В разноцветной, многообразной и многослойной мозаике фактических данных о Луне все чаще стали появляться соединительные мостики, объединяющие первоначально несвязанные фрагменты. Многие из них, ранее не укладывавшиеся рядом, стали хорошо прилегать друг к другу, началась просматриваться общая картина образования Луны, изменений ее лица и внутреннего строения с возрастом, картина постепенного снижения активности процессов, действовавших на ее поверхности и в ее недрах.
Первый автоматический «геолог» — «Луна-16» — прилунился в Море Изобилия, типично морском районе, поверхность которого сложена лавами базальтового характера. Взятый грунт представлял собой породы, заполнившие впадину моря, выбросы из крупных, близлежащих кратеров, породы, перемешенные из окружающих материковых районов.
АС «Луна-20» опустилась уже на материковый участок с относительными перепадами высот до 1 км. Область эта более древняя, сформировавшаяся, по- видимому, значительно раньше Моря Изобилия.
Море Кризисов («Луна-24») имеет ряд специфических особенностей. Его глубокая впадина заполнена лавой не так обильно, как соседние «моря». Считается, что эта относительно «молодая» лава изливалась на поверхность около 3 млрд. лет назад. В центре Моря Кризисов располагается маскон — гравитационная аномалия, вызванная локальной концентрацией массы. При планировании эксперимента рассчитывалось, что в образце будут присутствовать породы, несущие следы процессов поздних этапов магматической эволюции Луны. Предполагалось наличие в нем пород глубинного, подбазальтового слоя, выброшенных на поверхность при образовании окрестных кратеров, например, «Фаренгейт» или «Пикар-Х». И уж совсем было бы заманчиво добыть частичку вещества маскона.
Вот так примерно выстраивалась канва трех последовательных экспериментов по бурению лунной поверхности, добыче образцов грунта и исследованию его в земных лабораториях с применением всего комплекса имеющихся средств.
Лунный грунт, добытый с различных глубин и доставленный советскими автоматическими станциями, изучался и продолжает изучаться в лабораториях многих стран мира. Объектом исследования часто являются отдельные частицы грунта, которых в каждом грамме лунного вещества содержится несколько миллиардов. Частицы представляют собой раздробленные и перемешанные фрагменты коренных пород исследуемого района с небольшим вкладом частиц из соседних районов и метеоритного вещества, как с неизменным, так и видоизмененным микрометеоритной бомбардировкой внешним видом. Поэтому образец грунта даже небольшого объема имеет весьма типичный вид для пород данного региона.
Лунный грунт, доставленный на Землю с помощью АС «Луна-16», представляет собой зернистый порошок, хорошо формующийся и слипающийся в отдельные комочки. Зернистость грунта увеличивается с глубиной. В среднем преобладают зерна размером 0,1 мм. Медианный размер зерен увеличивается с глубиной от 0,07 до 1,2 мкм.
По своему составу лунные образцы близки к земным базальтам, но с повышенным содержанием титана и железа и уменьшенным количеством натрия и калия. Лунный грунт хорошо электризуется, его частицы прилипают к контактирующим с ним поверхностям. В лунном реголите отчетливо выделяются две разновидности частиц: одни с угловатой формой, внешне похожие на земные раздробленные породы; другие же (их значительно больше) имеют скатанную форму и носят следы оплавления и спекания, многие из них по своему виду напоминают стеклянные и металлические капли.
Грунт из материкового района, доставленный АС «Луна-20», существенно отличается от предыдущей пробы. Он оказался значительно светлее, его основу составляли обломки кристаллических пород к минералы, а окатанных и ошлакованных (остеклованных) частиц обнаружилось относительно мало. В противоположность грунту из морского района вместо базальта основными здесь являются анортозиты и их разновидности — породы основного состава, но богатые полевым шпатом.
Колонка грунта из Моря Кризисов, доставленная с помощью АС «Луна-24», характеризуется хорошо заметной слоистостью; слои отличаются толщиной, цветом и размером частиц. Окраска образца неравномерная: верхняя часть окрашена в однородный серый цвет с коричневым оттенком, нижняя неоднородна в цветовом отношении и состоит из нескольких слоев серого цвета и резко выделяющегося слоя белого материала. В целом грунт более светлый, чем образец из Моря Изобилия, но существенно темнее грунта, доставленного «Луной-20». Кроме того, грунт станции «Луна-24» отличается от двух других образцов высоким содержанием относительно крупных фрагментов. В образце широко представлены обломки магматических пород, среди них преобладают породы типа габбро. Стеклянные сферические частицы обнаруживаются только в верхней части колонки, но и там их немного. Они составляют несколько более 1 % от общего количества частиц.
Интересно, что в образце грунта из Моря Кризисов обнаружены темные непрозрачные стекла, представляющие собой пористые, угловатые обломки неправильной формы. Основная масса частиц имеет матовую шероховатую поверхность. Такие обломки не встречаются в образцах, доставленных на Землю с помощью АС «Луна-16» и «Луна-20». Происхождение этих стекол не совсем ясно, часть из них имеет, по всей вероятности, вулканогенный характер.
Передвижные автоматические научные лаборатории «Луноход» предназначались для проведения длительных комплексных научных и научно-технических исследований на поверхности Луны при перемещении самоходного аппарата на значительные расстояния от места посадки. Первый аппарат этого типа — «Луноход-1» «работал» в Море Дождей, типично «морском» участке лунной поверхности. Второй — «Луноход-2» в восточной окраине Моря Ясности (место посадки — кратер Лемонье).
В результате тектонических процессов этот кратер подвергся частичному разрушению. Его дно превратилось в «залив», а сохранившаяся часть вала образовала уступ на границе Моря Ясности и горного массива Тавр. Южнее места посадки «морская» поверхность кратера переходит в холмистую равнину — предматериковую местность. В прибрежной части кратера находится тектонический разлом, протянувшийся с севера на юг почти на два десятка километров. Ширина разлома несколько сот метров, глубина колеблется от 40 до 80 м. Эта трещина возникла после затопления лавой, хотя, возможно, и является обновлением древнего тектонического разлома, который прослеживается далее в материковом районе за валом кратера.
Передвижные лаборатории «Луноход» оснащены аналогичным набором инструментов для изучения физических характеристик Луны, и их научные задачи были во многом сходными. В программу исследовании входили: изучение геолого-морфологических характеристик района и его топографии, анализ химического состава грунта по трассе движения, определение физико-механических свойств поверхности и проведение лазерной локации Луны. Кроме того, в программу «Лунохода-l» были включены эксперименты по регистрации солнечного и галактического рентгеновского излучений и космических лучей. «Луноход-2», в свою очередь, был оснащен приборами для проведения магнитных измерений, астрофотометрии и лазерной пеленгации.
Изучение механических свойств поверхностного слоя лунного грунта было основано на определении прочностных и деформационных характеристик реголита в его естественном залегании. При этом предполагалось: получить с помощью специальной аппаратуры сведения о несущей способности грунта, его уплотняемости и сопротивлении вращательному срезу; изучить взаимодействие ходовой части с грунтом — для оценки свойств материала поверхности по всей трассе движения; проводить анализ телевизионных изображений, позволяющих по глубине колеи «Луноходов» и характеру деформации грунта под воздействием их колес выявлять особенности структуры грунта и его строения.
Результаты, полученные с помощью «Лунохода-1», показали, что несущая способность реголита в различных точках поверхности менялась в довольно широких пределах и в большинстве случаев составляла 0,34 кг/кв. см. Сопротивление вращательному сдвигу было в среднем около 0,048 кг/кв. см. Несущая способность самого верхнего пылевого слоя находилась в пределах 0,02-0,03 кг/кв. см. Наибольшее сопротивление внедрению аппаратуры в грунт было отмечено на участках, не усеянных камнями, наименьшее — в районе кольцевых валов кратеров. Обнаружилась способность лунного грунта к значительному уплотнению и упрочению при повторном нагружении. При измерениях параметров грунта, лежащего на глубине 8-10 см и обнажаемого при маневрах «Лунохода», были выявлены более высокие показатели механических свойств: несущая способность около 1 кг/кв. см, сопротивление сдвигу 0,06 кг/кв. см.
Для проведения магнитных измерений по трассе движения и во время остановок «Луноход-2» имел на своем борту трехкомпонентный феррозондовый магнитометр. Анализ этих измерений указывает на неоднородность магнитного поля поверхности Луны: компонент магнитного поля, параллельный поверхности, при измерениях по трассе движения «Лунохода» менялся от 5 до 60 гамм, обнаружены магнитные аномалии, свойственные кратерам (в районе отдельных кратеров отмечены перепады поля до 3 гамм/м). Магнитные измерения, проведенные в районе тектонического разлома и вала кратера Лемонье, дали возможность оценить намагниченность пород, расчлененных трещиной, а также материковых пород вала кратера.
