Температура на Луне¶

Температура на Луне — физический параметр лунной поверхности, характеризующийся экстремальными перепадами между дневной и ночной стороной, а также резкими колебаниями в зависимости от широты, времени лунного дня и глубины грунта. Из-за практически полного отсутствия атмосферы Луна не способна удерживать тепло, и её поверхность нагревается днём до +120…+130 °C и охлаждается ночью до −150…−180 °C. В полярных регионах, в постоянных кратерах, температура может опускаться ниже −240 °C.

¶Причины температурного режима

Луна не имеет плотной атмосферы — её поверхностное давление составляет около 3×10⁻¹⁵ атм (практически вакуум). Без атмосферного «одеяла» нет парникового эффекта и нет переноса тепла воздушными течениями: освещённая поверхность нагревается, а неосвещённая мгновенно отдаёт тепло в космос. Теплопроводность лунного реголита (рыхлого поверхностного слоя) крайне мала — порядка 0,01–0,03 Вт/(м·К), что в сотни раз ниже, чем у большинства земных пород. В результате тепло почти не распространяется вглубь, и верхний слой грунта испытывает резкие суточные перепады.

Луна вращается вокруг Земли с синодическим периодом около 29,5 суток, поэтому «день» на её поверхности длится примерно 14 земных суток, а «ночь» — столько же. Именно это объясняет длительность экстремальных температурных режимов.

¶Дневные температуры

При вертикальном солнечном освещении (субсолярная точка) температура лунного грунта достигает максимальных значений:

Рекордные значения измерены станцией «Луна-13» (1966) и американскими миссиями «Аполлон»: на поверхности лунной породы под прямыми лучами Солнца фиксировались до +120…+130 °C. При этом температура камня на глубине всего нескольких сантиметров уже заметно ниже — грунт работает как изолятор.

¶Ночные температуры

После захода Солнца поверхность быстро остывает. К моменту глубокой ночи (середина лунной ночи) температура на экваторе опускается до:

• −150…−170 °C — типичные значения на равнинах (морях);
• до −180 °C и ниже — в отдельных районах.

При этом на глубине около 30–50 см под поверхностью температура остаётся практически постоянной круглый год — около −20…+20 °C в зависимости от широты. Этот слой называют «зоной вечной температуры» и рассматривают как потенциальное место для лунных баз.

¶Температура в полярных регионах

Полярные области Луны представляют особый интерес. Из-за почти нулевого наклона лунной оси (около 1,5°) дно глубоких кратеров вблизи полюсов никогда не освещается Солнцем. В таких «постоянно затенённых областях» (ПЗО, от англ. PSR — Permanently Shadowed Regions) температура, по данным орбитальных измерений (LCROSS, LRO, инструмент Diviner), опускается до:

• −230…−240 °C в верхних слоях грунта;
• возможно, ниже −250 °C в наиболее глубоких местах.

Именно в этих холодных ловушках, по данным зонда LCROSS (2009), обнаружены следы водяного льда. Низкая температура позволяет льду сохраняться там миллиарды лет.

¶Измерения и история изучения

Первые прямые измерения температуры лунной поверхности были выполнены в конце 1940-х — начале 1950-х годов методом инфракрасной радиометрии с Земли. В 1946 году американский физик Р. Диккен и его коллеги провели первые ИК-наблюдения Луны. В 1959 году советская станция «Луна-2» впервые передала данные о температуре грунта в месте удара. Станция «Луна-13» (декабрь 1966) установила на поверхности термометры и зафиксировала температуру около +100…+120 °C при дневном освещении.

В ходе программы «Аполлон» термометры устанавливались в грунт на глубину до 60 см, что позволило построить профиль температуры в зависимости от глубины. Орбитальный зонд LRO (NASA, запущен в 2009) с прибором Diviner до сих пор ведёт глобальное картирование температуры лунной поверхности с высоким разрешением.

¶Значение для космических программ

Резкие температурные перепады создают серьёзные инженерные проблемы: материалы испытывают тепловое усталостное разрушение, электроника требует сложных систем термостабилизации. Вместе с тем постоянный холод полярных ПЗО и умеренная температура подповерхностного слоя в средних широтах рассматриваются как ресурс для будущих лунных баз и хранилищ топлива (водяной лёд).

¶Источники

• NASA Lunar Reconnaissance Orbiter — Diviner Lunar Radiometer Experiment
• Apollo 15, 17 Heat Flow Experiment (HFE) — данные о температурном профиле грунта
• Vasavada A. R. et al. «Lunar temperatures from the Diviner Lunar Radiometer Experiment» (Reviews of Geophysics, 2012)
• Feldman W. C. и соавт. «Fluxes of fast and epithermal neutrons from Lunar Prospector» (Science, 1998)
• «Луна-13» — результаты измерений температуры и механики лунного грунта (1966–1967)