И как результат — новые удивительные открытия в сокровенных глубинах космоса. Об этом мечтали не только писатели-фантасты, но и вполне серьезные учёные.
Казалось, полное отсутствие атмосферы действительно создаёт на естественном спутнике Земли идеальные условия для астрономических наблюдений как во время лунной ночи, так и в условиях лунного дня. Ведь на Земле именно наличие газовой оболочки ставит предел телескопическим увеличениям. Неоднородность атмосферы, неизбежные перемещения тёплых и холодных воздушных масс, запылённость и загрязненность воздуха отрицательно сказываются на качестве изображений космических объектов, получаемых в наземных обсерваториях. Ожидалось, что астрономические наблюдения на будущих лунных обсерваториях окажутся свободными от этих недостатков.
Действительность оказалась несколько иной. Так, выяснилось, что в условиях лунного дня, несмотря на отсутствие атмосферной оболочки звезды недоступны наблюдению невооруженным глазом.
По отзывам американских космонавтов, условия наблюдения неба на дневной стороне Луны примерно такие же, как в ясную ночь на Земле для человека, находящегося на ярко освещённом прожекторами поле стадиона.
Глаза на Луне настолько ослеплены ярким светом Солнца, что звёзд практически не видно. Мешает и свет, отраженный лунной поверхностью. Глаз не в состоянии адаптироваться, приспособиться к резкой смене световых контрастов. Чтобы защититься от ярких солнечных лучей, приходится пользоваться плотным светофильтром. А сквозь такой светофильтр ни одной звезды увидеть нельзя.
Однако с помощью телескопов и других специальных приборов, защищенных от постороннего света, звёзды на Луне можно наблюдать и в дневное время, как, впрочем, и на Земле.
Для более детального изучения условий лунных астрономических наблюдений были проведены специальные исследования на советской автоматической передвижной лунной лаборатории «Луноход-2».
С этой целью он был оборудован специальным прибором — астрономическим фотометром, разработанным и изготовленным на Крымской обсерватории АН СССР и предназначенным для измерения яркости неба в видимых и ультрафиолетовых лучах.
Прибор был установлен на «Луноходе» таким образом, что его оптическая ось всегда была направлена с зенит лунного неба. Были также приняты меры, препятствующие попаданию в фотометр света, рассеянного выступающими деталями «Лунохода». Включение и выключение прибора осуществлялось с помощью радиокоманд, подаваемых с Земли. Результаты измерений передавались в Центр управления с помощью телеметрии.
За время начиная с момента посадки «Лунохода-2», т.е. с 16 января по 20 марта 1973 г. было проведено 12 сеансов связи с фотометром: 9 из них в условиях лунного дня, 2 во время лунной ночи и 1 в сумерки, вскоре после того как диск Солнца скрылся за лунным горизонтом.
В итоге проведенных измерений были получены несколько неожиданные результаты. Оказалось, что свечение как дневного, так и ночного неба на Луне и в видимых, и в особенности в ультрафиолетовых лучах заметно выше ожидавшегося.
Изучение характеристик этого свечения в зависимости от высоты Солнца на лунном небе показало, что оно может быть вызвано рассеянными в окололунном пространстве частицами лунной пыли.
В связи с этим учёные высказали предположение, что вокруг Луны существует разреженный рой пылевых частиц, образованный в результате бомбардировки лунной поверхности метеоритами.
Подобные частицы рассеивают не только солнечный свет, но и свет Земли. Дело в том, что наша планета на лунном небе — это светило, примерно в 40 раз более яркое, чем полная Луна в небе Земли.
В свете этих исследований возможность эффективных телескопических наблюдений на Луне становится проблематичной.
Однако для навигационных целей условия наблюдения звёздного неба на ночной стороне Луны являются вполне приемлемыми.
На дневной же стороне поиск и наблюдение нужных звёзд могут осуществляться с помощью астрономических инструментов, что, несомненно, осложнит и навигационные измерения.
Итак, астрономические методы ориентирования, очевидно, будут основными для будущих покорителей нашего естественного спутника. Конечно, со временем на Луне, как и на Земле, появятся радионавигационные системы с применением радиомаяков и искусственных спутников Луны. Но до этого лунная астронавигация будет играть важную роль. Существенное значение имеют астрономические наблюдения и для управления с Земли передвижными автоматическими лунными лабораториями типа «Луноходов».
Прежде всего необходимо заметить, что взаимное расположение и форма созвездий для наблюдателя, находящегося на поверхности Луны, ничем не отличается от их расположения для земного наблюдателя или наблюдателя, который находится на борту орбитальных станций и пилотируемых космических кораблей. Даже удаление от Земли на 384 тыс. км ничего не меняет в видимом расположении небесных светил. 384 тыс. км — это всего-навсего полторы световые секунды, ничто в сравнении со световыми годами, отделяющими нас даже от ближайших звёзд.
Отвесная линия на Луне определяется таким же способом, как и на Земле, т.е. по направлению нити отвеса. Так же как и на Земле, можно найти точку зенита, построить горизонтальную плоскость и получить линию математического горизонта.
Луна вращается вокруг собственной оси, совершая полный оборот по отношению к Солнцу за 29,53 земных суток, а по отношению к неподвижным звёздам за 27.32 земных суток. Если продолжить направлений оси вращения Луны до пересечения с небесной сферой — мы определим положение северного полюса мира лунной небесной сферы.
Эта точка находится в созвездии Дракона вблизи звезды «омега» (ω) этого созвездия. Южный полюс мира лунной небесной сферы расположен в области созвездия Золотой Рыбы.
Соединив точки полюсов с центром лунной небесной сферы, получим ось мира для Луны и построим по аналогии с земной небесной сферой плоскость небесного экватора и небесный экватор.
Рассмотрим картину видимого движения Земли для наблюдателя, расположенного в центре обращенной к Земле стороны Луны. Мы обнаружим, что вследствие движения Луны вокруг нашей планеты Земля на лунной небесной сфере описывает окружность, переходя из одного созвездия в другое. Поскольку плоскость орбиты Луны составляет с плоскостью орбиты Земли сравнительно небольшой угол, это будут те же зодиакальные созвездия, на фоне которых перемещается Солнце для земного наблюдателя. Правда, зрительно для нашего наблюдателя на Луне картина перемещения Земли на фоне звёзд выглядит своеобразно. Диск Земли всё время остается в зените, над головой наблюдателя, а небесная сфера медленно вращается.
Если в экваториальной системе координат на земной небесной сфере координаты светил с течением времени остаются неизменными, то в лунно-экваториальной системе дело обстоит несколько иначе.
Вследствие различных колебаний, или, как их называют, неравенств в движении Луны, экваториальные координаты светил на лунной небесной сфере довольно быстро изменяются со временем.
Поскольку линия лунного экватора наклонена к линии эклиптики всего на 1°32', можно с достаточно большой степенью точности заменить лунно-экваториальные координаты эклиптическими. Эта система удобнее тем, что широты светил в ней практически не зависят от времени, а долготы ежегодно увеличиваются на вполне определённую и сравнительно небольшую величину, равную 50”,256, связанную с ежегодным смещением по эклиптике точки весеннего равноденствия.
В этом случае приближенно можно считать, что северный полюс мира для Луны совпадает с северным полюсом эклиптики, координаты которого в земной экваториальной системе равны (ε = 23°27'):
αPэк = 18h; δPэк = 90° - ε,