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).
Плотность лунных пород составляет в среднем 3,343 г/см3, что заметно уступает средней плотности для Земли (5,518 г/см3). Это различие связано главным образом с тем, что уплотнение вещества с глубиной проявляется на Земле значительно заметнее, чем на Луне. Имеются и различия в минералогическом составе лунных и земных пород: содержание оксидов железа в лунных базальтах на 25%, а титана - на 13% выше, чем в земных. "Морские" базальты на Луне отличаются повышенным содержанием оксидов алюминия и кальция и относительно более высокой плотностью, что связывают с их глубинным происхождением.
Для исследования строения Луны использовались сейсмические методы. В настоящее время картина этого строения разработана довольно детально. Принято считать, что недра Луны можно разделить на пять слоев.
Поверхностный слой - лунная кора (ее толщина меняется от 60 км на видимой с Земли половине Луны до 100 км - на невидимой) - имеет состав, близкий к составу "материков". Под корой располагается верхняя мантия - слой толщиной около 250 км. Еще глубже - средняя мантия толщиной порядка 500 км; полагают, что именно в этом слое в результате частичного выплавления формировались "морские" базальты. На глубинах порядка 600-800 км располагаются глубокофокусные лунные сейсмические очаги. Нужно, однако, отметить, что естественная сейсмическая активность на Луне невелика.
На глубине около 800 км кончается литосфера (твердая оболочка) и начинается лунная астеносфера - расплавленный слой, в котором, как и в любой жидкости, могут распространяться только продольные сейсмические волны. Температура верхней части астеносферы порядка 1200 К.
На глубине 1380-1570 км происходит резкое изменение скорости продольных волн - здесь проходит граница (довольно размытая) пятой зоны - ядра Луны. Предположительно, это относительно небольшое ядро (на его долю приходится не более 1% массы Луны) состоит из расплавленного сульфида железа.
Поверхностный довольно рыхлый слой Луны состоит из пород, раздробленных постоянным потоком падающих на нее твердых тел - от микрометеоритов и пыли до крупных частиц - многотонных метеоритов и астероидов.
Над поверхностью Луны газовая атмосфера как таковая отсутствует, так как не может удерживаться Луной вследствие ее малой массы. В результате даже легчайшие атомы при средних тепловых скоростях способны преодолевать притяжение Луны. Поэтому плотность газа над Луной по крайней мере на 12 порядков меньше плотности приземной атмосферы (хотя и заметно выше плотности межзвездного газа).
Самый верхний слой представлен корой, толщина которой, определенная только в районах котловин, составляет 60 км. Весьма вероятно, что на обширных материковых площадях обратной стороны Луны кора приблизительно в 1,5 раза мощнее. Кора сложена изверженными кристаллическими горными породами - базальтами. Однако по своему минералогическому составу базальты материковых и морских районов имеют заметные отличия. В то время как наиболее древние материковые районы Луны преимущественно образованы светлой горной породой - анортозитами (почти целиком состоящими из среднего и основного плагиоклаза, с небольшими примесями пироксена, оливина, магнетита, титаномагнетита и др.), кристаллические породы лунных морей, подобно земным базальтам, сложены в основном плагиоклазами и моноклинными пироксенами (авгитами).
Под корой расположена мантия, в которой, подобно земной, можно выделить верхнюю, среднюю и нижнюю. Толщина верхней мантии около 250 км, а средней примерно 500 км, и ее граница с нижней мантией расположена на глубине около 1000 км. До этого уровня скорости поперечных волн почти постоянны, и это означает, что вещество недр находится в твердом состоянии, представляя собой мощную и относительно холодную литосферу, в которой долго не затухают сейсмические колебания. Состав верхней мантии предположительно оливинпироксеновый, а на большей глубине присутствуют шницель и встречающийся в ультраосновных щелочных породах минерал мелилит.
На границе с нижней мантией температуры приближаются к температурам плавления, отсюда начинается сильное поглощение сейсмических волн. Эта область представляет собой лунную астеносферу. В самом центре, по-видимому, находится небольшое жидкое ядро радиусом менее 350 километров, через которое не проходят поперечные волны. Ядро может быть железо-сульфидным либо железным; в последнем случае оно должно быть меньше, что лучше согласуется с оценками распределения плотности по глубине. Его масса, вероятно, не превышает 2% от массы всей Луны. Температура в ядре зависит от его состава и, видимо, заключена в пределах 1300 - 1900 К.
Луна и Земля настолько связаны друг с другом, что не вызывает сомнения тот факт, что если наша планета не имела бы естественного спутника, история её развития была б абсолютно другой, а жизни на ней попросту не существовало.
Начнём с того, что Луна, или как её ещё называют, Селена, оказывает непосредственное влияние на земную ось, давая возможность Земле сохранять наклон в 23 градуса, благодаря которому на нашей планете образовались подходящие условия для жизни. Это даёт нам возможность видеть день и ночь приблизительно одинаковый период времени на протяжении суток (например, угол наклона Урана составляет почти 98 градусов, а потому полюса его в течение 42 лет находятся в темноте и столько же их беспрестанно освещают солнечные лучи).
Кроме того, Луна на небе ежедневно замедляет вращение нашей планеты на крошечную микросекунду – если бы она не делала этого, Земля до того быстро начала бы вращаться, что в скором времени день был бы равен шести часам, может, и того меньше. Это однозначно повлияло бы на развитие растений и животных, а также привело к увеличению скорости воздушных потоков, в результате чего штормы, смерчи и ураганы стали бы обычным явлением.
Одним из самых известных воздействий Селены на нашу планету является её влияние на приливы и отливы: если бы Земля не имела естественного спутника, приливы были бы в несколько раз сильнее. Именно от спутника Земли зависит глубина мирового океана: она притягивает к себе воду, находящуюся в районе экватора, потому глубина океана в центре Земли намного глубже, чем возле её полюсов.
Луна — это естественный спутник Земли, диаметр которого составляет почти 3,5 тыс. км, а длина по экватору – около 11 тыс. км (по площади она меньше нашей планеты в три с половиной раза). Находится Селена от Земли на расстоянии в 385 тыс. км, а потому после Солнца считается вторым по яркости объектом на небосводе. По подсчётам учёных, возраст спутника составляет не менее четырёх миллиардов лет.
Существует множество версий, как именно у нашей планеты появился спутник. Одна из них гласит о том, что Земля и Луна были сформированы одновременно. Другая выдвигает предположение о том, что Селена образовалась на большом расстоянии от нашей планеты, и пролетая неподалёку, оказалась в зоне действия гравитации Земли и не смогла «вырваться».
Недавно на основе данных, полученных при анализе образцов лунного грунта, учёные выдвинули новую теорию, которая на данный момент принята в качестве основной. Речь идёт о гигантском столкновении, когда более 4 млрд. лет назад протопланета Земля (крупный планетарный зародыш) натолкнулась на протопланету Тейю, причём столкновение произошло не по центру, а по касательной.
Больше пострадала Тейя, которая выбросила на земную орбиту основную часть своих составляющих элементов, тогда как Земля выделила лишь небольшую долю земной мантии. Объединившись, эти вещества сформировали зародыш Луны. Стоит заметить, что наша планета после столкновения с Тейей на пять часов увеличила скорость своего вращения, изменив угол оси.
Из чего состоит спутник Земли
Поверхность Луны полностью покрывает реголит, состоящий из пыли и мельчайших метеоритных осколков, которые нередко падают на незащищённую атмосферой поверхность Луны (толщина такого слоя может колебаться от нескольких сантиметров до десятков километров). Сам спутник Земли состоит из:
- Коры – она очень неоднородна и колеблется от нуля метров под морем Москвы (от лунной поверхности её отделяет слой базальта толщиной в 600 м) до 105 км (под кратером Королёва, расположенном на тёмном полушарии Луны). Хотя кратер Королёва находится с тёмной стороны Луны, более толстый слой расположен всё же на видимом нам полушарии;
- Трёх слоёв мантии;
- Ядра.
Невидимая сторона Селены
Поскольку период, с которым спутник вращается вокруг Земли почти совпадает со временем его оборота вокруг своей оси, с земной поверхности можно увидеть лишь одно полушарие спутника, тогда как обратная сторона Луны почти никогда не просматривается. Исключения составляют разве что края, находящиеся с восточной и западной тёмной стороны Селены. Раз в месяц можно увидеть северные, а один раз в пятнадцать дней – её южные края (это даёт возможность наблюдать с Земли почти шестьдесят процентов спутника).
До появления космических аппаратов обратная сторона Луны была абсолютно неизученной, а потому с появлением соответствующей техники учёные узнали о Селене немало нового и интересного. Например, с её тёмной стороны были обнаружены несколько новых геологических образований, свидетельствующих о том, что сейсмические движения внутри спутника продолжались не менее 950 млн. лет после того, как согласно принятой на тот момент версии, наступила «геологическая смерть» спутника Земли.
Согласно полученным данным, сейсмическая активность на спутнике существует и по сей день, а колебания грунта нередко длятся около часа. За пять лет наблюдений было зафиксировано около тридцати таких лунотрясений продолжительностью в десять минут и достигающие 5,5 балов по шкале Рихтера (на земле подобные колебания длятся не более двух минут).
Было обнаружено, что поверхность тёмного полушария отличается от видимого с Земли – здесь насчитывается огромное число кратеров, большая часть которых возникла в результате падения метеоритов, и преобладает горный рельеф. А вот лунных морей здесь немного – всего лишь два: море Мечты и море Москвы.
Рельеф Селены
Поверхность Луны состоит из горных хребтов и лунных морей – огромных размеров низменностей округлой формы, которые в своё время затопила вышедшая на поверхность лава, а потому все они покрыты толстым слоем базальта (из-за этого для них характерен более тёмный цвет, чем у других частей рельефа). Самым крупным лунным морем считается океан Бурь, протяжённостью около 2 тыс. км.
Несмотря на то, что в основном все лунные моря находятся на видимой стороне Селены, именно с её обратной стороны расположена наибольшая ударная впадина, бассейн «Южный полюс – Эйткен» (с нашей планеты можно разве что увидеть его тёмный край). Его размеры составляют 2400 на 2050 км, а глубина – около 8 км, занимая почти четверть полушария спутника. Этот бассейн интересен тем, что именно в нём находится низшая точка Селены, а расстояние от самой низкой до самой высокой точки составляет около 16 км.
Ещё одним интересным геологическим образованием является обнаруженный возле одного из вулканических плато, Холмов Мариуса, огромных размеров туннель: его диаметр составляет 65 м, а глубина – около 80 м. Он является явным свидетельством вулканической активности Селены, поскольку образовался за счёт затвердевания потоков расплавленной породы.
Как выглядит спутник с Земли
Земля и Солнце постоянно меняют своё месторасположение по отношению друг к другу, граница между освещённой и неосвещённой частями лунного полушария постоянно смещается, поэтому Селена ежедневно изменяет свои очертания, формируя разные фазы Луны. Одно остаётся неизменным: освещённая часть спутника всегда указывает в ту сторону, где находится Солнце. Интересно, что синодический месяц на спутнике (время, которое проходит между двумя одинаковыми фазами Луны) на несколько дней меньше земного, непостоянен и в среднем длится около 29,5 дней.
Несмотря на то, что Луна на небе создаёт впечатление, будто она светится сама, в действительности поверхность Луны лишь отражает солнечные лучи, поэтому с Земли можно увидеть лишь освещённый Солнцем участок. Считается, что Луна на небе проходит через определенные фазы, коротко характеризующиеся как «Растущая Луна» – «Полная Луна» – «Убывающая Луна»:
Новолуние
Во время новолуния тёмной Луны почти никогда не видно. Исключение составляют лишь несколько минут, когда она появляется на фоне Солнца во время солнечного затмения, или когда за два дня до или после новолуния при очень хорошей погоде на ясном небе показывается слегка обозначенный сероватый диск земного спутника.
Во время этой фазы Луны, спутника не видно потому, что он находится между Землёй и Солнцем почти на одной линии.
Если же они размещаются точно на одной прямой, можно наблюдать солнечное затмение, поскольку спутник Земли начинает отбрасывать свою тень диаметром в 200 км. Луна на небе расположена максимально близко к Солнцу, а к поверхности нашей планеты развёрнута обратная сторона Луны.
Молодая Луна
Новая луна видна на небе лишь несколько минут в виде узкого серпа и появляется сразу после того, как заходит Солнце на третьи сутки после новолуния. После этой фазы, новая Луна начинает стремительно расти и с каждой последующей ночью все желающие имеют возможность начать наблюдать за таким явлением, как растущая Луна. Интересно, что в прадавние времена начало лунного или солнечного месяца всегда начиналось от того момента, когда на небе появлялась новая Луна.
Первая четверть
На седьмую ночь после новолуния, растущая Луна появляется в форме полукруга на западе сразу после того, как Солнце уходит за горизонт (обычно её можно увидеть в первой половине ночи). Растущая Луна на этой стадии расположена на востоке и находится по отношению к Солнцу под углом в 90°. Солнечные лучи освещают западную половину Луны и показывают людям, которые находятся в Северном полушарии, правую часть Луны, в Южном – левую.
На этой стадии фазы Луны, растущая Луна является уже довольно яркой и света, который она излучает, вполне достаточно для того, чтобы находящиеся на земле предметы начали отбрасывать тень. Интересно, что когда растущая Луна находится на этом этапе, можно наблюдать наименьший уровень подъёма при приливе и его наименьшее падение при отливе.
Полнолуние
На четырнадцатую ночь растущая Луна достигает своего пика, поскольку Солнце начинает полностью её освещать – наступает полнолуние. Полная Луна находится на небе всю ночь. Она появляется ещё до того, как Солнце полностью зайдёт, а уходит с небосвода после его восхода.
На этой фазе полная Луна находится напротив Солнца, а Земля располагается посередине (полная Луна всегда чрезвычайно яркая из-за того, что Солнце светит на видимое полушарие, и тени на лунной поверхности полностью пропадают). Если полная Луна, Земля и Солнце находятся на одной линии, можно наблюдать за лунным затмением.
Последняя четверть
Буквально через сутки полная Луна начинает утончаться. Поскольку это происходит практически незаметно для человеческого глаза, создаётся впечатление, будто полная Луна видна на небосводе в течение нескольких ночей. Уже через семь дней после полнолуния, убывающая Луна снова показывает землянам свою половину. Видна убывающая Луна лишь во второй половине ночи.
Старая Луна
Показав людям напоследок свою половину, ночное светило становится меньше, превращается в тоненький серп, а затем тёмная Луна вовсе исчезает – а через некоторое время на небосводе вновь появляется растущая Луна.
Памятка наблюдателю
Чтобы наблюдатель не спутал, какие именно фазы Луны являются растущими, а какие – убывающими, достаточно запомнить основное правило: если спутник Земли напоминает латинскую букву «D» и при этом его видно в начале ночи, на небосводе находится растущая Луна. Если серп похож на литеру «С» и показывается перед рассветом – перед созерцателем убывающая Луна.
Давайте посмотрим на то, как устроена Луна.
Форма и состав Луны
Луна, в отличие от Земли, более правильной шарообразной формы.
- Ее радиус - примерно 1738 км, что составляет 0,272 земного радиуса в районе экватора.
- Масса Луны меньше массы Земли в 81 раз.
- Притяжение в 6 раз меньше земного.
Из-за этой особенности (слишком слабая гравитация) Луна не способна удерживать вокруг себя атмосферу (атмосфера будет захвачена Землей), поэтому проекты по созданию искусственной атмосферы вокруг Луны заранее обречены на неудачу. На Луне возможно только создание куполов, заполненных воздухом для дыхания.
Среднее расстояние от Луны до Земли 384 400 км. Наибольшее удаление - 405 500 км, наименьшее - 363 300 км. Невидимая с Земли часть Луны составляет 41 процент всей лунной поверхности. Температура Луны в подсолнечной точке +130 градусов по Цельсию. Температура Луны на ночной стороне -160 градусов по Цельсию.
Из чего состоит Луна
Лунный грунт, который был доставлен на Землю лунными экспедициями, состоит, как показал анализ, из обломчато-пылевого слоя, который называется риголитом. Этот слой образовался на скальных выступах лунной поверхности под влиянием метеоритных ударов (Луна постоянно бомбардируется метеоритами), процессов нагревания и остывания, дробления, смешивания и спекания.
А благодаря тому, что на лунный грунт воздействует солнечный ветер, риголит насыщен нейтральными газами. В целом лунные породы имеют двоякое происхождение: одни из них принадлежат космосу, другие ведут лунную родословную.
Собственно лунный грунт часто носит следы оплавления в результате падений метеоритов либо представлен вулканическими (лавовыми) породами вроде земного базальта, а другая часть риголита - это метеориты. Их на Луне очень и очень много.
Встречаются и породы, которые похожи на земные. Некоторые породы обогащены калием, фосфором и редкоземельными металлами. По мнению ученых, вулканические породы характерны для лунных морей, а сходные с земными - для лунных материков.
В целом отличие от земных пород связано с отсутствием в породах воды, пониженным содержанием натрия и калия, повышенным содержанием железа и титана. Иными словами, Луна - это рай для добывающей промышленности.
Как устроена Луна
Лунные породы очень древние - их возраст составляет примерно 4 млрд лет, причем самыми «молодыми» (более 3 млрд лет) оказались образцы, доставленные из районов лунных морей.
Эпоха активного вулканизма на Луне завершилась давно.
С течением времени уменьшалась и интенсивность метеоритной бомбардировки ее поверхности. Благодаря этому на протяжении последних-2- 3 млрд лет вид лунной поверхности не изменялся. (На Земле под воздействием воды и воздуха древний рельеф не мог сохраниться.)
Впрочем, еще и сейчас на Луне происходят лунотрясения (напоминающие слабые землетрясения), которые зарегистрированы сейсмографами, установленными на Луне астронавтами. Данные этих приборов позволили исследовать внутреннее строение Луны, выделив кору (толщиной около 60 км), мантию (до 1000 км) и ядро радиусом около 750 км.
Лунный рельеф
Сухие моря Луны. Морями и океанами их назвали земные наблюдатели еще в ту эпоху, когда считалось, что на Луне есть настоящие моря с водой. Этому способствовало и то, что по-другому люди просто не могли представить свою соседку, и то, что на общем фоне моря и океаны имеют вид темных пятен.
Только потом стало ясно, что эти моря и океаны - сухие. А сегодня мы знаем, что цвет морей Луны, в отличие от лунных «материков», связан с более темной окраской пород, которые их слагают.
Солнечные лучи неодинаково освещают лунный ландшафт, они сильнее отражаются от высоких и светлых «материков» и слабее - от более глубоких и темных морей, поэтому мы и видим их на поверхности нашего спутника как пятна.
Лунные моря занимают около 40 процентов поверхности обращенной к Земле стороны планеты. Эти лунные впадины практически лишены цирков, зато в них много глубоких трещин и невысоких сглаженных валов. Многие лунные моря окружены цепями лунных гор.
Более мелкие впадины на Луне получили название озер и заливов.
Названия, которые носят моря Луны, хорошо показывают, как представлялась людям Луна: Море Дождей, Море Спокойствия, Море Кризисов, Океан Бурь... Первые имена лунные моря получили еще в XVII веке. Их дал лунным низменностям итальянский астроном Джованни Батиста Риччоли в 1651 году.
Самые крупные моря Луны - Море Холода, Море Дождей, Море Плодородия, Море Спокойствия.
Лунные горы
Материковые области представлены горами и горными цепями. Высоту лунных гор с Земли определить очень сложно, поскольку спутник повернут к нам одной стороной и мы все время видим довольно плоскую картинку. К тому же для определения высоты нужно иметь хоть какой-то ориентир.
На Земле мы вычисляем высоту гор относительно уровня мирового океана. Луна - сухая планета. У нее нет воды, а следовательно, нет и уровня океана.
Поэтому сложная картография Луны с определением глубины впадин и высоты гор - это задача для будущих селенографов. Очевидно, для этой работы потребуется их присутствие на самой планете. Ведь снимки Луны даже со спутников не дают точных данных о высоте гор. Первые лунные горы, открытые астрономами, получили названия земных - Кавказ, Апеннины, Альпы, Карпаты...
Горные цепи образовались в результате метеоритной бомбежки или вулканической деятельности на самой Луне. По высоте они сильно варьируются - от пары сотен метров до нескольких километров. Например, известная горная цепь Апеннины имеет вершины до 6 км высотой.
Для Луны характерны и складчатые жилы или горные складки. Они имеют не метеоритное происхождение, а образовались в результате опускания и поднятия лунной коры. Складчатые образования наблюдаются только в областях, примыкающих к морям или горным системам.
Лунные кратеры
Поверхность Луны испещрена кратерами, или, как принято их называть, лунными цирками. В основном лунные цирки образовались в результате падений на нее метеоритов или столкновения Луны с другими крупными космическими телами. Но не все лунные цирки - результат бомбардировки Луны.
Есть целая группа кратеров, которые имеют иное, вулканическое происхождение. Кратеры не так глубоки, как это видится с Земли. В основном они имеют глубину от 10 м до 10 км, причем последние встречаются не так часто.
В целом все цирки ученые делят на пять категорий.
- К первой относят крупные одиночные кратеры,
- другие три типа отличаются более светлой окраской прилегающих областей и более поздним временем образования,
- пятая группа кратеров - это цирки, заполненные лавой (поэтому нередко их называют затопленными).
Затопленные кратеры характерны тем, что не имеют впадины и выглядят гладкими, точно закрыты сверху крышкой. Все кратеры имеют округлую форму и специфические бороздки на склонах. Как правило, молодые кратеры окружены светлыми «лучами». Иногда они перекрывают уже имеющиеся древние цирки.
Некоторые кратеры собраны в цепи. Эти цирки имеют явное вулканическое происхождение, потому что даже при активной бомбардировке метеоритами не могли образоваться такие длинные и четкие узоры на Луне. Тянутся кратерные цепочки более чем на 150 км.
Трещины, сбросы и купола на Луне
Кроме морей, гор и цирков на Луне есть и другие интересные особенности рельефа. Она вся испещрена трещинами и бороздами. Считается, что эти борозды образовались в результате сдвига лунных разломов. Некоторые появились как след бомбардировки метеоритами, при столкновении с крупными объектами.
А часть имеет лунное вулканическое происхождение. Борозды тянутся на значительные расстояния, иногда не на одну сотню километров. Глубина борозд относительно невелика - от 500 м до 1 км, и что очень характерно - ширина борозд на всем протяжении не изменяется.
Интересная особенность лунного пейзажа - сбросы. Это образования в виде прямых отвесных стен, которые могут занимать до нескольких сотен километров. Наиболее известна Прямая Стена в Море Облаков. Ее длина около 100 км, а глубина до 400 м.
Еще одна интересная деталь лунной географии - купола. Это выгнутые щиты, которые, как считают ученые, образовались в результате вулканической деятельности, то есть лавовые образования. Некоторые такие купола имеют проломы, которые могли появиться, когда лава схлынула и внутри щитов образовались пустоты наподобие наших карстовых. Уфологи нередко помещают тайные заводы инопланетян именно в купола. Куполов на Луне немного, буквально несколько десятков.
Луна – спутник планеты Земля в Солнечной системе: описание, история исследования, интересные факты, размер, орбита, темная сторона Луны, научные миссии с фото.
Выберитесь подальше от городских огней темной ночью и полюбуйтесь на прекрасное лунное сияние. Луна - это единственный земной спутник, выполняющий вращение вокруг Земли более 3.5 млрд. лет. То есть, Луна сопровождает человечество с момента его появления.
Из-за яркости и доступности в прямом наблюдении спутник отразился во многих мифах и культурах. Некоторые думали, что это божество, а другие пытались использовать, чтобы предсказывать события. Давайте внимательно рассмотрим интересные факты о Луне.
Нет никакой «темной стороны»
- Существует много историй, где фигурирует обратная сторона Луны. В реальности обе стороны получают одинаковый объем солнечного освещения, но лишь одно из них доступно для земного обзора. Дело в том, что время осевого лунного вращения совпадает с орбитальным, а значит он повернут к нам одним боком всегда. Но «темную сторону» мы исследуем космическими аппаратами.
Луна влияет на земные приливы
- Из-за гравитации Луна создает две выпуклости на нашей планете. Одна находится на повернутой к спутнику стороне, а вторая – на обратной. Эти выступы вызывают высокие и низкие приливы по всей Земле.
Луна пытается сбежать
- Каждый год спутник отдаляется от нас на 3.8 см. Если так продолжится и дальше, то через 50 млрд. лет Луна просто сбежит. На тот момент она будет тратить 47 дней на орбитальный пролет.
Вес на Луне гораздо меньший
- Луна уступает земной гравитации, поэтому вы будете весить на 1/6 меньше на спутнике. Именно поэтому астронавтам приходилось передвигаться прыжками, как кенгуру.
На Луне побывало 12 астронавтов
- В 1969 году первый на спутник шагнул Нил Армстронг в период миссии Аполлон-11. Последним стал Юджин Сернан в 1972 году. С тех пор к Луне отправляют только роботов.
Нет атмосферного слоя
- Это значит, что поверхность Луны, как видно на фото, лишена защиты от космического излучения, метеоритных ударов и солнечного ветра. Также заметны серьезные температурные колебания. Вы не услышите звуков, а небо всегда кажется черным.
Есть землетрясения
- Создаются земной гравитацией. Астронавты использовали сейсмографы и выяснили, что в нескольких километрах под поверхностью есть трещины и разрывы. Полагают, что спутник обладает расплавленным ядром.
Первый аппарат прибыл в 1959 году
- Первым на Луне побывал советский аппарат Луна-1. Он пролетел мимо спутника на удаленности в 5995 км, а затем вышел на орбиту вокруг Солнца.
Стоит на 5-й позиции по величине в системе
- В диаметре земной спутник простирается на 3475 км. Земля в 80 раз крупнее Луны, но их возраст примерно одинаковый. Главная теория заключается в том, что в начале формирования в нашу планету врезался крупный объект, вырвавший материал в пространство.
Мы снова отправимся к Луне
- НАСА планирует создать на лунной поверхности колонию, чтобы там всегда были люди. Работы могут начаться уже в 2019 году.
В 1950-м году планировали взорвать на спутнике ядерную бомбу
- Это был тайный проект времен холодной войны – проект А119. Это бы показало значительный перевес одной из стран.
Размер, масса и орбита Луны
Следует изучить характеристику и параметры Луны. Радиус составляет 1737 км, а масса – 7.3477 х 10 22 кг, поэтому во всем уступает нашей планете. Однако, если сопоставлять с небесными телами Солнечной системы, то видно, что по размеру довольно крупная (на второй позиции после Харона). Показатель плотности – 3.3464 г/см 3 (на втором месте среди лун после Ио), а гравитация – 1.622 м/с 2 (17% от земной).
Эксцентриситет – 0.0549, а орбитальный путь охватывает 356400 – 370400 км (перигелий) и 40400 – 406700 км (афелий). На полный обход вокруг планеты уходит 27.321582 дней. К тому же спутник находится в гравитационном блоке, то есть всегда смотрит на нас одной стороной.
Физические характеристики Луны |
| Полярное сжатие | 0,00125 |
|---|---|
| Экваториальный | 1738,14 км 0,273 земных |
| Полярный радиус | 1735,97 км 0,273 земных |
| Средний радиус | 1737,10 км 0,273 земных |
| Окружность большого | 10 917 км |
| Площадь поверхности | 3,793·10 7 км² 0,074 земных |
| Объём | 2,1958·10 10 км³ 0,020 земных |
| Масса | 7,3477·10 22 кг 0,0123 земных |
| Средняя плотность | 3,3464 г/см³ |
| Ускорение свободного
падения на экваторе |
1,62 м/с² |
| Первая космическая
скорость |
1,68 км/с |
| Вторая космическая
скорость |
2,38 км/с |
| Период вращения | синхронизирован |
| Наклон оси | 1,5424° |
| Альбедо | 0,12 |
| Видимая звёздная величина | −2,5/−12,9 −12,74 (при полной Луне) |
Состав и поверхность Луны
Луна повторяет Землю и также располагает внутренним и внешним ядром, мантией и корой. Ядро – сплошная железная сфера, простирающаяся на 240 км. Вокруг нее сосредоточено внешнее ядро из жидкого железа (300 км).
Также в мантии можно обнаружить магматические породы, где железа больше чем у нас. Кора простирается на 50 км. Ядро охватывает всего 20% от всего объекта и вмещает не только металлическое железо, но и небольшие примеси серы и никеля. Можете увидеть, как выглядит строение Луны на схеме.
Ученым удалось подтвердить наличие на спутнике воды, большая часть которой сосредоточена на полюсах в затененных кратерных формированиях и подповерхностных водохранилищах. Думают, что она появилась из-за контакта спутника с солнечным ветром.
Лунная геология расходится с земной. Спутник лишен плотного атмосферного слоя, поэтому на нем нет погоды и ветровой эрозии. Небольшой размер и низкая гравитация приводят к быстрому охлаждению и отсутствию тектонической активности. Можно отметить огромное количество кратеров и вулканов. Повсюду хребты, морщины, нагорья и впадины.
Сильнее всего замечается контраст между яркими и темными территориями. Первые именуют лунными возвышенностями, а вот темные – моря. Нагорья сформировались магматическими породами, представленными полевым шпатом и следами магния, пироксена, железа, оливина, магнетита и ильменита.
Базальтовая порода легла в основу морей. Часто эти участки совпадают с низинами. Можно отметить каналы. Они бывают дугообразными и линейными. Это лавовые трубы, охлажденные и разрушенные с момента вулканической спячки.
Интересная особенность – лунные купола, созданные выбросом лавы в вентиляционные отверстия. Они обладают пологими склонами, и диаметром в 8-12 км. Морщины появились из-за сжатия тектонических плит. Большинство встречается на территории морей.
Примечательная особенность нашего спутника – ударные кратеры, формирующиеся при падении крупных космических камней. Кинетическая ударная энергия формирует ударную волну, приводящую к депрессии, из-за чего вырывается много материала.
Кратеры простираются от небольших ям до 2500 км и глубины 13 км (Айткен). Самые крупные появились в ранней истории, после чего начали уменьшаться. Можно отыскать примерно 300000 углублений с шириной в 1 км.
Кроме того, интерес представляет лунная почва. Она сформировалась из-за ударов астероидов и комет миллиарды лет назад. Камни раскрошились в мелкую пыль, которая покрыла всю поверхность.
Химический состав реголита отличается в зависимости от позиции. Если в горах много алюминия и двуокиси кремния, то моря способны похвастаться железом и магнием. Геологию исследовали не только телескопическими наблюдениями, но и анализом образцов.
Атмосфера Луны
У Луны есть слабый слой атмосферы (экзосфера), из-за чего показатель температуры сильно колеблется: от -153°C до 107°C. Анализ показывает наличие гелия, неона и аргона. Первые два создаются солнечными ветрами, а последний – распад калия. Также есть данные о замороженных водных запасах в кратерах.
Формирование Луны
Есть несколько теорий появления земного спутника. Некоторые думают, что все дело в гравитации Земли, которая притянула уже готовый спутник. Они вместе сформировались в солнечном аккреционном диске. Возраст – 4.4-4.5 млрд. лет.
Главная теория состоит в ударе. Полагают, что в прото-Землю влетел крупный объект (Тейя) 4.5 млрд. лет назад. Вырванный материал начал вращаться по нашему орбитальному пути и сформировал Луну. Это подтверждают и компьютерные модели. К тому же проверенные образцы показали практически идентичные с нами изотопные композиции.
Связь с Землей
Луна вращается вокруг Земли за 27.3 дней (звездный период), но оба объекта перемещаются вокруг Солнца одновременно, поэтому на одну фазу для Земли спутник тратит 29.5 дней (известные фазы Луны).
Присутствие Луны оказывает воздействие на нашу планету. Прежде всего речь идет о приливных эффектах. Мы замечаем это при повышении уровня моря. Земное вращение происходит в 27 раз быстрее лунного. Океанические приливы также усиливаются фрикционным сцеплением воды с земным вращением через океанические полы, водной инерцией и колебанием бассейнов.
Угловой момент ускоряет лунную орбиту и поднимает спутник выше с более длительным периодом. Из-за этого дистанция между нами возрастает, а земное вращение замедляется. В год спутник отходит от нас на 38 мм.
В итоге мы достигнем взаимной приливной блокировки, повторяя ситуацию Плутона и Харона. Но на это уйдут миллиарды лет. Так что скорее Солнце станет красным гигантом и поглотит нас.
Приливы отмечаются и на лунной поверхности с амплитудой в 10 см в течение 27 дней. Кумулятивный стресс приводит к лунным лучам. И они длятся дольше на час, потому что нет воды, способной заглушить вибрации.
Не будем забывать о таком великолепном событии, как затмение. Это случается, если Солнце, спутник и наша планета выстраиваются в прямую линию. Лунное появляется, если полная Луна показывается за земной тенью, а солнечное – Луна расположена между звездой и планетой. При полном затмении можно рассмотреть солнечную корону.
Лунная орбита расположена под наклоном в 5° к земной, поэтому затмения происходят в определенные моменты. Спутнику нужно находиться возле пересечения орбитальных плоскостей. Периодичность охватывает 18 лет.
История наблюдений за Луной
Как же выглядит история исследования Луны? Спутник расположен близко и заметен в небе, поэтому за ним могли следить еще доисторические жители. Ранние примеры записи лунных циклов начинаются в 5-м веке до н. э. Это сделали ученые в Вавилоне, отметившие 18-летний цикл.
Анаксагор из Древней Греции верил, что Солнце и спутник выступают масштабными сферическими скалами, где Луна отражала солнечный свет. Аристотель в 350 г до н.э. считал, что спутник является границей между сферами элементов.
О связи приливов и Луны заявил Селевк во 2-м веке до н.э. Также он думал, что высота будет зависеть от лунного расположения по отношению к звезде. Первую удаленность от Земли и размер добыл Аристарх. Его данные улучшил Птолемей.
Предсказывать лунные затмения начали китайцы в 4-м веке до н.э. Они уже тогда знали, что спутник отражает солнечный свет и выполнен в сферической форме. Альхазен говорил, что солнечные лучи не обиваются зеркально, а излучаются из каждого лунного участка во всех направленностях.
До момента появления телескопа все верили, что видят сферический объект, а также совершенно гладкий. В 1609 году появляется первый набросок от Галилео Галилея, который изобразил кратеры и горы. Это и наблюдения прочих объектов помогли продвинуть гелиоцентрическую концепцию Коперника.
Развитие телескопов привело к детализации поверхностных особенностей. Все кратеры, горы, долины и моря получили наименования в честь ученых, художников и видных деятелей. До 1870-х гг. все кратеры считались вулканическими формированиями. Но только позже Ричард Проктор предположил, что они могут быть следами от ударов.
Изучение Луны
Космическая эпоха лунных исследований позволила ближе взглянуть на соседа. Холодная война между СССР и США стала причиной того, что все технологии развивались быстро, а Луна стала главной целью исследований. Началось все с запусков аппаратов, а закончилось человеческими миссиями.
В 1958 году стартовала советская программа «Луна», где первые три зонда разбились об поверхность. Но уже через год страна успешно доставляет 15 аппаратов и добывает первые сведения (информация о гравитации и снимки поверхности). Образцы доставили миссиями 16, 20 и 24.
Среди моделей были и инновационные: Луна-17 и Луна-21. Но советскую программу закрыли и зонды ограничились лишь съемкой поверхности.
В НАСА запуск зондов стартовал в 60-х гг. В 1961-1965-х гг. действовала программа Рейнджер, которая создавала карту лунного ландшафта. Далее в 1966-1968-х гг. высаживали роверы.
В 1969 году случилось настоящее чудо, когда астронавт Аполлона-11 Нил Армстронг сделал первый шаг на спутнике и стал первым человеком на Луне. Это была кульминация для миссии Аполлон, которая изначально нацеливалась на человеческий полет.
На миссиях Аполлон-11-17 побывало 13 астронавтов. Они сумели добыть 380 кг породы. Также все участники занимались различными исследованиями. После этого наступило длительное затишье. В 1990-м году Япония стала третье страной, которой удалось установить свой зонд над лунной орбитой.
В 1994 году США отправляют корабль Климентину, который занимался созданием масштабной топографической карты. В 1998 году разведчик сумел отыскать ледяные залежи в кратерах.
В 2000-м году многие страны загорелись желанием исследовать спутник. ЕКА отправили корабль SMART-1, который впервые детально проанализировал химический состав в 2004 году. Китай запустил программу Чаньэ. Первый зонд прибыл в 2007 году и пробыл на орбите 16 месяцев. Второй аппарат сумел запечатлеть также прилет астероида 4179 Тутатис (декабрь 2012 года). Чаньэ-3 в 2013 году спустил на поверхность ровер.
В 2009 году на орбиту вышел японский зонд Кагуя, изучающий геофизику и создавший два полноценных видео-обзора. С 2008-2009 года на орбите вращалась первая миссия от индийской ISRO Чандраян. Они смогли создать химическую, минералогическую и фотогеологическую карты в высоком разрешении.
НАСА в 2009 году использовали аппарат LRO и спутник LCROSS. Внутреннюю структуру рассматривали еще два дополнительных ровера НАСА, запущенные в 2012 году.
Договор между странами гласит, что спутник остается общим владением, поэтому все страны могут запускать туда миссии. Китай активно готовит проект по колонизации и уже тестирует свои модели на людях, которых закрывают на длительное время в специальные купола. Не отстает и Америка, которая также намерена заселить Луну.
Воспользуйтесь ресурсами нашего сайта, чтобы рассмотреть красивые и качественные фото Луны в высоком разрешении. Полезные ссылки помогут узнать максимально известный объем информации о спутнике. Чтобы понять, какая Луна сегодня, просто перейдите в соответствующие разделы. Если не можете купить телескоп или бинокль, то посмотрите на Луну в онлайн телескоп в режиме реального времени. Картинка постоянно обновляется, демонстрируя кратерную поверхность. Сайт также отслеживает фазы Луны и ее положение на орбите. Есть удобная и увлекательная 3D-модель спутника, Солнечной системы и всех небесных тел. Ниже расположена карта лунной поверхности.
Спутники Земли: от искусственного до естественного
Астроном Владимир Сурдин об экспедициях на Луну, месте посадки «Аполлон-11» и снаряжении космонавтов:
Нажмите на изображение, чтобы его увеличить