных грузов, а также «насыщения лунных полигонов разнообразными научными экспериментами». Объект будет включать в себя защищенные от радиации модули жизнеобеспечения, центр мониторинга Земли, элементы по изучению и использованию ресурсов Луны.
Лунная программа Китая была открыта запуском 25 октября 2007 г. космического аппарата “Чанг -1” с космодрома Сичан. Миссия имела четыре основные цели: получение трёхмерных изображений форм рельефа и контурных карт основных геологических структур, особенно полярных районов, анализ запасов 14 химических элементов и их распределения, определение глубины реголита и анализ космической среды по трассе полёта. Китайский аппарат “Chang'e-4” впервые в истории совершил посадку на обратной стороне Луны 3 января 2019 года.
Первый успех китайцев, и сразу уникальное достижение — удалось вырастить побег хлопка. Естественно, семена проросли в специальном инкубаторе на борту посадочного модуля. Как отмечает BBC, главной проблемой было не обеспечение семян необходимыми веществами для роста, а поддержание микроклимата: температура на Луне колеблется от -173 оС до +100 оС и более. Растение прожило несколько дней и погибло во время лунной ночи — поддерживать микроклимат при температуре ниже -170 оС дольше 14 дней посадочный модуль не в состоянии.
Выращивание растений на Луне открывает возможности для колонизации спутника Земли и других планет: это позволит решить вопросы с обеспечением станции кислородом и снять продовольственные ограничения.
Все предыдущие миссии, включая высадку астронавтов США, происходили на видимой с Земли стороне спутника. Задачи миссии — биологические эксперименты и изучение поверхности «соседки». Высадку человека на Луну Китай после ряда коррекций программы планирует на 2024 год. До этого для изучения Луны с поверхности и доставки образцов на Землю будет использоваться робототехника.
Луна - самый привлекательный объект для долговременных поселений вне Земли. Этим она уникальна с точки зрения космической экспансии.
У становка на Луне оптического телескопа благодаря почти полному отсутствию атмосферы позволит вести наблюдения практически во всём спектральном диапазоне, что заметно расширит нашу информацию не только о телах Солнечной системы, но и далеко за её пределами. Это означает получение новых данных о планетах Солнечной системы и других звёзд, ядрах галактик, туманностях, новых мирах и, возможно, их обитателях.
Организация постоянных наблюдений с Луны за Солнцем и Землёй может оказаться важной поддержкой земной метеорологии. Результаты этих наблюдений, кроме чисто научного интереса, получат практическое применение. В наблюдениях с лунной поверхности заинтересована и физика высоких энергий. В частности, при строительстве на Луне ускорителя частиц его можно будет устанавливать и собирать по частям, используя лунные материалы. Важным в этом случае является естественное наличие высокого вакуума и незначительная роль естественных лунотрясений.
В перспективе у Луны, кроме роли как объекта и полигона для исследований, просматривается ещё одна важная роль – место старта к другим телам Солнечной системы. Запуски с Луны имеют целый ряд важных преимуществ, связанных с отсутствием у Луны атмосферы. В то же время оснащение лунного космодрома – очень сложная многоцелевая задача, включающая связь с объектом, сеансы связи и др.
Р адиоастрономия получит возможность исследования низкочастотных излучений космических объектов, которые не проходят через плотную для них земную атмосферу. Радиотелескоп на Луне можно также использовать как часть радиоинтерферометра с базой “Земля - Луна”. В этом случае его разрешение на длине волны 20 см может теоретически достигнуть разрешения, позволяющего различать планеты размеров Юпитера у 100 ближайших звёзд в радиусе 30 световых лет.
Производство на Луне изначально должно развиваться в двух направлениях, а именно с целью самообеспечения развиваемых поселений и одновременно с целью создания промышленного производства для последующего коммерческого использования его продукции не только производителями, но и жителями Земли. В конечном итоге это должно привести к самостоятельному существованию лунной колонии.
Но Луна привлекательна не просто как полигон для отработки технологий — доступные ресурсы делают ее плацдармом для покорения космоса. В первую очередь речь идет о воде, а в несколько более дальней перспективе о гелии-3 (один из изотопов гелия).
Гелий-3 — потенциальный крайне эффективный источник энергии будущего, когда человечество освоит управляемый термоядерный синтез. Тогда, согласно расчетам, это вещество добывать на лунной поверхности будет дешевле, чем на Земле (где его крайне мало), поэтому освоение этого ресурса может перевернуть не только космическую сферу, но и жизнь на нашей планете.
«Когда вы расщепляете молекулу воды, то получаете кислород и водород, критически важные как в вопросах дыхания, так и для производства ракетного топлива», — объясняет применение воды на спутнике Земли Майкл Постон из Юго-западного научно-исследовательского института (США). Вода на Луне сохраняется в виде льда, в основном в полярных шапках.
Вода
Вода является другим потенциально важным ресурсом, поскольку она сможет обеспечивать последующие миссии в глубокий космос. Сканирование показало наличие миллиардов тонн льда на поверхности Луны, особенно, в кратерах тёмной стороны, где температура может опускаться до 35 градусов Кельвина.
Энергетическая компания «Шеклтон», базирующаяся в Техасе, уже начала исследования, направленные на разработку горных месторождений Луны в течение ближайших нескольких лет. Планы компании предполагают плавление льда и очистку воды, превращение воды в кислород и перекись водорода, а затем конденсацию газов в жидкий водород, жидкий кислород и перекись водорода, которые являются потенциальным ракетным топливом.
Добываемая вода будет использоваться в качестве ракетного топлива, чтобы обеспечить операции внутри низкой околоземной орбиты (НОО) – например, космический туризм и удаление космического мусора, а также для деятельности на Луне и в более удалённом космическом пространстве.
Реголит — сыпучий поверхностный слой лунного грунта — также содержит в себе кислород, кремний, железо, алюминий, магний, которые могут быть выделены при помощи нагревания — для этого могут быть использованы концентраторы солнечного света в виде огромных зеркал или линз. Эта технология доказала свою эффективность в тестах на Земле. Обнаружение воды в замерзшем состоянии под лунным реголитом в приполюсных районах выводит изучение Луны на новый уровень.
Кроме того, запуски космических аппаратов с Луны энергоэффективнее и, следовательно, дешевле — гравитация спутника составляет лишь 17% от земной, кроме того, не придется преодолевать сопротивления воздуха из-за отсутствия атмосферы.
Сооружение даже относительно простой жилой конструкции на Луне, представляющей собой форпост человечества на спутнике, потребует максимума ресурсов и беспрецедентных мер. Проект строительства лунной базы сводится к ряду ключевых характеристик: место, безопасность, продовольствие.
Место. В выборе места существует два варианта: селиться на экваторе Луны или на ее полюсе. Каждый из вариантов предлагает свои уникальные возможности. С экватора легче запускать ракеты и поддерживать связь с Землей, но двухнедельные лунные ночи станут дополнительной нагрузкой на систему энергообеспечения колонии. Полюса, в свою очередь, могут предложить поселенцам близость ко льду и, следовательно, воде, но налагают трудности при приеме и запуске аппаратов из-за худших условий освещенности. К тому же у колонии на полюсе могут быть проблемы со связью с Землей.
Безопасность. Будущим жителям колонии придется не только добывать или привозить ресурсы, но и бороться с опасностями, которые не встречаются на Земле и низких орбитах. Например, отсутствие атмосферы и магнитного поля приводит к повышенному радиационному фону на поверхности спутника. Теоретически убежищу хорошо бы также обеспечивать защиту от астероидов. Поэтому для сооружения жилья предполагается использовать реголит — поверхностный слой лунного грунта — или оборудовать базу в лавовых трубках: полостях, оставшихся после извержения потоков лавы древними вулканами. Такие тоннели могут достигать нескольких километров в длину и сотен метров в диаметре. Один из них был зафиксирован индийским аппаратом Chandrayaan в 2010 году: длина — около 2 км, ширина — 360 м.
Продовольствие и ресурсы. Выращивать растения на спутнике Земли вполне реально. Помимо пищи, растения, для выращивания которых будет использоваться искусственный свет, будут также вырабатывать кислород для будущих колонистов.
В любом случае о полной самодостаточности колоний в ближайшие годы говорить не придется. Даже если лунная база сможет обеспечивать себя всем необходимым, зависимость колонии от метрополии (Земли) сохранится в вопросах притока новых колонистов и технологий.
Луна со своей разреженной атмосферой может стать отличным местом для астрономических наблюдений и запуска космических кораблей. На мой взгляд, Луна могла бы стать перевалочной базой для путешествий по всей Солнечной системе.
Тем не менее идти «на Луну» в одиночку — задача крайне сложная и не под силу даже ведущим мировым державам. Согласно международному Договору о космосе 1967 года, ни одно государство не может утверждать суверенитет над небесными телами. Следовательно, статус принадлежности добытых на таких телах ресурсов пока неясен. Хочется верить, что совместное освоение Луны разными странами будет способствовать толерантным отношениям между народами Земли. Нам нужен мирный космос!
Российская программа освоения спутника Земли включает ряд автономных миссий:
«Луна-Глоб» («Луна-25»). Для отработки современных технологий мягкой посадки. Проект был намечен на 2019 год.
«Луна-Ресурс-1» (ОА), («Луна-26»). Орбитальный аппарат для глобального обзора и разведки лунных ресурсов, начало работы которого планируется на 2021-2022 годы.
«Луна-Ресурс-1» (ПА), («Луна-27»). Крупноразмерный посадочный космический аппарат для изучения реголита на Южном полюсе спутника Земли. В «Роскосмосе» рассчитывают запустить проект в работу в 2022-2023 годах.
Как видно из этого перечня, Россия (даже в полностью «своих», не международных проектах) нацелена не просто на фундаментальное изучение Луны, но и на разведку ресурсов этого небесного тела.
Я живу в подмосковном городе Королёве и горжусь тем, что здесь жил и трудился великий С.П. Королёв. Мне посчастливилось побывать в музее РКК “Энергия”, где я смог увидеть и даже прикоснуться к подлинным аппаратам, на которых летали Ю.А. Гагарин, В.В. Терешкова, А.А. Леонов, П.И. Беляев и многие другие. Я смог увидеть автоматические межпланетные станции, запускаемые к Луне, что повлияло на выбор темы моей работы. Кроме этого, в музее я смог пообщаться с космонавтом А.П. Александровым. Горжусь тем, что я родился здесь и очень хочу в будущем трудиться на благо родного города и страны!
Творческая работа
Список использованной литературы
Амченков Ю. “Тайны и загадки Луны”. – Махаон, 2014 г. – 32 с.
Волков А.В. “Прорыв к Луне и Марсу”. – Вече, 2019 г. – 256 с.
Дубкова С.И. “Фамильные тайны Солнечной системы. Меркурий, Венера, Земля, Луна”. – Белый город, 2016 г. – 58 с.
Краснопевцева Б.В., Шингарева К.Б. “Луна: атлас”. – Издательство ДИК, 2011. – 48 с. : текст, Ш91 карт, ил. – (Солнечная система)
Марков А.Е., Родионова Ж.Ф., Сурдин В.Г. “Путешествия к Луне”. – Физматлит, 2019 г. – 524 стр.
Осовин И.А. “Секретная цивилизация Луны”. – Эксмо, 2016 г. – 448 с.
Шубин П.С. “Луна. История, люди, техника”. – АСТ, 2019 г. – 384 с.
Приложения.
Карта нестационарных явлений