ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ НА ЛУНЕ

Таким образом, Луна ничем не защищена ни от солнечного нагревания в дневное время, ни от охлаждения — в ночное. Вместе с тем продолжительность солнечных суток на Луне составляет 294% дней. В таких условиях на поверхности Луны следует ожидать больших температурных контрастов между дневным и ночным временем, что фактически и наблюдается. Благодаря большим угловым размерам Луна доступна детальному температурному обследованию как в оптическом, так и в радиодиапазоне. Вот главнейшие результаты измерений теплового излучения Луны в инфракрасной и радиочастотной областях спектра:

1. Измерения в инфракрасной области дали для температуры поверхности Луны в субсолярной точке около +100 °С, а в антисолярной (полуночной) —160 °С; последняя величина подтверждается измерением радиоизлучения Луны вблизи новолуния на длине волны 1,3 мм. Сравнение с радиоизлучением Солнца привело к температуре Луны в ее полуночной области 124,5±8,6 К.

Убывание температуры во время полнолуния к лунному краю идет согласно закону , тогда как гладкая сфера должна давать падение по закону . При этом наблюдаются места нарушений, в которых температура выше, чем в их окрестностях. Как правило, оптически более темные места, например моря, оказываются горячее светлых; в частности, дно у большого лунного кратера почти всегда холоднее окружающей местности (см., однако, исключения на с. 530).

Рис. 214. Изменения температуры Луны по радиометрическим измерениям во время двух лунных затмений 1927 и 1939 гг. (две верхние кривые) и излучение лунной поверхности вовремя затмения 1939 г. В затмении 1939 г. измерялась субсолярная точка, а в затмении 1927 г. — точка вблизи, лимба

2. Во время лунных затмений, когда инсоляция поверхности Луны быстро изменяется и на некоторое время вовсе прекращается температура той или иной точки на диске Луны определяется притоком тепла изнутри через теплопроводность. Быстрое падение температуры указывает на малую теплопроводность. Как видно на рис. 214, температура субсолярной точки на Луне падает от 370 до 190 К всего, лишь за час с небольшим и так же быстро восстанавливается при возобновлении инсоляции. Краевая область Луны охлаждается до 160—150 К. Из этих измерений можно найти тепловую инерцию лунного поверхностного слоя, которая определяется произведением , где k — коэффициент теплопроводности и — объемная теплоемкость. Указанное произведение оказывается в пределах от 0,003 до . Для того чтобы отсюда вывести какие-либо заключения а горных породах, слагающих поверхность Луны, нужны какие-то предположения об их вероятной плотности и теплоемкости.

Оставаясь при разумных предположениях о и (порядка 1 г/см2 и 0,1 гкал/г соответственно), исследователи приходили к выводу, что теплопроводность на Луне очень низка (около 0,00025), и это соответствует представлению о мелко раздробленной или даже пылевой структуре поверхности Луны (такую теплопроводность имеют, например, - снег или стеклянная вата). Однако радиоизмерения температуры Луны дают более полное представление об этом.

3. В отличие от оптических, измерения в радиодиапазоне на сантиметровых и дециметровых волнах позволяют делать заключение о температурах под поверхностью: тем глубже, чем больше длина волны. Измерения яркостной температуры Луны приводят к постоянной составляющей температуры и накладывающегося на нее периодически меняющегося члена с убывающей по мере роста глубины амплитудой и запаздыванием по фазе. Последние две величины также зависят от произведения . Что касается глубины, откуда эффективно исходит излучение в длине волны Я, то она пропорциональна и может быть оценена вновь при разумных предположениях о слагающих поверхность материалах.

На длине волны см было найдено изменение температуры со временем в течение синодического месяца:

в шкале Кельвина; при найдено в шкале Кельвина

В последнем случае минимум наступает позже новолуния на периода, т. е. на дня. При и 9 см средние температуры равны соответственно 211 и 218 К, а для см температура Луны почти не меняется с фазой, тогда как средняя температура растет до см. Отсюда можно оценить температурный градиент на Луне не менее , что почти на два порядка больше, чем на Земле . Такой большой градиент также можно объяснить низкой теплопроводностью. Но так как никаких нарушений монотонности роста температуры с глубиной на Луне из радио наблюдений не замечается, то низкая теплопроводность, по-видимому, свойственна поверхностным слоям Луны в толще свыше десяти метров, т. е. не может быть следствием порошкообразного строения поверхности (возможного лишь на поверхности), и вместе с низкой плотностью говорит о губчатой, пористой структуре вроде пемзы, которая, как известно, есть один из видов застывшей лавы.

Измерения хода падения температуры в деталях лунной поверхности во время лунных затмений показали, что многие кратеры, в том числе малые и ничем не примечательные, остаются заметно теплее окружающей местности на все время затмения. Особенно медленно остывают кратеры Тихо, Коперник и Аристарх с их центральными горками, которые оставались на 50 К теплее соседних с ними мест лунной поверхности. Море Спокойствия и вообще моря остывают, как правило, медленнее материковых областей.

Вероятно, во всех этих случаях мы имеем дело с повышенной теплопроводностью слагающих пород или с меньшей толщиной мало проводящего слоя с малой теплопроводностью, или даже со скалами, совсем свободными от пылевых наслоений. Установленные на Луне тепловые приемники, обращенные к скалам, показывали гораздо более медленное понижение температуры после захода Солнца, нежели приемники, обращенные к открытому пространству.