Как астрономы Луну измеряли

[22sobaki.livejournal.com]

1960-е, разгар "Лунной гонки". Еще совершенно непонятно, кто первым высадится на Луну - мы или американцы.

Более того, не очень понятно, на что сядет лунный корабль - на твердую поверхность или в пылевую трясину. Ведь по поводу поверхности Луны существует две теории: "пылевая", по которой Луна покрыта многометровым слоем пыли, и "метеорно-шлаковая", согласно которой пыль толщиной всего в несколько миллиметров лежит на твердой основе.

Чтобы узнать свойства поверхности, нужно прилуниться. А чтобы прилуниться, нужно знать свойства поверхности.

Для решения задачи в СССР начинаются наблюдения по методу "искусственной Луны". В разных районах Советского Союза ставят мачты, на которые поднимают и опускают диски диаметром несколько метров - искусственные луны.


Диск размещался на горе, радиотелескоп - под горой.

Начало 1960-х (радиоастрономическая станция «Зименки» под Горьким):


Сегодня (Крым, недалеко от Судака):


Диск имел те же угловые размеры, что и Луна, и находится на той же высоте над горизонтом. Поверхность диска представляла собой абсолютно черное для радиоволн тело:


С помощью радиотелескопа команда под руководством профессора Всеволода Сергеевича Троицкого измеряла интенсивность инфракрасного и радио- излучения от диска. Длина волн составляла от 0,87 мм до 70 см.




Затем диск опускали, измеряли радиоизлучение от неба и настоящей Луны, сравнивали с эталоном (излучением диска, температура которого точно известна), и таким образом определяли температуру спутника Земли.


Измеряли температуру и раньше. Прорывность метода заключалась в том, что точность измерений резко улучшилась: с 20% до 1-2%. А из этого уже можно было делать далекоидущие выводы:
1) Плотность вещества в верхнем слое вещества Луны близка к значениям 0,9-1,2 г/куб.см. Весь слой находится в сильно пористом (50-70%) состоянии в виде застывшего пенистого материала, имеющего теплопроводность в диапазоне (3-5)*10^-3 Вт/(м*К).
2) Угол диэлектрических потерь вещества Луны на СВЧ примерно равен потерям в хороших диэлектриках, применяемых в технике.
3) Порода на поверхности в среднем содержит 57% оксида кремния (кварц), 16,5% оксида алюминия (корунд), 7,5% оксида железа.

Каким образом можно определить все эти характеристики по радиоизлучению?
Последовательность, видимо, была такова:
а) С помощью радиолокатора определили коэффициент отражения радиоволн от поверхности Луны (2-4%). Зная, что коэффициент зависит в основном от плотности материала и изучив аналогичные коэффициенты для земных горных пород (10%), пришли к выводу, что лунные породы в 2-5 раз легче земных.
б) С помощью радиотелескопа исследовали собственное излучение Луны на разных длинах волн и получили температуры грунта на разных глубинах (мощность радиоизлучения пропорциональна температуре; чем длиннее волна, тем с большей глубины она приходит).
в) Следя за динамикой изменения температур по глубине во время лунных затмений, сделали выводы о величине коэффициента теплопроводности грунта: он оказался крайне мал и не менялся до глубины нескольких метров. Значит, во-первых, этот слой однороден. А во-вторых, это не пыль (пыль бы самоуплотнилась под действием гравитации, и коэффициент теплопроводности с глубиной бы увеличивался). Следовательно, материал относительно прочный, сохраняющий структуру.
г) Изучили зависимость толщины радиоизлучающего слоя от длины волны и сравнили ее с аналогичными показателями земных пород. Пришли к выводу, что примесей раздробленного (метеорного) железа на Луне нет, т.к. это бы нарушило линейность зависимости. И установили, что наиболее близкими по составу к "луниту" являются земные гранит, габбро, диорит и вулканические туфы. Но, видимо, с другой (пористой) структурой, объясняющей низкую теплопроводность.

Здесь В.С.Троицкий и его коллеги сами рассказывают (1965):

Для оценки точности выводов Троицкого приведу выдержки из лабораторных исследований реголита, проведенных уже после взятия проб на Луне и доставки их на Землю:
1) Объемный вес 1,0-2,0 г/куб.см. Характерна очень большая рыхлость: пористость в районе 50%. Теплопроводность составляет (8-13)*10^-3 Вт/(м*К).
2) Реголит - хороший диэлектрик, его диэлектрическая проницаемость равна 3,36.
3) Химический состав сильно варьируется в зависимости от места взятия проб: оксида кремния 47-76%, оксида алюминия 12-19%, оксида железа 2-12%.

В феврале 1966-го стокилограммовая станция "Луна-9" совершила первую в истории мягкую посадку на другое небесное тело.
Фотоснимки показали, что в месте посадки отсутствует толстый и рыхлый пылеватый покров, в котором мог бы утонуть лунный корабль, что поверхностный слой обладает достаточно высокой несущей способностью, и что главную опасность при посадке аппаратов, по-видимому, будет представлять не пылевой слой, а неровности рельефа.

Собственно, Троицкий:

Тот самый человек, на мнении которого основывался С.П. Королев, когда писал свое знаменитое
"Посадку лунного корабля следует рассчитывать на достаточно твердый грунт типа пемзы".


1. Успехи физических наук, 1963
2. Троицкий В.С., "Радионаблюдения планет и спутников", 1983
3. Фотографии современного состояния установки отсюда.

Comments

[cat-miaow.livejournal.com]

Эх, даже немного завидую инженерам того времени: была романтика первооткрывателей. Сегодня она тоже есть, но всё очень сильно усложнилось, а рубежи открытий всё дальше от Земли. И времени на них уходит всё больше и больше. Задумайтесь: от времени первого полёта в космос до высадки на Луну прошло всего 8 лет! Потрясающее было время для космонавтики (и науки вообще).

[sevasat.livejournal.com]

Увы, если бы бюджеты были такие же как тогда - наши сегодняшние эпопеи были не менее интересными. Но сегодня правительствам интереснее сливать бабло на войну чем на мир-труд-май.

[akaund.livejournal.com]

Хм... Луна вроде же ж бы - шар, а поднимали диск.

[denis-lisin2.livejournal.com]

в то время не было достоверно известно, что это шар

[antisemit-ru.livejournal.com]

хи-хи-хи!

[quadro4.livejournal.com]

)))

[e-pipe.livejournal.com]

Диск выпуклый. Обратной-то стороны Луны ещё не видели...

[snovasya.livejournal.com]

Спасибо, очень интересно, как работала инженерная мысль в условиях, ограниченных техническими возможностями того времени.

[billy-nv750.livejournal.com]

На фото остатки радиопоглотителя - пропитанный графитом поролон игольчатой формы. Как я понял, им должны были быть оклеены диск и мачты для его установки.

[22sobaki.livejournal.com]

Мачты вроде нет, а диск - да.

[gonchar.livejournal.com]

Вот что интересно... никто почти не осознаёт, на какую исключительную хрень тратились деньги.

При этом желающих профинансировать подобные исследования за свой собственный счёт в России - буквально единицы (в США, кстати, намного больше).

[22sobaki.livejournal.com]

>тратились деньги

К слову. Денег, как пишет Троицкий (сторона заинтересованная, но другой у меня нет), на дистанционное изучение потрачено на 20-30 порядков меньше, чем на получение этих же свойств путем непосредственного взятия проб.

[shurets.livejournal.com]

Точно! Сколько можно было джинс пошить!!!

[sevasat.livejournal.com]

Конечно, лучше тратить деньги на айфоны и потреблядство. И на войну.

[cormix.livejournal.com]

На Луну надо было слетать, чтобы понять, что ничего интересного там нет. А то есть категория товарищей, которым везде сокровища чудятся. И доходит только после прямого доказательства, косвенные не канают. Именно они и выбивают финансирование на подобные проекты. вот сейчас раскручивается тема астероидов, например.

[apollo-musaget.livejournal.com]

"Последовательность, видимо, была такова:" Дальше я почти плакал))) Хорошее у вас сообщество.

Вспоминается анекдот о том как инженер определял обьём красного резинового мячика по таблице для определения обьёма красных резиновых мячиков.

[military-museum.livejournal.com]

Спасибо, интересно.

[22sobaki.livejournal.com]

Пожалуйста.

[koshovske.livejournal.com]

интересно узнать, появились ли какие-то кардинально иные методы решения этой задачи за 50 лет?
Возможно ли, например, составить карту плотности поверхности Луны?

[22sobaki.livejournal.com]

А вот как pilot_pirks напишет книгу про Луну, так и узнаем.

[alaft.livejournal.com]

"Измеряли температуру и раньше. Прорывность метода заключалась в том, что точность измерений резко улучшилась: с 20% до 1-2%"

Странноватая фраза.
Если погрешность приведенная, то какой диапазон?
Если относительная, то по какой шкале?

[22sobaki.livejournal.com]

Цитирую первоисточник:
"Точность таких измерений Тл (радиотемпературы) обычно не превосходит 10-20%, что делает измерения, по существу, относительными"
"Скачок в этом направлении целиком обусловлен разработкой нового прецизионного метода измерений радиоизлучения Луны с точностью не менее ± 1-2% "
http://ufn.ru/ufn63/ufn63_12/Russian/r6312a.pdf
Там и таблица замеров есть с графой "Ошибка измерения, %"

[diametr-i-dlina.livejournal.com]

Хорошо нынче сесть на унитаз. Унитаз упредительно - твёрдый!

[lazy-flyer.livejournal.com]

Запись очень пзнавательная. А инженеры в комментариях традиционно доставляют.

[22sobaki.livejournal.com]

Ок, рад, что понравилось.