Луна — главное ночное светило
Представьте себе, что мы на борту звездолета, стремительно поглощающего космические расстояния. Наш путь — к далеким звездам, позади — солнечная система. Вот она, на экране телевизионного телескопа, вся целиком, словно на чертеже. Мы можем охватить ее единым взором: планеты, их спутники. Почему же так несправедливо поступила природа? Внутренние планеты она обрекла на почти полное одиночество: у Меркурия и Венеры вовсе нет спутников, у Марса — два, но таких маленьких, что их вообще можно не принимать во внимание. И только у Земли есть солидный спутник, поперечник которого превышает четверть земного диаметра — Луна.
Луна — самое близкое к нам небесное тело, и расположена она и том же районе солнечной системы, что и Земля. Тем не менее Луна — это совершенно иной мир, непохожий па земной. Именно это обстоятельство и привлекает пас к Луне прежде всего. Изучая непривычный нам лунный мир, мы можем узнать много нового, расширить представления не только о космических явлениях, но и о самой Земле.
О Луне немало написано. Пожалуй, пи одно другое небесное тело не может похвалиться таким количеством превосходнейших портретов. Одним словом, Луна пользуется вполне заслуженной известностью. Но она до сих пор не желает расставаться со своими тайнами. Многое о Луне начало проясняться только в самое последнее время, а многого мы не знаем и по сей день.
На первый взгляд может показаться, что физические условия па Луне должны быть примерно такими же, как и на Земле.
Однако это не так. Все дело в том, что Луна меньше Земли. Поперечник Луны почти в четыре раза меньше поперечника нашей планеты, а масса нашего естественного спутника в 81 раз меньше земной. Поэтому ускорение силы тяжести у лунной поверхности в шесть раз меньше, чем у поверхности Земли.
Это обстоятельство, между прочим, делает Луну отличной спортивной площадкой, на которой можно было бы устанавливать подлинно мировые рекорды по легкой и тяжелой атлетике. Человек, который на Земле прыгает на 5 м в длину, на Луне легко совершал бы феноменальные с нашей обычной точки зрения прыжки па 25—30 м. Любой мало-мальски способный легкоатлет мог бы прыгнуть в высоту без шеста на 5—6 м. А штангист, толкающий 200 кг, мог бы поднять над головой чудовищный груз в 1000 с лишним килограммов, посильный в земных условиях только подъемному крапу.
Но, кстати сказать, было бы неправильно думать, что спринтер, пробегающий на Земле стометровку, например, за 10,6 сек, смог бы на Луне преодолеть то же расстояние в шесть раз быстрее. Все дело в том, что в беге решающую роль играет не вес спортсмена, а ускорение. Величина же ускорения при одних и тех же действиях спринтера зависит от массы движущегося тела. Но масса спортсмена и на Лупе и на Земле одинакова. Поэтому его результаты в беге в обоих случаях были бы одинаковыми.
Обладая меньшей силой притяжения, Луна не смогла удержать около себя атмосферную оболочку. Ведь так называемая вторая космическая скорость для Лупы, т. е. скорость освобождения от лунного притяжения, составляет всего лишь 2,4 км/сек, в то время как для Земли она равна 11,2 км/сек. Благодаря этому частицы газов, выделяющиеся из лунной поверхности, могут легко приобретать скорости, превосходящие скорость освобождения, и удаляться безвозвратно в космическое пространство. Таким образом, если бы у Луны когда-либо существовала атмосфера, она должна была бы давным-давно рассеяться в космосе. Как показывают расчеты, плотность лунной атмосферы никогда не превосходила одной стомиллионной доли плотности воздушной оболочки Земли.
По той же самой причине па Луне не может быть и открытых водоемов. Вода очень быстро испарилась бы и вакуум, а водяной пар улетучился в космос.
Таким образом, Луна — это мир без воды и воздуха, а следовательно, и без звуков. Ведь в вакууме звуковые волны не распространяются. И что бы ни происходило на лунной поверхности: извержение вулкана, падение гигантского метеорита или посадка космического корабля— первозданная тишина лунного ландшафта остается нерушимой.
Как известно, Лупа светит отраженным светом Солнца. Именно но этой причине мы и видим Луну то полным диском, то узким серником. Все зависит от взаимного расположения Земли, Луны и Солнца. Но и в те ночи, когда па небе светит месяц, если присмотреться, можно увидеть и остальную часть лунного диска, которая светится слабым сероватым светом. Астрономы называют его пепельным светом Луны.
Свет этот отнюдь не представляет собой ничего таинственного. Солнце освещает Землю, а Земля отражает солнечный свет в мировое пространство. Часть этого света попадает па лунную поверхность, которая в свою очередь снова его отражает, так что пепельный свет Луны — это, по существу, свет нашей Земли.
Вообще следует отметить, что на небе Луны наша Земля — довольно яркое светило. Его площадь в 14 раз больше площади полной Луны на земном небе. Да и светит оно в шесть раз ярче, так как отражательная способность Земли значительно выше отражательной способности лунной поверхности. Поэтому когда в небе Луны светит полная Земля, то настает «белая ночь», во время которой настолько светло, что можно свободно читать самый мелкий шрифт.
Один астроном как-то очень метко назвал Луну настоящим музеем древностей. И действительно, на Луис не действуют те силы, которые приводят на Земле к разрушению гор. В частности, нет ветров и текучих вод, а значит, отсутствуют выветривание горных пород и водная эрозия. Поэтому поверхность нашего спутника в основных чертах как бы законсервирована в том виде, какой она приобрела в эпоху своего окончательного формирования. Следовательно, на Луис должно сохраниться гораздо больше следов исторических событии, чем па Земле или на Марсе. В связи с этим один из исследователей Луны как-то сказал, что лунная поверхность представляет собой своеобразную книгу, по которой можно прочесть ее историю.
Выяснение особенностей формирования лунного рельефа и физических условий па Лупе будет иметь важное значение для изучения геологической истории Земли. Вероятно также, что лунная поверхность сможет рассказать будущим исследователям немало интересного не только о своем собственном прошлом, но и о некоторых космических явлениях. В частности, на ней должны сохраниться следы обработки первичными космическими лучами, которые благодаря отсутствию атмосферы и магнитного поля имеют на Луну беспрепятственный доступ. Изучение этих следов позволит ученым составить представление об изменении активности первичных космических лучей в течение последних миллиардов лет, с тех пор как лунная кора окончательно затвердела.
Еще Галилей обратил внимание на то, что во время полнолуния и центр лунного диска и его края кажутся одинаково яркими. На первый взгляд это представляется довольно странным, поскольку в центре солнечные лучи падают отвесно и, следовательно, отражаются полностью, а на краях они направлены наклонно, и, по законам геометрии оптики, должны в нашу сторону отражаться лишь частично. Этот факт привел астрономов к выводу, что поверхность нашего спутника весьма шероховата — сплошь усеяна небольшими неровностями, углублениями и возвышенностями, рассеивающими солнечный свет по всем направлениям.
Что же касается макрорельефа Луны, то, выражаясь географическим языком, лунная местность носит весьма пересеченный характер. Около двух третей видимой с Земли части Луны покрыто горами, горными хребтами и цепями, получившими привычные нам земные названия: Альпы, Апеннины и даже Кавказ. Высота некоторых из них достигает 8—9 км. Особенно выделяются своим необычным видом кольцеобразные горы — кратеры, или цирки, отдаленно напоминающие кратеры земных вулканов, по обладающие гораздо большими размерами. Некоторые из них достигают сотой километров в поперечнике.
Кроме того, на Луне встречаются также плоские равнинные впадины, получившие условное название морей. Их поверхность, как показали наблюдения советского ученого Н. II. Барабашова, также весьма шероховата.
Само собой разумеется, что в лунных морях нет ни капли воды. Но отсутствие открытых водоемов отнюдь не означает, что Луна вовсе лишена соды. Ведь вода — это не обязательно моря и океаны. Она может содержаться в горных породах. Например, известно, что на Земле в породах магматического происхождения имеется некоторое количество воды, вынесенной из земных недр. Около одного процента воды ученые находят и в каменных метеоритах. Поэтому вполне возможно, что вода входит и в состав других небесных тел.
Если Луна произошла, как и Земля, путем объединении холодных газо-пылевых частиц, то значительная часть воды должна была сохраниться. В результате радиоактивного разогрева глубинная вода испарялась и поднималась по трещинам к поверхности, где замерзала. В результате вблизи поверхности Луны могли образоваться скопления больших масс льда.
Не исключена также возможность, что лед имеется и на дне некоторых лунных кратеров, расположенных в полярных областях, где Солнце едва-едва поднимается над горизонтом. Если все эти предположения подтвердятся, то предстоящие лунные экспедиции будут обеспечены местной водой.
До 1959 г. научному исследованию было доступно лишь около трех пятых лунной поверхности. Однако после полета советских космических станций «Луна 3», а затем и «Зонд 3», передавших на Землю изображения обратной стороны Луны, появилась реальная возможность изучения всей лунной поверхности.
В частности, выяснилось, что строение невидимой с Земли стороны Луны в принципе ничем не отличается от известной. Но характер рельефа там все же несколько иной. В то время как на обращенной к Земле части Луны темные равнинные пятна — моря занимают около 35% всей площади, па противоположной стороне их значительно меньше, всего около 10%.
Возможно, что подобное различие связано с тем, что действие земного притяжения сказывается несколько сильнее на той стороне Лупы, которая обращена к Земле.
Однако окончательный ответ на вопрос о различиях рельефа двух сторон лунной поверхности дадут лишь дальнейшие научные исследования.
Источник
Наше ночное светило
Звездное небо намного потеряло бы в своей привлекательности, если бы иногда на его фоне не появлялось такое великолепное ночное светило, как Луна. В прошлом некоторые авторы астрономических трактатов высказывали даже сожаление, что жители других планет лишены подобного зрелища. Сегодня мы знаем, что это сожаление адресовать некому: мы, люди — единственные разумные обитатели Солнечной системы.
Как светило Луна прежде всего характерна своим непостоянством. Непрерывно меняется ее видимый облик, ее фазы и соответственно изменяется и освещенность, создаваемая Луной на земной поверхности.
Когда Луна находится между Землей и Солнцем, но не заслоняет собой солнечный диск, земному наблюдателю Луна невидна. Эта фаза Луны называется новолунием. Спустя 1—2 дня после новолуния в лучах вечерней зари появляется узенький серпик «молодой», растущей Луны. С каждым вечером этот серпик утолщается, и спустя примерно неделю после новолуния наступает первая четверть. В этой фазе Луна выглядит светлым полукругом, обращенным выпуклостью вправо. Далее Луна продолжает расти, и еще спустя неделю наступает полнолуние, когда земному наблюдателю становится видно все освещенное полушарие Луны.
После полнолуния смена лунных фаз происходит в обратном порядке. Луна «ущербляется» справа, через неделю наступает последняя четверть (светлый полудиск с выпуклостью, обращенной влево), а затем «старая» Луна становится похожей на букву «С» и, с каждым днем приближаясь на небе к Солнцу, в конца концов теряется в лучах утренней зари.
Когда серп Луны достаточно узок, часто удается наблюдать пепельный свет Луны — слабое свечение ее неосвещенной части. Собственно при этом мы видим свет не Луны, а Земли, рассеянный лунной поверхностью. Любопытно, что, когда к Луне обращен Тихий океан, пепельный свет приобретает заметный голубоватый оттенок, а когда Земля повернута к Луне Азиатским континентом, пепельный свет становится желтоватым. Так в «кривом» шероховатом лунном зеркале отражается наша богатая красками планета!
Обращаясь вокруг Земли, Луна перемещается на фоне созвездий, за сутки смещаясь к востоку примерно на 13°. Промежуток времени, за который Луна совершает полный оборот вокруг Земли, называется сидерическим месяцем. Он равен 27,3 земных суток. Полный цикл изменения лунных фаз занимает несколько больший промежуток времени. Он называется синодическим месяцем и равен 29,5 земных суток.
Причина, по которой сидерический месяц не равен синодическому, достаточно ясна. Когда Луна, завершив полностью оборот вокруг Земли, снова вернется в прежнее положение относительно звезд, Солнце (благодаря орбитальному движению Земли) сместится на небе к востоку в, следовательно, фаза Луны будет иной, чем в начале сидерического месяца. Лишь через два с небольшим земных дня Луна, догоняя Солнце в их видимом движении по небосводу, снова достигнет первоначальной фазы и тем самым синодический месяц будет завершен.
Если бы не было никаких лунных неравенств, путь Луны на фоне звездного неба всегда был одним и тем же. На самом деле, строго говоря, он никогда не повторяется и можно отметить лишь тот пояс созвездий, через которые может пройти (и иногда проходит) Луна. В этот пояс, кроме зодиакальных созвездий <Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей), входят и некоторые созвездия, граничащие с ними.
Условия видимости Луны зависят от сезона. Например, зимой, когда суточный путь Солнца в северных широтах невысок над горизонтом, полная Луна, противостоящая на небе Солнцу, наоборот, около полуночи ярко сияет высоко в небе. Летом же наблюдается обратная картина — видимый путь полной Луны над горизонтом очень низок. Для всех сезонов восход полной Луны совпадает с заходом Солнца и, наоборот, с восходом Солнца уходит под горизонт полная Луна.
Зная, как располагаются на небе видимый годовой путь Солнца и видимый месячный путь Луны, можно, например, сообразить, что «молодая» Луна лучше всего видна в весенние вечера — тогда ее суточный путь над горизонтом высок и длинен. Наоборот, в осенние вечера «молодая» Луна поднимается над горизонтом невысоко и заходит рано. Желающие самостоятельно наблюдать Луну сведения о се видимости смогут найти но только в астрономических ежегодниках, но и в обычном отрывном календаре, где указываются на каждый день фаза Луны и время ее восхода и захода.
На светлой поверхности лунного диска глаз без труда различает сероватые пятна постоянных очертаний — так называемые лунные «моря». То, что они всегда одинаковы, было подмечено еще в древности. Этот факт свидетельствует о том, что Луна всегда обращена к нам одним и тем же полушарием. Второе, не видимое с Земли полушарие стало доступным изучению лишь с помощью космических аппаратов.
Сохраняя постоянную ориентацию по отношению к Земле, лунный шар в то же время вращается вокруг оси так, что время оборота Луны вокруг оси в точности равно периоду ее обращения вокруг Земли. Такое движение называется синхронным, и оно, по-видимому, свойственно и некоторым спутникам других планет. Заметим, что ось вращения Луны почти перпендикулярна плоскости земной орбиты.
Период полного оборота Луны вокруг оси можно назвать лунными звездными сутками, так как движение Луны в этом случае рассматривается относительно звезд. Солнечные же сутки на Луне несколько длиннее, и они, как нетрудно сообразить, равны синодическому месяцу (29 земных суток). Действительно, в этом случае по завершении солнечных суток терминатор возвращается в исходное положение, а значит, повторяется первоначальная лунная фаза. Таким образом, солнечные сутки па Луне длятся почти месяц, а день и ночь — по две земные недели. Эта особенность лунного мира приводит к тому, что поверхность Луны периодически испытывает длительный нагрев, сменяющийся столь же продолжительным охлаждением.
Казалось бы, из синхронного движения Луны неизбежно следует, что земному наблюдателю всегда доступна лишь половина лунной поверхности. На самом деле это не совсем так. По некоторым причинам, которые мы сейчас рассмотрим, Луна слегка «покачивается», чуть-чуть приоткрывая нам часть невидимого своего полушария. Благодаря этому «покачиванию» или либрации земной наблюдатель видит не половину, а около 60% всей лунной поверхности. Различают четыре типа либрации.
Либрация по долготе. Она вызвана тем, что вращение Луны вокруг оси совершается равномерно, а обращение Луны вокруг Земли по эллипсу происходит неравномерно (второй закон Кеплера). Из-за этого создается впечатление, что Луна слегка покачивается, попеременно приоткрывая земному наблюдателю то восточную, то западную часть своего невидимого полушария. В течение сидерического месяца вид краевых зон Луны заметно меняется, что легко проверить, наблюдая Луну хотя бы в бинокль.
Лунный свет и лунные ночи восторженно описаны многими поэтами и прозаиками. И с ними трудно не согласиться — Луна как светило изумительно красива. Но она кажется в темные ночи ослепительно яркой лишь по контрасту с черным фоном ночного неба — днем Луна выглядит куда менее эффектно.
Самое парадоксальное, пожалуй, то, что на самом деле Луна — очень плохое «зеркало». Она отражает лишь 7% падающего на псе солнечного света. По своим отражательным способностям Луна напоминает сухой чернозем, мокрый суглинок и очень темные горные породы типа базальта и диабаза. Иначе говоря, в целом Луна темно-серая, а не ослепительно серебристая, какой кажется нашим, подверженным различным оптическим обманам, глазам.
Если изучить более детально, как отражает Луна лучи разного цвета, то окажется, что с увеличением длины волны отражательная способность лунной поверхности возрастает. Так, например, Луна отражает 4 % падающих на нее фиолетовых лучей, 7 % желтых и 9% красных. Вещество с такими оптическими свойствами воспринимается вашим глазом, как темно-серое с коричневатым оттенком.
Первые фотоснимки Луны были получены вскоре после изобретения фотографии. Позже Луну фотографировали через разные светофильтры. На цветных фотографиях Луны цветовые контрасты усилены — при наблюдении Луны в телескоп лишь иногда удается различить очень слабую окраску какого-нибудь участка Луны. В целом лунная поверхность, в отличие от земной, отличается однообразием окраски. Тем необычнее облик разноцветной Луны, созданный средствами химии.
Впрочем, даже слабые цветовые оттенки лунных объектов указывают на их разную природу и, возможно, на различное происхождение. Но это относится уже к деталям лунного мира, а не к свойствам Луны как ночного светила.
Источник