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
Луна – спутник Земли
Общие сведения о Луне
Луна – это единственный естественный спутник Земли.
Луна является наиболее близким к Солнцу спутником планеты, поскольку у Меркурия и Венеры нет спутников.
Луна состоит из коры, верхней мантии (астеносферы), средней мантии, нижней мантии и ядра.
Поверхность Луны покрыта реголитом – смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате столкновений метеоритов с лунной поверхностью.
Русское наименование Луна восходит к праславянскому «светлая». Греки называли спутник Земли Селеной, древние египтяне – Ях (Иях), вавилоняне – Син.
В 1984 году на Гавайской конференции по планетологии была коллективно выдвинута теория возникновения Луны, получившая название теории Гигантского столкновения. Она утверждает, что спутник возник 4,6 миллиарда лет назад после столкновения Земли с небесным телом Тейа.
Орбита Луны
Перигей (ближайшая к Земле точка орбиты): 363 104 километра (изменяется в пределах 356 400 – 370 400 километров).
Апогей (самая далекая от Земли точка орбиты): 405 696 километров (изменяется в пределах 404 000 – 406 700 километров).
Средняя скорость движения Луны по орбите составляет около 1,023 километра в секунду.
Луна вращается вокруг Земли по эллиптической орбите с периодом 27,32166 суток, постепенно удаляясь от нее вследствие приливного ускорения на 38 миллиметров в год, то есть ее орбита представляет собой медленно раскручивающуюся спираль.
3D-модель Луны
Физические характеристики Луны
Луна – пятый по размеру спутник Солнечной системы.
Температура поверхности Луны колеблется от −173 °C ночью до +127 °C в подсолнечной точке. Температура пород на глубине 1 метр постоянна и равна −35 °C.
Средний радиус Луны составляет 1737,1 километра, то есть примерно 0,273 радиуса Земли.
Площадь поверхности Луны составляет 3,793 х 10 7 квадратных километров.
Средняя плотность Луны составляет 3,3464 грамм на кубический сантиметр.
Ускорение свободного падения на Луне равно 1,62 метра на секунду в квадрате (0,165 g).
Масса Луны равна 7,3477 х 10 22 килограмм.
Сравнительные размеры Земли и Луны
Атмосфера Луны
Атмосфера Луны крайне разрежена, в ней присутствуют следы водорода, гелия, неона и аргона.
Когда поверхность не освещена Солнцем, содержание газов над ней не превышает 2 x 10 5 частиц на кубический сантиметр, а после восхода увеличивается на два порядка за счет дегазации грунта.
Исследование Луны
Уже во II веке до н. э. Гиппарх исследовал движение Луны по звездному небу, определив наклон лунной орбиты относительно эклиптики, размеры Луны и расстояние от Земли, а также выявил ряд особенностей движения.
Одну из первых лунных карт составил Джованни Риччиоли в 1651 году, он же дал названия крупным темным областям, именовав их «морями».
Новым этапом исследования Луны стало применение фотографии в астрономических наблюдениях, начиная с середины XIX века.
Впервые Луны достиг советский космический корабль «Луна-2» 13 сентября 1959 года.
Впервые удалось заглянуть на обратную сторону Луны в 1959 году, когда советская станция «Луна-3» пролетела над ней и сфотографировала невидимую с Земли часть ее поверхности.
Американская программа пилотируемого полета на Луну называлась «Apollo». Первая посадка произошла 20 июля 1969 года; последняя – в декабре 1972 года. Первым человеком, ступившим 21 июля 1969 года на поверхность Луны, стал американец Нил Армстронг, вторым – Эдвин Олдрин. Третий член экипажа Майкл Коллинз оставался в орбитальном модуле.
После того как в августе 1976 года советская станция «Луна-24» доставила на Землю образцы лунного грунта, следующий аппарат – японский спутник «Hiten» – полетел к Луне лишь в 1990 году.
В рамках исследования Луны в настоящее время работают несколько луноходов и орбитальных зондов разных государств.
Интересные факты о Луне
Луна является единственным внеземным астрономическим объектом, на котором побывал человек.
Юридический статус Луны описывает Соглашение о Луне от 1979 года, которое провозглашает принцип исключительно мирного использования Луны и других небесных тел, принцип равных прав всех государств на исследования небесных тел, принцип недопустимости претензии со стороны любого государства на распространение своего суверенитета на какое-либо небесное тело.
Земной диск висит в небе Луны почти неподвижно.
Гравитационное влияние Луны вызывает на Земле морские приливы и отливы. Максимальная амплитуда приливной волны на Земле наблюдается в заливе Фанди в Канаде и составляет 18 метров.
Хотя Луна и вращается вокруг своей оси, она всегда обращена к Земле одной и той же стороной, то есть обращение Луны вокруг Земли и вращение вокруг собственной оси синхронизировано.
Явление либрации, открытое Галилео Галилеем в 1635 году, позволяет наблюдать около 59 % лунной поверхности.
В отличие от Земли Луна не имеет глобального магнитного поля, однако намагниченные породы на ее поверхности создают небольшие локализованные защитные экраны.
Суперлуние – астрономическое явление, при котором момент прохождения Луной перигея совпадает с ее полной фазой.
Источник
Каковы физические способности луны
Луна — самое близкое к Земле небесное тело и потому изучена лучше всего. Ближайшие к нам планеты примерно в 100 раз дальше, чем Луна. Луна меньше Земли по диаметру вчетверо, а по массе в 81 раз. Средняя ее плотность 
, т. е. меньше, чем у Земли. Вероятно, у Луны нет такого плотного ядра, какое есть у Земли.
Мы видим всегда только одно полушарие Луны, на котором никогда не заметно ни облаков, ни малейшей дымки, что служило одним из доказательств отсутствия на Луне водяных паров и атмосферы. Позднее это было подтверждено прямыми измерениями на поверхности Луны. Небо на Луне даже днем было бы черное, как в безвоздушном пространстве, но окружающая Луну разреженная пылевая оболочка немного рассеивает солнечный свет.
На Луне нет атмосферы, смягчающей палящие солнечные лучи, не пропускающей к поверхности опасные для живых организмов рентгеновское и корпускулярное излучения Солнца, уменьшающей отдачу энергии ночью в мировое пространство 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.
С помощью автоматических станций установлено, что непрерывные удары мелких метеоритов, дробя поверхность Луны, как бы обтачивают ее и сглаживают рельеф. Мелкие осколки не превращаются в пыль, а в условиях вакуума быстро спекаются в пористый шлакоподобный слой. Происходит молекулярное сцепление пыли в подобие пемзы. Такая структура лунной коры придает ей малую теплопроводность. В результате при сильных колебаниях температуры снаружи в недрах Луны даже на небольшой глубине температура сохраняется постоянной. 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!
2. Рельеф Луны.
Уже со времен Галилея начали составлять карты видимого полушария Луны. Темные пятна на поверхности Луны были названы «морями» (рис. 47). Это низменности, в которых нет ни капли воды. Дно их темное и сравнительно ровное. Большую часть поверхности Луны занимают гористые, более светлые пространства. 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.
Рис. 47. Схематическая карта крупнейших деталей на обращенном к Земле полушарии Луны.
В полнолуние в южном полушарии хорошо видны в сильный бинокль кратер Тихо диаметром 60 км в виде яркого кольца и расходящиеся от него радиально 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 малейшие 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
Рис. 48. Схематическая карта обратной стороны Луны, невидимой с Земли.
полный мрак. Лучи Солнца, скользя все ниже, постепенно обрисовывают и 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. В центре кратера часто видна горка (рис. 49), в действительности это группа гор. Кратерные стены обрываются террасами круто внутрь. Дно кратеров лежит ниже окружающей местности. Рассмотрите внимательно вид внутренности вала и центральной горки кратера Коперник, сфотографированных искусственным спутником Луны сбоку (рис. 50). С Земли этот кратер виден прямо сверху и без таких подробностей. Вообще с Земли в наилучших условиях едва видны кратеры до 1 км в диаметре. Вся поверхность Луны изрыта мелкими кратерами — пологими углублениями — это результат ударов мелких метеоритов.
С Земли видно только одно полушарие Луны. В 1959 г. со-ветская космическая станция, пролетая мимо Луны, впервые сфотографировала невидимое с Земли полушарие Луны. 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. Искусственно созданные аппараты неоднократно опускались на ее поверхность. В 1969 г. на поверхность Луны впервые опустился космический аппарат с двумя американскими космонавтами. К настоящему времени на Луне побывало несколько экспедиций космонавтов США, благополучно вернувшихся на Землю. Они ходили и даже ездили на специальном вездеходе по поверхности Луны, уста навливали и оставляли на ней разные аппараты, в частности сейсмографы для регистрации «лунотрясений», и привезли образцы лунного грунта. Образцы оказались очень сходными с земными горными породами, но у них обнаружили и ряд особенностей, свойственных лишь лунным минералам. 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, Более того, на Луну посылались советские луноходы (автоматические самоходные лаборатории, рис. 51), 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 зчасыпан камнями всевозможной величины. Луноход «шаг за шагом», управляемый с Земли по радио, передвигался с учетом характера местности, вид которой передавался
Цирк Альфонс, в котором наблюдалось выделение вулканических газов (снимок сделан автоматической станцией вблизи Луны).
(кликните для просмотра скана)
на Землю по телевидению. Это величайшее достижение советской науки и человечества важно не только как доказательство неограниченных возможностей человеческого разума и техники, но и как прямое исследование физических условий на другом небесном теле. Оно важно и тем, что подтверждает большинство выводов, которые астрономы делали лишь из анализа света Луны, приходящего к нам с расстояния 380 000 км.
Изучение лунного рельефа и его происхождения интересно и для геологии — Луна как бы музей древней истории ее коры, так как вода и ветер ее не разрушают. Но Луна — это не совсем мертвый мир. В 1958 г. советский астроном Н. А. Козырев заметил в кратере Альфонс выделение газов из лунных недр.
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, цепочки кратеров, огромная столовая гора со склонами такими же, как и у кратеров. Имеется сходство лунных кратеров с лавовыми озерами Гавайских островов. Менее крупные кратеры образовались от ударов больших метеоритов. На Земле есть также ряд кратеров, образованных при падении метеоритов. Что касается лунных «морей», то они, по-видимому, образованы проплавлениями лунной коры и излияниями лавы вулканов. Конечно, на Луне, как и на Земле, основные этапы горообразования происходили в далеком прошлом.
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 малой силой тяжести на поверхности планет и с разреженностью их атмосферы, мало смягчающей бомбардировку метеоритами.
Советские космические станции установили отсутствие у Луны магнитного поля и поясов радиации и наличие на ней радиоактивных элементов.
Источник