ОБРАЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННОГО ЛУННОГО ЛАНДШАФТА

Если в начале нашего столетия шла оживленная дискуссия относительно происхождения лунного ландшафта: образован ли он внутренними (эндогенными) или внешними (экзогенными) причинами, то в настоящее время ни у кого не остается сомнений в том, что в жизни Луны действовали обе причины. Мы имели случай встречаться с таким взглядом, когда говорили о морфологии Меркурия и Марса. Луна оказывает ему солидную поддержку лучшей изученностью, а главное — прямое изучение образцов лунной поверхности показало, что они — изверженные, образовавшиеся при охлаждении расплавов.

Конечно, невозможно было предполагать, что образование горных цепей на Луне обязано экзогенным силам, т. е. в основном падению метеоритов; то же самое следует сказать о трещинах, валах. Но при рассмотрении образования кратеров и цирков можно было стать сторонником как эндогенной, так и экзогенной гипотезы. И если вспомнить, что небольшие спутники Марса, Фобос и Деймос, покрыты кратерами, то экзогенная гипотеза выглядит более привлекательной.

Рис. 222. Фотография участка Луны с кратерами (сверху вниз) Феофнл. Кирилл и Катарина. Юг — внизу

Можно допустить, что на Луне, как и на Земле, основные процессы, создающие ландшафт, сводятся к тектонике верхней коры планеты (спутника) и вулканическим явлениям. Но на Земле параллельно действуют могучие процессы выветривания и размывания рельефа вместе с выглаживанием его при движении ледников. На Луне ничего подобного нет, и, следовательно, возникшие формы могут изменяться или разрушаться только с помощью тех же процессов, которые привели к возникновению данной формы.

(см. скан)

Рис. 213. Цветной снимок Юпитера, полученный АМС «Пионер-10» (снимок HACA из коллекции автора). Фотография получена с расстояния 2,4 млн. км; черный кружок — тень от спутника.

Так, например, в цепочке трех больших кратеров — Феофил, Кирилл и Катарина (рис. 222) — только первый во всех отношениях хорошо очерчен. Вал кратера Феофил вторгся в пределы вала кратера Кирилл, деформировал его и частично разрушил. Кратер Катарина в целом подвергся значительным разрушениям из-за образования на нем и по соседству малых кратеров. В таких условиях без особых трудов можно сказать, какое образование старше и какое моложе, но не больше того.

В экзогенной гипотезе все лунные образования от больших морей до сотен тысяч малых кратеров рассматриваются как результат столкновения с поверхностью Луны малых космических тел — от астероидов до мелких метеоритов. На Земле есть образования, отдаленно похожие на лунные кратеры (рис. 223), но полного сходства не может быть по двум причинам: 1) падающие на Землю космические тела очень сильно тормозятся при движении через земную атмосферу, чего нет в случае Луны, и только самые крупные метеориты могут достигнуть поверхности Земли с космической скоростью (десятки километров в секунду), вызывая взрыв при падении; 2) если при падении на Землю крупного метеорита он и образует на поверхности обширные и глубокие кратеры, похожие на лунные, то влиянием ветра и воды они будут за геологически короткие сроки полностью или частично разрушены, так сказать, «стерты с лица Земли» (см., однако, § 38, с. 599). Наконец, и масштабы взрыва на Луне гораздо больше из-за малой силы тяжести.

Первоначально поверхность Луны состояла из продуктов остывания первородного вещества Луны.. При этом в самой ранней стадии существования Луна, возможно, была холодной. В соответствии с действующими ныне космогоническими идеями первоначальное облако мелких и крупных твердых тел — планетезималей — могло образовать вблизи уже существующей Земли сгущение, которое накопляло в себе все большее количество рассеянного в пространстве вещества, в результате чего оформился спутник Земли как агломерат пыли, камней, глыб, скал и планетезималей. Газы же, которые в этой обстановке удержались на протоземле, на протолуне не сохранились, рассеявшись в пространстве. Твердые образования на ней под действием тяготения слились в одно целое, а содержащиеся в них радиоактивные вещества привели постепенно к разогреву всего лунного шара и к частичному расплавлению его под внешней корой. Средняя плотность Луны составляет 3,34 г/см3, что значительно меньше средней плотности Земли (5,52 г/см3) и ближе к плотности земной коры (2,64 г/см3). Трудно сказать, что лежит в основе этих различий. Вполне вероятно, что и Земля образовалась из планетезималей. Но имели ли они в среднем иной химический состав или большая масса (в 81 раз больше, чем у Луны) и, следовательно, большие давления в недрах Земли привели к образованию очень плотного ядра ее, решить при нынешнем состоянии наших знаний невозможно. Частично или полностью разогрев недр Земли также обязан радиоактивному распаду.

С разогревом всего тела Луны в нем началась физическая и химическая дифференциация, уход легкого вещества вверх и более тяжелого — внутрь.

(см. скан)

Рис. 223. Фотография метеоритного кратера в штате Аризона (США), снятого с воздуха (вверху) и с земли, со стороны (внизу). Поперечник, вала этого кратера составляет 1260 м. Он возник сравнительно недавно и не успел подвергнуться большим изменениям, тем более, что он расположен в сухой пустыне

На поверхности, в связи с ее остыванием, шла кристаллизация, образование тонкой коры из самых легких и светлых анортозитовых пород, из которых потом при дальнейшем остывании Луны, в результате тектонических процессов образовывались лунные материковые структуры.

Как мы видели выше, древнейшие лунные горные породы имеют возраст 4,5 млрд лет и более (до 4,6 млрд лет), тогда как на Земле самые старые горные породы не старше 3,8 млрд лет. Более древние, надо полагать, не уцелели.

Вероятно, в течение полумиллиарда лет Луна остывала, покрытая тонкой корой, а затем она подверглась жесточайшей бомбардировке со стороны метеоритных тел, преимущественно крупных. Это случилось около 4 млрд лет назад и продолжалось несколько сотен миллио нов лет. Одно из самых крупных тел, столкнувшихся с Луной в ту пору, была планетезималь диаметром 200 км, несшая с собой кинетическую энергию порядка и давшая начало образованию Моря Дождей (Маrе Imbrium). Это так называемая Имбрийская катастрофа. Теперь здесь обнаружены образцы, имеющие возраст 3,8 млрд лет. Быть может, описанная бомбардировка частично расплавила поверхность Луны. Вместе с продолжающимся радиоактивным разогревом подкоркового слоя Луны это дало начало обширным излияниям лавы, темной из-за повышенного содержания в ней железа и магния. Мы называем их теперь морями. Образование морей шло от 3,8 до 3,1 млрд лет назад, причем моря переживали перемешивание и повторные приливы лавы в течение этого периода, что особенно хорошо заметно в облике «несостоявшегося» моря — Моря Восточного, которое скорее следует считать гигантским цирком, родившимся около 4 млрд лет назад и с той поры трижды дававшим выход лавам, нагромождавшим кольцевые валы (см. рис. 218). Можно предполагать, что тело, породившее своим падением Море Восточное, имело поперечник около 25 км или еще больше. Большая толщина коры на обратной стороне Луны препятствовала образованию крупных морей.

Период от 3,8 до 3,1 млрд лет назад был относительно спокойным в биографии Луны. Ударные катастрофы местного масштаба не прекращались, но случались реже, и потому мы видим сейчас поверхность морей сравнительно ровной, без заметных нарушений рельефа, хотя отдельные немногочисленные кратеры, иногда крупные, встречаются и на них. Таковы хорошо сохранившиеся кратеры Коперник, Кеплер и Аристарх в Океане Бурь, Архимед в Море Дождей. На материке в это время появился упоминавшийся уже кратер Феофил, а также Тихо. Его древняя часть возникла от удара внешнего тела (тогда образовались исходящие из нее лучи) и уже потом рядом появились обширные лавовые излияния, образовавшие цирк с темным вулканическим дном. Лавовые излияния в местах, ослабленных ударом, вообще не редкость на Луне. Таков, например, упоминавшийся кратер Варгентин, залитый лавой до вершины кольцевого вала. Такого же происхождения лавовое озеро возле кратера Скалигер, вытекшее не из кратера, а из трещины и распространившееся по площади 50 тыс. км2. Излияния базальтов подобного и более крупного масштаба и тоже из трещин обнаружены и на Земле.

После того как основная масса лунных кратеров образовалась, постепенно установилось состояние насыщения, при котором всякое новое падение уничтожает старых кратеров столько же, сколько за то же время создается новых.

При этом действительно от одного (по времени) падения может произойти несколько выбросов, которые могут образовать цепочку нескольких кратеров, иногда очень длинную. Большое количество малых кратеров, расположенных вокруг кратера Коперник, несомненно вторичного происхождения. Они образовались в результате взрывного разбрасывания вещества Луны при возникновении основного кратера.

Вероятно, подсчет числа кратеров на единицу площади является хорошим средством для установления возраста лунных образований. Если плотность распределения кратеров на единицу площади в морях в среднем принять за единицу, то разные моря дадут сравнительно небольшую дисперсию от 0,6 до 1,5, то же можно найти и на дне некоторых цирков и кратеров, если они темные. Но в типичных «материковых» областях плотность кратеров доходит до 30 таких единиц. Таким образом, моря — молодые образования, возникшие около двух миллиардов лет назад, на которых успели оставить след падения отдельные крупные тела, сохранившиеся до поздних стадий развития Солнечной системы. Однако у самых молодых образований, таких, например, как кратеры Тихо или Аристарх, поверхность очень неровная, полна крупных обломков, а плотность кратеров в десять раз ниже, чем в морях, что говорит о возрасте в несколько сотен миллионов лет. Со временем они будут раздроблены и приобретут мелкую структурность на общем ровном фоне, и лишь крупные падения нарушат эту картину. А сейчас они сохраняют цельность и высокую теплопроводность, вследствие чего являются и носителями тепловых аномалий (см. с. 530). Таким образом, более молодыми образованиями на Луне оказываются самые темные (моря) и самые светлые (некоторые кратеры) — первые не успели покрыться кратерами и толстым слоем пыли, вторые — не успели раздробиться и потемнеть под действием солнечного облучения протонами. Новые падения разрушают уже имеющиеся образования разными средствами — прямым ударом, вторичными ударами при разбрасывании. Событий подобного рода каждая точка лунной поверхности испытала много за время своего существования, и очень старые объекты постепенно исчезли. Лишь самые крупные из них, поперечником во многие сотни километров, удается еще с трудом проследить в наше время. Можно думать, что те из них, возраст которых превышает 4 млрд лет, вообще не дошли до наших дней.

Встречаются на Луне и кратеры — вулканы земного типа (вокруг того же Коперника), иногда довольно многочисленные. Вполне допустимо, что из них временами изливаются лава, но эти процессы носят местный характер и лишь в малой степени определяют лунный ландшафт.

Описанная здесь картина образования лунного ландшафта на основе экзогенных факторов представляется в настоящее время более правдоподобной, чем картина эволюции на основе одних эндогенных факторов. Все же истина лежит в синтезе тех и других.

Как бесспорны падения крупных тел на Луну извне, так бесспорно и существование нормальных тектонических и вулканических процессов, поскольку недра Луны разогреты. На ней должны происходить горообразовательные процессы, сдвиги, разломы, излияния лавы внутри кратеров, превращающие их в цирки. Геологи находят на Луне много форм, естественно вытекающих из таких же процессов, которые определяют геологическое развитие Земли.

Следует сказать, что совокупное влияние внутренних и внешних факторов при образовании лунного ландшафта (так же, как и марсианского), по-видимому, неизбежно еще и потому, что каждое падение крупного метеорита пробуждает в данной области вулканизм.

Случаются ли в наше время какие-либо изменения на Луне? Что происходит в масштабах, недоступных разрешающей силе телескопов (КПА, § 2), мы не знаем, а изменения более крупных масштабов, хотя и отмечались неоднократно (до 600 случаев), но их достоверность в большинстве случаев оспаривалась, так как вид некоторых деталей на Луне очень сильно зависит от условий освещения. Вместе с тем зафиксированное фотографически выделение газов близ центральной горки кратера Альфонс (с. 528) совершенно бесспорно. Разумеется, падения метеоритов на лунную поверхность все время происходят, но нужны крупные метеориты, чтобы вызвать заметные изменения, а такие выпадают очень редко. Заслуживают доверия наблюдавшиеся в течение 20 минут оранжевые и красноватые пятна в Долине Шрётера и на валу Аристарха, которые можно рассматривать как лавовые излияния, хотя и механизм люминесценции под воздействием солнечных протонов в данном случае тоже не исключен.