§ 15. Луна. Спутники планет
1. Охарактеризуйте физические условия на Луне. Чем они отличаются от привычных на условий на Земле?
Солнечные сутки продолжаются синодический месяц (29,5 земных суток). Нет воды в жидком состоянии и практически нет атмосферы. За лунный день поверхность нагревается до +130°C, а ночью охлаждается до -170°C. Не имеет газовой атмосферы, поэтому поверхность Луны подвержена всем электромагнитным излучениям Солнца.
2. Какие детали на Луне видны невооружённым глазом и в телескоп?
Невооружённым глазом видны светлые и тёмные участки лунной поверхности. В телескоп видны горы и кратеры.
3. Приведите примеры названий некоторых лунных кратеров, морей и горных хребтов.
Примеры лунных морей: Море Спокойствия, Море Кризиса. Примеры горных хребтов: Апеннины, Кавказ, Карпаты. Примеры лунных кратеров: Коперник, Тихо, Аристотель.
4. Почему обратную сторону Луны удалось сфотографировать только при её облёте на космическом аппарате?
Потому что период вращение Луны вокруг оси примерно равен периоду обращения по орбите вокруг Земли.
5. Что собой представляет лунный грунт? Сильно ли отличается от земного?
Лунный грунт — это мелкообломочный материал — реголит, толщиной около 10 м. В состав этого реголита входят стеклянные сферические микрочастицы. Реголит обладает малой плотностью и теплопроводностью (в 20 раз меньше воздуха). По химическому составу лунные породы близки к земным. Породы лунных морей содержат много окислов железа и титана, материковые — много окислов алюминия.
6. Опишите внутреннее строение Луны.Каким образом оно было изучено?
Изучено по записям сотрясений от ударов метеоритов, которые фиксировались сейсмографами. Под реголитом располагается кора, толщина которой на видимой стороне Луны — 60 км, а на обратной — 100 км. Под корой — мантия толщиной 1000 км. В центре Луны — металлическое ядро, радиусом 300 км.
Источник
Физические условия луны кратко
17. Луна — естественный спутник Земли
1. Физические условия на Луне
Луна — самое близкое к Земле небесное тело, и потому изучена лучше всего. Ближайшие к нам планеты находятся примерно в 100 раз дальше. Луна меньше Земли по диаметру вчетверо, а по массе в 81 раз. Средняя ее плотность 3,3*10 3 кг/м 3 , т. е. меньше, чем у Земли. Вероятно, у Луны ядро не такое плотное, как у Земли. На Луне нет атмосферы, смягчающей палящее солнечное излучение и защищающей от космических лучей и потоков микрометеоров. Нет там ни облаков, ни воды, ни туманов, ни радуги, ни зари с рассветом. Тени резкие и черные. Отсутствие на Луне водяных паров и атмосферы было подтверждено прямыми измерениями на ее поверхности. Небо на Луне даже днем было бы черное, как в космическом пространстве, но окружающая Луну разреженная пылевая оболочка немного рассеивает солнечный свет.
Частые удары метеоритов, падающих на лунную поверхность, дробят ее на мелкие осколки и пылинки. В условиях вакуума происходит молекулярное сцепление этой пыли в пористый шлакоподобный слой. Такая структура поверхностного слоя придает ему малую теплопроводность. В результате даже на небольшой глубине температура сохраняется постоянной, несмотря на ее сильные колебания снаружи. Огромные перепады температуры лунной поверхности от дня к ночи объясняются не только отсутствием атмосферы, но и продолжительностью лунного дня и лунной ночи, которая соответствует двум нашим неделям. Температура в подсолнечной точке Луны равна +120°С, а в противоположной точке ночного полушария — 170°С. Вот как изменяется температура в течение одного лунного дня!
Какие наблюдения Луны, которые может провести каждый, доказывают, что там происходит смена дня и ночи?
2. Рельеф
Уже со времен Галилея начали составлять карты видимого полушария Луны. Темные пятна на поверхности Луны были названы «морями». Это низменности, в которых нет ни капли воды. Дно их темное и сравнительно ровное. Большую часть поверхности Луны занимают более светлые возвышенности — «материки». Есть несколько горных хребтов, названных, подобно земным, Альпами, Кавказом и т. д. Высота гор достигает 9 км. Но основной формой рельефа являются кратеры. Их кольцевые валы высотой до нескольких километров окружают большие круглые впадины диаметром до 200 км, например Клавий и Шиккард. Всем крупным кратерам даны названия в честь ученых. Так, на Луне есть кратеры Тихо, Коперник и др.
В полнолуние в южном полушарии хорошо видны в сильный бинокль кратер Тихо диаметром 60 км в виде яркого кольца и расходящиеся от него радиаль-но светлые лучи. Их длина сравнима с радиусом Луны, и они тянутся, пересекая много других кратеров и темных впадин. Выяснилось, что лучи образованы скоплением множества мелких кратеров со светлыми стенами.
Лунный рельеф лучше изучать тогда, когда соответствующая местность лежит вблизи терминатора, т. е. границы дня и ночи на Луне. Тогда освещенные Солнцем сбоку неровности отбрасывают длинные тени и легко заметны. Очень интересно в течение 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 образовались на валах более старых кратеров. В центре кратера часто видна горка (рис. 46), в действительности это группа гор. Кратерные стены обрываются террасами круто внутрь. Дно кратеров лежит ниже окружающей местности.
Рис 46. Цирк Альфонс, в котором наблюдалось выделение вулканических газов (снимок сделан автоматической станцией вблизи Луны)
Вся поверхность Луны изрыта мелкими кратерами — пологими углублениями — это результат ударов мелких метеоритов.
С Земли, как мы знаем, видно только одно полушарие Луны (рис. 47). В 1959 г. советская космическая станция, пролетая мимо Луны, впервые сфотографировала невидимое с Земли полушарие. Принципиально оно не отличается от видимого, но на нем меньше «морских» впадин (рис. 48). Теперь составлены подробные карты этого полушария на основании многочисленных фотографий Луны, выполненных с близкого расстояния автоматическими станциями, посылавшимися к Луне. Аппараты неоднократно опускались и на ее поверхность. В 1969 г. на поверхность Луны впервые опустился космический аппарат с двумя американскими астронавтами. К настоящему времени на Луне побывало шесть экспедиций астронавтов США, благополучно вернувшихся на Землю. Они ходили и даже ездили на специальном вездеходе по поверхности Луны, устанавливали и оставляли на ней разные аппараты, в частности сейсмографы для регистрации «лунотрясений», и привезли образцы лунного грунта. Советские ученые получили пробы лунных пород из разных мест при помощи автоматов, которые по команде с Земли брали пробу грунта и возвращались с ней на Землю.
Рис. 47. Схематическая карта крупнейших деталей на обращенном к Земле полушарии Луны
Рис. 48. Схематическая карта обратной стороны Луны, невидимой с Земли
Химический анализ образцов лунного вещества показал, что породы Луны не столь разнообразны, как земные, и сходны по составу с базальтами.
Посылались на Луну и советские автоматические самоходные лаборатории — луноходы, выполнившие много научных измерений и анализов грунта и прошедшие по Луне значительные расстояния — несколько десятков километров. 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 на Землю по телевидению. Это величайшее достижение советской науки важно как пример прямого исследования физических условий на другом небесном теле, которое находится от Земли на огромном расстоянии.
Советские космические станции установили отсутствие у Луны магнитного поля и поясов радиации.
Изучение лунного рельефа и его происхождения интересно и потому, что Луна сохранила на своей поверхности следы древних геологических событий, так как вода и ветер не разрушают кору. Но Луна — это не совсем мертвый мир. В 1958 г. советский астроном Н. А. Козырев заметил в кратере Альфонс выделение газов из лунных недр.
Рассмотрите внимательно вид внутренности вала и центральной горки кратера Коперник, сфотографированных искусственным спутником Луны сбоку (рис. 49).
Рис. 49. ‘Центральная горка’, скорее, горная цепь в центре кратера Коперник и террасы его вала, обрывающиеся внутрь (кратер снят с искусственного спутника Луны. С Земли он выглядит сходно с цирком Альфонс)
В формировании рельефа Луны, по-видимому, принимали участие и внутренние, и внешние силы. Роль тектонических и вулканических явлений несомненна, так как на Луне есть линии сброса и цепочки кратеров, имеющих сходство с лавовыми озерами Гавайских островов. Что касается лунных «морей», то они, по-видимому, образованы проплавлениями лунной коры и излияниями лавы на поверхность. Однако на Луне не обнаружено пород моложе 2 млрд. лет, и это говорит о давнем прекращении магматической и вулканической активности.
Большинство лунных кратеров образовалось при ударах метеоритов и даже астероидов. На Земле также есть кратеры ударного происхождения (см. с. 82).
Многочисленные кратеры, обнаруженные на некоторых других телах планетной системы, например на Марсе и Меркурии, должны иметь такое же происхождение, как и лунные. Интенсивное кратерообразование, по-видимому, связано с разреженностью их атмосферы, неспособной уменьшить скорость падения метеоритов.
Упражнение 15
1. Видны ли с Луны те же созвездия (видны ли они так же), что и с Земли?
2. На краю Луны видна с Земли гора в виде зубца высотой 1″. Рассчитайте ее высоту в километрах.
Задание 9
Используя формулы (§ 12.4), определите линейный диаметр лунного цирка Альфонс, измерив его на рисунке 47 и зная, что угловой диаметр Луны, видимый с Земли, составляет около 30′, а расстояние до нее около 380 000 км.
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