История лунных карт

Как это ни удивительно, но зарисовать многие детали лунного рельефа может каждый, кто этого захочет, даже если у него нет телескопа. Посмотрите на Луну в дни полнолуния и нанесите границы темных участков поверхности - у вас в руках карта лунных морей. А если вы обзавелись биноклем, то сможете нанести на карту лунные горы и крупные кратеры. Как видите, селенографией, т.е. изучением лунной поверхности можно начать заниматься с самыми скромными средствами или вообще без них; но зоркие глаза иметь желательно.

В этом смысле Луна - уникальное небесное тело. Грубую карту Луны могли составить древние греки или даже шумеры. Да что там шумеры, ее мог изобразить на стене своей пещеры кроманьонец десятки тысяч лет назад. Поэтому удивительно, что старейшему из дошедших до нас рисунков Луны всего 400 лет: его сделал в 1603 г. английский физик и придворный врач Уильям Гильберт (1544-1603), разумеется, без телескопа, который тогда еще не изобрели. Возможно, были и другие, более ранние зарисовки, но пока они не обнаружены.

Рис. 1	Рис. 2	Рис. 3

Первые телескопические зарисовки Луны принадлежат итальянскому физику и астроному Галилею (рис. 1), немецкому астроному Симону Марию (1573-1624) и англичанину Томасу Харриоту (1560-1621) (рис. 2). Они выполнены в 1609-10 гг. Совершенствовались телескопы - детальнее становились зарисовки Луны. При этом одни авторы, как Де Рейта (1645 г.) рисовали карты в астрономической ориентировке (рис. 3), когда север внизу, то есть так, как Луна видна в телескоп, а другие, например Ван Лангрен, в астронавтической ориентировке, когда север наверху (рис. 4), то есть так, как мы видим Луну невооруженным глазом. Однако, несмотря на массу подробностей, эти рисунки нельзя назвать картами в полном смысле, поскольку на них не было координатной привязки, т.е. отсутствовали параллели и меридианы, по которым можно было бы определить широту и долготу кратеров, гор и других деталей рельефа.

Рис. 4	Рис. 5	Рис. 6

В результате длительных телескопических наблюдений были открыты важнейшие особенности движения Луны, например, либрации - видимые колебания лунного шара относительно его среднего положения, обусловленные неравномерным движением Луны по орбите при равномерном вращении вокруг оси, а также наклоном оси и орбиты к эклиптике. Попытки изобразить лунные либрации на своих зарисовках предпринимал уже польский астроном Ян Гевелий (1645 г.).

Качество зарисовок лунной поверхности постоянно возрастало, что ясно видно по рисунку Кассини 1680 г. (рис. 5). Но это еще не были карты. Первую в истории карту Луны (рис. 6) построил в 1750 г. немецкий астроном Тобиас Майер (1723-1762): используя составленную им сеть из 24 опорных точек на лунной поверхности, он построил селенографическую систему координат. Это произведение имело все важнейшие элементы карты: опорную сеть селенодезических пунктов, сетку координат, построенную в определенной проекции, отображение рельефа поверхности с применением условных знаков и масштаб. В ХIX в. появились карты, изображавшие отдельные участки поверхности Луны в более крупных масштабах на нескольких листах. Карта, изданная в 1837 г. при участии немецкого банкира и любителя астрономии Бера и астронома Медлера, с высокой точностью измерившего положения 105 контрольных точек на Луне, состояла из 25 секций размером 40 х 40 см каждая.

Названия сторон света на Луне введены так же, как на Земле: чтобы для лунного наблюдателя Солнце восходило на востоке и заходило на западе. Для земного наблюдателя с лунного востока на лунный запад перемещается линия терминатора. Заметим, что для астрономов это не совсем привычно: перемещение справа налево в южной части неба астрономы называют "с запада на восток", имея в виду земные ориентиры. Итак, глядя с Земли на Луну без телескопа, мы видим лунный север вверху, юг - внизу, восток - справа, запад - слева; т.е. так же, как на картах Земли.

В середине XIX в. Луна стала первым объектом астрофотографии, а к концу века ее фотопортреты достигли отменного качества, хотя и не могли соперничать с визуальными картами по проработке мелких деталей.

За всю историю картографирования Луны до начала космических полетов (т.е. примерно за 350 лет) было создано около 120 рисунков, карт и атласов видимой стороны Луны. Интересно, что в России в этот период, насколько нам известно, не было составлено ни одной лунной карты. Однако, первая карта обратной стороны Луны (рис. 7) была создана именно в России (СССР) по самым первым снимкам, переданным космическим зондом "Луна 3" в 1959 г. Впервые увиденные землянами детали обратной стороны Луны показаны на карте условными знаками, их координаты определены в единой селенографической системе, а 18-ти крупнейшим объектам присвоены наименования. Полученные на Земле по радиоканалу снимки были сильно искажены помехами, но методика, разработанная в Государственном астрономическом институте им. П.К. Штернберга (МГУ) под руководством Ю.Н. Липского (1909-1978) позволила выявить множество деталей рельефа невидимого полушария. На этой карте впервые появились Море Москвы и Море Мечты, кратеры Циолковский, Джордано Бруно, Менделеев, Склодовская-Кюри и другие. Светлое протяженное образование было названо Хребтом Советским, однако оно не подтвердилось последующими съемками.

Рис. 7

Первая "Полная карта Луны", на которой были показаны и видимое полушарие (на основе наземных фотографий), и невидимое (по снимкам "Луны 3" и "Зонда 3"), также была издана в СССР в 1967 г. Позже, по мере поступления новых фотоматериалов с зондов "Лунар Орбитер", "Зонд 6, 7, 8" и пилотируемых кораблей "Аполлон", "Полная карта Луны" на 9 листах в масштабе 1:5 000 000 ( в 1 см - 50 км) переиздавалась в 1969 и 1979 гг. На рис. 8 показаны фрагменты этой карты.

Рис. 8

За 40 лет с 1960 г. в мире издано столько же карт и атласов Луны, сколько за 350 лет телескопических наблюдений. Это карты самых разных масштабов и назначений, охватывающие обе стороны Луны. Отметим лишь некоторые карты, изданные в СССР. "Фотокарта видимого полушария Луны" (1967 г.), составленная в астронавтической ориентировке по наземным телескопическим снимкам в масштабе 1:5 000 000 и "Карта Луны" (видимая сторона), составленная в том же масштабе в астрономической ориентировке (1967 г.), на которой рельеф поверхности показан условными знаками. В мастабе 1:1 000 000 составлены 7 листов карты Луны на экваториальную зону видимого полушария и на часть невидимого полушария. Помимо карт обзорного назначения создаются карты и специального назначения, например, "Фотометрическая карта Луны", "Карта альбедо Луны", "Карта цвета Луны", "Структурно-геологическая карта" и другие.

В США картографирование Луны началось с создания "Фотографического атласа Луны" под редакцией Дж. Койпера. Для этого были отобраны лучшие фотографии из разных обсерваторий мира. Разрешение на снимках в центре диска составляет 0,7 км, а на краю 2 км. Для создания "Лунной аэронавтической карты" в масштабе 1:1 000 000 использовалась киносъемочная аппаратура на обсерватории Миди-Пиренеи во Франции с тем, чтобы проследить за изменением теней от различных форм рельефа и определить высоты гор и глубины кратеров. Карты Луны самого разного назначения созданы в США в масштабах 1:10 000 000, 1:5 000 000, 1: 2 750 000, 1:250 000 и даже крупнее для отдельных участков поверхности. Интересны карты Луны, составленные в Чехословакии Й. Клепештой и А. Рюклом. Карты А. Рюкла составлены не только для видимого и обратного полушарий Луны, но также для северного и южного, западного и восточного полушарий в масштабе 1:10 000 000.

Как делают карту Луны

Исходным материалом для отображения рельефа лунной поверхности на картах служат фотографии, полученные наземными телескопами, а также автоматическими и пилотируемыми космическими аппаратами. Причем, следует иметь в виду, что одна фотография какого-либо участка поверхности не может передать все особенности данного региона, поскольку вид лунной поверхности на снимках меняется в значительной степени при изменении условий освещения. В лучших фотографических атласах видимой стороны Луны обычно приводятся несколько фотографий каждого района, полученных при разной высоте Солнца: косые лучи подчеркивают рельеф, отвесные - выделяют различия цвета и яркости. Для обратной стороны пока нет таких подробных атласов.

Начинающие астрономы любят рассматривать Луну в период первой чатверти, когда хорошо видна область близ терминатора: падающие на поверхность под небольшим углом солнечные лучи четко выделяются даже невысокие формы рельефа. В период же полнолуния диск Луны становится маловыразительным. Но для опытного астронома этот период тоже очень интересен: при отвесно падающих солнечных лучах хорошо видны темные участки поверхности, неоднородности отражательной способности (альбедо) внутри морей и светлые лучевые системы у кратеров, которые не удается заметить при косом освещении.

На поверхности Луны выделено 14 типов образований, которые составляют систему лунной номенклатуры и служат основой для лунной топонимики. В табл. 1 приведены формы рельефа, встречающиеся на картах Луны.

Описание лунной поверхности

На Луне принято выделять области двух типов: светлые - материковые, занимающие 83% площади лунного шара, и темные - морские, составляющие 17%. Материки отличаются более высокой отражательной способностью, наличием значительных неровностей и множеством кратеров разных размеров и степени сохранности вала. Моря - относительно ровные области с меньшим количеством кратеров; они лежат ниже уровня материковой поверхности. Например, Море Дождей расположено на 3 км ниже, а Море Влажности на 2 км ниже окружающей местности.

Морские области распределены по поверхности весьма неравномерно: на видимом с Земли полушарии они занимают 31% площади, а на обратном - около 3%. В северном полушарии моря занимают вдвое большую площадь, чем в южном. Внутри морей можно также видеть более темные и более светлые участки. Например, окраинные части Моря Ясности выглядят темнее его центральной области. При низком положении Солнца в морях можно видеть невысокие протяженные формы рельефа шириной в несколько километров - складчатые жилы. Моря сложены базальтовыми лавами, и складчатые жилы обычно отмечают области наложения более поздних потоков на уже существовавшие лавовые излияния. Очевидно, что вблизи складчатых жил толщина лавовых потоков может быть минимальной.

Названия морям дал итальянский астроном Джованни Риччоли (1598-1671), по зарисовкам которого Ф. Гримальди выгравировал карту в 1647 г. Посмотрев на карту, можно заметить, что названия морей распределены не случайно. В восточной части видимого полушария расположены Море Ясности, Море Спокойствия, Море Изобилия, Море Нектара, тогда как в западной - Океан Бурь, Море Дождей, Море Облаков, Море Влажности. В середине XVII в. считали, что погода на Земле меняется в зависимости от фаз Луны. Как видно из названий морей, Луна в первой четверти, когда видна восточная часть диска, служит предвестником ясной погоды, а в последней четверти - ненастной. Вы можете сами проверить, существует ли такая связь, если в течение года будете записывать данные о погоде и фазах Луны.

Полный список названий лунных морей, озер и заливов приведен в табл. 2. Обычно на картах используют латинские наименования. На наших картах мы даем русскую транскрипцию названий. На рис. 9 приведены фотография видимого полушария Луны и схема границ морей в астрономической ориентировке для тех, кто наблюдает Луну в телескоп. Цифры на схеме совпадают с номерами в таблице.

Рис. 9

Таблица 2. Названия морей, заливов, озер и болот на видимой стороне Луны