Обратная сторона Луны — это лунное полушарие, которое всегда обращено от Земли , в противоположность ближней стороне , из-за синхронного вращения по орбите Луны . По сравнению с ближней стороной, рельеф дальней стороны неровный, с множеством ударных кратеров и относительно небольшим количеством плоских и темных лунных морей ( «морей»), что делает ее похожей на другие бесплодные места в Солнечной системе, такие как Меркурий и Каллисто . На ней находится один из крупнейших кратеров в Солнечной системе , бассейн Южный полюс-Эйткен . Полушарие иногда называют « Темной стороной Луны », где «темный» означает «неизвестный», а не «отсутствующий солнечного света» — каждое место на Луне получает две недели солнечного света , в то время как противоположное место переживает ночь. [1] [2] [3] [4]
Около 18 процентов обратной стороны иногда видны с Земли из-за колебаний и либрации . Остальные 82 процента оставались ненаблюдаемыми до 1959 года, когда их сфотографировал советский космический зонд «Луна-3» . Академия наук СССР опубликовала первый атлас обратной стороны в 1960 году . Астронавты «Аполлона-8» были первыми людьми, которые увидели обратную сторону лично, когда они вращались вокруг Луны в 1968 году. Все пилотируемые и беспилотные мягкие посадки происходили на ближней стороне Луны до 3 января 2019 года, когда космический корабль «Чанъэ-4» совершил первую посадку на обратной стороне. [5] [6] Миссия по возвращению образцов «Чанъэ- 6 » была запущена 3 мая 2024 года, приземлилась в бассейне Аполлона в южном полушарии обратной стороны Луны и вернулась на Землю месяц спустя, 25 июня, с первыми лунными образцами, полученными человечеством с обратной стороны. [7] [8] [9]
Астрономы предложили установить большой радиотелескоп на дальней стороне, где Луна будет защищать его от возможных радиопомех с Земли. [10]
Приливные силы с Земли замедлили вращение Луны до такой степени, что одна и та же сторона всегда обращена к Земле — явление, называемое приливным запиранием . Другая сторона, большая часть которой никогда не видна с Земли, поэтому называется «обратной стороной Луны». Со временем некоторые серповидные края обратной стороны можно увидеть из-за либрации . [11] В общей сложности 59 процентов поверхности Луны видны с Земли в то или иное время. Полезное наблюдение частей обратной стороны Луны, иногда видимых с Земли, затруднено из-за низкого угла обзора с Земли (их нельзя наблюдать «полностью»).
Распространенное заблуждение заключается в том, что Луна не вращается вокруг своей оси. Если бы это было так, то вся Луна была бы видна с Земли в течение ее орбиты. Вместо этого ее период вращения совпадает с ее орбитальным периодом, то есть она делает один оборот за каждый оборот: в земных терминах можно сказать, что ее день и ее год имеют одинаковую продолжительность (т. е. ~29,5 земных дней).
Фраза «темная сторона Луны» не относится к «темному» как к отсутствию света, а скорее «темному» как к неизвестному: пока люди не смогли отправить космические аппараты вокруг Луны, эта область никогда не была замечена. [1] [2] [3] В действительности, как ближняя, так и дальняя стороны получают (в среднем) почти одинаковое количество света непосредственно от Солнца. Эта симметрия осложняется солнечным светом, отраженным от Земли на ближнюю сторону ( пепельный свет ), [12] и лунными затмениями, которые происходят только тогда, когда дальняя сторона уже темная. Лунные затмения означают, что сторона, обращенная к Земле, получает в разы меньше солнечного света, чем дальняя сторона, если рассматривать в течение длительного периода времени.
Ночью при «полной Земле» ближняя сторона Луны получает порядка 10 люкс освещения (примерно столько же, сколько получает городской тротуар при уличном освещении; это в 34 раза больше света, чем получает Земля при полной Луне ), тогда как обратная сторона Луны во время лунной ночи получает всего около 0,001 люкс звездного света. [12] Только во время полнолуния (если смотреть с Земли) вся обратная сторона Луны темная.
Слово «темный» также стало обозначать тот факт, что связь с космическим кораблем может быть заблокирована, когда космический корабль находится на обратной стороне Луны, например, во время космических миссий «Аполлон». [13]
Два полушария Луны имеют совершенно разный внешний вид: ближняя сторона покрыта множеством больших морей (лат. «моря», поскольку первые астрономы ошибочно считали, что эти равнины были морями лунной воды ). Дальняя сторона имеет избитый, густо кратерированный вид с небольшим количеством морей. Только 1% поверхности дальней стороны покрыт морями [14] по сравнению с 31,2% на ближней стороне. Одно из общепринятых объяснений этой разницы связано с более высокой концентрацией тепловыделяющих элементов на ближнем полушарии, как было продемонстрировано геохимическими картами, полученными с помощью гамма-спектрометра Lunar Prospector . Хотя другие факторы, такие как высота поверхности и толщина земной коры, также могут влиять на место извержения базальтов , они не объясняют, почему дальняя часть Южного полюса – бассейн Эйткена (в котором находятся самые низкие точки Луны и который имеет тонкую кору) не была столь вулканически активна, как Океан Бурь на ближней стороне.
Также было высказано предположение, что различия между двумя полушариями могли быть вызваны столкновением с меньшим спутником-спутником, который также возник в результате столкновения Теи . [15] В этой модели столкновение привело к образованию аккреционной кучи, а не кратера, что способствовало образованию полусферического слоя, размеры и толщина которого могут соответствовать размерам возвышенностей дальней стороны. Химический состав дальней стороны не соответствует этой модели. [ необходима цитата ]
На дальней стороне больше видимых кратеров. Считалось, что это результат воздействия лунных лавовых потоков, которые покрывают и скрывают кратеры, а не экранирующий эффект Земли. НАСА подсчитало, что Земля скрывает только около 4 квадратных градусов из 41 000 квадратных градусов неба, видимого с Луны. «Это делает Землю незначительным щитом для Луны [и] вероятно, что каждая сторона Луны получила одинаковое количество ударов, но повторная обработка лавой приводит к тому, что на ближней стороне видно меньше кратеров, чем на дальней, хотя обе стороны получили одинаковое количество ударов». [16]
Новые исследования показывают, что тепло от Земли во время формирования Луны является причиной того, что на ближней стороне меньше ударных кратеров. Лунная кора в основном состоит из плагиоклазов, образовавшихся при конденсации алюминия и кальция и соединении с силикатами в мантии. Более холодная дальняя сторона испытала конденсацию этих элементов раньше и, таким образом, образовала более толстую кору; удары метеороидов на ближней стороне иногда проникали в более тонкую кору здесь и высвобождали базальтовую лаву , которая создавала моря, но редко делали это на дальней стороне. [17]
Обратная сторона демонстрирует более экстремальные изменения высоты рельефа, чем ближняя сторона. Самые высокие и самые низкие точки Луны, а также ее самые высокие горы, измеренные от основания до вершины, находятся на обратной стороне. [18]
До конца 1950-х годов мало что было известно о дальней стороне Луны. Либрации периодически позволяли ограниченно увидеть особенности вблизи лунного лимба на дальней стороне, но только до 59% от общей поверхности Луны. [19] Эти особенности были видны под низким углом, что затрудняло полезные наблюдения (оказалось трудно отличить кратер от горного хребта). Остальные 82% поверхности на дальней стороне оставались неизвестными, и их свойства были предметом множества спекуляций.
Примером особенности дальней стороны, которую можно увидеть через либрацию, является Mare Orientale , которая является заметным ударным бассейном, охватывающим почти 1000 км (600 миль), однако он даже не был назван как особенность до 1906 года Юлиусом Францем в Der Mond . Истинная природа бассейна была обнаружена в 1960-х годах, когда исправленные изображения были спроецированы на глобус. Бассейн был сфотографирован в мельчайших подробностях Lunar Orbiter 4 в 1967 году. До начала исследования космоса астрономы ожидали, что дальняя сторона будет похожа на сторону, видимую с Земли. [20]
7 октября 1959 года советский зонд «Луна-3» сделал первые фотографии обратной стороны Луны, восемнадцать из которых были разрешимыми, [21] [20] покрывающими одну треть поверхности, невидимой с Земли. [22] Изображения были проанализированы, и первый атлас обратной стороны Луны был опубликован Академией наук СССР 6 ноября 1960 года. [23] [24] Он включал каталог из 500 отличительных особенностей ландшафта. [25] В 1961 году был выпущен первый глобус (1: Масштаб 13 600 000 ) [26], содержащий невидимые с Земли лунные объекты, был выпущен в СССР на основе снимков с Луны-3. [27]
20 июля 1965 года другой советский зонд, Зонд-3 , передал 25 снимков обратной стороны Луны очень хорошего качества [28] с гораздо лучшим разрешением, чем у Луны-3. В частности, они выявили цепи кратеров длиной в сотни километров [22], но, что неожиданно, никаких морских равнин, подобных тем, которые видны с Земли невооруженным глазом. [20] В 1967 году в Москве была опубликована вторая часть Атласа обратной стороны Луны [29] [30], основанная на данных Зонда-3, и теперь каталог включает 4000 вновь обнаруженных особенностей ландшафта обратной стороны Луны. [22] В том же году была опубликована первая Полная карта Луны (1:Масштаб 5 000 000 [26] ) и обновленный полный глобус (1:Масштаб 10 000 000 ), представляющий 95 процентов лунной поверхности, [26] были выпущены в Советском Союзе. [31] [32]
Поскольку многие выдающиеся особенности ландшафта дальней стороны были обнаружены советскими космическими зондами, советские ученые выбрали для них названия. Это вызвало некоторые споры, хотя Советская академия наук выбрала много несоветских имен, включая Жюля Верна , Марию Кюри и Томаса Эдисона . [33] Международный астрономический союз позже принял многие из названий.
26 апреля 1962 года космический зонд НАСА « Рейнджер-4» стал первым космическим аппаратом, соприкоснувшимся с обратной стороной Луны, хотя до столкновения он не смог передать никаких научных данных. [34]
Первое по-настоящему всеобъемлющее и подробное картографическое исследование обратной стороны было проведено в рамках американской программы беспилотного аппарата Lunar Orbiter, запущенной НАСА в 1966–1967 годах. Большая часть покрытия обратной стороны была предоставлена последним зондом в этой серии — Lunar Orbiter 5 .
Впервые обратная сторона была увидена непосредственно человеческими глазами во время миссии «Аполлон-8» в декабре 1968 года. Астронавт Уильям Андерс описал увиденное:
«Задняя часть похожа на кучу песка, в которой мои дети играли какое-то время. Она вся избитая, никакой четкости, просто много неровностей и дыр».
Его видели все 24 человека, летавших на Аполлоне-8 и Аполлоне-10 через Аполлон-17 , и фотографировали многочисленные лунные зонды. Космические корабли, пролетающие за Луной, были вне прямой радиосвязи с Землей и должны были ждать, пока орбита позволит передачу. Во время миссий Аполлона главный двигатель служебного модуля запускался, когда судно находилось за Луной, что создавало напряженные моменты в Центре управления полетами, прежде чем корабль снова появлялся.
Геолог-астронавт Харрисон Шмитт , который стал последним, ступившим на Луну, активно лоббировал, чтобы место посадки Аполлона-17 было на обратной стороне Луны, нацеливаясь на заполненный лавой кратер Циолковский . Амбициозное предложение Шмитта включало специальный спутник связи на основе существующих спутников TIROS , который должен был быть запущен на гало-орбиту Фаркуара-Лиссажу вокруг точки L2 , чтобы поддерживать прямую видимость контакта с астронавтами во время их активного спуска и операций на поверхности Луны. Администрация НАСА отклонила эти планы по причине дополнительного риска и отсутствия финансирования.
Идея использования спутника связи Земля–Луна L 2 для покрытия обратной стороны Луны была реализована, когда Китайское национальное космическое управление запустило ретрансляционный спутник Queqiao в 2018 году. [35] С тех пор он использовался для связи между посадочным модулем Chang'e 4 и марсоходом Yutu 2 , которые успешно приземлились в начале 2019 года на обратной стороне Луны, и наземными станциями на Земле. L2 предлагается в качестве «идеального места» для топливного склада как части предлагаемой архитектуры космического транспорта на основе склада. [36]
3 января 2019 года аппарат «Чанъэ-4 » Китайского национального космического управления (CNSA) совершил первую в истории человечества мягкую посадку на обратной стороне Луны и вывел на поверхность Луны луноход «Юйту-2» . [37]
В состав корабля входил посадочный модуль, оснащенный низкочастотным радиоспектрографом и геологическими исследовательскими инструментами. [38] Обратная сторона Луны представляет собой благоприятную среду для радиоастрономии, поскольку помехи от Земли блокируются Луной.
В феврале 2020 года китайские астрономы впервые сообщили о высоком разрешении изображения последовательности лунных выбросов , а также о прямом анализе его внутренней архитектуры. Они были основаны на наблюдениях, сделанных лунным проникающим радаром (LPR) на борту марсохода Yutu-2 . [39] [40]
CNSA запустила Chang'e 6 3 мая 2024 года, который осуществил первый возврат лунных образцов из бассейна Аполлона на обратной стороне Луны. [41] Это была вторая миссия CNSA по возврату лунных образцов, первая, достигнутая Chang'e 5 с ближней стороны Луны четырьмя годами ранее. [42] Он также нес мини-ровер «Jinchan» для проведения инфракрасной спектроскопии лунной поверхности и получения изображений посадочного модуля Chang'e 6 на лунной поверхности. [43] Комбинация посадочного модуля, подъемного модуля и марсохода была разделена с орбитальным модулем и возвращаемым модулем перед посадкой 1 июня 2024 года в 22:23 UTC. Он приземлился на поверхность Луны 1 июня 2024 года. [44] [45] Подъемный модуль был запущен обратно на лунную орбиту 3 июня 2024 года в 23:38 UTC, неся образцы, собранные посадочным модулем, и позже выполнил еще одно роботизированное сближение и стыковку на лунной орбите. Затем контейнер с образцами был передан возвращаемому модулю, который приземлился во Внутренней Монголии 25 июня 2024 года, завершив миссию Китая по возвращению образцов с обратной стороны.
Посадочный модуль Lunar Surface Electromagnetics Experiment (LuSEE-Night) , миссия которого предусматривает мягкую посадку уже в 2026 году, представляет собой роботизированную обсерваторию на обратной стороне, предназначенную для измерения электромагнитных волн из ранней истории Вселенной, которая разрабатывается NASA и Министерством энергетики США . [46]
Поскольку обратная сторона Луны защищена от радиопередач с Земли, она считается хорошим местом для размещения радиотелескопов для использования астрономами . Небольшие чашеобразные кратеры обеспечивают естественное образование для стационарного телескопа, похожего на Аресибо в Пуэрто-Рико . Для гораздо более крупных телескопов кратер Дедал диаметром 100 километров (60 миль) расположен недалеко от центра обратной стороны, а 3-километровый (2 мили) ободок поможет блокировать случайные сообщения от орбитальных спутников. Другим потенциальным кандидатом на радиотелескоп является кратер Саха . [47]
Перед тем, как развернуть радиотелескопы на дальней стороне, необходимо решить несколько проблем. Мелкая лунная пыль может загрязнять оборудование, транспортные средства и скафандры. Проводящие материалы, используемые для радиотарелок, также должны быть тщательно экранированы от воздействия солнечных вспышек . Наконец, область вокруг телескопов должна быть защищена от загрязнения другими источниками радиоизлучения.
Точка Лагранжа L 2 системы Земля-Луна расположена примерно в 62 800 км (39 000 миль) над дальней стороной, что также было предложено в качестве места для будущего радиотелескопа, который будет совершать орбиту Лиссажу вокруг точки Лагранжа.
Одна из миссий НАСА на Луну, которая изучается, отправит посадочный модуль для сбора образцов в бассейн Южного полюса – Эйткена , место крупного ударного события, которое создало образование диаметром около 2400 км (1500 миль). Сила этого удара создала глубокое проникновение в лунную поверхность, и образец, возвращенный с этого места, может быть проанализирован для получения информации о внутренней части Луны. [48]
Поскольку ближняя сторона частично защищена от солнечного ветра Землей, ожидается, что моря дальней стороны будут иметь самую высокую концентрацию гелия-3 на поверхности Луны. [49] Этот изотоп относительно редок на Земле, но имеет хороший потенциал для использования в качестве топлива в термоядерных реакторах. Сторонники лунного поселения ссылались на наличие этого материала как на причину для разработки лунной базы . [50]
L
2
находится в глубоком космосе вдали от поверхности любой планеты, и поэтому термические, микрометеорные и атомарные кислородные среды значительно превосходят те, что находятся на низкой околоземной орбите. Термодинамический застой и длительный срок службы оборудования гораздо проще получить без этих суровых условий, наблюдаемых на низкой околоземной орбите. L
2
— это не просто отличный шлюз — это отличное место для хранения топлива. ... L
2
— идеальное место для хранения топлива и грузов: оно близко, высокоэнергетическое и холодное. Что еще важнее, он обеспечивает непрерывное поступательное движение топлива из хранилищ на низкой околоземной орбите, тем самым уменьшая его размер и эффективно минимизируя потери от испарения в околоземной среде.
