В исследованиях химического состава грунта Луны, а в перспективе и планет Солнечной системы особое место занимает рентгеновский изотопный флуоресцентный метод анализа (РИФМА). В брошюре участники создания аппаратуры РИФМА, используемой при работе советских «Луноходов», рассказывают о физических основах этого метода, а также приводят результаты химического анализа лунного грунта, полученные с помощью как данного, так и других методов, применявшихся, В частности, при работе некоторых американских автоматических станций.Брошюра рассчитана на студентов и преподавателей вузов, учителей средних школ, а также на более широкий круг читателей, интересующихся современными достижениями в области космических исследований.
Что собой представляет Луна? Этот вопрос с древнейших времен волновал человека. Однако в течение длительного времени ряд причин, в том числе и различные суеверия, связанные с Луной, мешали научному подходу к ее изучению. Широкие и разносторонние научные исследования Луны — ближайшего к нам небесного тела — начались сравнительно недавно. Истина давалась не сразу — каждое открытие порождало сразу же много новых вопросов.
Что касается размеров Луны, ее массы, средней плотности и ряда других параметров, то они, как оказалось, довольно точно определяются методами небесной механики. Методы радиоастрономии дают возможность оценить теплопроводность и плотность поверхностного слоя Луны. Однако химический состав вещества, слагающего лунную поверхность, удалось исследовать лишь в последние годы.
Существует целый ряд непрямых (неконтактных) методов исследования химического состава небесных тел. Одним из них является метод спектрального анализа, широко применяющийся в астрофизике. Свет, идущий к нам от Солнца и далеких звезд, несет богатую информацию о составе поверхностных слоев этих небесных тел и происходящих в них процессах. Однако этот весьма чувствительный метод астрофизики не может быть использован для исследования состава лунного грунта, поскольку Луна светит лишь отраженным от нее солнечным светом. Поэтому исследования химического состава лунного грунта стали возможными только в космическую эпоху, когда началось изучение Луны с помощью научных приборов, доставляемых автоматическими и пилотируемыми космическими аппаратами как на лунную поверхность, так и на орбиту ее искусственного спутника.
В данной брошюре будет рассказано о ядерно-физических методах исследования химического состава лунного грунта, используемых при работе космических аппаратов, а также о результатах исследования лунного грунта, полученных как с помощью этих, так и других методов. Но вначале вспомним, что знали о Луне в «докосмическую» эпоху и до непосредственных измерений на ее поверхности.
Видимая с Земли невооруженным глазом поверхность Луны уже в IV в. до н. э. навела ученых Древней Греции на мысль, что там есть горы и равнины. Первая из дошедших до нас научных работ о Луне относится к I в. н. э. Но естественно, что сведения о Луне, полученные лишь путем ее наблюдений невооруженным глазом, многого дать не могли.
Новый период в изучении Луны начался в XVII в. с изобретением телескопа. В 1610 г. Галилей, наблюдая Луну в телескоп, увидел на ее поверхности горы и «моря». «Морями» он назвал обширные темные области, которые показались ему большими водными бассейнами. С тех пор вот уже более трех столетий ведется изучение Луны с помощью оптических инструментов. Составляются все более и более подробные карты Луны. В конце XIX в. были получены первые фотографии Луны, и вскоре был выпущен первый ее фотографический атлас.
В первой половине XX в. началось изучение Луны астрофизическими методами, с помощью которых были выполнены обширные исследования отдельных образований лунного рельефа и других характеристик лунной поверхности. В середине нашего столетия пришел черед радиоастрономических методов. К этому времени были созданы мощные радиотелескопы направленного действия, обладающие высокой чувствительностью. Первая радиолокация Луны была осуществлена в 1946 г., и с тех пор радиолокационные исследования нашего естественного спутника проводились неоднократно. С их помощью была получена ценная информация о движении Луны и ее размерах, удалось определить среднее расстояние до Луны с точностью до нескольких сотен метров, уточнить ее массу и среднюю плотность.
В исследовании лунной поверхности с помощью наземных средств огромное значение отводится радиофизическим измерениям, большой цикл которых был осуществлен в СССР под руководством В. С. Троицкого. Полученные в результате радиофизических измерений данные позволили сделать вывод, что самый верхний слой лунного грунта является пористым или распыленным веществом с весьма низкой теплопроводностью. Были сделаны оценки плотности и температуры лунного грунта, теплового потока, идущего из недр Луны к ее поверхности, и ряда других параметров.
Эпоха изучения Луны космическими средствами началась 2 января 1959 г., когда в Советском Союзе был произведен запуск станции «Луна-1» с массой 360 кг — первого космического аппарата, отправленного в сторону Луны. Сблизившись с Луной 4 января, станция прошла от нее на расстоянии около 6000 км и стала первым в мире искусственным спутником Солнца. С помощью научной аппаратуры были получены данные о радиационной обстановке и газовой составляющей межпланетного вещества в окололунном пространстве.