Физическое исследование Луны началось, когда 14 сентября 1959 года космический зонд «Луна-2» , запущенный Советским Союзом , столкнулся с поверхностью Луны. До этого единственным доступным средством исследования было наблюдение с Земли. Изобретение оптического телескопа привело к первому скачку в качестве наблюдений Луны. Галилео Галилей обычно считается первым человеком, использовавшим телескоп в астрономических целях; Сделав свой собственный телескоп в 1609 году, горы и кратеры на поверхности Луны были одними из первых его наблюдений с его помощью.
Программа НАСА «Аполлон» была единственной программой, которая успешно высадила людей на Луну , что оно и делало шесть раз. Первая посадка состоялась в 1969 году, когда астронавты «Аполлона-11» Базз Олдрин и Нил Армстронг оставили научные инструменты и вернули на Землю лунные образцы .
Первую мягкую посадку на обратной стороне Луны совершил китайский автоматический космический корабль « Чанъэ-4» в начале 2019 года, который успешно развернул роботизированный луноход « Юйту-2» . Первую мягкую посадку на Южный полюс Луны совершил индийский спускаемый аппарат «Викрам Чандраяан -3» в 2023 году, который успешно запустил марсоход «Прагьян» . [1] [2]
Древнегреческий философ Анаксагор , чей нерелигиозный взгляд на небо стал одной из причин его заключения и последующего изгнания, [3] рассуждал, что Солнце и Луна представляют собой гигантские сферические камни, и что последняя отражает свет первой. Плутарх в своей книге « О лице на орбе Луны» предположил, что Луна имела глубокие углубления, в которые не проникал свет Солнца, и что пятна — не что иное, как тени рек или глубоких пропастей. Он также допускал возможность того, что Луна обитаема. Аристарх попытался вычислить размер Луны и расстояние от Земли, хотя его расчетное расстояние в 20 раз больше радиуса Земли (которое было точно определено его современником Эратосфеном ) оказалось примерно в треть фактического среднего расстояния.
Китайские философы династии Хань считали, что Луна — это энергия, равная ци , но признавали, что свет Луны является отражением Солнца. [4] Математик и астролог Цзин Фан отметил сферичность Луны. [4] Шэнь Го из династии Сун создал аллегорию, приравнивающую растущую и убывающую Луну к круглому шару из отражающего серебра, который, если его облить белым порошком и посмотреть сбоку, выглядит как полумесяц. [4]
Индийский астроном Арьябхата в своем тексте V века «Арьябхатия» заявил , что именно отраженный солнечный свет заставляет Луну сиять. [5]
Персидский астроном Хабаш аль-Хасиб аль-Марвази проводил различные наблюдения в обсерватории Аль-Шаммисия в Багдаде между 825 и 835 годами. [6] Используя эти наблюдения, он оценил диаметр Луны в 3037 км (что эквивалентно радиусу 1519 км) и расстояние до нее. от Земли на расстоянии 346 345 км (215 209 миль). [6] В 11 веке исламский физик Альхазен исследовал лунный свет с помощью ряда экспериментов и наблюдений и пришел к выводу, что он представляет собой комбинацию собственного света Луны и ее способности поглощать и излучать солнечный свет. [7] [8]
К Средним векам , еще до изобретения телескопа, все большее число людей стало признавать Луну сферой, хотя многие считали, что она «идеально гладкая». [9] В 1609 году Галилео Галилей в своей книге «Sidereus Nuncius» нарисовал один из первых телескопических изображений Луны и отметил, что она не гладкая, а имеет горы и кратеры. Позже, в 17 веке, Джованни Баттиста Риччоли и Франческо Мария Гримальди нарисовали карту Луны и дали многим кратерам названия, которые они носят до сих пор. На картах темные части поверхности Луны назывались marias (единственное число mare ) или морями, а светлые части — terrae или континентами.
Томас Хэрриот , как и Галилей, нарисовал первое телескопическое изображение Луны и наблюдал ее в течение нескольких лет. Однако его рисунки так и остались неопубликованными. [10] Первая карта Луны была составлена бельгийским космографом и астрономом Михаэлем ван Лангреном в 1645 году. [10] Два года спустя гораздо более влиятельная работа была опубликована Иоганном Гевелием . В 1647 году Гевелий опубликовал «Селенографию» — первый трактат, целиком посвященный Луне. Номенклатура Гевелиуса, хотя и использовалась в протестантских странах до восемнадцатого века, была заменена системой, опубликованной в 1651 году астрономом- иезуитом Джованни Баттиста Риччоли , который дал большим пятнам, видимым невооруженным глазом, названия морей и телескопических пятен (теперь называемых кратерами). имена философов и астрономов. [10]
В 1753 году хорватский иезуит и астроном Роджер Йозеф Боскович обнаружил отсутствие атмосферы на Луне. В 1824 году Франц фон Паула Грюйтхейзен объяснил образование кратеров в результате ударов метеоритов . [11]
Возможность того, что Луна содержит растительность и населена селенитами , серьезно рассматривалась крупными астрономами еще в первые десятилетия XIX века. В 1834–1836 годах Вильгельм Бир и Иоганн Генрих Медлер опубликовали свою четырехтомную Mappa Selenographica и книгу Der Mond в 1837 году, в которых твердо подтвержден вывод о том, что на Луне нет ни водоемов, ни сколько-нибудь заметной атмосферы. [12]
«Космическая гонка» и «Лунная гонка», вдохновленная Холодной войной, между Советским Союзом и Соединенными Штатами Америки ускорилась с акцентом на Луну. Это включало в себя множество важных с научной точки зрения новинок, таких как первые фотографии тогда еще невидимой обратной стороны Луны, сделанные Советским Союзом в 1959 году, и завершилось высадкой первых людей на Луну в 1969 году, широко известной во всем мире как одно из ключевых событий ХХ века и истории человечества в целом.
Первым искусственным объектом, пролетевшим мимо Луны , был неуправляемый советский зонд «Луна-1» 4 января 1959 года. Он стал первым зондом, достигшим гелиоцентрической орбиты вокруг Солнца. [14] Мало кто знал, что «Луна-1» была спроектирована для удара по поверхности Луны.
Первым зондом, столкнувшимся с поверхностью Луны, стал советский зонд « Луна-2» , совершивший жесткую посадку 14 сентября 1959 года в 21:02:24 UTC. Обратная сторона Луны была впервые сфотографирована 7 октября 1959 года советским зондом « Луна-3» . Хотя фотографии и расплывчаты по сегодняшним меркам, они показали, что на обратной стороне Луны почти полностью отсутствуют моря .
Первым американским зондом, пролетевшим мимо Луны, был «Пионер-4» 4 марта 1959 года, который произошел вскоре после «Луны-1». Это был единственный успех из восьми американских зондов, которые впервые попытались запуститься на Луну. [15]
Стремясь конкурировать с советскими успехами, президент США Джон Ф. Кеннеди предложил высадку на Луну в специальном послании Конгрессу о неотложных национальных нуждах :
Теперь пришло время сделать больший шаг – время для нового великого американского предприятия – время, чтобы эта нация взяла на себя явно ведущую роль в космических достижениях, которые во многих отношениях могут стать ключом к нашему будущему на Земле.
...И хотя мы не можем гарантировать, что однажды станем первыми, мы можем гарантировать, что любая неудача в этих усилиях сделает нас последними....Я считаю, что эта страна должна взять на себя обязательство до конца этого десятилетия высадить человека на Луну и благополучно вернуть его на Землю. Ни один космический проект в этот период не будет более впечатляющим для человечества и более важным для долгосрочного освоения космоса; и ни одно из них не будет столь трудным и дорогим в исполнении.
...давайте проясним, что я прошу Конгресс и страну принять твердую приверженность новому курсу действий - курсу, который продлится многие годы и повлечет за собой очень большие затраты... [16] Полный текст
«Рейнджер-1» был запущен в августе 1961 года, всего через три месяца после речи президента Кеннеди. Пройдет еще три года и шесть неудачных миссий «Рейнджер», прежде чем «Рейнджер-7» вернет фотографии поверхности Луны крупным планом перед столкновением с ней в июле 1964 года. Ряд проблем с ракетами-носителями, наземным оборудованием и электроникой космического корабля преследовал программу « Рейнджер» и первые зонды. миссии в целом. Эти уроки помогли в «Маринере-2» , единственном успешном космическом зонде США после знаменитой речи Кеннеди в Конгрессе и перед его смертью в ноябре 1963 года. [17] Показатели успеха в США значительно улучшились после «Рейнджера-7» .
В 1966 году СССР совершил первую мягкую посадку и сделал первые снимки лунной поверхности во время миссий «Луна-9» и «Луна-13» .
США последовали примеру «Рейнджера» с программой Surveyor [18] , отправившей семь автоматических космических аппаратов на поверхность Луны. Пять из семи космических кораблей успешно совершили мягкую посадку, исследуя, достаточно ли мелок реголит (пыль), чтобы астронавты могли стоять на Луне.
24 декабря 1968 года экипаж «Аполлона-8» — Фрэнк Борман , Джеймс Ловелл и Уильям Андерс — стал первым человеком, вышедшим на лунную орбиту и лично увидевшим обратную сторону Луны. Люди впервые высадились на Луну 20 июля 1969 года. Первым человеком, ступившим на лунную поверхность, был Нил Армстронг , командир американской миссии «Аполлон-11» .
Первым роботом -луноходом , совершившим посадку на Луну, стал советский корабль «Луноход-1» 17 ноября 1970 года в рамках программы «Луноход» . На сегодняшний день последним человеком, стоявшим на Луне, был Юджин Сернан , который в рамках миссии «Аполлон-17» ходил по Луне в декабре 1972 года.
Образцы лунных пород были доставлены на Землю тремя лунными миссиями ( Луна 16 , 20 и 24 ) и миссиями Аполлона с 11 по 17 (за исключением Аполлона 13 , который прервал запланированную посадку на Луну). «Луна-24» в 1976 году была последней лунной миссией Советского Союза или США до «Клементины» в 1994 году. Фокус сместился на зонды к другим планетам , космическим станциям и программе «Шаттл» .
До лунной гонки у США были предварительные проекты научных и военных лунных баз: проект «Лунекс» и проект «Горизонт» . Помимо пилотируемых высадок, заброшенные советские пилотируемые лунные программы включали строительство многоцелевой лунной базы « Звезда » — первого детального проекта, включающего разработанные макеты экспедиционных аппаратов [19] и наземных модулей. [20]
В 1990 году Япония посетила Луну с космическим кораблем «Хитэн» , став третьей страной, выведшей объект на орбиту Луны. Космический корабль вывел на лунную орбиту зонд «Хагоромо» , но передатчик вышел из строя, что помешало дальнейшему научному использованию космического корабля. Согласно официальному сайту JAXA , в сентябре 2007 года Япония запустила космический корабль SELENE с целью «получить научные данные о происхождении и эволюции Луны, а также разработать технологию для будущего исследования Луны». [21]
В 2023 году «умный посадочный модуль для исследования Луны» (SLIM) станет миссией посадки на Луну Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA). К 2017 году посадочный модуль планировалось запустить в 2021 году, но это было отложено до 2023 года из-за задержек в совместной миссии SLIM - миссии рентгеновской визуализации и спектроскопии (XRISM). Он был успешно запущен 6 сентября 2023 года в 23:42 по всемирному координированному времени (7 сентября, 08:42 по японскому стандартному времени). 1 октября 2023 года спускаемый аппарат выполнил транслунную инъекцию. Он вышел на орбиту вокруг Луны 25 декабря 2023 года и приземлился 19 января 2024 года в 15:20 по всемирному координированному времени. В результате Япония стала пятой страной, совершившей мягкую посадку на поверхность Луны. [22]
Европейское космическое агентство запустило небольшой недорогой лунный орбитальный зонд под названием SMART 1 27 сентября 2003 года. Основной целью SMART 1 было получение трехмерных рентгеновских и инфракрасных изображений лунной поверхности. SMART 1 вышел на лунную орбиту 15 ноября 2004 г. и продолжал вести наблюдения до 3 сентября 2006 г., когда он был намеренно врезан в поверхность Луны с целью изучения ударного шлейфа. [23]
Китай начал китайскую программу исследования Луны с целью изучения Луны и изучает перспективы добычи на Луне , в частности, ищет изотоп гелий-3 для использования в качестве источника энергии на Земле. [24] Китай запустил автоматический лунный орбитальный аппарат «Чанъэ-1» 24 октября 2007 года. Первоначально запланированная на один год миссия «Чанъэ-1» оказалась очень успешной и в итоге была продлена еще на четыре месяца. 1 марта 2009 года «Чанъэ-1» намеренно столкнулся с поверхностью Луны, завершив 16-месячную миссию. 1 октября 2010 года Китай запустил лунный орбитальный аппарат «Чанъэ-2» . Китай высадил на Луну марсоход «Юйту» и спускаемый аппарат «Чанъэ-3» 14 декабря 2013 года, став третьей страной, сделавшей это. [25] «Чанъэ-3» — первый космический корабль, совершивший мягкую посадку на поверхность Луны после « Луны-24» в 1976 году. Поскольку миссия «Чанъэ-3» увенчалась успехом, резервный посадочный модуль «Чанъэ-4» был перепрофилирован для новой миссии. цели. 7 декабря 2018 года Китай запустил миссию « Чанъэ-4» на обратную сторону Луны . [26] 3 января 2019 года «Чанъэ-4» приземлился на обратной стороне Луны. [27] «Чанъэ-4» запустил луноход «Юйту-2» , который впоследствии стал действующим рекордсменом по дальности путешествий по поверхности Луны. [28] Среди других открытий, Юту-2 обнаружил, что пыль в некоторых местах обратной стороны Луны имеет глубину до 12 метров. [29]
Китай планировал провести миссию по возвращению образцов на своем космическом корабле «Чанъэ-5» в 2017 году, но эта миссия была отложена [30] из-за отказа ракеты-носителя «Чанчжэн-5» . [31] Однако после успешного возвращения ракеты «Чанчжэ-5» в полет в конце декабря 2019 года Китай наметил миссию по возвращению образцов « Чанъэ-5» на конец 2020 года. [32] Китай завершил эту миссию 16 декабря 2020 года, возвращение примерно 2 килограммов лунной пробы. [33]
Национальное космическое агентство Индии, Индийская организация космических исследований , запустило «Чандраяан-1» , непилотируемый лунный орбитальный аппарат, 22 октября 2008 года . [34] Первоначально лунный зонд был предназначен для обращения вокруг Луны в течение двух лет с научной целью подготовить трехмерный атлас ближней и дальней стороны Луны и провести химико-минералогическое картирование лунной поверхности. [35] Орбитальный аппарат выпустил лунный зонд , который врезался в Луну в 15:04 по Гринвичу 14 ноября 2008 года, [36] сделав Индию четвертой страной, достигшей поверхности Луны. Среди многих достижений Чандраяана было открытие широкого присутствия молекул воды в лунном грунте. [37] За этой миссией последовал Chandrayaan-2 , который был запущен 22 июля 2019 года и вышел на лунную орбиту 20 августа 2019 года. Chandrayaan-2 также нес первый индийский посадочный модуль и вездеход, но из-за технического сбоя в последнюю минуту в системе посадки эти совершили аварийную посадку. [38]
За «Чандраян-2» последовала «Чандраяан-3», третья миссия по исследованию Луны Индийской организации космических исследований. Он также доставил на борт спускаемый аппарат «Викрам» и марсоход «Прагян» и совершил первую мягкую посадку в южной полярной области Луны. [39] [40] [41]
Организация по противоракетной обороне и НАСА запустили миссию «Клементина» в 1994 году, а миссию «Лунный разведчик» — в 1998 году.
18 июня 2009 года НАСА запустило лунный разведывательный орбитальный аппарат , который собрал изображения поверхности Луны. На нем также находился спутник наблюдения и зондирования лунного кратера ( LCROSS ), который исследовал возможное существование воды в кратере Кабеус . GRAIL — еще одна миссия, запущенная в 2011 году.
10 августа 2023 года Россия запустила миссию «Луна-25» , свою первую миссию на Луну с 1976 года. [42] 20 августа она врезалась в Луну из-за ошибки наведения, которая привела к аномальному маневру по снижению орбиты. [43]
В 2007 году Фонд X Prize совместно с Google запустил Google Lunar X Prize для поощрения коммерческих проектов на Луне. Приз в размере 20 миллионов долларов должен был быть вручен первому частному предприятию, которое достигнет Луны с помощью роботизированного спускаемого аппарата к концу марта 2018 года, а также дополнительные призы в размере 10 миллионов долларов за дальнейшие этапы. [44] [45] По состоянию на август 2016 года в соревновании, как сообщается, принимали участие 16 команд. [46] В январе 2018 года фонд объявил, что приз останется невостребованным, поскольку ни одна из команд-финалистов не сможет предпринять попытку запуска к установленному сроку. [47]
В августе 2016 года правительство США предоставило разрешение американскому стартапу Moon Express высадиться на Луне. [48] Это был первый случай, когда частное предприятие получило такое право. Это решение рассматривается как прецедент, помогающий определить нормативные стандарты для коммерческой деятельности в дальнем космосе в будущем. Раньше частным компаниям было разрешено работать на Земле или вокруг нее. [48]
29 ноября 2018 года НАСА объявило, что девять коммерческих компаний будут соревноваться за контракт на отправку небольших полезных грузов на Луну в рамках так называемой коммерческой службы лунной полезной нагрузки . По словам администратора НАСА Джима Брайденстайна : «Мы создаем внутриамериканскую способность добираться туда и обратно на поверхность Луны». [49]
Первую коммерческую миссию на Луну осуществила организация Manfred Memorial Moon Mission (4M), возглавляемая LuxSpace , дочерней компанией немецкой OHB AG . Миссия была запущена 23 октября 2014 года с помощью китайского испытательного космического корабля Chang'e 5-T1, прикрепленного к верхней ступени ракеты Long March 3C /G2. [50] [51] В ночь на 28 октября 2014 года космический аппарат 4М совершил облет Луны, после чего вышел на эллиптическую околоземную орбиту, превысив расчетный срок службы в четыре раза. [52] [53]
Посадочный модуль Beresheet , которым управляют компании Israel Aerospace Industries и SpaceIL , столкнулся с Луной 11 апреля 2019 года после неудачной попытки приземления. [54]
После отказа от американской программы «Созвездие» о планах пилотируемых полетов с последующим созданием лунных баз заявили Россия, ЕКА , Китай, Япония и Индия. Все они намерены продолжить исследование Луны с помощью большего количества беспилотных космических кораблей.
Индия планирует и изучает потенциальное сотрудничество с Японией для запуска миссии по полярному исследованию Луны в 2026–2028 годах.
Россия также объявила о планах возобновить ранее замороженный проект «Луна-Глоб» , беспилотный спускаемый аппарат и орбитальный аппарат, запуск которого планировался в 2021 году, но так и не состоялся. [55] В 2015 году Роскосмос заявил, что Россия планирует отправить космонавта на Луну к 2030 году, оставив Марс НАСА. Цель — работать совместно с НАСА и избежать космической гонки. [56] Было предложено построить российскую лунную орбитальную станцию на орбите вокруг Луны после 2030 года.
В 2018 году НАСА опубликовало планы по возвращению на Луну вместе с коммерческими и международными партнерами в рамках общей исследовательской кампании агентства в поддержку Директивы 1 о космической политике , что положило начало программе «Артемида» и Службе коммерческой лунной полезной нагрузки (CLPS). НАСА планирует начать с роботизированных миссий на поверхности Луны, а также с пилотируемых Лунных ворот . По состоянию на 2019 год НАСА подписывает контракты на разработку новых небольших услуг по доставке полезной нагрузки на Луну, разработку лунных посадочных модулей и проведение дополнительных исследований на поверхности Луны перед возвращением человека. [57] Программа «Артемида» предполагает несколько полетов космического корабля «Орион» и высадки на Луну в период с 2022 по 2028 год. [58] [59]
3 ноября 2021 года НАСА объявило, что выбрало место посадки в южной полярной области Луны недалеко от кратера Шеклтон для беспилотного космического корабля, в котором участвовал эксперимент НАСА по добыче льда-1 для полярных ресурсов. Точное местоположение было названо Соединительным хребтом Шеклтона, преимуществом которого является почти непрерывное солнечное воздействие и прямая видимость с Землей для связи. [60]
Инициатива ЕКА «Лунный свет» направлена на создание небольшой сети спутников связи и навигации на орбите Луны для поддержки высадки «Артемиды». [61] Это позволит поддерживать связь с Землей, даже если она находится вне прямой видимости. Они также будут предоставлять навигационные сигналы, аналогичные системе глобального позиционирования на Земле, требующей точного хронометража. Планировщики лунного света предложили создать для этой цели новый часовой пояс Луны. Из-за более низкой гравитации и относительного движения время на Луне течет быстрее , поэтому каждые 24 часа при измерении с Земли начинаются на 56 микросекунд раньше. [62]