Что такое физическая природа луны

Рис. 31. Земля на небе Луны.

На протяжении лунного дня, длящегося около двух зем­ных недель, поверхность Луны сильно нагревается, а затем охлаждается в ночное время (ночь на Луне тоже длится почти две земные недели). Отсутствие атмосферы на Луне приводит к резким колебаниям температуры в течение лун­ных суток. В районе «подсолнечной» точки, т. е. там, где Солнце днем находится в зените, температура превышает 400 К (+130 °С). На противоположной стороне Луны вблизи «антисолнечной» точки поверхность Луны охлаждается почти до 100 К (-170 °С). Значит, на протяжении одних лунных суток (29,5 земных суток) температура изменяется на 300 К. Резкие колебания температуры, происходящие на Луне, относятся только к ее поверхности. Уже на глубине в несколько десятков сантиметров температура в течение лун­ных суток практически не изменяется. Это объясняется плохой теплопроводностью лунного грунта, который не успевает ни прогреться днем, ни охладиться ночью.

Вы знаете, что Луна сейчас обращена к Земле одной стороной. Так было не всегда. Миллиарды лет назад Луна была ближе к Земле, чем сейчас, а периоды вращения Земли и обращения вокруг нее Луны составляли лишь не­сколько часов. На нынешнем этапе эволюции системы «Земля — Луна» период вращения Луны совпал с периодом ее обращения. Это привело к двум важным следствиям. Во-первых, продолжительность солнечных суток на Луне равна синодическому месяцу (день и ночь на Луне длятся почти по две земные недели). Во-вторых, к Земле Луна всегда об­ращена одним полушарием (мы с Земли видим всегда одну и ту же сторону Луны).

Рис. 32. Видимая с Земли сторона Луны (вид в телескоп).

2. Поверхность Луны. Даже невооруженным глазом на Луне видны обширные темные участки ( моря ) и светлые ( материки ). Более подробно их можно рассмотреть в школьный телескоп (рис. 32). Несмотря на то, что в лунных морях нет ни капли воды, в науке сохранилась прежняя система наименований, предложенная еще в XVII в. В отли­чие от морей (сравнительно ровных участков лунной поверх­ности, покрытых темным веществом), материки представ­ляют собой гористые районы.

На обращенной к Земле стороне Луны материки зани­мают около 70%, а моря — 30% территории видимого с Земли полушария Луны.

Характерная особенность лунного рельефа — кольцевые структуры ( кратеры ). Только на видимой стороне кра­теров диаметром более 1 км примерно 300 000. Среди них есть такие, диаметры которых превышают 200 км . Большин­ство крупных лунных кратеров имеют ровное дно, в центре которого возвышается горка .

Многие лунные моря окаймлены протяженными горными хребтами . Хребты получили названия земных горных цепей (Кавказ, Альпы, Пиренеи и др.).

В полнолуние в небольшой телескоп (призменный би­нокль) хорошо видны Океан Бурь, Море Дождей, Море Яс­ности, а также кратеры (Тихо, Коперник, Кеплер), от которых расходятся протяженные лучевые системы . Когда Луна находится в других фазах, то вблизи границы освещенной и неосвещенной частей поверхности Луны (та­кая граница называется терминатором ) кратеры вы­деляются особенно рельефно (рис. 33).

Рис. 33. Вид кратеров в школьный телескоп.

В отличие от продолжающихся несколько столетий теле­скопических исследований видимой стороны Луны, исследо­вание обратной ее стороны началось, когда впервые в исто­рии науки обратная сторона Луны была сфотографирована автоматической станцией «Луна-3» 7 октября 1959 г . При­мерно через 6 лет (июль 1965 г .) другая наша автоматиче­ская межпланетная станция (АМС) «Зонд-3», выведенная на гелиоцентрическую орбиту, передала новые фотографии. При этом удалось сфотографировать почти все области обратной стороны Луны, которые не попали в поле зрения фототеле­визионных устройств «Луны-3». Полученные снимки позволили составить карты и атласы обратной стороны Луны, лунные глобусы и полные карты, охватывающие почти всю поверхность Луны.

На невидимом с Земли полушарии Луны преобладают материки. Средний диаметр крупного моря — Моря Москвы — достигает 460 км . Много на обратной стороне Луны и кратеров (им присвоены имена выдающих­ся деятелей науки — Ломоносов, Джордано Бруно, Циолковский, Жолио-Кюри и др.) Нередко кратеры образуют длинные цепочки, тянущиеся на сотни километров. Там находится и самый большой кратер. Его диаметр около 2500 км (!), а глубина 12 км . Скорее всего, это самый боль­шой кратер в Солнечной системе.

Большинство мелких и средних лунных кратеров образо­валось в результате падения метеоритов, которые, достигая поверхности Луны, обладают такой кинетической энергией, что при ударе происходит взрыв. Метеорит разрушается, дробится; лунный грунт разлетается в разные стороны от места взрыва. Так образуются первичные кратеры. Чем их больше на данном участке лунной поверхности, тем больше возраст этого участка. Выброшенные при образовании пер­вичных кратеров большие камни могут, падая на поверх­ность Луны, создавать вторичные кратеры. Возможно, что из таких вторичных кратеров состоят лучевые системы, ко­торые хорошо видны в полнолуние у некоторых крупных молодых кратеров. Образование крупных кратеров, веро­ятно, связано и с бурной вулканической деятельностью, ха­рактерной для далекого прошлого Луны.

3. Лунные породы. Благодаря мягким посадкам автома­тических станций на Луну, а затем и полетам на Луну аме­риканских астронавтов стали известны механические свой­ства лунного грунта и его химический состав. На Луне не оказалось толстого слоя пыли, которого когда-то опасались многие конструкторы лунников, но пыль на Луне есть. Она темно-серого цвета и по внешнему виду напоминает цемент.

Образцы лунных пород внешне похожи на земные извер­женные базальты. В состав их входят хорошо известные на Земле химические элементы ( Si , Al , Fe , Ca , Mg и др.). Но в лунных породах больше, чем в земных, содержится туго­плавких элементов ( Ti , Zr , Сг и др.) и меньше — легкоплав­ких (РЬ, К, Na и др.). Химический состав различных участ­ков поверхности Луны неодинаков.

В поверхностном слое Луны ( реголите ) содержатся осколки магматических пород, шлакообразные частицы с оплавленными гранями. Многие образцы как бы обработаны песком. Их вид свидетельствует о том, что они длительное время подвергались своеобразной эрозии (ударам мелких ме­теоритов и обработке потоками частиц, непрерывно исходя­щими от Солнца).

Из-за отсутствия воды минералов на Луне значительно меньше, чем на Земле. Микроорганизмов на Луне не обнаружено.

Лунные породы относятся к очень древним — их возраст составляет примерно 4 млрд. лет, причем самыми «моло­дыми» (несколько более 3 млрд. лет) оказались образцы, до­ставленные из морских районов. На Луне давно завершилась эпоха активного вулка­низма. С течением времени уменьшалась и интенсивность метеоритной бомбардировки лунной поверхности. Благодаря этому на протяжении последних 2—3 млрд. лет вид Луны практически не изменялся. А на Земле, как вы знаете из курса географии, под воздействием воды и воздуха древний рельеф не мог сохраниться. Сравнение лунного и современ­ного земного рельефа помогает воссоздать условия, в кото­рых на Земле формировались запасы полезных ископаемых. Это необходимо знать для разработки научных основ поиска полезных ископаемых.

Еще и сейчас происходят лунотрясения (напоми­нающие слабые землетрясения). Они 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 (его радиус около 750 км ).

Источник

Эта статья перенесена сюда!

Интенсивное изучение физической природы Луны началось с 1959 г ., когда советский космический аппарат «Луна-2» впервые достиг поверхности Луны, а «Луна-3» сфотографировал из космоса обратную сторону Луны. В 1966 г . «Лу-на-9» совершила мягкую посадку на Луну, установив, что грунт планеты имеет прочную структуру, а не пылеобразную, как считали некоторые ученые. 21 июля 1969 г . на Луне впервые побывали земляне – американцы Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин. В 1970 и 1973 гг. на Луне в течение нескольких месяцев работали советские автоматические передвижные устройства – луноходы. Они передали на Землю более 20000 изображений, исследовали химический состав и физико-механические свойства лунного грунта.

В настоящее время рельеф Луны достаточно хорошо изучен. Видимые невооруженным глазом темные участки, названные некогда «морями», оказались обширными безводными низменными равнинами (самая большая – «Океан Бурь»), а светлые участки – «материки» представлены возвышенными и гористыми пространствами. Максимальная амплитуда высот более 10 км . Основные планетарные структуры лунной поверхности – кольцевые кратеры диаметром до 20- 30 км и многокольцевые цирки диаметром от 200 до 1000 км , окаймленные гористыми местностями. Предполагают, что кольцевые структуры имеют различное происхождение – метеоритное, вулканическое или комбинированное ударно-взрывное. Специалист по рельефу планетных тел А. А. Лукашов считает, что устройство поверхности Луны «демонстрирует подчиненную роль эндогенных факторов по сравнению с факторами космогенными. ». Метеоритная теория в настоящее время наиболее признанная. Нередки на Луне и линейные образования: тектонические разломы, вытянутые горные гряды и хребты (Кавказ, Альпы, Апеннины, Карпаты и др.).

Исследования образцов лунных грунтов, доставленных на Землю в 1970-1973 гг. американскими астронавтами на космических кораблях «Аполлон» и советскими космическими аппаратами «Луна», показали, что по минералого-петрографическому составу поверхностные обломочные породы Луны (так называемый реголит) схожи с земными магматическими породами – базальтами и др. Мощность лунной коры около 65 км . В коре «морей» отмечается повышенное содержание тяжелых элементов (железа, титана, хрома, циркония, тория и др.), в коре «материков» – окиси кремния, алюминия, натрия, калия. Альбедо поверхности Луны составляет в среднем около 7%. У лунного грунта, насыщенного инертными газами, чрезвычайно низкая теплопроводность, из-за чего на глубине 0,5 м постоянная температура – около -50 °С. Магнитное поле Луны очень слабое.

На Луне нет ни атмосферы, ни гидросферы. Температура на поверхности Луны изменяется от +130 °С на освещенной стороне до -170 °С на теневой. Причина температурных контрастов заключается в отсутствии воздуха. А поскольку нет воздуха, то нет ни ветра, ни звуков, ни облаков, ни дождей, не бывает ни зари, ни сумерек, ни радуги. Небо там всегда совершенно черное, на нем одновременно можно видеть звезды, Солнце и Землю, которая висит на небосводе в одном и том же месте.

Главными факторами разрушения горных пород на поверхности Луны и изменения ее лика являются: 1) суточные колебания температуры; 2) бомбардировка метеоритами, приводящая к расплавлению и спеканию поверхностных пород и уменьшающая гравитационное смещение материала; 3) облучение поверхностных пород солнечным ветром; 4) космический вакуум, который необходимо учитывать при излиянии магмы на поверхность и интенсивном ее разбрызгивании в ранние геологические эпохи (около 2 млрд. лет назад). Сейчас же глубинная активность Луны ослаблена, и она представляет собой тектонически безжизненное тело, лунотрясения редки. Лунный ландшафт – каменистая пустыня. При таких природных условиях органическая жизнь на Луне невозможна. Общепринятой точки зрения на образование Луны («дочь» она или «сестра» Земли?) нет.

1. Любушкина С.Г. Общее землеведение : Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. «География» / С.Г. Любушкина, К.В. пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. — М. : Просвещение, 2004. — 288 с.

Источник

Физическая природа Луны

1 — Вращение Луны вокруг оси

Луна всегда обращена к Земле одной стороной. На первый взгляд представляется, что если это так, значит, она не вращается вокруг оси. Нетрудно понять ошибочность такого заключения: обходя какой-нибудь предмет (например, стул) кругом и не вращаясь при этом, то есть глядя все время в одну сторону, например на .классную доску, мы последовательно будем обращать к предмету разные стороны своего тела.

Наоборот, чтобы все время видеть стул, надо во время оборота вокруг него поворачиваться относительно окружающей обстановки, то есть вращаться вокруг оси.

Период вращения Луны вокруг оси равняется периоду ее обращения вокруг Земли. Вращаясь вокруг оси, Луна попеременно обращает к Солнцу разные свои стороны.

Следовательно, на Луне происходит смена дня и ночи, но солнечные сутки на Луне равны периоду смены лунных фаз, то есть синодическому месяцу (иначе — обороту Луны относительно Солнца). Таким образом, день на Луне длится почти 15 земных суток; столько же длится ночь.

2 — Строение лунной поверхности

Невооруженным глазом на диске Луны видны темные пятна, которые в XVIIв. были названы «морями» (Рисунок 68). Это название сохранилось и до настоящего времени, хотя уже давно установлено, что на Луне воды нет. Лунные «моря» представляют собой низменные области, которые по сравнению с возвышенными областями, покрытыми многочисленными, неровностями, отражают меньше света и кажутся более темными (Рисунок 70).

Рисунок 68 — Карта обращенного к Земле полушария Луны.

Рисунок 69 — Карта обратной стороны Луны, составленная по снимкам с третьей советской космической ракеты.

В телескоп бросается в глаза, что поверхность Луны крайне неровная, изборождена горами и горными цепями и как бы изрыта круглыми углублениями всевозможных размеров. На краях лунного диска они кажутся продолговатыми, но это — следствие перспективы: мы смотрим на них не сверху, а сбоку. Это кольцеобразные горы. Благодаря некоторому сходству их с кратерами земных вулканов им было дано название кратеров. Более крупные из них называют цирками за их круглую форму. Диаметры некоторых цирков превышают 200 км. Дно цирков довольно ровное, но горные валы, окружающие эти равнины в виде колец, имеют очень сложное строение. Высота горных валов достигает нескольких километров.

Рисунок 70 — Фотография участка лунной поверхности в области Моря Дождей (темная впадина).

В 1959 г. третья советская космическая ракета впервые сфотографировала невидимое с Земли полушарие Луны. По этим фотографиям советские ученые составили карту этого полушария Луны. Природа его в общем сходна с природой уже известного нам полушария, но впадин — «морей» — на нем гораздо меньше. Среди названий, данных советскими учеными обнаруженным здесь образованиям, мы встречаем море Москвы, кратеры Циолковского и Ломоносова, хребет Советский.

В 1965 г. советская автоматическая станция «Зонд-3» досняла обратную сторону Луны с очень хорошей четкостью; американские станции засняли части видимого полушария Луны с близкого расстояния.

Лунные цирки и кратеры не сходны с кратерами земных вулканов. Соотношения высоты горы и размера самого кратерного углубления у тех и других совершенно различны (Рисунок 71).

Рисунок 71 — Сравнение профилей лунных цирков и земных вулканов.

В то время как кратеры земных вулканов представляют собой небольшие по диаметру воронкообразные углубления в конусовидных горах, лунные цирки имеют очень небольшую глубину в сравнении с их диаметрами и своей формой напоминают скорее мелкие тарелки.

Крупные цирки и кратеры Луны имеют вулканическое происхождение, а мелкие образованы ударами метеоритов.

Освещаемые Солнцем горы, особенно лежащие на лунном диске у границы дневного и ночного полушария Луны, отбрасывают тени, по длине которых можно определить высоту гор. В полнолуние земные наблюдатели смотрят на Луну с той же стороны, с которой на нее светит Солнце; поэтому тени у лунных гор в полнолуние не наблюдаются, что мешает изучать в это время в телескоп рельеф лунной поверхности.

В некоторых местах на поверхности Луны видны громадные горные цепи и длинные трещины, пронизывающие ее кору.

При наблюдениях Луны в полнолуние выделяются светлые лучи, радиально расходящиеся от некоторых лунных цирков. Самые длинные лучи идут от цирка Тихо (в южном полушарии Луны).

3 — Физические условия на Луне

Физические условия на Луне очень своеобразны и резко отличны от земных. Сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. Это обстоятельство послужило причиной того, что Луна не могла удержать частицы газов и водяного пара, составлявших когда-то ее атмосферу. Поэтому Луна практически лишена атмосферы и в ее «морях» нет ни капли воды.

Отсутствие на Луне атмосферы доказывается несколькими явлениями. Одно из них заключается в том, что, когда Луна закрывает звезды, они, приближаясь к лунному краю, гаснут не постепенно, а скрываются за Луной сразу. Если бы на Луне была атмосфера, звезды гасли бы постепенно: по мере приближения к краю Луны свет ослабевал бы вследствие поглощения лунной атмосферой. Затем, граница дня и ночи на Луне очень резкая, а не размытая, как было бы, если бы на этой границе существовали сумерки, вызываемые рассеянием солнечного света в верхних слоях атмосферы.

Отсутствие у Луны атмосферы вызывает следующие явления: тени лунных гор черные и резкие; на Луне нет ни зари, ни сумерек и никаких явлений погоды; небо там кажется совершенно черным, и на нем можно одновременно видеть Солнце, Землю и звезды. На Луне никогда не бывает дождя, и мы никогда не видим над ее поверхностью облаков или тумана.

Отсутствие атмосферы, смягчающей колебания температуры, и большая продолжительность дня и ночи вызывает на Луне резкие смены жары и холода. В течение 354-часового лунного дня поверхность Луны накаляется до +120°, затем в течение 354-часовой ночи охлаждается до — 160°. Нет никакого основания предполагать, что физические условия на невидимой нами стороне Луны заметно отличаются от условий на обращенном к нам ее полушарии.

При существующих на Луне условиях органическая жизнь там невозможна.

Источник