Наш естественный спутник луна. Спутник планеты Земля: Луна
Либрация Луны
Либрация луны (от лат. libratio - качание, колебание), видимые периодические маятникообразные колебания Луны около её центра, вследствие которых для земного наблюдателя пятна на диске Луны перемещаются в небольших пределах то в ту, то в др. сторону (рис. 1 ).
Рис1. Перемещение пятен на диске Луны вследствие либрации
Различают либрацию оптическую (геометрическую) и либрацию физическую. Оптическая либрация по долготе происходит вследствие того, что Луна обращается вокруг Земли неравномерно, в то время как около своей оси она вращается с постоянной угловой скоростью.
На рис. 2 изображена эллиптическая орбита Луны; Т - Земля (в фокусе эллипса). Пусть в момент, когда Луна находится в положении А (в перигее), в центре диска видна некоторая точка а её поверхности. Через четверть месяца Луна окажется в точке В, причём за этот промежуток времени она повернётся около своей оси на четверть оборота, т. е. на 90?.
Рис 2. Либрация Луны по долготе (схема)
При наблюдении с Земли точка а не будет уже видна в центре диска, а сместится к востоку от него. В положении С (апогее) точка а снова совпадёт с центром лунного диска. Наконец, ещё через четверть месяца в положении D точка а будет лежать к западу от центра. Наибольшая величина либрации по долготе равна 7? 45". Либрация по широте объясняется тем, что ось вращения Луны наклонена к плоскости лунной орбиты (на угол 83? 19") и в течение одного оборота приблизительно сохраняет своё направление в пространстве.
Рис 3. Либрация Луны по широте (схема)
На рис. 3 видно, что на стороне Луны, обращенной к Земле Т, появляются то южный Р", то северный Р полюсы Луны. Либрация по широте достигает 6? 41". Существует ещё суточная, или параллактическая, Луна. Луна, которая объясняется тем, что наблюдатель, находящийся на земной поверхности, вследствие своего перемещения при суточном вращении Земли, смотрит на Луны по разным направлениям. Суточная либрация может доходить до 1?. В результате сложения трёх Л. Л. - либрации по долготе, либрации по широте и суточной либрации - с Земли можно видеть до 59 % лунной поверхности. Остальные 41% поверхности Луны могут наблюдаться только с помощью космических зондов.
Физическая либрация обусловлена тем, что Луна представляет собой трёхосный эллипсоид, наибольшая ось которого вследствие оптической либрации периодически отклоняется на несколько градусов от точного направления к центру Земли. Вследствие притяжения Земли создаётся пара сил, приложенная к Луне и качающая её около центра массы на угол, доходящий до 2". Точное измерение этих колебаний даёт возможность определить моменты инерции Луны, зависящие от её фигуры и распределения масс в её теле.
Форма Луны .
Мозаика 1500 снимков, полученных КА "Клементина" на южную полярную область Луны через красный фильтр. В центре снимка - южный полюс. Изображение простирается до 70 параллели ю. ш. Поперечник снимка 1250 км. Депрессия около южного полюса находится в постоянной тени и в ней может быть выявлен лед. Вблизи края снимка виден кратер Шредингер диаметром 320 км.
Движение луны.
Видимое движение Луны на фоне звезд есть следствие действительного движения Луны вокруг Земли. Луна в течение звездного месяца перемещается среди звезд всегда в одну и ту же сторону – с запада на восток, или прямым движением. Видимый путь Луны на небе – не замыкающаяся кривая, постоянно меняющая свое положение среди звезд зодиакальных созвездий. Видимое движение Луны сопровождается непрерывным изменением ее внешнего вида, характеризуемого фазой Луны (Фаза Ф равна отношению наибольшей ширины освещенной части d` лунного диска к его диаметру d).
Луна движется вокруг Земли со средней скоростью 1,02 км/сек по приблизительно эллиптической орбите в том же направлении, в котором движется подавляющее большинство других тел Солнечной системы, то есть против часовой стрелки, сели смотреть на орбиту Луны со стороны Северного полюса мира. Большая полуось орбиты Луны, равная среднему расстоянию между центрами Земли и Луны, составляет 384 400 км (приблизительно 60 земных радиусов). Вследствие эллиптичности орбиты и возмущений расстояние до Луны колеблется между 356 400 и 406 800 км. Период обращения Луны вокруг Земли, так называемый сидерический (звездный) месяц равен 27,32166 суток, но подвержен небольшим колебаниям и очень малому вековому сокращению. Движение Луны вокруг Земли очень сложно, и его изучение составляет одну из труднейших задач небесной механики. Эллиптическое движение представляет собой лишь грубое приближение, на него накладываются многие возмущения, обусловленные притяжением Солнца, планет и сплюснутостью Земли. Главнейшие из этих возмущений, или неравенств, были открыты из наблюдений задолго до теоретического вывода их из закона всемирного тяготения. Притяжение Луны Солнцем в 2,2 раза сильнее, чем Землей, так что, строго говоря, следовало бы рассматривать движение Луны вокруг Солнца и возмущения этого движения Землей. Однако, поскольку исследователя интересует движение Луны, каким оно видно с Земли, гравитационная теория, которую разрабатывали многие крупнейшие ученые, начиная с И. Ньютона, рассматривает движение Луны именно вокруг Земли. В 20 веке пользуются теорией американского математика Дж. Хилла, на основе, которой американский астроном Э. Браун вычислил (1919) математические, ряды и составил таблицы, содержащие широту, долготу и параллакс Луны. Аргументом служит время.
Плоскость орбиты Луны наклонена к эклиптике под углом 5о8”43”, подверженным небольшим колебаниям. Точки пересечения орбиты с эклиптикой, называются восходящим и нисходящим узлами, имеют неравномерное попятное движение и совершают полный оборот по эклиптике за 6794 суток (около 18 лет), вследствие чего Луна возвращается к одному и тому же узлу через интервал времени - так называемый драконический месяц, - более короткий, чем сидерический и в среднем равный 27.21222 суток, с этим месяцем связана периодичность солнечных и лунных затмений. Луна вращается вокруг оси, наклоненной к плоскости эклиптики под углом 88°28", с периодом, точно равным сидерическому месяцу, вследствие чего она повернута к Земле всегда одной и той же стороной. Такое совпадение периодов осевого вращения и орбитального обращения не случайно, а вызвано трением приливов, которое Земля производила в твердой или некогда жидкой оболочке Луны. Однако сочетание равномерного вращения с неравномерным движением по орбите вызывает небольшие периодические отклонения от неизменного направления к Земле, достигающие 7° 54" по долготе, а наклон оси вращения Луны к плоскости ее орбиты обусловливает отклонения до 6°50" по широте, вследствие чего в разное время с Земли можно видеть до 59 % всей поверхности Луны (хотя области близ краев лунного диска видны лишь в сильном перспективном ракурсе); такие отклонения называются либрацией Луны. Плоскости экватора Луны, эклиптики и лунной орбиты всегда пересекаются по одной прямой (закон Кассини).
Фазы Луны.
Не будучи самосветящейся, Луна видна только в той части, куда падают солнечные лучи, либо лучи, отраженные Землей. Этим объясняются фазы Луны. Каждый месяц Луна, двигаясь по орбите, проходит между Землей и Солнцем и обращена к нам темной стороной, в это время происходит новолуние. Через 1 - 2 дня после этого на западной части неба появляется узкий яркий серп молодой Луны. Остальная часть лунного диска бывает в это время слабо освещена Землей, повернутой к Луне своим дневным полушарием. Через 7 суток Луна отходит от Солнца на 90 0 , наступает первая четверть, когда освещена ровно половина диска Луны и терминатор, то есть линия раздела светлой и темной стороны, становится прямой - диаметром лунного диска. В последующие дни терминатор становится выпуклым, вид Луны приближается к светлому кругу и через 14 - 15 суток наступает полнолуние. На 22-е сутки наблюдается последняя четверть. Угловое расстояние Луны от солнца уменьшается, она опять становится серпом и через 29.5 суток вновь наступает новолуние. Промежуток между двумя последовательными новолуниями называется синодическим месяцем, имеющем среднюю продолжительность 29.5 суток. Синодический месяц больше сидерического, так как Земля за это время проходит примерно 1 13 своей орбиты и Луна, чтобы вновь пройти между Землей и Солнцем, должна пройти дополнительно еще 1 13 часть своей орбиты, на что тратится немногим более 2 суток. Если новолуние происходит вблизи одного из узлов лунной орбиты, происходит солнечное затмение, а полнолуние близ узла сопровождается лунным затмением. Легко наблюдаемая система фаз Луны послужила основой для ряда календарных систем.
Урожайная Луна. Каждую осень в северном полушарии наступает полнолуние, ближайшее ко дню осеннего равноденствия, 23 сентября, и известное в народе под названием «урожайная луна». Несколько дней подряд Луна восходит почти в одно и то же время каждый вечер, как раз на закате Солнца. Так что когда день кончается, фермеры имеют возможность продолжать уборочные работы при свете Луны – потому и называли это время днями «урожайной луны». Когда Луна стоит низко над горизонтом, она кажется больше, но это всего лишь зрительная иллюзия.
Поверхность Луны.
Обратная сторона луны
Атмосферы на Луне нет. Небо над Луной всегда черное, даже среди дня, потому что для рассеивания солнечного света и образования голубого неба, как на Земле, необходим воздух, который там отсутствует. Звуковые волны в вакууме не распространяются, так что на Луне царит полная тишина. Погоды тоже нет; дождь, реки и лед не формируют лунного ландшафта, как это происходит на нашей планете. В дневное время температура лунной поверхности под прямыми лучами Солнца поднимается значительно выше точки кипения воды. Чтобы защититься от невыносимой жары, люди, прибывшие на Луну для проведения исследований, носят специальные космические костюмы, внутри которых находится воздух и поддерживается привычные для человека физические параметры. А по ночам температура на Луне падает до 150 0 ниже точки
замерзания воды.
Астрономические наблюдения указывают на пористый характер лунного поверхностного материала. Образцы доставленного на Землю лунного грунта похожи по составу на земные породы. Моря сложены из базальтов, континенты из анортозитов (силикатная порода, обогащенная окислами алюминия). Встречается особый тип пород, обогащенных калием и редкоземельными элементами. Возраст лунных изверженных горных пород очень велик, их кристаллизация происходила четыре миллиарда лет назад, наиболее древние образцы имеют возраст 4,5 миллиарда лет. Характер лунной поверхности (наличие оплавленных частиц и обломков) свидетельствуют о непрерывной метеоритной бомбардировке, но скорость разрушения ею поверхности невелика, около 10 –7 см/год.
Даже невооруженным глазом на Луне видны неправильные протяженные темноватые пятна, которые были приняты за моря; название сохранилось, хотя и было установлено, что эти образования ничего общего с земными морями не имеют. Телескопические наблюдения, которым положил начало в 1610 Г. Галилей, позволили обнаружить гористое строение поверхности Луны. Выяснилось, что моря – это равнины более темного оттенка, чем другие области, иногда называемые континентальными (или материковыми), изобилующие горами, большинство которых имеет кольцеобразную форму (кратеры). Обширные светлые участки лунной поверхности, называемые материками, занимают около 60% видимого с Земли диска. Это неровные, гористые районы. Остальные 40% поверхности – моря, ровные гладкие области. Материки пересечены горными хребтами. Они расположены главным образом вдоль «побережий» морей. Наибольшая высота лунных гор достигает 9 км.
По многолетним наблюдениям были составлены подробные карты Луны. Первые такие карты издал в 1647 Я. Гевелий в Ланцете (Гданьск). Сохранив термин «моря», он присвоил названия также и главнейшим лунным хребтам - по земным аналогичным образованием: Апеннины, Кавказ, Альпы, Алтай. Дж. Риччоли в 1651г. дал обширным темным низменностям фантастические названия: Океан Бурь, Море Кризисов, Море Спокойствия, Море Дождей и так далее, меньше примыкающие к морям темные области он назвал заливами, например, Залив Радуги, а небольшие неправильные пятна - болотами, например Болото Гнили. Отдельные горы, главным образом кольцеобразные, он назвал именами выдающихся ученых: Коперник, Кеплер, Тихо Браге и другими. Эти названия сохранились на лунных картах и поныне, причем добавлено много новых имен выдающихся людей, ученых более позднего времени. На картах обратной стороны Луны, составленных по наблюдениям, выполненным с космических зондов и искусственных спутников Луны, появились имена К. Э. Циолковского, С. П. Королева, Ю. А. Гагарина и других. Подробные и точные карты Луны были составлены по телескопическим наблюдениям в XIX веке немецкими астрономами И. Медлером, Й. Шмидтом и др. Карты составлялись в ортографической проекции для средней фазы либрации, то есть примерно такими, какой Луна видна с Земли. В конце XIX века начались фотографические наблюдения Луны.
В 1896-1910 большой атлас Луны был издан французскими астрономами М. Леви и П. Пьезе по фотографиям, полученным на Парижской обсерватории; позже фотографический альбом Луны издан Ликской обсерваторией в США, а в середине 20 века Дж. Койпер (США) составил несколько детальных атласов фотографий Луны, полученных на крупных телескопах разных астрономических обсерваторий. С помощью современных телескопов на Луне можно заметить, но не рассмотреть кратеры размером около 0,7 километров и трещины шириной в первые сотни метров. Обратная сторона Луны имеет определенные отличия от стороны, обращенной к Земле. Низменные районы на обратной стороне Луны представляют собой не темные, а светлые области, и они, в отличие от обычных морей, были названы талассоидами (мореподобными). На видимой с Земли стороне низменности залиты темной лавой; на обратной стороне этого не произошло, за исключением отдельных участков. Пояс морей продолжается на обратной стороне талассоидами. Несколько небольших темных областей (подобных обычным морям), найденных на обратной стороне, расположены в центре талассоидов.
Рельеф лунной поверхности.
Уже со времен Галилея началось составление карты Луны. Первые подробные карты лунной поверхности составил выдающийся польский астроном Я. Гевелий (1611-1687) и опубликовал их в 1647 г. в сочинении «Селенографии» или «Описание Луны». В 1651 году итальянский астроном ДЖ Риччиоли (1598-1671) тоже опубликовал карту Луны, составленную им совместно с итальянским физиком Ф. Гримальди. (1618-1663). Именно на этой карте впервые округлые низменности названы морями, которые сохранили свои названия до наших дней: Море Спокойствия, Море Ясности, Море Опасности, Море Дождей, Море Облаков и т.д. Их размеры от 200 до 1100 км в поперечнике. «Моря» – низменности, в которых нет ни капли воды. Дно их темное и сравнительно ровное. Поверхность морей сложена и покрыта темным веществом, в том числе застывшей лавой, некогда изверженной из лунных недр. Самая большая низменность, протяженностью 2000 км названа Океаном Бурь. Поверхность морей имеет складки и холмы, а также небольшие остроконечные и округлые возвышенности, представляющие собой вершины невысоких гор, залитых затвердевшей впоследствии лавой. Характерные по своим очертаниям краевые зоны морей названы заливами, а небольшие изолированные темные низменности – озерами. Моря и озера занимают около 40% всей видимой с Земли поверхности Луны, и подавляющее их большинство расположено в северном ее полушарии. Остальная (60%) часть лунного полушария представляет собой материк, покрытый как отдельными горами, так и горными цепями и хребтами. Большинство горных хребтов тянется вдоль окраины морей и носит земные названия, предложенные Я. Гевелием. Так, Море Дождей ограничено с северо-востока Альпами, с востока – Кавказом, с юго-востока – Апеннинами, а с юга – Карпатами. Некоторые горные цепи названы именами ученых: горы Даламбера, горы Лейбница, и т.д. Высота гор различна, отдельные горные вершины – пики – поднимаются до 9 км. Горные склоны изрезаны многочисленными ущельями и трещинами, а между горами тянутся длинные долины. Форма лунных гор – это большей частью круглая гора с котловиной посередине. Но котловина не всегда пуста, не всегда оказывается кратером новейшим: в середине его иногда возвышается еще целая гора и опять с углублением, которое оказывается кратером более новым, но редко, редко действующим с краснеющей внутри, на самом дне его, лавой. Много на луне и плоскогорий с крутыми склонами, широких и узких трещин в коре протяженностью в несколько десятков и даже сотен километров. Лунный рельеф лучше изучать при косом его освещении солнечными лучами, в особенности недалеко от терминатора, отделяющее дневное полушарие Луны от ночного, т.е. вблизи него тени даже от невысоких гор очень длинные и легко заметны. Очень интересно в течении часа проследить в телескоп за тем, как вблизи терминатора на ночной стороне загораются светлые точки – это вершины валов лунных кратеров. Постепенно из тьмы выплывает светлая подкова – часть кратерного вала, но дно кратера еще погружено в полный мрак, наконец обрисовывается весь кратер. При этом хорошо видно, что, чем меньше кратеры, тем их больше. Они часто расположены цепочками и даже «сидят» друг на друге. Позднейшие кратеры, как уже было сказано, образовались на ваннах более старых кратеров. В центре кратеров видна горка, в действительности это группа гор. Кратерные стены обрываются террасами круто внутрь. Дно кратеров лежит ниже окружающей местности. Горные районы лунной поверхности почти полностью покрыты множеством кратеров, в меньшем числе они имеются и в морях. Размеры кратеров от 1 м до 250 км. Крупные и средние по размерам кратеры, известные с времен первых телескопических наблюдений луны, названы именами ученых: Аристотель, Коперник, Тихо, Геродот, Тимохарис, Гиппарх, Кеплер и др.
В Море Дождей четко выделяются крупные кратеры Архимед (d=73 км), Аристотель (d=51 км), Автолик (d=36 км), а в горных районах, в середине лунного диски -- целые цепочки крупных кратеров, в том числе Птолемей (d=146 км), Альфонс (d=124 км) и Арзахель (d=32 км). Многие крупные и средние по размерам кратеры окружены пологими валами (кольцевыми горами) и имеют ровное дно. Другие имеют форму воронок, какие образуются при взрывах. Мелкие кратеры в общем покрывают всю лунную поверхность и даже дно и валы более крупных кратеров. Многие мелкие кратеры (диаметром до 10-15 км) образованы взрывами материальных тел, сталкивавшихся с Луной. Более крупные кратеры, в особенности с центральными горками, имеют вулканическое происхождение, что подтверждается фотографией кратера Коперник, полученной с высоты 25 км одним из искусственных спутников луны, дно которого носит явные признаки вулканизма. Рассмотрим поподробнее происхождение кратеров.
Большая часть кратеров обязана своим происхождением ударам мелких метеоритиков. Метеорит при ударе о Луну не встречает противодействия атмосферы. Не меняя скорости, он ударяется о грунт и взрывается. Если скорость соударения 16 км/с, то средняя скорость во время проникновения в грунт 8 км/с. Даже полуторакилометровый астероид затормозится менее чем за полсекунды. Естественно, что происходит взрыв необычайной силы и появляется кратер. Кратер образуется частично под воздействием газа, возникшего при испарении метеорита и грунтовых пород, а частично под воздействием образующейся в грунте ударной волны. Ударная волна возникает, когда внезапно освободившая энергия распространяется в среде со сверхзвуковой скоростью. Возникшие при этом силы выбрасывают часть грунта, расположенного выше точки взрыва далеко от места соударения, но главным образом кратер образуется при мгновенном смещении горных пород во всех направлениях от точки взрыва. Энергия столь велика, что далеко превосходит энергию химических связей в породах и при распространении в них ударной волны породы становятся пластичными. Они сминаются, изгибаются и выдавливаются вверх и в стороны, образуя углубления и в большую часть вала. Например, Море Дождей было образовано именно таким образом.
В мае 1972 года с Луной столкнулось крупное метеоритное тело. По сообщению сейсмолога Г. Латама (ламонтская геологическая обсерватория США), падение было зарегистрировано и передано по телеметрии на Землю четырьмя сейсмометрами, доставленными на Луну астронавтами. Выделившаяся при падении энергия весьма велика: она эквивалентна взрыву приблизительно 1 тысячи тонн тринитротолуола. Образованный при падении кратер по площади равен футбольному полю. Место падения метеорита находится в районе кратера Фра-Мауро, внутри места посадки "Аполлона-14". Ливень облаков, образованный выброшенными породами. Продолжался около минуты. Так произошло падение гигантского метеорита на Луну.
Метеоритам, по видимому, обязаны своим происхождением и длинные светлые лучи, которые радикально расходятся от некоторых крупных кратеров (например, от кратеров Тихо, Коперник, Кеплер) на рассмотрении в несколько сотен и даже тысяч километров. Они представляют собой цепочки мелких кратеров, покрытых мелкозернистым веществом. Сильно рассеивающим солнечный свет.
3 февраля 1966 года впервые в истории человечества на лунную поверхность в Океан Бурь мягко опустилась автоматическая станция "Луна-9". Стартовавшая с земли 31 января 1996 года. Эта станция 4 и 5 февраля передала на Землю изображение лунного ландшафта. Мягкая посадка автоматической станции "Луна-9" на поверхность Луны -- выдающееся научное и техническое достижение. Впервые стало возможным исследовать микроструктуру лунной поверхности. Вблизи станции внутри небольшого кратера нет заметного слоя пыли. Грунт достаточно твердый, чтобы выдержать вес станции. На поверхности отдельные камни не только не заносятся пылью, но как бы "вырастают" из поверхности грунта в результате его постепенного разрушения. Место посадки представляет собой довольно ровную поверхность с хорошо выраженным рельефом, с холмами, заметными линиями на всю линию видимого горизонта. Наиболее характерной формой мезорельефа являются лунки и кратеры, т.е. понижение -- ямки весьма разнообразных размеров. Другой распространенный элемент ландшафта -- это камнеобразные и комьеобразные объекты. Размеры их различны. 21 июня 1969 года на луну в Море Спокойствия опустилась впервые посадочная кабина "Игл" ("Орел") американского космического корабля "Аполлон-II" и первые люди ступили на лунную поверхность; ими были Н. Армстронг и Э. Олдрин. Они установили на Луне несколько научных приборов, в том числе сейсмографы, взяли образцы лунных пород, вернулись в корабль, где их ожидал астронавт М. Коллинз, и 24 июля возвратились на Землю. В последующие 2 года еще 5 американских экспедиций побывало на Луне, благополучно вернувшихся на Землю. Они ходили и даже ездили на специальном вездеходе по поверхности Луны, установили разные аппараты, в частности сейсмографы для регистрации "лунотрясений". Химический анализ образцов лунного вещества показал, что породы луны не столь разнообразны, как земные, и сходны по составу с базальтами.
Советские ученые изучают Луну автоматическими аппаратами. 20 сентября 1970 года в Море Изобилия совершила посадку автоматическая станция "Луна-16", в последующие годы "Луна-20" и "Луна-24" садились на Луну и доставляли на Землю образцы лунного грунта. В общем, минеральный состав лунных пород аналогичные составу земных базальтов, но отражает особенности химического состава. В частности, малая летучесть кислорода при кристаллизации лунных пород приводит к образованию металлического железа и практическому отсутствию окиси железа -- явление, чрезвычайно редкое для Земли. В следствии этого мы находим здесь такие экзотические минералы, как троилит, пироксферраит и армалколит, последний минерал назван в честь трех космонавтов "Аполлона-11" -- Н. Армстронга, Э. Олдрина и М. Коллинза. Средняя плотность грунта близка к 1,5г/см 3 , малая плотность объясняется его большой пористостью (до 50%). Возраст лунных пород оценивается от 3,1 до 4,2 млрд. лет, что позволяет считать возраст луны близким к 4,6 млрд. лет, т.е. к возрасту Земли.
Посыпались на Луну и составили автоматические самоходные лаборатории -- луноходы. 17 ноября 1970 г. "Луна-17" доставила "Луноход-1", а 16 января 1973 г. "Луноход-2" доставила "Луна-21". Почти 10 месяцев "Луноход-1" бороздил просторы Моря Дождей, передавал фотопанорамы, выполнял химические анализы грунта. Этот эксперимент значительно обогатил наши знания о естественном спутнике Земли и показал перспективность дальнейшего исследования Луны и планет самоходными аппаратами. На полученных "Луноходом-1" панорамах вырисовываются кратеры нескольких типов. Селенологи расположили кратеры в ряд по степени выраженности – от наиболее свежих и четко выраженных комплексных до сильно измененных, лишенных вала и камней. Такой морфологический ряд отражает этапы эволюции лежат процессы разрушения лунной поверхности за счет микрометеоритной эрозии. Морфологический анализ подтвердил концепцию преимущественно ударно-взрывного происхождения исследованных кратеров. Собранный материал по распределению кратеров и камней позволил узнать возраст и последовательность их образований.
"Луноход-2" сел на поверхность Моря Ясности. Его вес составлял 840 кг. Между ними и "Луноходом-1" принципиальных отличий нет. Но правда новая машине весит больше и ее аппаратура более усовершенствованна. Одна телевизионная камера вынесена из общего корпуса, так что при движении лунохода трасса просматривается лучше. Ни один самоходный аппарат не совершал такого сложного маршрута. Он несколько раз пересекал 15-метровые кратеры с внутренними склонами до 20-25. В отдельные сеансы самоходная лаборатория проходила до 2 км. Исследования "Лунохода-2" значительно дополнили и уточнили наши представления о лунном рельефе и процессах, формирующих его. Луноход прошел по Луне несколько десятков км. Даже в тех местах лунной поверхности, которые с Земли выглядят ровными, грунт изобилует воронками и засыпан камнями всевозможных размеров. Луноход, управляемый с Земли по радио, "шаг за шагом" передвигался с учетом характера местности, вид которой передавался по телевидению. Это величайшее достижение науки важно как пример прямого исследования физических условий на другом небесном теле, которое находится от Земли на огромном расстоянии.
Лунный грунт .
Всюду, где совершали посадки космические аппараты, Луна покрыта так называемым реголитом. Это разнозернистый обломочно-пылевой слой толщиной от нескольких метров до нескольких десятков метров. Он возник в результате дробления, перемешивания и спекания лунных пород при падениях метеоритов и микрометеоритов. Вследствие воздействия солнечного ветра реголит насыщен нейтральными газами. Среди обломков реголита найдены частицы метеоритного вещества. По радиоизотопам было установлено, что некоторые обломки на поверхности реголита находились на одном и том же месте десятки и сотни миллионов лет. Среди образцов, доставленных на Землю, встречаются породы двух типов: вулканические (лавы) и породы, возникшие за счет раздробления и расплавления лунных образований при падениях метеоритов. Основная масса вулканических пород сходна с земными базальтами. По-видимому, такими породами сложены все лунные моря.
Кроме того, в лунном грунте встречаются обломки иных пород, сходных с земными и так называемым KREEP - порода, обогащенная калием, редкоземельными элементами и фосфором. Очевидно, эти породы представляют собой обломки вещества лунных материков. “Луна-20” и “Аполлон-16”, совершившие посадки на лунных материках, привезли оттуда породы типа анортозитов. Все типы пород образовались в результате длительной эволюции в недрах Луны. По ряду признаков лунные породы отличаются от земных: в них очень мало воды, мало калия, натрия и других летучих элементов, в некоторых образцах очень много титана и железа. Возраст этих пород, определяемый по соотношениям радиоактивных элементов, равен 3 - 4.5 млрд. лет, что соответствует древнейшим периодам развития Земли.
Основные разновидности лунных пород*
* 1 - морской базальт ("Аполлон-11", среднее по четырем образцам); 2 - габбро-анортозит ("Луна -20"); 3 - анортозит ("Аполлон-15", Ї15415); 4 - норит, или "неморской базальт" ("Аполлон-14", Ї14310); 5 - дацит ("Аполлон-12", Ї12013).
Также является первым (и на 2010 год единственным) внеземным объектом естественного происхождения, на котором побывал человек. Среднее расстояние между центрами Земли и Луны - 384 467 км.
Лунный ландшафт своеобразен и уникален. Луна вся покрыта кратерам разного размера - от сотен километров до пары миллиметров. Долгое время учёные не могли заглянуть на обратную сторону Луны, это стало возможно с развитием технологий.
Сейчас учёные уже создали очень подробные карты обеих поверхностей Луны. Подробные лунные карты составляют для того, чтобы в ближайшем будущем подготовиться для высадки человека на Луну, удачного расположения лунных баз, телескопов, транспорта, поиска полезных ископаемых и т. п.
Название
Слово луна восходит к праславянской форме *luna < и.-е. *louksnā́ «светлая» (ж. р. прилагательного *louksnós), к этой же индоевропейской форме восходит и латинское слово lūna «луна». Греки называли спутник Земли Селеной (греч. Σελήνη), древние египтяне - Ях (Иях). На всех тюркских (кроме чувашского) языках луна будет «ай».
Движение Луны
В первом приближении можно считать, что Луна двигается по эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,0549 и большой полуосью 384 399 км. Реальное движение Луны довольно сложно, при его расчёте необходимо учитывать множество факторов, например, сплюснутость Земли и сильное влияние Солнца, которое притягивает Луну в 2,2 раза сильнее, чем Земля. Более точно движение Луны вокруг Земли можно представить как сочетание нескольких движений:
Вращение вокруг по эллиптической орбите с периодом 27,32 сут;
прецессия (поворот плоскости) лунной орбиты с периодом 18,6 лет (см. также сарос);
поворот большой оси лунной орбиты (линии апсид) с периодом 8,8 лет;
периодическое изменение наклона лунной орбиты по отношению к эклиптике от 4°59′ до 5°19′;
периодическое изменение размеров лунной орбиты: перигея от 356,41 Мм до 369,96 Мм, апогея от 404,18 Мм до 406,74 Мм;
постепенное удаление Луны от Земли (примерно на 4 см в год) так, что её орбита представляет собой медленно раскручивающуюся спираль. Это подтверждают измерения, проводившиеся на протяжении 25 лет.
Силой, заставляющей Луну отдаляться от Земли, является передача момента импульса вращения Земли - Луне, посредством приливного взаимодействия.
Гравитационное взаимодействие Луны и Земли не постоянно, с увеличением расстояния сила взаимодействия падает. Это приводит к тому, что с увеличением расстояния скорость удаления Луны уменьшается.
Период обращения Луны вокруг Земли относительно звёзд равен 27,32166 суток, это так называемый сидерический месяц.
Полная Луна отражает только 7 % падающего на неё солнечного света. После периодов бурной солнечной активности отдельные места лунной поверхности могут слабо светиться вследствие люминесценции. Так как Луна не светится сама, а лишь отражает солнечный свет, с Земли видна только освещённая Солнцем часть лунной поверхности.
Луна обращается по орбите вокруг Земли, и тем самым угол между Землёй, Луной и Солнцем изменяется; мы наблюдаем это явление как цикл лунных фаз. Период времени между последовательными новолуниями составляет 29,5 дней (709 часов) и называется синодический месяц.
То, что длительность синодического месяца больше, чем сидерического, объясняется движением Земли вокруг Солнца: когда Луна относительно звёзд совершает полный оборот вокруг Земли, Земля к этому времени проходит уже 1/13 часть своей орбиты, и чтобы Луна снова оказалась между Землёй и Солнцем, ей нужно дополнительно около двух суток.
Хотя Луна и вращается вокруг своей оси, она всегда обращена к Земле одной и той же стороной, то есть вращение Луны вокруг Земли и вокруг собственной оси синхронизировано. Эта синхронизация вызвана трением приливов, которые производила Земля в оболочке Луны. Согласно законам механики, Луна ориентирована в поле тяготения Земли так, что на Землю направлена большая полуось лунного эллипсоида.
Между вращением Луны вокруг собственной оси и её обращением вокруг Земли существует различие: вокруг Земли Луна вращается по закону Кеплера (неравномерно, то есть близ перигея быстрее, близ апогея медленнее). Однако вращение спутника вокруг собственной оси равномерно. Именно благодаря этому возможно взглянуть на обратную сторону Луны с запада или с востока. Такое явление колебания называется оптической либрацией по долготе.
В связи же с наклоном оси Луны относительно плоскости Земли возможно заглянуть на обратную сторону с севера или с юга. Это также оптическая либрация, но по широте. Эти либрации суммарно позволяют наблюдать около 59 % лунной поверхности. Данное явление оптической либрации было открыто Галилео Галилеем в 1635 году, когда он был осуждён Инквизицией.
Также существует физическая либрация, обусловленная колебанием спутника вокруг положения равновесия в связи со смещённым центром тяжести, а также под действием приливных сил со стороны Земли. Эти колебания составляют т. н. физическую либрацию, которая составляет 0,02° по долготе с периодом 1 год и 0,04° по широте с периодом 6 лет.
Условия на поверхности Луны
На Луне практически отсутствует атмосфера. Содержание газов у поверхности в ночное время не превышает 200000 частиц/см³ и увеличивается днём на два порядка за счёт дегазации грунта. Такая концентрация газов равноценна глубокому вакууму, поэтому днём её поверхность накаляется до +120 °C, но ночью или даже в тени она остывает до −160 °C.
Небо на Луне всегда чёрное, даже днём. Огромный диск Земли выглядит с Луны в 3,67 раз больше, чем Луна с Земли и висит в небе почти неподвижно. Фазы Земли, видимые с Луны, прямо противоположны лунным фазам на Земле. Освещение отражённым светом Земли примерно в 50 раз сильнее, чем освещение лунным светом на Земле.
Поверхность Луны покрыта так называемым реголитом - смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате столкновений метеороидов с лунной поверхностью. Толщина слоя реголита бывает от долей метра до десятков метров.
Приливы и отливы
Гравитационные силы между Землёй и Луной вызывают некоторые интересные эффекты. Наиболее известный из них - морские приливы и отливы. Если бы мы взглянули на Землю со стороны, мы увидели бы две выпуклости, находящиеся на противоположных сторонах планеты.
Причём одна точка - со стороны, ближайшей к Луне, а другая - с противоположной стороны Земли, наиболее удалённой от Луны. В мировом океане этот эффект выражен намного сильнее, чем в твёрдой коре, поэтому выпуклость воды больше. Амплитуда приливов (разность уровней прилива и отлива) на открытых пространствах океана невелика и составляет 30-40 см.
Однако вблизи берегов вследствие набега приливной волны на твёрдое дно, приливная волна увеличивает высоту точно так же, как обычные ветровые волны прибоя. Учитывая направление вращения вокруг Земли, можно составить картину следования приливной волны по океану. Сильным приливам больше подвержены восточные побережья материков. Максимальная амплитуда приливной волны на Земле наблюдается в заливе Фанди в Канаде и составляет 18 метров.
Две высших точки прилива образуются вследствие того, что гравитационное поле Луны достаточно неоднородно на протяжении размеров Земли. Если разложить вектор гравитационного поля, направленный к Луне, на 2 компоненты - параллельную оси Земля-Луна и перпендикулярную ей, то можно видеть, что причиной приливов является перпендикулярная компонента. Параллельная компонента на протяжении размеров
Земли меняется мало, но перпендикулярная компонента меняет знак! Она максимальна по модулю и направлена противоположно на боковых сторонах Земли, максимально удалённых от оси Земля-Луна. Это и есть «сила тяжести прилива», создающая сток воды океана в сторону участков, находящих на оси Луна-Земля с двух сторон земного шара.
Неоднородность поля Луны возле Земли значительно выше неоднородности поля Солнца. Хотя гравитация Солнца намного больше, но его поле на протяжении размеров Земли является практически однородным, так как расстояние до Солнца в 400 раз больше, чем расстояние до Луны. Поэтому приливы возникают главным образом по причине влияния Луны. Приливообразующая сила Солнца в среднем в 2,17 раза меньше.
Геология Луны
Благодаря её размеру и составу Луну иногда относят к планетам земной группы наряду с Меркурием, Венерой, Землёй и Марсом. Поэтому, изучая геологическое строение Луны, можно многое узнать о строении и развитии Земли.
Толщина коры Луны в среднем составляет 68 км, изменяясь от 0 км под лунным морем Кризисов до 107 км в северной части кратера Королёва на обратной стороне. Под корой находится мантия и, возможно, малое ядро из сернистого железа (радиусом приблизительно 340 км и массой, составляющей 2 % массы Луны). Любопытно, что центр масс Луны располагается примерно в 2 км от геометрического центра по направлению к Земле. На той стороне, которая повёрнута к Земле, кора более тонкая.
Измерения скорости спутников «Лунар Орбитер» позволили создать гравитационную карту Луны. С её помощью были обнаружены уникальные лунные объекты, названные масконами (от англ. mass concentration) - это массы вещества повышенной плотности.
Луна не имеет магнитного поля, хотя некоторые из горных пород на её поверхности проявляют остаточный магнетизм, что указывает на возможность существования магнитного поля Луны на ранних стадиях развития.
Не имеющая ни атмосферы, ни магнитного поля, поверхность Луны подвержена непосредственному воздействию солнечного ветра. В течение 4 млрд лет водородные ионы из солнечного ветра внедрялись в реголит Луны.
Таким образом, образцы реголита, доставленные миссиями «Аполлон», оказались очень ценными для исследования солнечного ветра. Этот лунный водород также может быть когда-нибудь использован как ракетное топливо.
Поверхность Луны
Поверхность Луны можно разделить на два типа: очень старая гористая местность (лунный материк) и относительно гладкие и более молодые лунные моря. Лунные моря, которые составляют приблизительно 16 % всей поверхности Луны, - это огромные кратеры, возникшие в результате столкновений с небесными телами, которые были позже затоплены жидкой лавой. Б
ольшая часть поверхности покрыта реголитом. Лунные моря, под которыми лунными спутниками обнаружены более плотные, тяжёлые породы, сконцентрированы на обращённой к Земле стороне из-за влияния гравитационного момента при формировании Луны.
Большинство кратеров на обращённой к нам стороне названо по имени знаменитых людей в истории науки, таких как Тихо Браге, Коперник и Птолемей. Детали рельефа на обратной стороне имеют более современные названия типа Аполлон, Гагарин и Королёв.
На обратной стороне Луны расположена огромная впадина (бассейн) диаметром 2250 км и глубиной 12 км - это самый большой бассейн в Солнечной системе, появившийся в результате столкновения. Море Восточное в западной части видимой стороны (его можно видеть с Земли) является отличным примером многокольцевого кратера.
Также выделяют второстепенные детали лунного рельефа - купола, хребты, рилли (от нем. Rille - борозда, жёлоб) - узкие извилистые долиноподобные понижения рельефа.
Пещеры
Японским зондом Кагуя обнаружено отверстие в поверхности Луны, расположенное недалеко от вулканического плато Холмы Мариуса, предположительно ведущее в тоннель под поверхностью. Диаметр отверстия составляет около 65 метров, а глубина, предположительно, 80 метров.
Учёные считают, что подобные тоннели сформированы путём затвердевания потоков расплавленной породы, где в центре лава застыла. Данные процессы происходили в период вулканической активности на Луне. Подтверждением данной теории является наличие извилистых борозд на поверхности спутника.
Подобные тоннели могут послужить для колонизации, благодаря защите от солнечной радиации и замкнутости пространства, в котором проще поддерживать условия жизнеобеспечения.
Похожие отверстия имеются и на Марсе.
Происхождение луны
До того, как учёные получили образцы лунного грунта, они ничего не знали о том, когда и как образовалась Луна. Существовало три принципиально разных теории:
Луна и Земля сформировались в одно и то же время из газо-пылевого облака;
Луна образовалась в результате столкновения Земли с другим объектом;
Луна сформировалась в другом месте и впоследствии была захвачена Землёй.
Однако новая информация, полученная путём детального изучения образцов с Луны, привела к созданию теории Гигантского столкновения: 4,57 миллиарда лет назад протопланета Земля (Гея) столкнулась с протопланетой Тейя. Удар пришёлся не по центру, а под углом (почти по касательной). В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту.
Спутник Земли с доисторических времен привлекал внимание людей. Луна - это самый заметный объект неба после Солнца, а потому ей всегда приписывались столь же значительные свойства, как и дневному светилу. Спустя века на смену поклонению и простому любопытству пришел научный интерес. Убывающая, полная и растущая Луна - это сегодня объекты самого пристального изучения. Благодаря исследованиям астрофизиков мы многое знаем о спутнике нашей планеты, однако немало осталось и неизвестного.
Происхождение
Луна - это явление, настолько привычное, что вопроса о том, откуда она взялась, практически не возникает. Между тем именно происхождение спутника нашей планеты - одна из самых значительных его тайн. Сегодня существует несколько теорий на этот счет, каждая из которых может похвастаться как наличием подтверждений, так и аргументами в пользу ее несостоятельности. Полученные данные позволяют выделить три основные гипотезы.
- Луна и Земля образовались из одного протопланетного облака.
- Полностью сформированная Луна была захвачена Землей.
- К образованию Луны привело столкновение Земли с крупным космическим объектом.
Рассмотрим эти версии более подробно.
Совместная аккреция
Гипотеза совместного происхождения (аккреции) Земли и ее спутника признавалась в научном мире наиболее правдоподобной до начала 70-х годов прошлого столетия. Впервые выдвинул ее еще Иммануил Кант. Согласно этой версии, Земля и Луна образовались практически одновременно из протопланетных частиц. Космические тела представляли собой при этом двойную систему.
Первой начала формироваться Земля. После того как она достигла определенных размеров, вокруг нее под действием силы притяжения стали кружить частицы из протопланетного роя. Они начали двигаться по эллиптическим орбитам вокруг зародившегося объекта. Некоторые частицы падали на Землю, другие сталкивались и слипались. Затем орбита постепенно стала все больше приближаться к круговой и из роя частиц начал формироваться зародыш Луны.
За и против
Сегодня гипотеза совместного происхождения имеет больше опровержений, нежели доказательств. Она объясняет одинаковое кислородно-изотопное соотношение двух тел. Сомнительными являются выдвинутые в рамках гипотезы причины разного состава Земли и Луны, в частности, практически полного отсутствия на последней железа и летучих веществ.
Гость издалека
В 1909 году Томасом Джексоном Джеферсоном Си была выдвинута гипотеза гравитационного захвата. Согласно ей, Луна - это тело, сформировавшееся где-то в другой области Солнечной системы. Ее эллиптическая орбита пересекала траекторию движения Земли. При очередном сближении Луна была захвачена нашей планетой и стала спутником.
В пользу гипотезы ученые приводят достаточно распространенные мифы народов мира, повествующие о времени, когда Луны не было на небе. Также косвенно теорию гравитационного захвата подтверждает наличие твердой поверхности на спутнике. Согласно советским исследованиям, не имеющая атмосферы Луна, если она вращается вокруг нашей планеты уже несколько миллиардов лет, должна была быть покрыта многометровым слоем пыли, попадающей из космоса. Однако сегодня известно, что на поверхности спутника такого не наблюдается.
Гипотеза может объяснить малое количество железа на Луне: она могла образоваться в зоне планет-гигантов. Однако в этом случае на ней должна быть большая концентрация летучих веществ. Кроме того, по результатам моделирования гравитационного захвата его возможность кажется маловероятной. Тело с такой массой, как у Луны, скорее столкнулось бы с нашей планетой или было бы выдворено за пределы орбиты. Гравитационный захват мог произойти только в случае очень близкого прохождения будущего спутника. Однако и в этом варианте более вероятным становится разрушение Луны под действием приливных сил.
Гигантское столкновение
Третья из названных выше гипотез на сегодняшний день считается наиболее правдоподобной. Согласно теории гигантского столкновения, Луна - это результат взаимодействия Земли и довольно крупного космического объекта. Гипотеза была предложена в 1975 году Уильямом Хартманом и Дональдом Дэвисом. Они предположили, что с молодой Землей, успевшей набрать 90% своей массы, столкнулась протопланета, названная Тэйей. Размер ее соответствовал современному Марсу. В результате удара, пришедшегося на «край» планеты, практически все вещество Тэйи и часть земного была выброшена в космическое пространство. Из этого «строительного материала» стала формироваться Луна.
Гипотеза объясняет современную скорость а также угол наклона ее оси и многие физические и химические параметры обоих тел. Слабым местом теории является приводимые ею причины низкого содержания железа на Луне. Для этого до столкновения в недрах обоих тел должна была произойти полная дифференциация: образование железного ядра и силикатной мантии. На сегодняшний день подтверждений найдено не было. Возможно, новые данные о земном спутнике прояснят и этот вопрос. Правда, есть вероятность, что они могут и опровергнуть принятую сегодня гипотезу происхождения Луны.
Основные параметры
Для современных людей Луна - это неотъемлемая часть ночного неба. Расстояние до нее на сегодняшний день составляет примерно 384 тысячи километров. Этот параметр несколько меняется по мере движения спутника (диапазон - от 356 400 до 406 800 км). Причина кроется в эллиптической орбите.
Спутник нашей планеты движется сквозь космос со скоростью 1,02 км/с. Полный оборот вокруг нашей планеты он совершает примерно за 27,32 суток (сидерический или звездный месяц). Интересно, что притяжение Луны Солнцем в 2,2 раза сильнее, чем Землей. Этот и другие факторы влияют на движение спутника: сокращение сидерического месяца, изменение расстояния до планеты.
Ось Луны имеет наклон в 88°28". Период вращения равен сидерическому месяцу и именно поэтому спутник всегда повернут к нашей планете одной стороной.
Отражающая
Можно предположить, что Луна - это звезда, очень близко расположенная к нам (в детстве такая идея могла приходить многим). Однако в действительности она не обладает многими параметрами, присущими таким телам, как Солнце или Сириус. Так, воспетый всеми поэтами-романтиками лунный свет - лишь отражение солнечного. Сам спутник не излучает.
Фаза Луны - это явление, связанное с отсутствием у нее собственного света. Видимая часть спутника на небе постоянно изменяется, последовательно проходя четыре этапа: новолуние, растущий месяц, полнолуние и убывающая Луна. Это стадии синодического месяца. Он исчисляется от одного новолуния до другого и длится в среднем 29,5 дней. Синодический месяц больше сидерического, поскольку Земля также движется вокруг Солнца и спутнику все время приходится наверстывать некоторое расстояние.
Многоликая
Первая в цикле фаза Луны - это то время, когда для земного наблюдателя спутник на небе отсутствует. В это время он обращен к нашей планете темной, неосвещенной стороной. Длительность этой фазы - один-два дня. Затем в западной части неба появляется месяц. Луна - это лишь тонкий серп в такое время. Часто, однако, можно наблюдать весь диск спутника, но менее яркий, окрашенный в серый. Такое явление получило название пепельного цвета Луны. Серый диск рядом с ярким серпом - это часть спутника, освещенная лучами, отраженными с поверхности Земли.
Спустя семь дней от начала цикла наступает следующая фаза - первая четверть. В это время Луна освещена ровно наполовину. Характерный признак фазы - прямая линия, разделяющая темный и освещенный участок (в астрономии она называется «терминатор»). Постепенно она становится более выпуклой.
На 14-15 сутки цикла наступает полнолуние. Затем видимая часть спутника начинает уменьшаться. На 22 день наступает последняя четверть. В этот период также нередко можно наблюдать пепельный цвет. Угловое расстояние Луны от Солнца ставится все меньше и по прошествии примерно 29,5 дней она вновь полностью скрывается.
Затмения
С особенностями движения спутника вокруг нашей планеты связано еще несколько явлений. Плоскость орбиты Луны наклонена к эклиптике в среднем на 5,14°. Такое положение нетипично для подобных систем. Как правило, орбита спутника лежит в плоскости экватора планеты. Точки пересечения траекторией Луны эклиптики называются восходящим и нисходящим узлами. Они не имеют точной фиксации, постоянно, хотя и медленно, движутся. Примерно за 18 лет узлы проходят всю эклиптику. В связи с этими особенностями Луна возвращается к одному из них через период, равный 27,21 суток (он называется драконическим месяцем).
С прохождением спутника точек пересечения его оси с эклиптикой связано такое явление, как затмение Луны. Это феномен, нечасто радующий (или огорчающий) нас собой, но обладающий определенной периодичностью. Затмение происходит в тот момент, когда полнолуние совпадает с прохождением спутника одного из узлов. Столь интересное «стечение обстоятельств» возникает достаточно редко. То же справедливо и для совпадения новолуния и прохождения одного из узлов. В это время случается солнечное затмение.
Наблюдения астрономов показали, что оба феномена имеют цикличный характер. Длина одного периода равна чуть больше 18 лет. Называется такой цикл саросом. За один период происходит 28 лунных и 43 солнечных затмения (из них 13 — полных).
Влияние ночного светила
С древних времен Луна считалась одним из управителей человеческой судьбы. По мнению мыслителей того периода, она влияла на характер, отношения, настроение и поведение. Сегодня действие Луны на организм изучается с научной точки зрения. Различные исследования подтверждают, что зависимость некоторых особенностей поведения и состояния здоровья от фаз ночного светила существует.
Например, врачи Швейцарии, долгое время наблюдавшие за больными с неполадками в сердечно-сосудистой системе, установили, что растущая Луна — это опасный период для людей, предрасположенных к инфаркту. Большинство приступов по их данным совпадало с появлением на ночном небе молодого месяца.
Существует большое количество аналогичных исследований. Однако сбор подобной статистики - не единственное, что интересует ученых. Они попытались найти объяснения выявленным закономерностям. Согласно одной из теорий, Луна оказывает на человеческие клетки такое же воздействие, как и на всю Землю: вызывает В результате влияния спутника изменяется водно-солевой баланс, проницаемость мембраны, соотношение гормонов.
Другая версия во главу угла ставит воздействие Луны на магнитное поле планеты. Согласно этой гипотезе, спутник вызывает изменения электромагнитных импульсов тела, что влечет за собой определенные последствия.
Специалисты, придерживающиеся мнения об огромном влиянии на нас ночного светила, рекомендуют выстраивать свою деятельность, согласуя ее с циклом. Они предостерегают: фонари и лампы, перекрывающие лунный свет, могут навредить здоровью человека, поскольку из-за них организм не получает информации о смене фаз.
На Луне
После знакомства с ночным светилом с Земли пройдемся по его поверхности. Луна — это спутник, не защищенный от воздействия солнечных лучей атмосферой. Днем поверхность нагревается до 110 ºС, а в ночное время она остывает до -120 ºС. При этом колебания температуры характерны для небольшой зоны коры космического тела. Очень низкая теплопроводность не позволяет прогреться недрам спутника.
Можно сказать, что Луна — это земли и моря, обширные и малоисследованные, но обладающие своими именами. Первые карты поверхности спутника появились еще в семнадцатом веке. Темные пятна, ранее принимавшиеся за моря, после изобретения телескопа оказались низкими равнинами, однако сохранили свое название. Более светлые области на поверхности — это «континентальные» зоны с горами и хребтами, часто кольцевой формы (кратеры). На Луне можно встретить Кавказ и Альпы, Моря Кризисов и Спокойствия, Океан Бурь, Залив Радости и Болото Гнили (заливы на спутнике — примыкающие к морям темные области, болота — небольшие пятна неправильной формы), а также горы Коперника и Кеплера.
И только после была разведана обратная сторона Луны. Это случилось в 1959 году. Данные, полученные советским спутником, позволили составить карту скрытой от телескопов части ночного светила. Здесь также зазвучали имена великих: К.Э. Циолковского, С.П. Королева, Ю.А. Гагарина.
Совсем другая
Отсутствие атмосферы делает Луну такой не похожей на нашу планету. Небо здесь никогда не затягивают облака, его цвет не меняется. На Луне над головой космонавтов только темный звездный купол. Солнце встает медленно и неторопливо движется по небу. День на Луне длится практически 15 земных суток, такова и продолжительность ночи. Сутки равны периоду, за который спутник Земли делает один оборот относительно Солнца, или синодическому месяцу.
На спутнике нашей планеты нет ветра и осадков, также здесь отсутствует плавное перетекание дня в ночь (сумерки). Кроме того, Луна постоянно находится под угрозой падения метеоритов. О количестве их косвенно свидетельствует реголит, покрывающий поверхность. Это слой обломков и пыли толщиной до нескольких десятков метров. Состоит он из раздробленных, перемешанных и местами сплавленных останков метеоритов и разрушенных ими лунных пород.
При взгляде на небо можно увидеть неподвижно и всегда на одном и том же месте висящую Землю. Красивая, но практически никогда не меняющаяся картина объясняется синхронизацией вращения Луны вокруг нашей планеты и собственной оси. Это одно из самых чудесных зрелищ, которое довелось видеть космонавтам, впервые высадившимся на поверхности спутника Земли.
Знаменитая
Бывают периоды, когда Луна — это «звезда» не только научных конференций и изданий, но и всевозможных СМИ. Огромный интерес для большого числа людей представляют некоторые довольно редкие явления, связанные со спутником. Одно из них — это суперлуние. Оно происходит в те дни, когда ночное светило находится на самом маленьком расстоянии от планеты, причем в фазе полнолуния или новолуния. Ночное светило при этом становится визуально на 14% крупнее и на 30% ярче. Во второй половине 2015 года суперлуния можно будет наблюдать 29 августа, 28 сентября (в этот день суперлуние будет наиболее внушительным) и 27 октября.
Еще одно любопытное явление связано с периодическим попаданием ночного светила в земную тень. Спутник при этом не исчезает с неба, а приобретает красный цвет. Астрономическое событие получило название Кровавая Луна. Это явление довольно редкое, однако современным любителям космоса опять повезло. Кровавые Луны взойдут над Землей в 2015 году несколько раз. Последняя из них появится в сентябре и совпадет с полным затмением ночного светила. Такое точно стоит увидеть!
Ночное светило всегда притягивало к себе людей. Месяц и полная Луна — это центральные образы во многих поэтических очерках. По мере развития научных знаний и методов астрономии спутник нашей планеты стал интересовать не только астрологов и романтиков. Многие факты со времен первых попыток объяснения лунного «поведения» стали понятны, большое число тайн спутника было раскрыто. Однако ночное светило, как и все объекты космоса, не так просто, как может показаться.
Даже американская экспедиция не смогла ответить на все поставленные перед ней вопросы. В то же время с каждым днем ученые узнают о Луне что-то новое, хотя часто полученные данные порождают еще больше сомнений в существующих теориях. Так было с гипотезами происхождения Луны. Все три главные концепции, которые признавались в 60-70-х годах, были опровергнуты по результатам американской экспедиции. Вскоре лидирующей стала гипотеза гигантского столкновения. Вероятнее всего, в будущем нас ожидает множество удивительных открытий, связанных с ночным светилом.
Фото: Луна – естественный спутник Земли и неповторимый инопланетный мир, в котором побывало человечество.
Луна
Характеристики Луны
Луна вращается вокруг Земли по орбите, большая полуось которой равна 383000 км (эллиптичность 0,055). Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики под углом 5°09. Период вращения равен 27 суток 7 часов 43 минуты. Это сидерический или звездный период. Период синодический – период смены лунных фаз – равен 29 суток 12 часов 44 минуты. Период вращения Луны вокруг своей оси равен сидерическому периоду. Поскольку время одного оборота Луны вокруг Земли точно равно времени одного оборота ее вокруг оси, Луна всегда обращена к Земле одной и той же стороной. Луна – самый заметный объект на небе после Солнца . Максимальная звездная величина равна – 12,7m.
Масса спутника Земли составляет 7,3476*1022 кг (в 81,3 раз меньше массы Земли), средняя плотность p = 3,35 г/см3, экваториальный радиус – 1 737 км. Стягивание с полюсов почти не имеется. Ускорение свободного падения на поверхности составляет g = 1,63 м/с2. Тяготение Луны не смогло удержать ее атмосферу, если она когда-то и была.
Внутреннее строение
Плотность Луны сравнима с плотностью земной мантии. Поэтому у Луны или нет, или очень малозначимое железное ядро . Внутреннее строение Луны изучено по сейсмическим данным, переданным на Землю устройствами космических экспедиций «Аполлон». Толщина коры Луны 60–100 км.
Фото: Луна - внутреннее строение
Толщина верхней мантии 400 км. В ней сейсмические скорости находятся в зависимости от глубины и сокращаются в связи от расстояния. Толщина средней мантии около 600 км. В средней мантии сейсмические скорости неизменны. Нижняя мантия расположена ниже 1100 км. Ядро Луны, начинающееся на глубине 1500 км, вероятно, жидкое. Оно практически не включает в себя железо. В следствии этого Луна обладает весьма слабым магнитным полем, не превышающее одной десятитысячной части земного магнитного поля. Зарегистрированы местные магнитные аномалии.
Атмосфера
Атмосферы на Луне фактически нет. Это объясняет внезапные перепады температур в несколько сотен градусов. В дневное время температура на поверхности достигает 130 C, а ночью она снижается до –170 C. В то же время на глубине 1 м температура почти всегда неизменная. Небо над Луной всегда черное, поскольку для образования голубого цвета неба необходим воздух , который там отсутствует. Нет там и погоды, не дуют и ветры. Кроме того, на Луне царит полная тишина .
Фото: поверхность Луны и ее атмосфера
Видимая часть
С Земли прослеживается только видимая часть Луны . Но это не 50% поверхности, а малость больше. Луна обращается вокруг Земли по эллипсу , около перигея Луна передвигается быстрее, а около апогея – медленнее. Но вокруг оси Луна вращается равномерно. Вследствие этого образуется колебание по долготе. Вполне вероятная максимальная величина ее составляет 7°54. Вследствие либрации мы имеем шанс наблюдать с Земли кроме видимой стороны Луны еще и прилегающие к ней узкие полосы территории оборотной ее стороны. В общей сложности с Земли можно увидеть 59% лунной поверхности.
Луна в ранние времена
Есть предположение, что в ранние времена своей истории Луна обращалась вокруг оси быстрее и, стало быть, поворачивалась к Земле различными частями своей поверхности. Но из-за близости массивной Земли в твердом теле Луны зарождались внушительные приливные волны. Процесс торможения Луны длился до тех пор, пока она не оказалась неизменно повернутой к нам лишь одной стороной.
Геология ( строение) Луны
Пепельный ландшафт простирается на сколько хватает глаз. Пустынная равнина окру-жена холмами со сглаженными очертаниями. Полузасыпанные глыбы беспорядочно наг-ромождены вокруг. Грунт мягкий, следы на нем остаются, как на мокром песке. Этот ландшафт, ограниченный аномально близким из-за малого радиуса планеты горизонтом, не да-ет никаких ориентиров для оценки расстояния. Полное отсутствие атмосферы создает иллю-зию необычайной близости предметов.
Бархатно-черное небо сияет миллиардами немерцающих, ярких звезд. Солнце в дневное время соседствует с ними. Оно выглядит как четко очерченный слепящий бело-желтый круг без при-вычных лучиков. Тени от неровностей рельефа здесь очень глубоки и черны, поскольку нет рас-сеянного света.
И совсем непривычно и фантастично выглядит большой незаходящий голубой шар, хрупкий и прекрасный — живая планета, украшающая небосклон этого абсолютно мертвого мира.
Луна — тринадцатое по величине тело Солнечной системы — вращается вокруг Земли по слабо вытя-нутой эллиптической орбите, удаляясь от нее на макси-мальное расстояние в апогее на 405 тыс. км и приближаясь в перигее до 363 тыс. км. Средний диаметр Луны около 3486 км, что приблизительно в 3,6 раза меньше диаметра нашей планеты, а масса составляет 1/81 от ее массы. Луну отличает невысокая, по сравнению с планетами земной группы, плотность — 3,34 г/см3 (для сравнения, плотность Земли — 5,52г/см3). Период обращения Луны вокруг своей оси строго соответствует периоду обращения вокруг Земли (27 суток и 8 часов), и поэтому она повернута к нам всегда одной стороной. Только часть противоположной стороны (18%) бывает видна из-за либрации Луны. Ось ее враще-ния наклонена на 5,1° к плоскости орбиты. Сила тяжести на поверхности Луны в 6 раз слабее, чем на Земле. Темпе-ратура здесь колеблется от -160° С в лунную полночь до + 120° С в лунный полдень. Такие резкие перепады приво-дят к быстрому разрушению лунных пород. Эти процессы объясняют очень пологие, сглаженные формы лунного ре-льефа.
Не только Земля оказывает гравитационное влияние на Луну, но и Луна заметно воздействует своим гравитационным полем на Землю. Деформа-ции земной коры вместе с перемеще-ниями масс воды во время приливов и отливов вызывают внутреннее тре-ние, тормозящее вращение нашей планеты. Замедление вращения Зем-ли доказано изучением линий роста палеозойских кораллов. Согласно этим данным, в начале палеозойской эры (540 млн. лет назад), земные сут-ки равнялись 22 часам, а это значит, что миллиарды лет назад, в самый ранний период истории Земли, они могли составлять всего 4 часа. Сейчас вращение Земли продолжает замед-ляться, и Луна удаляется от нее со скоростью 3 см в год. В палеозойскую эру, когда животные выбрались на су-шу, они могли видеть Луну ближе, чем видим ее мы, и гораздо больших размеров. Расчеты показывают, что примерно через 5 млрд. лет вращение Земли затормозится настолько, что она будет совершать за год всего 9 обо-ротов вокруг своей оси; к тому момен-ту и удалившаяся Луна будет обхо-дить Землю 9 раз за год. С этого вре-мени и уже навсегда с Луны будет видна только одна половина земного шара. Однако ученые предполагают, что через 4,5 млрд. лет наше Солнце, скинув оболочку, превратится в бе-лый карлик, и это катастрофически скажется на судьбе планетной пары Земля-Луна.
Эволюция и формы рельефа Луны
Характер поверхности Луны и сос-тав ее верхних оболочек формировался в течение долгой истории. Около 4,6 млрд. лет назад в окрестностях молодо-го Солнца происходили важные собы-тия — заканчивался процесс рождения планет и их спутников. Луна, как и Земля, представляла собой пылающий шар расплавленных горных пород, в который сыпался град метеоритов. В это время на Луне извергались вулканы и совершались катастрофические планетотрясения. Со временем внешняя расплавленная оболочка Луны, осты-вая, затвердевала. Период магматичес-кой "бурной молодости" Луны длился не более 0,5 млрд. лет. Это была эпоха формирования.
В ходе остывания внешней корки Луны и бомбардировки ее метеоритами 4,4 — 4,1 млрд. лет назад образовался типичный лунный кратерный рельеф. Этот период, длившийся примерно 0,5 млрд. лет, называют эпохой бомбарди-ровки. По мере "вычерпывания" кос-мического "сора" из околоземного спутникового роя, частота падения обломков на Луну уменьшалась. Но имен-но напоследок (4,1-3,9 млрд. лет назад) произошли катаклизмы, приведшие к образованию на поверхности гигант-ских впадин, которые называют "боль-шими ударными бассейнами" или "лунными морями".
Заключительной стадией активной внутренней жизни Луны явился гло-бальный базальтовый вулканизм. Кора на видимом полушарии, возможно, из-за приливного действия Земли, вдвое тоньше (60 км), чем на обратной сторо-не. Поэтому извержение лав легче про-ходило на видимой стороне. Базальты, поднимаясь из лунных недр, заполни-ли "большие ударные бассейны", обра-зовав гигантские равнины, покрытые застывшей лавой. Это время называют эпохой лавовых морей. Установлено, что возраст лунных базальтов состав-ляет 4-3 млрд. лет, т.е. активная текто-ническая жизнь планеты закончилась 3 млрд. лет назад.
С тех пор на Луне воцарилось отно-сительное спокойствие. Но падаю-щие метеоры, температурное вывет-ривание, солнечное и космическое излучения продолжают разрушать ее поверхность. В результате Луна вся покрылась слоем пылеватых частиц, толщиной до 10 м. Это самый дли-тельный период геологической исто-рии Луны, продолжающийся и сегод-ня. Он условно назван эпохой лунной пыли.
Еще на заре изучения Луны были приняты термины для обозначения различных областей на ее поверхнос-ти. Это лунные "моря" и лунные "кон-тиненты" или "материки". Материки (83% площади лунного шара) сложе-ны светлыми породами типа анортози-тов, они отличаются наличием значи-тельных неровностей и множеством кратеров. Моря — относительно ров-ные области, более темные из-за пок-рывающих их застывших потоков ба-зальтов, с меньшим количеством кра-теров.
На лунной поверхности встречаются кратеры диаметром от сотен километ-ров до миллиметров. Возраст боль-шинства крупных кратеров оценивает-ся в 1-3 млрд. лет. Они, как правило, ударного происхождения. У самых мо-лодых кратеров, например, Тихо, Ко-перник, поперечником в десятки кило-метров, при отвесно падающих лучах Солнца (в полнолуние) можно видеть радиально расходящиеся светлые по-лосы, простирающиеся на сотни, а иногда и тысячи километров. Полосы сложены светлыми обломками анорто-зитов (материковых пород), разлетев-шимися во все стороны при ударах ме-теоритов. Некоторые кратеры имеют вулканическое происхождение (кратер Варгентин, до краев заполненный ла-вой). Кроме ударных и вулканических структур, на Луне имеются трещины и разломы, хорошо различимые на фо-тографиях. Это, например, знаменитая Прямая стена в Море Облаков — 240-метровый уступ, протянувшийся на 125 км. Концентрация разломов отме-чается в зонах сочленения континен-тов и морей.
В середине XVII в. польский астро-ном Ян Гевелий предложил называть горы на Луне теми же именами, что и на Земле. Вокруг Моря Дождей распо-ложены Альпы, Кавказ, Апеннины, Карпаты. Море Нектара окружают Ал-тай и Пиренеи. Наиболее внушитель-ная горная цепь — Апеннины, длиной почти 600 км (максимальная высота 5638м). Самые высокие — Горы Лей-бница — лежат в районе южного полю-са. Высота их отдельных пиков, по пос-ледним данным, несколько превышает 9000 м.
Из чего состоит Луна
Вопрос об элементном, минерало-гическом и петрографическом составе лунной поверхности волновал ученых с тех пор, как они начали наблюдать и изучать это небесное тело. Но дать точный ответ на него удалось только при детальном исследовании образ-цов лунных пород и грунта, достав-ленных американскими и советскими космическимиаппаратами.Сейчас для исследований имеется 385 кг ве-щества из разных областей видимой стороны Луны. Часть его была тща-тельно изучена всеми возможными способами в лабораторных условиях. А остаток, запакованный в гермети-ческие контейнеры, хранится в ожи-дании более совершенных методов исследования.
Основные химические элементы, обнаруженные в лунных породах — это кислород, кремний, железо, ти-тан, магний, кальций и алюминий. В лунных базальтах найдены благород-ные металлы — серебро и золото, но их содержание значительно меньше, чем в земных. В целом, лунная мине-ралогия оказалась довольно бедной.
На Земле существует несколько ты-сяч минералов, а на Луне их пока отк-рыто не более сотни. Впрочем, это легко объяснить: на Луне нет жидкой воды и атмосферы, поэтому условия формирования минералов менее раз-нообразны.
В лунном грунте не найдено окаменелостей или остатков органики. В нем отсутствуют даже небиологические ор-ганические соединения.
Какими же породами представлена лунная поверхность? Их делят на нес-колько типов.
Базальты — вулканические тяже-лые, темные, микрозернистые, плот-ные или пористые породы, образован-ные при застывании лавы.
Вулканические стекла — мелкие оранжевые и изумрудно-зеленые шарики, придающие цветовые от-тенки лунному грунту.
Анортозиты — относительно легкие светлые крис-таллические породы, похожие на земные, которые формируют лунные материки. Именно из-за них мате-риковые области Луны выглядят более светлыми, чем морские.
Брекчии — сложные породы, формирующиеся из всех других типов лунных пород и грунта при паде-нии метеоритов. Обломки пород цементируются стекловидной массой, выплавившейся при ударе из лунных пород и вещества метеорита.
Лунный грунт или реголит — пылевато-песчаный порошок со специфичес-ким запахом гари, которым покрыта вся поверхность Луны. Он обладает стран-ным свойством: при бурении поверхностного слоя, состоящего из реголита, мяг-кий порошок сопротивляется углублению буровой трубки, и в то же время, не держит ее в вертикальном положении.
Получены интересные данные, свидетельствующие о наличие пыли в около-лунном пространстве. Именно она вызывает свечение лунного горизонта при захо-де Солнца на Луне. Свечения были зарегистрированы американскими аппаратами Surveyor, а также при визуальных наблюдениях астронавтами с окололунной ор-биты во время полетов кораблей Apollo. Наиболее вероятные размеры частиц пы-ли оцениваются в 0,1 мкм.
Пока остается открытым вопрос о присутствии воды на Луне. Американская станция Clementine в 1994 г. и космический аппарат Lunar Prospector в 1998 г. засвидетельствовали небольшую (до 1%) концентрацию мелких кристаллов льда в лунном реголите в районе южного полюса. Источником воды предположительно могли быть ядра упавших на Луну комет или недра самой Луны. Однако радиоас-трономические исследования лунных полюсов в 2003 г. показали отсутствие там следов льда.
Внутреннее строение Луны
Образцы лунного грунта добыты с глубины до 2,5 м. А что находится глубже? Ответ на этот вопрос дали геофизические методы исследования. Американские астронавты установи-ли на лунной поверхности сейсмометры, регистрирующие колебания почвы. Их источником должны были служить удары метеоритов, лунотрясения, упавшие отработанные посадочные лунные модули кораблей Apollo и последние сту-пени ракет-носителей Saturn, которые направлялись в зара-нее выбранные точки.
Однако энергии этих ударов хватило для изучения стро-ения коры и верхней мантии до глубин 150-200 км. Для "просвечивания" всей толщи необходим был более мощный удар. И природа преподнесла ученым подарок в виде паде-ния двух крупных метеоритов на обратной стороне нашего спутника. "Просветив" Луну насквозь, сейсмические вол-ны качнули сейсмометры на всех четырех станциях сети Apollo и принесли феноменальную новость — у Луны су-ществует ядро.
Результаты изучения сейсмограмм позволяют сделать вывод, что лунные недра делятся на четыре условные зоны: кора, образованная породами анортозитового состава, мощностью 60 км на видимой стороне и более 100 км на об-ратной; верхняя мантия (литосфера), мощностью около 800 км, где фиксируются глубокофокусные лунотрясения; нижняя мантия, находящаяся в частично расплавленном состоянии, с температурой до 1500° С; и лунное ядро, рас-положенное глубже 1400-1500 км.
По сравнению с Землей, Луна геологически малоактив-на, но слабые тектонические лунотрясения все же удается проследить.
Лунотрясения приливного характера, наблюдаемые во время прохождения Луной апогея и перигея своей орбиты, связаны с гравитационным воздействием Земли. Их перио-дичность оставляет 13,6 земных суток.
Как образовалась Луна?
Космическая эра принесла много новых данных о внутреннем строении Луны. На Землю было доставлено сотни килограммов лунного грунта. Но можем ли мы с полной уверенностью ответить на вопрос, как образова-лась Луна?
Версий несколько. Это: 1. гипотеза "рождения" Луны из газово-пылевого протопланетного облака одновременно с Землей; 2. гипотеза захвата Землей Луны, образовавшейся в удаленной части Солнечной системы из протопланетного вещества, бедного железом; 3. гипотеза отрыва части мантийного вещества от разогретой и быстровращающейся Земли в ранний период ее формирования. Все они имеют свои недостатки.
Большинством планетологов се-годня принята ги-потеза "большого взрыва", согласно которой Луна об-разовалась в ре-зультате столкно-вения юной Земли с планетой, названной Тея, размерами близкой к Марсу. Оно могло произойти приблизительно через 50 млн. лет после рождения Солнечной системы. Масса Земли тогда составляла около 90% нынешней. Часть земного материа-ла и обломки столкнувшегося тела образовали дисковидное облако, из которого и сформировалась Луна. Удар зат-ронул лишь внешнюю мантийную часть Земли. Выбитый материал содержал мало тяжелых железных компонентов. Поэтому сформировавшееся новое тело оказалось относи-тельно легким.
Общность происхождения подтверждают полученные не-давно данные об изотопном составе Земли и Луны. Ученые даже не ожидали, что состав изотопов кислорода на Луне и Земле окажется практически одинаковым.
В пользу гипотезы свидетельствуют и данные объемно-го сейсмического зондирования Земли, которое показало существование тихоокеанской сейсмической аномалии в мантии, прослеживающейся на всех глубинных уров-нях, вплоть до ядра. Она может являться той "незажива-ющей раной", которая осталась после катастрофическо-го удара.
Луна хранит еще множество загадок. Раскрыв их, мы приблизились бы и к разгадкам галактических тайн. Ведь бесплодная лунная поверхность запечатлела следы самых древних событий, происходивших в Солнечной системе. Но для продолжения исследований человечеству необходимо вернуться в этот мир. Увы, спустя 30 лет после полета "Apollo 1 7", проекты построения на Луне научной базы по-ка не финансируются ни одним космическим агентством.
Марина и Сергей Крочак