14 февраля 1972 г. станция «Луна-20», аналогичная по конструкции станции «Луна-16», также осуществила мягкую посадку на Луну — в гористой области в 120 км к северу от места посадки «Луны-16», а затем впервые доставила на Землю грунт из «материковой» области. Образец реголита, автоматически доставленный станцией «Луна-20» и взятый впервые из труднодоступного гористого района Луны, позволил экспериментально вскрыть существенное различие составов лунных «морей» и «материков». «Материковое» вещество оказалось рыхлым разнозернистым материалом светло-серого цвета с высоким содержанием фрагментов, относящихся к породам анортозитового типа.
Анализ вещества, доставленного «Луной-20», позволил отвергнуть идею, что состав лунных «материков» тождествен составу первичного, недифференцированного вещества, каким оно было непосредственно после образования Луны из протопланетного облака. Более того, присутствие анортозитов на поверхности лунных «материков», по-видимому, свидетельствует о значительной дифференциации первичной Луны уже на очень ранней стадии ее существования.
Доставка на Землю образцов лунного грунта дала возможность детально изучить как их химический состав, так и другие характеристики — структуру, степень дисперсности, физико-механические свойства и т. д. Оказалось возможным исследовать в лабораторных условиях химический состав различных образований поверхностного слоя лунного грунта, в том числе отдельных камней и фрагментов микронного размера; изучать кристаллы различных минералов, слагающих лунные породы. Отдельно удалось проанализировать и обнаруженные в лунном грунте стеклообразные шарики, по-видимому, образовавшиеся при частичном расплавлении грунта в момент удара микрометеоритов.
Разумеется, такие тонкие и скрупулезные исследования с помощью новейших электронных микроскопов и других приборов, составляющих арсенал современной науки, можно проводить лишь на Земле в специальных лабораториях. Только в этих условиях возможно делать анализы с большой точностью и определять в исследуемых образцах химические элементы, концентрация которых составляет малые доли процента.
Результаты лабораторных анализов образцов лунного грунта, доставленных на Землю, показали, что, будучи доставленными даже из одного района Луны, они имеют заметные различия в своем составе. Однако несмотря на это, а также на более значительное отличие в составе отдельных фрагментов одного и того же образца, можно выделить ряд наиболее характерных для данного района образцов, имеющих весьма сходный химический состав, к которому близок состав и большинства других образцов данного участка.
Таблица 3
Исходя из этого, мы поместили в табл. 3 данные по химическому составу нескольких типичных образцов грунта, доставленных на Землю по программам «Аполлон» и «Луна» из «морских» и «материковых» районов. В таблице приведено соответствующее содержание в них окислов основных породообразующих элементов.
Суммарное содержание в грунте элементов, приведенных в таблице (а также фосфора, серы и хрома), обычно составляет ~99 %. В количестве от 0,1 до 0,02 % присутствуют также цирконий, барий, никель, иттрий и стронций. В еще меньших количествах обнаружены ванадий, ниобий, кобальт, медь, рубидий, углерод и другие химические элементы.
К настоящему времени на Земле имеются образцы грунта, доставленные из 9 районов Луны. Кроме того, непосредственно на поверхности Луны определен состав грунта еще в 5 районах. Поскольку районы, где проводились автоматические анализы, и места, откуда образцы доставлялись на Землю, находятся на значительных расстояниях друг от друга, трудно было ожидать простого совпадения результатов. Однако результаты лабораторных исследований образцов и автоматических измерений химического состава лунной поверхности хорошо согласуются и взаимно дополняют друг друга. Рассмотрение всей совокупности анализов позволило определить общие закономерности строения всей лунной поверхности: четкое отличие «морских» и «материковых» поверхностей, а также сходный характер образования и эволюции разных «морей» независимо от местоположения того или иного исследованного района.
Логическим продолжением изучения лунной поверхности с помощью автоматических станций явился запуск к Луне 9 августа 1976 г. станции «Луна-24», которая 18 августа 1976 г. совершила посадку в Море Кризисов. На ней было установлено грунтозаборное устройство нового типа, существенно отличающееся от использованных на «Луне-16 и -20». При бурении грунт поступал в гибкую трубку — грунтонос, а специальный механизм подхватывал грунт и удерживал его в виде столбика (в результате совершенно не нарушалась структура образца, сохранялись все особенности его слоистости). Общая глубина бурения составляла 2,25 м.
Как же доставить на Землю такой длинный керн — эта проблема получила на станции «Луна-24» интересное решение. Недаром грунтонос был сделан в виде гибкой трубки — после окончания бурения грунтонос был намотан на барабан, как нитка на катушку, так что получился компактный груз, легко поместившийся в возвращаемый аппарат, который через несколько дней был благополучно доставлен на Землю. Сейчас эти образцы лунного грунта подробно изучаются.
В заключение этого раздела отметим, что в СССР исследованием образцов лунного грунта занимаются многие научные учреждения. До последнего времени этими работами руководил выдающийся советский ученый академик А. П. Виноградов (1895–1975), в течение многих лет возглавлявший Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского.
Лабораторные исследования образцов лунного грунта представляют собой замечательный пример международного сотрудничества ученых. Так, Академия наук СССР и Национальное управление по аэронавтике и космическим исследованиям США (НАСА) не только осуществили взаимный обмен образцами лунного грунта, но и предоставили их для изучения ученым многих стран.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, химический состав поверхностного слоя лунного грунта исследовался как автоматами непосредственно на Луне, так и в земных лабораториях. Но ведь Луна находится от нас сравнительно «близко» — на расстоянии всего лишь 380 000 км. А каковы перспективы подобных исследований других планет Солнечной системы, в первую очередь ближайших к нам — Марса, Венеры, Меркурия?
Здесь возникают значительные трудности, и дело, к сожалению, не только в огромных расстояниях. Рассматривая те два метода, которые были применены для исследования химического состава грунта на поверхности Луны, можно отметить, что метод «обратно рассеянных альфа-частиц» может быть использован только при работе в вакууме. Кроме того, наличие даже разреженной атмосферы ограничивает использование и рентгеновского флуоресцентного метода, поскольку не позволяет регистрировать мягкое флуоресцентное излучение легких элементов (магния, алюминия, кремния).
Таким образом, исследование химического состава горных пород в их естественном залегании с помощью этих методов возможно лишь на небесном теле, лишенном атмосферы. В противном же случае требуются специальные меры по подготовке образца перед проведением измерения. Серьезную трудность при исследовании Венеры и Меркурия также представляет высокая температура поверхности этих планет.