Луна, лунный грунт и химический состав лунных пород
Луна — спутник Земли, вращающийся от нее на расстоянии 384 тыс. км, чьи размеры и строение приближают его к планетам. Периоды осевого и сидерического вращения вокруг Земли почти равны, из-за чего Луна обращена к нам всегда одной стороной. Вид Луны для земного наблюдателя постоянно меняется в соответствии с ее фазами — новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть. Период полной смены лунных фаз называется синодическим месяцем, который в среднем равен 29,53 земных суток. Он не совпадает с сидерическим (звездным) месяцем, составляющим 27,32 суток, за который Луна делает полный оборот вокруг Земли и одновременно — оборот вокруг своей оси по отношению к Солнцу. В новолуние Луна находится между Землей и Солнцем и не видна с Земли. В полнолуние Земля находится между Луной и Солнцем и Луна видна как полный диск. С позициями Солнца, Земли и Луны связаны солнечные и лунные затмения — положения светил, при которых тень, отбрасываемая Луной, падает на поверхность Земли (солнечное затмение), или тень, отбрасываемая Землей, падает на поверхность Луны (лунное затмение).
Лунная поверхность представляет собой чередование темных участков — «морей», соответствующих плоским равнинам, и светлых участков — «материков», образованных возвышенностями. Перепады высот достигают 12-13 км, самые высокие вершины (до 8 км) расположены у Южного полюса. Многочисленные кратеры размером от нескольких метров до сотен километров имеют метеоритное или вулканическое происхождение (в кратере Альфонс в 1958 г. было обнаружено свечение центральной горки и выделение углерода). Интенсивные вулканические процессы, свойственные Луне на ранних этапах развития, сейчас ослаблены.
Образцы верхнего слоя лунного грунта — реголита, взятые космическими аппаратами и астронавтами, показали, что на поверхность Луны выходят магматические породы основного состава — базальты и анортозиты. Первые характерны для «морей», вторые — для «материков». Низкая плотность реголита (0,8-1,5 г/см3) объясняется его большой пористостью (до 50%). Средняя плотность более темных «морских» базальтов составляет 3,9 г/см3, а более светлых «континентальных» анортозитов — 2,9 г/см3, что выше средней плотности горных пород земной коры (2,67 г/см3). Средняя плотность пород Луны (3,34 г/см3) ниже средней плотности пород Земли (5,52 г/см3). Предполагают однородное строение ее недр и, по-видимому, отсутствие значительного металлического ядра. До глубины 60 км лунная кора сложена теми же породами, что и поверхность. У Луны не обнаружено собственного дипольного магнитного поля.
По химическому составу лунные породы близки к земным и характеризуются следующими показателями (%): SiO2 — 49,1 — 46,1; MgO — 6,6-7,0; FeO — 12,1-2,5; А12О3 — 14,7-22,3; CaO -12,9- 18,3; Na2O — 0,6-0,7; ТiO2 — 3,5-0,1 (первые цифры для грунта лунных «морей», вторые — для материкового грунта). Близкое сходство пород Земли и Луны может указывать на то, что оба небесных тела образовались на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга — pppa.ru. Луна формировалась в околоземном «спутниковом рое» примерно 4,66 млрд. лет назад. Основная масса железа и легкоплавких элементов в это время уже была захвачена Землей, что, вероятно, и определило отсутствие у Луны железного ядра.
Небольшая масса позволяет Луне удерживать лишь очень разреженную атмосферу, состоящую из гелия и аргона. Атмосферное давление на Луне равно 10 -7 атм. в дневное и
10 -9 атм. в ночное время. Отсутствие атмосферы определяет большие суточные колебания температуры поверхности — от -130 до 180 С.
Исследование Луны началось 2 января 1959 г., когда в сторону Луны стартовала первая советская автоматическая станция «Луна-1». Первыми людьми были американские астронавты Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин, прилунившиеся 21 июля 1969 г. на космическом корабле «Аполлон-11».
Источник
Как выглядит лунная поверхность
Близость к Земле ее естественного спутника не влияет на сходство их внешнего вида: поверхность Луны разительно отличается от земной.
Состав и поверхность Луны
По своему строению Луна повторяет нашу планету и состоит:
- из внутреннего сферического ядра, состав которого включает расплавленные соединения железа;
- немного отличающаяся от внутреннего по химическому составу, но также созданного преимущественно из железа внешнего ядра;
- частично расплавленного слоя на границе внешнего ядра и мантии, сформировавшегося предположительно в результате кристаллизации глобального внутрилунного океана магмы, произошедшего 4,5 млрд лет назад;
- мантии, включающей 3 слоя (верхняя, средняя, нижняя);
- коры.
Реголит
Реголит — лунная почва, сформировавшаяся в результате ударов о спутник инородных космических тел в течение миллиардов лет. Астероиды и каменные части комет раскрошились в пыль, которая впоследствии покрыла собой всю поверхность Луны. Грунт состоит из микроскопических спекшихся частиц. Его отличие от земных горных пород — полное отсутствие связанной воды.
Химический состав и цвет реголита отличаются на разных участках небесного тела. Например, в лунных морях в грунте наблюдается большое количество железа и магния, а на материках — двуокиси кремния и алюминия.
Моря и материки
На диске Луны можно невооруженным глазом различить 2 типа рельефа:
- более темные зоны округлой формы с гладкой поверхностью — моря;
- светлые участки, на которых располагаются возвышенности и горы, — материки.
Лунные моря занимают почти треть от всей поверхности видимой стороны Луны и около 16% от рельефа спутника. С земными морями эти образования ничего общего не имеют. Их название — калька с латинского слова. Они представляют собой потоки базальтовой лавы, которые были сформированы древней вулканической активностью. Средняя высота морей на 2,5 км ниже, чем у соседствующих с ними материков. Эти геологические образования более молодые, чем материки.
Самое большое из местных морей — Океан Бурь, размер которого в поперечнике составляет 2400х2000 км. Это единственный океан на спутнике. Кроме него, на сегодня открыто:
- 20 морей — крупных деталей лунного рельефа;
- 11 заливов, граничащих с морями и вдающихся в материковую часть;
- 18 озер — небольших формирований морского типа, но относительно обособленных от морей;
- 3 болота — низменных областей, менее темных, чем моря.
Из общего числа таких образований по согласованию с астрономическими организациями за последнее время были исключены 7 морей, 1 болото, 2 залива. Среди главных причин исключения — установление того факта, что объект не является самостоятельным, а входит в состав более крупного «водоема», и некоторые другие ситуации, например:
- Море Желания было обнаружено на снимках, выполненных в 1959 г. станцией «Луна-3», но при изучении более поздних и четких фото стало ясно, что эта низменность не является единой, а состоит из нескольких кратеров и 1 ровного участка, который впоследствии стал называться Морем Мечты.
- Море Новое было открыто в 1913 г., но после детальных исследований в середине 1960-х гг. его объявили частью кратера Жолио.
- Море Струве открыли в 1935 г., но в 1976 г. оно было переименовано в Озеро Надежды из-за своих малых размеров.
- Море Юго-Западное оказалось кратером и впоследствии стало считаться Бассейном Южный полюс — Эйткен.
- Болото Туманов было исключено из списка лунных объектов, т. к. его размеры и особенности не давали оснований данной области заслуживать отдельного названия.
На морях отмечены многочисленные купола, образованные лавовыми выбросами, — это вентиляционные отверстия бывших вулканов. У куполов пологие склоны, их диаметр составляет преимущественно 8-12 км.
Материки — более светлые гористые зоны Луны. Горные хребты на них расположены преимущественно вдоль «побережий».
Масконы
Масконы — это остатки упавших на поверхность Луны астероидов, вонзившихся в лунную твердь и оставшихся лежать, возвышаясь над местностью. Плотность этих образований выше собственной плотности сателлита, поэтому они — источники гравитационных возмущений.
Кратеры и цирки
Спутник Земли лишен атмосферы, поэтому для попадания на него метеоритов и астероидов нет преград. Если падающие на нашу планету инородные космические тела сгорают в воздушных слоях, то в случае Луны они обрушиваются на ее поверхность на полной скорости. Это объясняет, почему лунный пейзаж настолько усеян кратерами — их здесь десятки тысяч.
Лунные ударные кратерные образования могут иметь вид маленьких ям или гигантских обрывов. Наибольший местный кратер имеет диаметр 2,5 тыс. км и глубину 13 км. Он носит имя Эйткен, расположен в южной части обратной стороны Луны, но край его наблюдается с Земли.
На поверхности старых образований расположено множество более молодых — это позволяет ученым отследить возраст кратеров и самого небесного тела.
Цирки — кольцевые горы. По своему строению они напоминают кратеры, только обладают плоским дном и не имеют в своем строении центральной горки. Большинство из них отличается импактным происхождением — появились в результате столкновения крупного метеорита, кометы, астероида или другого небесного тела с Луной.
Карта лунной поверхности
Долгое время существовали лишь карты видимой части Луны. Появление космических аппаратов сделало возможным исследование ее обратной стороны. Сегодня существуют подробные схемы обоих полушарий земного спутника.
Источник
Не вызывает сомнения химический состав поверхности Луны
Кажется удивительным, что люди знают из чего состоят планеты , их спутники, астероиды и кометы в наблюдаемой Вселенной, несмотря на тот факт, что они физически посетили только одно место во Вселенной – Луну. Химический состав поверхности Луны также не оказался особенным.
Состав Луны похож на нашу планету:
Кислород составляет 60% коры по весу, а затем 16-17% кремния, 6-10% алюминия, 4-6% кальция, 3-6% магния, 2-5% железа и 1-2% титана.
Все остальные элементы присутствуют в количествах гораздо меньших, чем 1% по весу.
Содержание титана на Луне заметно повышено по сравнению с Землей, в то время как щелочные металлы менее распространены, как углерод и азот.
Известно что наша Земля состоит в основном из железа (32,1 %), кислорода (30,1 %), кремния (15,1 %), магния (13,9 %), серы (2,9 %), никеля (1,8 %), кальция (1,5 %) и алюминия (1,4 %).
Физическая текстура лунных пород представляет еще больший интерес, чем химический состав, потому что текстура раскрывает происхождение лунных поверхностных образований. Особое значение имеет тот факт, что от 85 до 90% массы материала, импортируемого с лунных континентов, составляют брекчии – горная порода из угловатых обломков.
Исследование лунного состава
21 июля 1969 года Нил Армстронг и Базз Олдрин стали первыми людьми, которые ступили на поверхность другого мира. Они ходили по поверхности Луны 2 часа 36 минут и 40 секунд, и только последние полчаса они провели за решением одной из самых важных научных задач – добыче лунного вещества чтобы определить химический состав поверхности Луны.
Используя базовые геологические инструменты, Базз Олдрин вкопал две трубки в лунную поверхность для сбора самых знаменитых в истории проб породы. К тому времени, как они закончили копать и черпать образцы, были собраны 22 килограмма лунных сокровищ. После того как при помощи системы шкивов бесценный научный груз был поднят на борт, они закрыли люк и легли спать. Пока два астронавта спали вместе с драгоценными лунными породами, Соединенные Штаты могли уже обоснованно утверждать, что одержали самую большую и, возможно, самую славную победу в своей истории. В этот момент определение химического состава поверхности Луны стало вполне реальным практически.
Тем не менее, существует один не слишком известный факт: когда лунный модуль «Аполлон-11» отдыхал на спутнике, советский космический корабль плыл по лунной орбите. Беспилотный аппарат «Луна-15» был третьей попыткой Советского Союза высадиться на Луне и собрать образцы лунных пород. Запущенный за три дня до «Аполлона-11», «Луна-15» была последней попыткой одержать верх в научной гонке и вернуться из другого мира с образцами горных пород. И хотя «Луна-15» успешно начала свой спуск на Луну она, к сожалению, вскоре после этого врезалась в её поверхность. И только «Аполлон-11» вернулся с Луны с породами, которые по сегодняшний день изучаются в хорошо защищенной лаборатории лунных образцов в Хьюстоне (штат Техас).
Советский Союз не прекратил программу и первым советским автоматическим аппаратом, доставившим лунное вещество для определения химического состава поверхности Луны (после Аполлона-11, Аполлона-12) стала «Луна-16» (12—24 сентября 1970 года).
Несмотря на пятьдесят лет исследований, одно было ясно почти с самого начала: по этим бесценным образцам чужой породы стало ясным что химический состав поверхности Луны чрезвычайно похож на тот, который можно собрать на Земле в любое время.
В основном состоят из общих породообразующих элементов: кислорода, кремния, магния, железа, кальция и алюминия.
И на поверхности Луны нет абсолютно ничего такого, чего не удалось найти здесь, на Земле.
После успешной миссии «Аполлона-11» и «Луны-16» непилотируемые космические аппараты опускались на Марс и Венеру, забрасывались с парашютом в атмосферу Юпитера, «приземлялись» на спутнике Сатурна Титане, а также посетили астероиды Эрос, Итокава, комету Темпеля, осуществили посадку на комету 67P (Чурюмова -Герасименко).
В результате этих мероприятий космического состава мы знаем из чего состоит Луна и небесные тела в целом.
Состав планет
Состав повторяется: вся Солнечная система и химический состав метеоритов подтверждает что всё состоит из того же материала, что и Земля.
На сегодняшний день восемь посадок на ближайшую к нам планету Марс позволили изучить «геологию» планеты в мельчайших подробностях. Теперь люди знают из чего состоит Марс: он богат железом, которое окисляется и образует знакомый нам ржаво красный цвет, и что марсианский грунт слегка щелочной и содержит магний, натрий, калий и хлориды.
Люди знают из чего состоят другие планеты: толстая атмосфера Венеры полна серы, а Меркурий — большой металлический шар из железа с тонкой коркой, состоящей в основном из кремния.
Даже на самом краю Солнечной системы, за миллиарды километров от Земли, люди обнаружили, что Нептун богат органическими молекулами, такими как метан — вещество, которым изобилует Земля.
Снова и снова мы находим так много всего в Солнечной системе, достойного быть открытым, но мы никогда не находим новых элементов. С научной точки зрения это неудивительно, потому что уже давно таблица Менделеева показала, что для других легких элементов в природе не осталось места — мы обнаружили полный их набор.
Потребуется изменение законов физики, чтобы обнаружить нечто на поверхности другого мира, не вписывающееся в таблицу Менделеева из химического состава поверхности Луны и других небесных объектов.
Источник