Как вращается Луна
При наблюдении с Земли всегда видна одна и та же половина земного спутника. Поэтому у наблюдателя может возникнуть вопрос о том, вращается ли Луна вокруг своей оси.
Характеристики Луны
Если рассматривать параметры всех спутников Солнечной системы по сравнению с планетами, которые они сопровождают, Луна является рекордсменом: ее диаметр составляет около 25% от земного, а масса — 1/100 часть от массы Земли. Однако если иметь в виду абсолютные величины, то в Солнечной системе существуют спутники и гораздо крупнее Луны.
Образование естественного земного спутника наиболее распространенная сегодня версия связывает с последствиями столкновения двух протопланет неравного размера. В результате тяжелые, имеющие более высокую плотность, ядра космических тел слились в единую структуру, а из осколков верхних слоев грунта обеих протопланет сформировался естественный спутник.
С таким механизмом образования связано более высокое содержание железа в земных породах и преобладание каменных пород в составе лунного грунта.
Естественный спутник Земли движется по эллиптической траектории. Эксцентриситет орбиты Луны (величина, выражающая степень отклонения от окружности) — 0,0549. Средний радиус его составляет 1737,1 км. Скорость движения Луны по орбите — 1,023 км/с.
Фазы Луны
Фазой Луны называют освещенный Солнцем фрагмент планеты, видимый с Земли. Смена лунных фаз обусловлена взаимным расположением Солнца, Земли и Луны. В различные отрезки времени с земной поверхности наблюдаются разные части лунного диска, освещенные солнечным светом.
В течение синодического месяца фазы последовательно сменяют друг друга — от новолуния, когда освещенность лицевой стороны лунной поверхности 0%, до 100% при полнолунии.
Наблюдатели за ночным светилом выделяют 4 основные лунные фазы:
- новолуние;
- первая четверть;
- полнолуние;
- третья четверть.
Каждая из них имеет продолжительность около 7,4 суток. Это величина непостоянная, она изменяется по причине эллиптической конфигурации лунной орбиты.
Вращение спутника
Как любой спутник, Луна вращается вокруг материнской планеты. Кроме того, сопровождая Землю, она одновременно с ней оборачивается вокруг Солнца. Осевое вращение Луны, с точки зрения наблюдателя, располагающегося на Земле, незаметно. Поэтому может появиться впечатление, что вокруг оси это тело не вращается, а, наоборот, земля вращается вокруг луны, стоящей неподвижно.
Если точку наблюдения расположить вне Земли, то можно увидеть, что спутник не только двигается по отношению к планете, но и совершает вращение вокруг оси.
Закономерность осевого вращения земного спутника заключается в том, что один полный оборот по времени точно равен длительности путешествия небесного тела по орбите. Получается, что за сутки небесное тело осуществляет полный поворот вокруг своей оси.
Аналогичный режим свойственен и спутникам других планет: Харон, сопровождающий планету Плутон, тоже всегда обращен к своей планете одним и тем же боком. По той же схеме вращаются и небесные тела, сопровождающие Марс, — Деймос и Фобос.
В научных кругах такое явление принято называть синхронным вращением или приливным захватом.
Такой режим обращения обусловливает тот факт, что при наблюдении с основного космического тела за спутником всегда на виду одна и та же его половина. В то же время с поверхности самого спутника основное небесное тело будет выглядеть висящим в небе без движения. С противоположной стороны такого спутника «материнское» небесное тело никогда не будет видно.
С явлением приливного захвата ученые связывают и способность вращения Луны влиять на климат Земли. В частности, описано явление большего количества атмосферных масс у того полушария планеты, которое обращено в данный период к естественному спутнику.
Следствием являются повышение атмосферного давления в области соответствующего полушария и последующие изменения погодных условий. Согласно гипотезам климатологов, такие «воздушные приливы» оказывают влияние и на интенсивность атмосферных осадков.
Однако дальнейший анализ данных, касающихся атмосферных осадков в течение предшествующих 15 лет, засвидетельствовал, что, хотя лунная гравитация и оказывает влияние на атмосферу, происходит это в меньшей степени, чем предполагалось учеными ранее.
Согласно мнению исследователей, по аналогичному механизму, под действием тех же сил происходят и морские приливы и отливы — их порождает влияние гравитационного поля Луны.
Сидерический месяц и синодический
Сидерический месяц — период, за который спутник Земли, совершив оборот по орбите, вновь занимает исходное положение относительно звезд. Величина этого периода времени непостоянна, что обусловлено неравенствами лунного движения (это связано с тем, что радиус эллиптической лунной орбиты в разных местах неодинаков).
Данный период может изменяться в пределах нескольких часов. Средняя продолжительность периода обращения небесного тела вокруг Земли составляет 27,322 земных суток.
Синодический месяц — отрезок времени между одинаковыми фазами Луны — также не имеет постоянного значения. Средняя длительность этого временного периода составляет 29,5 земных суток.
Источник
Почему Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной
Это довольно популярный вопрос, на который многие не знают ответа. Некоторые даже видят в этом какие-то происки инопланетян и строят очередные теории заговора. Но ответ прост – Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной, потому что находится в приливном захвате.
Что это означает и как так произошло, давайте попробуем разобраться без математических формул, хотя это вполне укладывается в школьный курс.
Как Луна оказалась повёрнутой к Земле одной стороной
Луна на самом деле вращается вокруг своей оси, но полный её оборот занимает столько же времени, сколько и оборот по орбите, поэтому мы всегда видим только одну её сторону. Мало того, это явление наблюдается и у многих других спутников других планет, особенно крупных – Юпитера и Сатурна. Там происходит то же самое, что и у нас с Луной.
Как вы знаете, Луна – довольно массивное и большое тело, имеющее в поперечнике 3474 километра. Она оказывает гравитационное влияние на Землю, вызывая приливы и отливы. При обороте Луны по орбите по водной поверхности Земли движется выпуклость, которая на побережье и вызывает прилив. Она огибает Землю вместе с Луной и всегда находится напротив неё. А с обратной стороны Земли, наоборот, уровень воды немного понижается и там наблюдается отлив.
Конечно, Луна оказывает влияние и на твёрдую поверхность Земли, но мы этого не замечаем. Всё-таки она гораздо твёрже и не так пластична, как вода. К тому же, расстояние большое.
В свою очередь, Земля тоже оказывает своё гравитационное воздействие на Луну, но оно гораздо сильнее, ведь наша планета гораздо больше и массивнее. И именно это за миллиарды лет привело к тому, что Луна практически «остановилась».
Дело в том, что Луна – не точка. Это огромный каменный шар, имеющий в поперечнике 3474 км. А сила гравитации сильно меняется с расстоянием, и эти 3474 довольно существенны. Почему?
Представьте себе, что Луна вращается вокруг своей оси. При этом та половина, которая повёрнута к Земле, притягивается к неё сильнее, чем обратная. Можно даже подсчитать, что она притягивается на 1.7% сильнее. И при повороте Луны возникает некоторый дисбаланс – более близкая к Земле половина оказывается всегда «тяжелее». Поэтому вращение Луны будет постепенно замедляться – это называется приливным трением.
Конечно, Луна – большое и массивное тело, его вращение очень сложно затормозить. Но раньше она находилась гораздо ближе к Земле, и разница между притяжением на близкой и дальней точке была гораздо больше. Поэтому замедление вращения происходило гораздо быстрее. И за миллиарды лет Луна оказалась полностью синхронизирована с вращением планеты – теперь она всегда повернута к Земле одной стороной.
Миллиарды лет назад Луна была гораздо ближе к Земле.
Кстати, и Земля раньше вращалась гораздо быстрее, но Луна замедлила её вращение таким же образом. Ведь она была ближе в 15 раз и воздействовала на Землю гораздо сильнее. Длительность суток была 5 часов, а за 4 миллиарда лет растянулась до 24 часов. Когда динозавры только появились, сутки длились уже 22 часа 40 минут и с тех пор удлинились не очень сильно. Дело в том, что Луна удаляется от Земли, и её гравитационное влияние ослабевает.
Представьте, какие приливы были, когда она была в 15 раз ближе, чем сейчас. Это, вероятно, было похоже на ежедневные катаклизмы. Землетрясения и извержения вулканов тогда также происходили гораздо чаще и повсеместно, и приливное действие Луны к этому тоже имело отношение.
Почему мы видим больше, чем половину Луны
На самом деле мы видим не точно половину Луны, а больше – примерно 60%. Потому что она иногда поворачивает больше то одну сторону, то другую, и мы можем как бы заглядывать дальше за её край. Это называется либрацией.
Почему так происходит, если Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной? Здесь всё тоже просто – дело в том, что орбита Луны не строго круговая, а немного вытянутая. Поэтому иногда, когда она находится в этих самых удалённых точках эллипса, нам становится поверхность «за лунным горизонтом».
Приливной захват на других планетах
Практически все спутники у других планет также находятся в приливном захвате у своих планет и повёрнуты к ним одной стороной. Даже Фобос и Деймос у Марса, несмотря на свои малые размеры, тоже синхронизировали своё вращение с планетой.
Самое интересное проявление приливного захвата можно наблюдать у Плутона и его спутника Харона. Они не очень отличаются по размерам и оба попали в приливной захват. То есть Харон всегда повёрнут к Плутону одной стороной, но и Плутон также повёрнут одной стороной к Харону.
А вот другие, мелкие спутники Плутона, в захвате не находятся, и вращаются каждый сам по себе. Что любопытно – центр тяжести (барицентр) системы Плутон – Харон находится над поверхностью Плутона, и они оба вращаются вокруг этого центра, повернувшись друг к другу одной стороной.
А что будет, если спутник окажется слишком близко к планете? Тогда приливные силы окажутся сильнее, чем собственная сила гравитации, и спутник просто разорвёт на части. Так образовались кольца Сатурна и других планет-гигантов, из раздробленных в пыль остатков разорванных гравитацией спутников.
В нашей Солнечной системе в приливном захвате находятся только спутники планет, но ни одна планета не повёрнута к Солнцу одной стороной, даже Меркурий. Но в других системах это вполне возможно, например, в системах красных карликов планеты должны находиться очень близко к звезде и находиться под действием приливного захвата. Такие близкие экзопланеты уже известны, и их довольно много.
Источник
Вращается ли Луна вокруг своей оси: как происходит вращение Луны
Луна сопровождает нашу планету в её большом космическом путешествии вот уже несколько миллиардов лет. И показывает она нам, землянам, из века в век всегда один и тот же свой лунный пейзаж. Почему мы любуемся только одной стороной нашего спутника? Вращается ли Луна вокруг своей оси или же парит в космическом пространстве неподвижно?
Характеристики нашего космического соседа
В Солнечной системе имеются спутники гораздо крупнее Луны. Ганимед – спутник Юпитера, к примеру, в два раза тяжелее Луны. Но зато она – самый большой спутник относительно материнской планеты. Её масса составляет более процента от земной, а диаметр – около четверти земного. Таких пропорций в солнечной семье планет больше нет.
Давайте попытаемся ответить на вопрос о том, вращается ли Луна вокруг своей оси, присмотревшись повнимательнее к ближайшему нашему космическому соседу. По принятой сегодня в научных кругах теории, естественный спутник наша планета приобрела будучи ещё протопланетой — не до конца остывшей, покрытой океаном жидкой раскалённой лавы, в результате столкновения с другой планетой, меньшей по размеру. Поэтому химические составы лунного и земного грунтов слегка отличаются – тяжёлые ядра столкнувшихся планет слились, из-за чего земные породы богаче железом. Луне же достались остатки верхних слоёв обеих протопланет, там больше камня.
Вращается ли Луна
Если быть точным, то вопрос о том, вращается ли Луна, не совсем корректный. Ведь как и любой спутник в нашей системе, она оборачивается около материнской планеты и вместе с ней кружится вокруг светила. А вот, осевое вращение Луны не совсем обычно.
Сколько ни смотри на Луну, она всегда повёрнута к нам кратером Тихо и морем Спокойствия. «А вращается ли Луна вокруг своей оси?» − из века в век задавали себе вопрос земляне. Строго говоря, если оперировать геометрическими понятиями, ответ зависит от выбранной системы координат. Относительно Земли осевое вращение у Луны и вправду отсутствует.
А вот с точки зрения наблюдателя, расположенного на линии Солнце-Земля, осевое вращение Луны будет хорошо заметно, причём один полярный оборот до доли секунды окажется равен по длительности орбитальному.
Интересно, что явление это в Солнечной системе не уникально. Так, спутник карликовой планеты Плутона Харон всегда смотрит на свою планету одним боком, точно так же ведут себя спутники Марса – Деймос и Фобос.
На научном языке это называется синхронным вращением или приливным захватом.
Что такое прилив?
Для того чтобы понять суть этого явления и уверенно ответить на вопрос о том, вращается ли Луна вокруг собственной оси, необходимо разобрать суть приливных явлений.
Представим себе две горы на поверхности Луны, одна из которых «смотрит» прямо на Землю, другая же находится в противоположной точке лунного шара. Очевидно, что если бы обе горы не были частью одного небесного тела, а вращались вокруг нашей планеты самостоятельно, их вращение не могло бы быть синхронным, та что ближе, по законам ньютоновской механики, должна вращаться быстрее. Именно поэтому массы лунного шара, расположенные в противоположных по направлению к Земле точках, стремятся «убежать друг от друга».
Как «остановилась» Луна
Как действуют приливные силы на то или иное небесное тело, удобно разобрать на примере нашей собственной планеты. Мы ведь тоже вращаемся вокруг Луны, а точнее Луна и Земля, как и положено в астрофизике, «водят хоровод» вокруг физического центра масс.
В результате действия приливных сил и в ближайшей, и в наиболее удалённой от спутника точке уровень воды, покрывающей Землю, поднимается. Причём максимальная амплитуда прилива-отлива может достигать 15 и более метров.
Ещё одной особенностью данного явления является то, что эти приливные «горбы» ежесуточно огибают поверхность планеты против её вращения, создавая трение в точках 1 и 2, и таким образом потихоньку останавливают Земной шар в его вращении.
Воздействие же Земли на Луну гораздо сильнее из-за разности масс. И хотя на Луне нет океана, на каменные породы приливные силы действуют ничуть не хуже. И результат их работы налицо.
Так вращается ли Луна вокруг своей оси? Ответ положительный. Но вращение это тесно связано с движением вокруг планеты. Приливные силы за миллионы лет выровняли осевое вращение Луны с орбитальным.
А что же Земля?
Астрофизики утверждают, что сразу после большого столкновения, ставшего причиной образования Луны, угловая скорость вращения нашей планеты была намного больше, чем сейчас. Сутки длились не более пяти часов. Но в результате трения приливных волн о дно океана год за годом, тысячелетие за тысячелетием вращение замедлялось, и нынешние сутки длятся уже 24 часа.
В среднем каждый век прибавляет нашим суткам по 20-40 секунд. Учёные предполагают, что через пару миллиардов лет наша планета будет смотреть на Луну так же, как и Луна на неё, то есть одной стороной. Правда этого, скорее всего, не произойдёт, так как ещё раньше Солнце, превратившись в красного гиганта, «проглотит» и Землю, и ее верного спутника — Луну.
Кстати, приливные силы дарят землянам не только повышение и понижение уровня мирового океана в районе экватора. Воздействуя на массы металлов в земном ядре, деформируя горячий центр нашей планеты, Луна помогает поддерживать его в жидком состоянии. А благодаря активному жидкому ядру, наша планета имеет собственное магнитное поле, защищающее всю биосферу от убийственного солнечного ветра и смертоносных космических лучей.
Источник