Публикуемая здесь лекция академика Александра Павловича Виноградова была прочитана им на чтениях имени Гагарина, которые вот уже несколько лет регулярно проводятся 12 апреля в Доме авиации и космонавтики имени М. В. Фрунзе.

     Мне хотелось бы сегодня несколько отойти от привычных форм перечисления достигнутых результатов изучения Луны и планет и попытаться обширные сведения, полученные в настоящее время о Луне, изложить в, какой-то цепи последовательных событий, связанных со всей историей Луны. Возможно кратко, и в возможно доступном изложении. Конечно, я буду излагать историю Луны несколько односторонне, поскольку мои научные интересы лежат в области геохимии и космохимии, имеют химическое начало.

     Мы не можем непосредственно определить химический состав нашей планеты или Луны. Мы знаем, из чего состоят лишь поверхностные слои Земли. Но благодаря систематическим спектральным исследованиям Солнца ученым удалось определить распространенность всех химических элементов на Солнце. С другой стороны, был изучен химический состав падающих на Землю каменных метеоритов. Если исключить содержание газов - водород, гелий, азот, кислород и другие, - которые составляют значительную массу на Солнце и которые теряются при образовании твердых каменных метеоритов и планет, то состав Солнца и метеоритов окажется практически идентичным. Отсюда возникло представление об идентичности вообще состава вещества всех планет нашей Солнечной системы, то есть состава метеоритного характера.

     Представляется, что около 5 миллиардов лет назад вокруг Солнца образовалось горячее плазменное облако в виде диска с температурой в несколько миллионов градусов. Но плотность его, вероятно, была не более плотности земных облаков. Динамические процессы, которые происходили в нем, весьма сложны и регулировались температурными условиями, гравитационным, электромагнитным и другими физическими полями. Если исключить, как мы уже выше сделали, огромное содержание в нем газов, то наибольшее распространение с протопланетном облаке имели химические элементы кремний, магний, железо, сера, никель. Нас интересует процесс, который возникал в облаке при его охлаждении до температуры ниже 5 - 10 тысяч градусов Цельсия, когда, как мы знаем, из горячего парообразного состояния начинают конденсироваться наиболее тугоплавкие химические элементы - вольфрам, титан, гафний, нобий, молибден, платина, цирконий и их окислы. Процесс охлаждения протопланетного облака и параллельно потеря им в космическое пространство газов, вероятно, шел в течение миллиона лет. По мере охлаждения и потери газов в облаке появлялись твердые частицы - газовое облако превращалось в газопылевое облако. Этот процесс все усиливался, облако благодаря этому теряло ротационную устойчивость, что в конце концов привело к разрыву диска и образованию холодных кучностей, роев твердых частиц. Эти частицы взаимодействовали друг с другом, смешивались, соударялись, сращивались, подвергаясь космическому облучению, и т. д. Среди них происходило образование отдельных фаз вещества, главным образом силикатов, железо-никелевого металлического сплава, сульфидов, хромитов и др., что определялось распространенностью тех или иных химических элементов в облаке. В результате агломерации этих фаз возникали каменные и другие метеориты, представляющие собой смесь подобных фаз твердого вещества - силикатной, металлической, сульфидной, хромитной и др. Все остальные химические элементы по известным законам распределялись в соответствии со своими свойствами по этим главным фазам. Например, никель, платина и платиноиды концентрировались главным образом в металлической фазе железа. Этот процесс стяжения, аккреции холодного вещества протопланетного облака привел, и к образованию планет нашей Солнечной системы.

     Мы уже давно отказались от идеи, что этот процесс в стадии образования планет, лун, астероидов и метеоритов был горячим. В древних земных горных породах, в различных геологических процессах на Земле не оказалось никаких признаков, которые* бы указывали на это. Мы признаем, что процесс образования планет шел в одну стадию, непосредственно из солнечного холодного вещества. Поэтому отношения между отдельными химическими элементами в первичном солнечном веществе Земли, в метеоритах имеют одно и то же значение. Например, первичное солнечное вещество метеоритов и самого Солнца, и т. д. имеет отношение кремния и магния, близкое к 1.

     Уже значительно позже под влиянием тепла радиогенного происхождения, распада радиоактивных элементов урана, тория, калия-40, находящихся в веществе планет, благодаря гравитационному теплу (сжатие планеты) в планетах возникают процессы дифференциации вещества на оболочки разного состава. По-видимому, процессы образования оболочек, например, на нашей планете - газовой, водной, твердой земной коры, мантии (то есть промежуточного слоя между ядром и корой) и, наконец, самого металлического ядра - универсален, характерен для всех планет и лун определенного размера в нашей Солнечной системе, с той лишь разницей, что некоторые оболочки, например, атмосфера, не удерживаются на космических телах с малой массой, например, на Луне. На Венере нет водной оболочки, и т. д. Разделение первичного солнечного состава вещества планет происходит в процессе зонного проплавления вещества под влиянием радиогенного тепла, когда выплавляется более легкая и более легкоплавкая фаза, сопровождаемая газами. В силу этого обстоятельства она стремится проникнуть к поверхности планеты и образует ее кору. А более тугоплавкие вещества остаются под корой, в мантии планеты. Это реализуется во время вулканических извержений, когда течет расплавленная лава базальта и вулкан выбрасывает одновременно огромные массы паров воды и кислых дымов.

     Из первичного вещества планет - метеоритного или солнечного - может выплавиться около 15 процентов легкоплавкого вещества базальта. Кора же Земли составляет всего 1 процент от мощности мантии Земли. Естественно, выплавление базальтов, основных пород на поверхность планет, образующих ее кору, конечно, вместе с другими процессами, совершенно преобразует первичную поверхность планеты, которая существовала до дифференциации вещества планет на оболочки.

     На Луне мы видим хорошо сохранившийся ландшафт, возникший в результате выплавления ее коры. Вероятно, в далеком прошлом и Земля не избежала подобной картины. Но на Земле еще более поздние процессы - обширные процессы эрозии поверхности под действием воды, атмосферы, организмов и других факторов выветривания пород привели к образованию мощного чехла осадочных пород, который прикрывает в настоящее время более древний рельеф Земли. На Луне отсутствуют земные факторы выветривания. На Луне нет воды или вода мало участвовала в геологических процессах.

     На Луне действует на поверхностные породы лишь смена температуры лунных дня и ночи, солнечный ветер, космическое, галактическое излучение, удары падающих метеоритов. Мы застали ландшафт лунной поверхности таким, каким он, по-видимому, возник 3,5 миллиарда лет назад. В нем сохранились и признаки хонца процесса аккреции вещества Луны.

     Луна имеет асимметричное строение. Ее видимая сторона, несколько выпяченная в сторону Земли, занята на одну треть так называемыми лунными морями. Это области понижения, залитые базальтовой лавой. Некоторые из этих круглых морей Дождей, Ясности, Влажности, Нектара, Кризисов имеют положительную аномалию силы тяжести, то есть ее усиление. Предположительно считают, что на глубине около ста километров находятся более плотные тела, так называемые масконы. По идее ряда ученых, они внелунного происхождения упали на Луну в последнюю стадию аккреции или ее образования.

     На видимой стороне Луны достаточно представлена и высокогорная часть лунной поверхности - континентальная, с огромным количеством кратеров различных размеров. На Луне нет линейных гор, горный рельеф создается кольцевыми горами - стенками кратеров.

     Рельеф обратной стороны Луны почти сплошь высокогорный с бесконечным количеством кратеров. Происхождение кратеров на Луне по крайней мере - результат действия двух разных процессов. Одни из них возникли в результате вулканической деятельности, другие от ударов падающих на Луну метеоритов или камней при взрывном вулканизме. Строгой оценки происхождения каждого крупного кратера еще нет. Можно полагать, что небольшие кратеры правильной круглой формы, окруженные нередко выпавшими фрагментами пород, до километра в диаметре, - ударного происхождения.

     Крупные кратеры, во всяком случае многие, - вулканического происхождения. Но мы, конечно, не можем забывать историю возникновения масконов и круглых морей. Вместе с тем всей исследовательской работой, последовавшей за доставкой горных пород с Луны, блестяще показано, что на Луне была интенсивная вулканическая деятельность и породы эндогенного магматического происхождения там широко распространены

     Еще в 1966 году по спектрам поверхности Луны, снятых автоматической станцией «Луна-10», мы указали на то, что Луна покрыта породами типа базальта. Эти породы так же, как и на Земле, изливались из кратеров вулканов и также представляли собой основные породы базальтового типа. Космонавты, посетившие Луну, непосредственно наблюдали мощные, толщиной в несколько метров, застывшие потоки базальтовой лавы, прорывавшие стенки кратера. Эти базальты образовали кору Луны. О ее мощности я еще скажу, когда коснусь внутренней структуры Луны.

     Необходимо кратко остановиться на вопросе о том, с какими же горными породами встретились космонавты «Аполлонов» и автоматические космические станции «Луна-16», и «Луна-20»/ С поверхности Луны были доставлены и изучены горные породы из 8 районов Луны (с видимой ее стороны), находящихся на достаточно больших расстояниях друг от друга. Пять из них - по преимуществу породы, характерные для «морских» районов Луны, из морей Изобилия, Спокойствия, Океана бурь, моря Ясности. Частично среди этих пород были обнаружены, как позже выяснилось и фрагменты пород континентального характера. Четыре станции привезли главным образом материал из высокогорных областей с лунных Аппенинских гор, район кратера Декарта (юг), и с севера, из района Фра Мауро и из горного района, расположенного между морем Изобилия и морем Кризисов (автоматическая космическая станция «Луна-20»).

     Материал лунных морей - это кристаллические базальты, отличающиеся между собой некоторой вариацией химического, минералогического и петрографического характера. Наши земные базальты варьируют не в меньшей степени. Они содержат несколько повышенное количество железа и особенно титана, иногда свыше 10 процентов (из моря Спокойствия). Все они вместе с тем отличаются малым содержанием щелочей натрия, калия и др. Поэтому Возникло подозрение, что в процессе выплавления при высоких температурах (свыше 1 100 - 1 200° Цельсия) происходила потеря щелочей и ряда других химических элементов и соединений, имеющих высокую упругость пара при низких температурах. Своим обликом и составом эти кристаллические породы из разных лунных морей, как их теперь называют - морские базальты, подчеркивали их общность происхождения на Луне. Они сопровождались базальтовыми брекчиями, то есть породами, сложенными из отдельных кусочков того же базальта. Особенно много брекчированных пород обнаружилось в высокогорных районах Луны. Изучение морских базальтов Луны показало, что они во многом похожи на земные, так называемые примитивные базальты, которые образуют кору Земли. Во всех этих уже вторичных излитых базальтических породах Луны и Земли отношение кремния и магния уже не 1, а около 6.

     Породы лунных морей покрыты тонким порошком, так называемым реголитом. Это разнозернистый темно-серый, даже черный порошок, который легко слипается в отдельные рыхлые комки. Наверное, все видели панораму Луны, заснятую «Луноходом-1» или «Луноходом-2», на ней виден след от движения «Лунохода» - его колея. Колея проложена «Луноходом» именно в этом лунном реголите. Его мощность на лунных морях - от долей метра до нескольких метров. Зерна реголита оплавлены или округлены. Редко встречаются угловатые зерна. Реголит не похож на рыхлый земной грунт или на вулканический пепел. В нем можно выделить две основные совокупности частиц. Частицы магматических пород типа базальтов. Они имеют удивительно свежий вид, такой, как на только, что раздробленных образцах породы на Земле, они не окатаны, угловатой формы. Вторые - которых больше - имеют явные следы оплавления, спекания частиц в сложные формы, остеклованные с поверхности, они похожи на стеклянные или металлические капли. Много застывших капелек - шариков, шлака. Это типичное для Луны оплавление горной породы происходило, видимо, мгновенно при высоком нагреве холодной в целом частицы. Встречаются в реголите морей также отдельные минералы и железные металлические частицы, на поверхности частичек реголита было обнаружено даже нержавеющее железо, крайне распыленное. Частицы реголита, как и брекчий и меньше кристаллические породы, несут следы ударов метеоритов и микрометеоритов. Можно рассмотреть микрократеры и другие причудливой формы следы ударов.

     Изучение всех этих частиц реголита показало, что они образуются под ударами метеоритов или метеоритных дождей, налетающих с космическими скоростями на поверхность Луны и вызывающих тепловые взрывы. При высоких температурах происходит оплавление кристаллических пород и разбрасывание их в расплавленном состоянии. Химический состав реголита в лунных морях соответствует составу лежащих под ним базальтов. Например, на базальтах, богатых титаном, находится богатый титаном реголит. На морских базальтах, бедных титаном, - бедный титаном реголит. Однако наблюдаются и значительные изменения в составе реголита, а также брекчий по сравнению с составом кристаллических базальтов. Они несколько богаче железом, магнием и особенно никелем (в 5 - 10 раз по сравнению с содержанием никеля в кристаллических базальтах). По содержанию никеля, платины и платиноидов в реголите удалось установить, что они привнесены извне метеоритным веществом. Оказалось, что в морском реголите Луны не меньше 2,5 процента вещества каменных метеоритов. Таким образом, идея метеоритных ударов, как основной причины образования реголита была подтверждена.

     Все породы высокогорных областей Луны тоже покрыты слоем реголита. Например, изучение реголита, взятого «Луной-20» из высокогорного района Луны, показало его значительное отличие от морского реголита. Реголит высокогорных областей Луны значительно светлее, в нем преобладают обломки кристаллических пород и минералов. Мало наблюдается ошлакованных микро-брекчий, сфероидов, и т. д. В то же время вместо базальта значительную долю частиц составляют породы (также основного характера), но богатые полевым шпатом (алюмосиликатом). Это так называемые анортозиты и их разновидности. Очень редки частицы из базальта. Вместе с тем и здесь встречаются частицы металлического железа. Содержание никеля также выше в реголите, чем в кристаллических анортозитах.

     Таким образом, оказывается, что породы, слагающие лунные моря, - это базальты, а породы, слагающие высокогорную часть Луны, содержат анортозиты, которых нет на морях. Космонавтами «Аполлонов» доставлены на Землю куски анортозитов из высокогорных областей видимой части Луны. Очевидно, лунные горы или их вершины, по крайней мере на обратной стороне Луны, сложены главным образом из анортозитов. Вот почему очень важно с помощью автоматической космической станции забрать реголит с обратной стороны Луны. Анортозиты были подробно изучены. Их состав отвечает составу анортозитов, встречающихся на Земле. Они содержат прежде всего высокое количество алюминия и кальция по сравнению с базальтами. Земные анортозиты были найдены на щитах - Балтийском, Украинском, Алданском, возраст пород свыше двух миллиардов лет, происхождение неизвестно. Это хороший пример того, как влияет изучение Луны и планет на восстановление геологической истории Земли, особенно первого миллиарда лет ее жизни, о котором мы так мало знаем.

     Естественно возникает вопрос, как же возникли на Луне анортозитовые породы, богатые алюминием и кальцием, бедные железом и титаном? При температуре магмы около 1 300 Цельсия происходило, по-видимому, выпадение из нее в первую очередь твердых кристаллов анортита (из которых сложена анортозитовая порода), и их флотация. Выделение анортозита из основной магмы происходило при быстром охлаждении излившейся высокотемпературной базальтовой магмы, при быстрой потере летучих веществ в космическом вакууме. При этих условиях базальт еще оставался жидким и сливался в пониженные места Луны, образуя лавовые озера или лунные моря. Некоторые ученые склонны думать, что вообще первоначально кора Луны состояла из анортозита, а затем ударами метеоритов она была разбита и материал ее ассимилировался в общем процессе образования кристаллических пород Луны. Но масштабы этого процесса нам неизвестны и была ли Луна вся покрыта анортозитами или только частично, остается еще решить в будущем.

     Кто же старше по геологическому возрасту высокогорные анортозитовые породы или базальты лунных морей? Благодаря тому, что породы Луны, как и Земли, с одной стороны, имеют в своем составе радиоактивные элементы, то по отношению содержащихся в породах родительских радиоактивных элементов тория, урана, калия-40, рубидия-87, и их дочерних элементов можно определить время затвердевания пород. Следовательно, их абсолютный геологический возраст. С другой стороны, все поверхностные лунные породы подвергаются космическому облучению, особенно реголит, брекчии, что вызывает в них ядерные реакции фрагментации, на них остаются следы (треки) пробега частиц. Так, как это излучение проникает не очень глубоко, по образовавшимся нуклидам, числу треков можно определить время экспозиции вещества, то есть время нахождения его на поверхности Луны под Солнцем. Оказалось, что абсолютный возраст реголита около 4,6 миллиарда лет, то есть тот же, что, и у Земли. Однако отдельные кристаллические породы и частицы пород из реголита имеют возраст от 3 до 3,5 миллиарда лет. Иными словами, к этому времени приурочены были наиболее интенсивные процессы излияния лавы, а возможно и интенсивная бомбардировка поверхности Луны метеоритными потоками. Пород, имеющих геологический возраст менее 2 миллиардов лет, на Луне пока не было встречено. Мне представляется, что если все это так, то разгадку надо искать в тепловом балансе Луны. Характерно, что количество урана (главного элемента, продуцирующего радиогенное тепло, а именно урана-235) в базальтовой коре Луны (и вообще в поверхностных кристаллических породах) почти в 17 - 20 раз больше, чем в веществе метеоритов и, следовательно, в мантии Луны. В процессе выплавления и дегазации мантии Луны при этом некоторая значительная часть урана переходит в легкоплавкую фазу, достигающую поверхности Луны (скажем,1/2}. Элементарный подсчет показывает, что главная масса урана на Луне подтянута к коре или близкоровому веществу Луны. При таком содержании урана мощность коры Луны не может быть больше 15 - 20 километров. Скорее меньше, чем больше. Поэтому разогревания недр Луны не происходит. Луна главным образом теряет тепло вовне.

     По расчетам, поток тепла с поверхности Луны 1/4 - 1/6 интенсивности потока тепла на единицу поверхности на Земле. Измерения дали немного меньше - %. Если это так, то проявление вулканизма на Луне ни в наше время, ни даже в достаточно отдаленном прошлом Луны невозможно.

     Итак, мы подошли к проблеме структурного строения внутренней части Луны. Все сейсмические данные, наблюдения за падением большого метеорита на Луну в мае прошлого года говорят о том, что мощность лунной коры - около 25 километров. Следовательно, соотношение мощности коры и мантии Луны заметно выше, чем на Земле. Я уже обратил внимание на распределение урана на Луне, что важно в связи с этой проблемой.

     Наконец, о металлическом ядре Луны. Луна имеет плотность 3,34, это ниже плотности каменных метеоритов, имеющих меньше 10 процентов металлической (железо-никелевой) фазы. Причем сравнительное значение плотности вещества Луны должно быть еще меньше, поскольку оно выросло с увеличением массы Луны. Следовательно, можно предполагать, что ядро может составлять очень малую часть массы Луны - несколько процентов. Между тем обтекание солнечной плазмой Луны должно было бы вызвать возмущение в этой плазме, если бы Луна имела заметное металлическое ядро. Однако этого не наблюдается. Значительное содержание окислов железа в породах Луны и многое другое также свидетельствуют против сколько-нибудь заметного металлического ядра Луны. В связи с этим, может быть, стоит вспомнить, что породы Луны намагничены. Это явление имеет исключительно большой научный интерес. Неизвестно, какое космическое тело или, какой космический процесс намагнитил породы Луны.

     Мне остается сказать несколько слов о происхождении Луны. Конечно, на этот вопрос невозможно ответить вне законов небесной механики. Ответить на него - значит ответить на вопрос о происхождении всей Солнечной системы.

     Существуют разные мнения. Наиболее старые гипотезы о происхождении Луны - отделение от Земли или причаливание Луны к Земле откуда-то, например, из астероидного пояса - запрещаются законами небесной механики. Отделение от Земли или причаливание связано с торможением, а отсюда с выходом Луны на эллиптическую орбиту. Между тем Луна движется по круговой орбите. В ряде гипотез, конечно, делаются попытки обойти эти законы.

     Гипотеза, говорящая о том, что Луна и Земля одновременно образовались вблизи Земли, наталкивается на необъяснимые вещи. Прежде всего на различные плотности этих тел - 3,34, и 5,1, на очень разные размеры Земли и Луны. Представляется, что Земля и Луна в далеком прошлом могли иметь много сателлитов-спутников, которые в системе Земля - Луна успели большей частью упасть либо на Землю, либо на Луну и только почему-то Луна избежала этой участи. Почему?

     Это особенно интересно потому, что, как вы, вероятно, заметили, я стремился показать, что по способу образования, составу, по способу дифференциации вещества они имеют совершенно близкий характер.

№9, 1973