Результаты измерений Diviner хорошо объясняют, почему фотокарточка семьи астронавта Apollo 16 Чарльза Дьюка не пострадала от нагрева, когда он оставил ее на поверхности Луны.
Фотография семьи астронавта Чарльза Дьюка, которую он оставил на поверхности Луны незадолго до завершения третьего выхода из лунного модуля. NASA
Астронавты Apollo доставили на поверхность Луны приборные блоки ALSEP, которые работали длительные периоды даже после отбытия экипажей. В числе инструментов ALSEP были и термометры, измеряющие собственную температуру в течение всех лунных суток. По их данным мы можем оценивать, какой нагрев угрожал оборудованию на Луне в период пилотируемой высадки.
Суточные колебания температуры на поверхности Луны, по данным EASEP Apollo 11. NASA
Так, посадка лунных модулей Apollo происходила в то время суток, когда термометр прибора показывал около −40 °С. Старт Apollo 11 произошел, когда термометр развернутого прибора EASEP нагрелся до 5 °С. Максимальная зарегистрированная EASEP температура в полдень, уже после отлета экипажа, была около 70 °С. Apollo 17 стартовал в более теплое время суток, чем Apollo 11, когда приборы прогревались до 50 °С.
Заметная разница между показаниями прибора на Луне и орбитальными данными о температуре самой поверхности не должна удивлять. Поверхность Луны хорошо поглощает свет и нагревается. Научное оборудование же специально покрывается экранно-вакуумной теплоизоляцией и светоотражающей белой или серебристой краской, чтобы избежать перегрева.
Блок приборов EASEP Apollo 11. NASA
Температуру на Луне измеряли не только американцы. Китайский спускаемый аппарат Chang'e 3 также вел измерения. Термометр прибора Lunar Dust Detector включался, когда Солнце поднималось на 20 градусов над горизонтом, и отключался, когда солнечный диск снижался на другой стороне небосвода до высоты тех же 20 градусов. Измерения велись с ноября 2013 года по ноябрь 2014-го. За это время прибор показал небольшое циклическое годовое колебание, но в целом минимальная зарегистрированная температура в дневное время оказалась −7 °С, а макси- мальная – 45 °С.
Показатели температуры весов прибора LDD на борту зонда Chang'e 3. CNSA/CLEP
Разница между максимальной температурой на американской и китайской станциях также имеет объяснение: американцы высадились близко к экватору, а Chang'e 3 – в средних широтах северного полушария, куда солнечного света попадает меньше. Также, вероятно, сказалось воздействие лунной пыли. Американская станция EASEP была засорена во время старта лунного модуля Apollo 11, что привело к перегреву и выходу из строя во второй лунный полдень.
Почему на фотографиях с Луны видны детали в тени?
КРАТКИЙ ОТВЕТ: Хотя на Луне практически нет атмосферного рассеяния света, но абсолютной чернотой тени не обладают из-за того, что есть несколько источников света: кроме Солнца, есть Земля, но более яркий источник – сама Луна, отражающая солнечный свет.
Луна обладает незначительной атмосферой и окололунной пыльной средой, которая немного рассеивает солнечный свет. Этот эффект заметен только в космическом масштабе, если наблюдать окрестности Луны с ночной стороны орбиты. В целом же у поверхности условия, близкие к вакууму. То есть солнечный свет, падающий на лунную поверхность, практически ничем не рассеивается, что делает лунные тени очень резкими. Тем не менее на многих кадрах, полученных астронавтами NASA на лунной поверхности, можно разобрать детали в тенях. Это вызывает удивление.
К счастью, американские астронавты не единственные, кто фотографировал Луну с поверхности. Поэтому все желающие имеют возможность сравнить американские фотографии с советскими снимками того же времени, что и программа Apollo, или с современными китайскими.
Возможность камеры видеть детали в тенях называется динамическим диапазоном, это характеристика фототехники, которая показывает количество градаций яркости от абсолютно белого до абсолютно черного. То есть чем шире динамический диапазон камеры, тем больше подробностей в тенях можно рассмотреть на фотоснимках.
Видимость в лунной тени (слева направо) в съемке экипажа Apollo 11, «Лунохода-2» и Chang'e 4. NASA, Роскосмос/ГЕОХИ РАН, CNSA/CLEP
Первую мягкую посадку на естественный спутник Земли совершила советская автоматическая межпланетная станция «Луна-9». Она проработала 75 часов и передала на Землю три фотопанорамы. Следующую посадку совершила «Луна-13», чья конструкция во многом повторяла конструкцию своей предшественницы. Динамический диапазон камер советских космических аппаратов был довольно узок, но это не помешало им показать, что лунные тени не обладают абсолютной чернотой. Так, на панорамах «Лунохода-1» и «Лунохода-2» достаточно просто можно рассмотреть в тени элементы спускаемых аппаратов «Луна-17» и «Луна-21», которые обеспечили планетоходам мягкую посадку.
«Луноход-1» сумел рассмотреть свое колесо в тени, а на пути луноходам неоднократно встречались крупные камни, чью затененную сторону удается рассмотреть на снимках.
В 2013 году на Луну мягко села автоматическая межпланетная станция Китайского космического агентства Chang'e 3. Она высадила небольшой луноход Yutu на поверхность. Оба космических аппарата были оснащены цветными цифровыми фотокамерами, производили съемку друг друга и окружающей местности. И точно так же, несмотря на глубокие тени и уступающий пленочным камерам динамический диапазон, китайские аппараты смогли увидеть неосвещенные детали поверхности Луны и элементы конструкции друг друга.
Затененное колесо «Лунохода-1»; затененные камни, снятые панорамными камерами «Лунохода-2». Роскосмос/ГЕОХИ РАН
Спускаемый аппарат Chang'e 3 (слева) и луноход Yutu (справа). CNSA/CLEP
В 2019 году китайская космонавтика повторила прежнее достижение, только на этот раз посадку автоматического аппарата Chang'e 4 произвели на обратную сторону Луны. Луноход Yutu 2 успешно вышел на поверхность и приступил к исследованиям. Его снимки также позволяют рассмотреть элементы Chang'e 4 в тени.
Разгадка секрета видимости в лунной тени довольно проста: дополнительное освещение в лунной тени дает не рассеянный атмосферой свет, а отраженный. На Луне источником света выступает не только Солнце, но и поверхность самой Луны, отражающая солнечные лучи. На видимую сторону естественного спутника Земли еще поступает свет, отраженный от нашей планеты, но в дневное время ее вклад незначителен. Во время съемки с близкого расстояния добавляется еще один источник отраженного света – сам фотографирующий. Это особенно актуально для астронавтов, которые носили белые скафандры, цвет которых специально был выбран так, чтобы эффективно отражать солнечный свет и спасать от перегрева. Советские луноходы также были завернуты в белую светоотражающую теплоизоляцию.
Почему на лунных снимках некоторые тени не параллельны?
КРАТКИЙ ОТВЕТ: Тени на фотографиях с Луны кажутся непараллельными из-за неровностей грунта и эффекта перспективы.
Если внимательно просматривать снимки, полученные в ходе программы Apollo, то можно обратить внимание на тени, направленные под разными углами. Они также стали поводом для сомнений в достоверности лунных кадров и полетов людей на Луну. Ведь там должен быть один наиболее яркий и достаточно удаленный источник света, лучи которого практически параллельны, поэтому и тени должны быть параллельны.
Благодаря эффекту перспективы тени от параллельных солнечных лучей кажутся непараллельными. Фото автора
Видимое направление тени не всегда параллельно. Белые линии указывают видимое направление теней на снимках Apollo 14, «Лунохода-2» и Yutu. NASA, Роскосмос/ГЕОХИ РАН, CNSA/CLEP
В параллельности лунных теней можно убедиться при помощи спутниковой съемки в вечернее или утреннее время.
Когда же наблюдатель находится на поверхности и наблюдает ее под острым углом, то он видит не фактическое положение тени, а только ее проекцию, доступную взгляду. Так, любая достаточно удаленная тень от достаточно крупного объекта будет казаться параллельной поверхности, независимо от своего фактического направления.
Это можно видеть не только на Луне, но и на Земле, если не мешает трава и на местности есть неровности с выступающими камнями. Например, для таких целей хорошо подходит Камчатка в окрестностях вулкана Толбачик, неподалеку от тех мест, где проходили испытания советских планетоходов.
Не меньшую роль играет эффект перспективы, весьма заметный на широкоугольных снимках и панорамах. Благодаря этому эффекту мы можем видеть сходящиеся у горизонта железнодорожные рельсы, хотя они и параллельны на всем протяжении.
Кроме того, на видимое направление тени может влиять форма отбрасывающего ее объекта, рельеф местности, положение камеры или наблюдателя.
Почему на снимках с Луны не видно звезд?
КРАТКИЙ ОТВЕТ: Съемка на Луне проводилась в условиях дневного освещения, а звезды намного тусклее поверхности Луны. Тем не менее звезды неоднократно снимались в ходе программы Apollo: с поверхности Луны через телескоп, установленный в тени лунного модуля, и с теневой стороны окололунной орбиты.
На многочисленных снимках и кинопленках, снятых астронавтами на Луне, совсем не видно звезд. Несмотря на то что на поверхности там практически вакуум и мы видим черное небо, никаких иных источников света, кроме Солнца и Земли, на лунном небе не заметно. Более того, и на многих современных кадрах из космоса, снятых с Международной космической станции, абсолютно черное беззвездное небо.
Это совершенно противоречит нашему ожиданию, ведь известно: чем выше в горы, тем больше звезд можно увидеть на ночном небе. Недаром крупные астрономические обсерватории строят как можно выше в горах. И весь наш опыт говорит о том, что в космосе должно быть бескрайнее звездное небо, которое все видели в «Звездных войнах», «Чужих», «Аватаре» и многих других фильмах и мультфильмах, на которых выро