Посадка на Луну – сложная операция, требующая тщательной подготовки и большого опыта в космонавтике. Поэтому лишь три лидирующие в освоении космоса страны могут похвастаться таким достижением: первым стал Советский Союз (1966), за ним США (1967) и совсем недавно – Китай (2013). Благодаря успешным посадкам вчера и сегодня мы имеем возможность сравнить все три источника информации и узнать больше как о космонавтике, так и о Луне.
Лунные пейзажи от Apollo 15 (1971), «Лунохода-2» (1973) и Chang'e 4 (2018). NASA, Роскосмос/ГЕОХИ РАН, CNSA/CLEP
Советские и китайские луноходы садились далеко друг от друга и от мест посадок Apollo, поэтому прямого подтверждения прислать не могли. (В 2013 году в СМИ появились публикации на тему «Китайский луноход не нашел следов американцев на Луне», но их источник – юмористический сайт поддельных новостей.) Зато физические условия на естественном спутнике Земли, свойства реголита, достоверность пейзажей и многое другое, что показали нам астронавты Apollo, можно сравнить с данными советских и китайских стационарных космических аппаратов и подвижных луноходов.
Фотографии и кинохроника полетов людей на Луну доступна в нескольких официальных и неофициальных онлайн- архивах и на видеоканалах NASA. Фотопанорамы советских «Луноходов» размещены на сайте Лаборатории сравнительной планетологии ГЕОХИ РАН. Снимки Луны и видео с камер китайских автоматических станций Chang'e 3 и Chang'e 4 и луноходов Yutu и Yutu 2 опубликованы на сайте информационной системы публикации результатов Китайской лунной исследовательской программы (China Lunar Exploration Program) Китайской академии наук.
Изучая Луну до начала космонавтики, люди могли опираться лишь на телескопы, предположения об условиях на поверхности и свою фантазию. Даже самые мощные телескопы того времени не позволяли рассмотреть на поверхности Луны детали меньше нескольких сотен метров. Знания о физических условиях на поверхности Луны также были довольно фрагментарны: вакуум, низкая гравитация, падения метеоритов. Дальше открывался простор для воображения.
Известный фантаст Артур Кларк использовал в рассказе «Лунная пыль» одну из научных гипотез о рыхлой лунной поверхности, которая поглотит любой садящийся аппарат. Легендой советской космонавтики стало распоряжение генерального конструктора Сергея Королева «считать Луну твердой», когда дискуссии конструкторов начали тормозить процесс разработки первых спускаемых аппаратов.
Художественные фильмы и иллюстрации фантастических произведений 1950–1960 годов полны лунных пейзажей с высокими и острыми горными пиками. По мнению художников, такие пейзажи должны сформироваться благодаря отсутствию атмосферной эрозии и низкой силы притяжения.
Первые прилунившиеся автоматические станции «Луна-9» и «Луна-13», затем американские Surveyor не показали лунных гор, поскольку садились на равнинах. Первые лунные горы вблизи люди увидели во время высадки Apollo 15, и они оказались совсем иными – скорее похожими на древние холмы, чем на те острые хребты, которых ожидали.
Старт возвращаемой ступени лунного модуля Apollo на фоне лунных гор в представлении художника. NASA
Лунная поверхность тоже оказалась не такой, как ее представляли фантасты и ученые. Равнины, горы, кратеры, отдельные камни кажутся «замыленными», будто они подвержены эрозии, которая сглаживает все выступающие поверхности и острые грани. Собственно, так и есть, но причина такой деградации поверхности – космическая бомбардировка межпланетной пылью, которая прилетает в хвостах разрушающихся комет и осталась еще со времен формирования Солнечной системы. На Земле космическая пыль сгорает в верхних слоях атмосферы – эти вспышки мы называем падающими звездами, а на Луне пылинки врезаются в поверхность, разрушая ее.
Сравнивая панорамы Apollo, советских «Луноходов» и Chang'e нельзя не согласиться, что все они сделаны на одном космическом теле.
Можно выдвинуть и совершенно фантастическую гипотезу, что все они сняты в одном павильоне Голливуда. В таком случае можно подождать, когда к «лунному клубу» присоединятся новые государства и частные компании.
Горный пейзаж Apollo 15. NASA
К сожалению, неудачей закончились попытки посадки автоматических станций Индии и Израиля, но в отдаленной перспективе на Луну засматриваются космические агентства Южной Кореи и Японии. Россия запланировала два лунных спускаемых аппарата до 2025 года. Германская частная компания PTScientist при поддержке автогиганта Audi собирается отправить пару маленьких луноходов к месту посадки Apollo 17. Не ослабляют внимания к Луне и «старички»: Китай готовит добычу лунного грунта автоматической станцией, Индия собирается повторить попытку посадки автоматической станции Chandrayaan-3, американские политики обещают вернуть людей на естественный спутник Земли к концу 2024 года, а до того – высадить луноход.
Почему на фотографиях с Луны Земля разного размера?
КРАТКИЙ ОТВЕТ: При использовании объективов с разным фокусным расстоянием меняется размер кадра и, соответственно, относительный размер наблюдаемых объектов в кадре. У экипажей Apollo было несколько камер и сменных объективов, и размер Земли совпадает с тем размером, который можно было снять этими объективами с Луны.
Если просматривать произвольно выбранные фотографии с Луны или окололунной орбиты, сделанные в ходе программы Apollo, то можно обратить внимание, что на разных снимках видимые размеры Земли различаются.
Изменение размеров Земли можно наблюдать на пленках, на которые велась съемка во время перелета от планеты к ее естественному спутнику. Наиболее известный кадр, который назвали Blue Marble – «голубой мраморный шарик», снят во время полета Apollo 17 в 1972 году. На таких снимках изменение размеров Земли понятно: корабль отдаляется – и видимый размер планеты уменьшается.
Но размер Земли меняется и на кадрах, сделанных уже на Луне или низкой окололунной орбите, где изменение расстояния до Земли уже незначительно. Для примера можно рассмотреть три кадра, снятые в ходе экспедиции Apollo 11. Два из них сделаны с окололунной орбиты, а третий – с поверхности Луны. Сравнив кадры, несложно заметить, что Земля на них разного размера:
● AS11-44-6551 – Земля большая;
● AS11-37-5442 – Земля намного меньше;
● AS11-40-5923 – Земля еще меньше.
Изменения видимого размера Земли на снимках Apollo 11: AS11-44-6551, AS11-37-5442, AS11-40-5923. NASA
Соотношение видимого размера Земли на снимках Apollo 11. NASA
Видимый на разных фотографиях размер какого-либо отдаленного объекта может меняться, даже если фотограф и объект съемки не меняли своего местоположения. Причина такой разницы довольно проста и понятна всем, кто хоть немного увлекается фотографией: разное фокусное расстояние используемых объективов и разные форматы (размеры) кадра. В зависимости от фокусного расстояния, т. е. длины между входной линзой объектива и светочувствительным элементом (пленкой или фотоматрицей), меняется угол обзора камеры для одного и того же формата пленки или размера фотоматрицы. Чем короче фокусное расстояние, тем шире угол обзора и, соответственно, меньше размер проецируемых объективом предметов. Чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол обзора оптики и больше проецируемый размер наблюдаемых объектов. При этом сам угловой размер объектов не меняется, мы просто выбираем, какую часть наблюдаемого пейзажа хотим запечатлеть в кадре.
Следовательно, если мы видим на лунных пленках одного формата большую Землю, то ее снимали длиннофокусным объективом, а если планета маленькая, значит, кадр широкоугольный.
Наши глаза имеют довольно короткое фокусное расстояние, поэтому мы взглядом охватываем около 120 градусов окружности перед собой. Самые короткофокусные объективы имеют еще более широкий угол обзора и называются «рыбий глаз» (fisheye) – их угол обзора может превышать 180 градусов. Длиннофокусные объективы позволяют «приближать» изображения наблюдаемых объектов, но являются узкоугольными. Так, для примера, обычный серийный объектив Canon EF 70–200 мм f/4L USM может менять фокусное расстояние от 70 до 200 мм, при этом угол обзора у него меняется соответственно от 29 до 10 градусов для стандартного кадра шириной 35 мм, при этом максимальное фокусное расстояние позволяет достичь 4–6-кратного «приближения» изображения, в зависимости от типа фотокамеры.
Если объектив может менять фокусное расстояние, то фотографы его называют «вáриообъектив», а в просторечии «зум-объектив». Многие любительские камеры имеют «зум- объективы», но профессиональные фотографы предпочитают оптику с фиксированным фокусным расстоянием, на профессиональном сленге «фикс». Большинство смартфонов оборудовано камерами с фиксированным фокусным расстоянием, и в некоторых моделях может использоваться несколько камер с разным расстоянием. Также и в космонавтике предпочитают «фикс» из-за более простой конструкции, повышающей надежность съемки.
Например, на японском окололунном аппарате Kaguya было установлено две телекамеры с объективами фиксированного фокусного расстояния, но на одной объектив был с фокусным расстоянием 35 мм и углом обзора 15 градусов, а на второй – с фокусным расстоянием 10 мм и углом обзора 45 градусов. Прекрасные кадры с обеих телекамер Kaguya можно найти на официальных сайтах Японского агентства аэрокосмических исследований (Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA) и его канале на YouTube и насладиться полетом над Луной.
По кадрам Kaguya «восхождения Земли» и «заката Земли» с окололунной орбиты нетрудно догадаться, на какой камере был короткий, а на какой длинный объектив.
У астронавтов Apollo также была возможность менять объективы своих фотоаппаратов. В частности, в распоряжении экипажа Apollo 11 были камеры Hasselblad 500EL с объективами 60, 80 и 250 мм. Выход на поверхность совершался с камерой с объективом 60 мм, который на среднеформатную пленку проецировал изображение шириной 47 градусов.