Почему луна не смогла удержать свою атмосферу

Почему на Луне нет атмосферы?

Вопрос этот принадлежит к тем, которые уясняются, если сначала их, так сказать, перевернуть. Прежде чем говорить о том, почему Луна не удерживает вокруг себя атмосферу, поставим вопрос: почему удерживается атмосфера вокруг нашей собственной планеты? Вспомним, что воздух, как и всякий газ, представляет хаос не связанных между собой молекул, стремительно движущихся в различных направлениях.

Подставим вместо v его значение — 500 м/с, вместо g — 10 м/с , имеем 250 000 = 20h,

h = 12 500 м = 12/км.

С запуском в Советском Союзе 4 октября 1957 г. первого искусственного спутника Земли в этом можно было легко убедиться. (Прим. ред.)

Но если молекулы воздуха не могут взлетать выше 12’А км, то откуда берутся воздушные молекулы выше этой границы? Ведь кислород, входящий в состав нашей атмосферы, образовался близ земной поверхности (из углекислого газа в результате деятельности растений). Какая же сила подняла и удерживает их на высоте 500 и более километров, где безусловно установлено присутствие следов воздуха? Физика дает здесь тот же ответ, какой услышали бы мы от статистика, если бы спросили его: «Средняя продолжительность человеческой жизни 70 лет; откуда же берутся 80-летние старики?» Все дело в том, что выполненный нами расчет относится к средней, а не реальной молекуле.

Действительно, 35002 = 20h, откуда h=12250000/20 т. е. свыше 600 км.

Становится понятным присутствие частиц кислорода на высоте сотен километров над земной поверхностью: это вытекает из физических свойств газов. Молекулы кислорода, азота, водяного пара, углекислого газа не обладают, однако, скоростями, которые позволили бы им совсем покинуть земной шар. Для этого нужна скорость не меньше 11 км в секунду, а подобными скоростями при невысоких температурах обладают только единичные молекулы названных газов. Вот почему Земля так прочно удерживает свою атмосферную оболочку. Вычислено, что для потери половины запаса даже самого легкого из газов земной атмосферы — водорода — должно пройти число лет, выражающееся 25 цифрами. Миллионы лет не внесут никакого изменения в состав и массу земной атмосферы.

Чтобы разъяснить теперь, почему Луна не может удерживать вокруг себя подобной же атмосферы, остается досказать немного.

Напряжение силы тяжести на Луне в шесть раз слабее, чем на Земле; соответственно этому скорость, необходимая для преодоления там силы тяжести, тоже меньше и равна всего 2360 м/с. А так как скорость молекул кислорода и азота при умеренной температуре может превышать эту величину, то понятно, что Луна должна была бы непрерывно терять свою атмосферу, если бы она у нее образовывалась.

Когда улетучатся наиболее быстрые из молекул, критическую скорость приобретут другие молекулы (таково следствие закона распределения скоростей между частицами газа), и в мировое пространство должны безвозвратно ускользать все новые и новые частицы атмосферной оболочки.

По истечении достаточного промежутка времени, ничтожного в масштабе мироздания, вся атмосфера покинет поверхность столь слабо притягивающего небесного тела.

Можно доказать математически, что если средняя скорость молекул в атмосфере планеты даже втрое меньше предельной (т. е. составляет для Луны 2360: 3 = 790 м/с), то такая атмосфера должна наполовину рассеяться в течение нескольких недель. (Устойчиво сохраняться атмосфера небесного тела может лишь при условии, что средняя скорость ее молекул меньше одной пятой доли от предельной скорости.) Высказывалась мысль — вернее, мечта, — что со временем, когда земное человечество посетит и покорит Луну, оно окружит ее искусственной атмосферой и сделает таким образом пригодной для обитания. После сказанного читателю должна быть ясна несбыточность подобного предприятия.

Отсутствие атмосферы у нашего спутника — не случайность, не каприз природы, а закономерное следствие физических законов.

Понятно также, что причины, по которым невозможно существование атмосферы на Луне, должны обусловливать ее отсутствие вообще на всех мировых телах со слабым напряжением силы тяжести: на астероидах и на большинстве спутников планет.

Источник

Почему у Луны нет атмосферы?

Пару дней назад один из читателей прислал на мой адрес электронной почты следующий вопрос:

Здравствуйте. Расскажите пожалуйста, почему на Плутоне есть атмосфера, пусть и сильно разряженная, а на Луне, которая в шесть раз больше, ее нет.

Давайте разбираться. Действительно у Плутона есть очень разреженная, но все же какая-никакая атмосфера. Давление на поверхности Плутона составляет примерно 1 Па. Для сравнения атмосферное давление на Земле при нормальных условиях составляет 101325 Па. Вообще технически у Луны есть атмосфера, но она в миллионы раз более разрежена, чем даже атмосфера Плутона. Давление на поверхности Луны составляет 0.00000001 Па.

Есть несколько причин, по которым у Луны нет атмосферы.

Близость к Солнцу

У Луны нет магнитного поля. Кроме того у Луны довольно слабая гравитация. Частицы солнечного ветра уносят частицы газа в космос, во-первых потому, что нет магнитного поля, которое могло бы защитить атмосферу Луны, а во-вторых потому что притяжение Луны слабое и частицам газа легко его преодолеть. Поэтому Луна не может удержать сколько-нибудь плотную атмосферу.

Более крупные планеты, такие как Венера и Земля удерживают атмосферу во-первых благодаря более сильной гравитации, а во-вторых благодаря наличию магнитного поля (у Венеры нет собственного магнитного поля, зато есть индуцированное). Марс также сохранил остатки атмосферы благодаря своей гораздо большей массе.

Плутон тоже не имеет магнитного поля, но находится в 30 раз дальше от Солнца и получает в 900 раз меньше солнечного ветра чем Луна. Поэтому ему и удаётся сохранять очень слабую атмосферу.

Низкая скорость убегания

Как уже было отмечено выше, у Луны слабая гравитация. Поэтому скорость убегания (вторая космическая скорость) Луны гораздо ниже, чем для Земли. Например у поверхности Земли эта скорость составляет 11.2 км/с, а у поверхности Луны — 2.37 км/c.

Это означает, что любая частица движущаяся со скоростью 2.37 км/с (или быстрее) неизбежно покинет Луну и улетит в космос. С помощью распределения Максвелла е сложно посчитать средние скорости движения молекул для большинства газов.

Большинство лёгких газов, таких как водород и гелий вполне могут достичь скорости убегания и покинуть Луну даже без помощи солнечного ветра. Так, например, средняя скорость молекул водорода при комнатной температуре составляет почти 2 км/c.

Нет источников пополнения

Другой причиной почему атмосферы у Луны нет, является то, что на Луне нет тектонической и вулканической активности. Так как нет тектоники плит и активных вулканов, то атмосфера не пополняется выбросами вулканических газов. Т.е. атмосфера Луны не пополняется новыми газами, а те что были раньше — уносит куда подальше солнечным ветром или улетают сами по себе.

На Плутоне же атмосфера постоянно пополняется как за счёт периодического подтаивания разогреваемых солнцем углеводородных льдов на поверхности Плутона, так и за счёт выбросов газа из недр планеты, в частности азота. Точный источник этих выбросов пока не установлен, предполагается что в недрах Плутона все еще идёт какая-то геологическая активность.

Атмосфера всё же была!

Однако, как показывают исследования образцов лунного грунта доставленных астронавтами миссий Аполлон, в частности магматических горных пород, в прошлом Луна обладала довольно плотной атмосферой. Примерно в два раза более плотной, чем сейчас у Марса.

Было это примерно 3.5 — 3.8 миллиардов лет назад. Атмосфера по видимому была сформирована из вулканических газов вырвавшихся на поверхность в результате извержений вулканов, а также благодаря столкновению Луны с различными метеоритами.

Атмосфера Луны состояла по большей части из углекислого газа, но также содержала пары воды, что даёт основания считать, что возможно в течении хотя бы короткого периода времени на поверхности Луны могла быть вода в жидком виде.

Впрочем в это время Луна уже была в приливном захвате Земли. Т.е. повёрнута к Земле всегда одной стороной. Из-за этого день и ночь на Луне длились десятки земных суток и сколько-нибудь существенные водоёмы все же сформироваться там не могли. Период в течение которого Луна имела атмосферу по оценкам учёных составляет около 35-40 миллионов лет.

Подписывайтесь на наш канал здесь, а также на наш канал на youtube . Каждую неделю там выходят видео, где мы отвечаем на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!

Источник

Чем объясняется отсутствие атмосферы на Луне?

Содержать атмосферу дело достаточно хлопотное. Во первых надо иметь достаточную массу, чтобы гравитационно удерживать атмосферу. Это означает, что вторая космическая скорость (v₂) должна быть значительно выше (по крайней мере в 10 раз больше), чем скорость теплового движения молекул атмосферы. На примере Луны мы знаем, что v₂ = 2.4 км/сек. Солнечная сторона Луны прогревается до температуры более 100 °C. Это соответствовует среднеквадратичным отколнением скоростей (v = √ ) для молекул водорода, азота, кислорода и углекислого газа равным: v(H₂) = 2.2 км/сек, v(N₂) = 0.58 км/сек, v(О₂) = 0.54 км/сек, v(СО₂) = 0.46 км/сек. Таким образом, гравитация Луны удержать водород вообще не может. Более тяжёлые газы она вполне могла бы удержать, но только на короткое время из-за флуктуаций скоростей (распределение Максвелла). Шансы удержаться у поверхности Луны имеет разве что тяжеленный газ ксенон с v(Xe) = 0.27 км/сек, но этого не даст ему сделать самый существенный фактор — Солнечный ветер.

Средние скорости частиц солнечного ветра более 400 км/сек. В основном это поток протонов и электронов, постоянно бомбардирующих Луну. При взаимодействии с молекулами атмосферы (любого состава), частицы солнечного ветра передают им достаточно энергии и в прямом смысле выдувают их из гравитационных объятий Луны. Вот это и есть основная причина полного отсутствия атмосферы у Луны.

Солнечный ветер легко бы сдул атмосферу и с планеты Земля, если бы у Земли не было бы сильного магнитного поля. Именно геомагнитное поле защищает нашу атмосферу от разрушительного воздействия солнечного ветра.

Источник

Почему Луна не падает на Землю: пояснения

Земля и Луна: Freepick

Почему Луна не падает на Землю? Наша планета обладает колоссальной силой притяжения, которую чувствует каждый человек. Неужели этой силы недостаточно, чтобы притянуть планету-спутник? Ученым удалось разгадать секреты Луны и дать ответ на этот вопрос.

Почему Луна не падает на Землю

Рассматривая на небосклоне спутник Земли, многие спрашивают себя, как происходит движение Луны по небу и почему она не падает на нашу планету?

Другие космические тела, а также космические аппараты часто падают. Какие же секреты есть у видимой нами планеты, вращается ли Луна и как ей удается удерживать свои позиции в космосе?

Земля и Луна связаны следующим образом:

Луна находится под действием силы притяжения — гравитационного поля Земли. Это та же сила не позволяет людям взлетать без специального оборудования. Однако при этом гравитация не притягивает Луну к нашей планете.
Дело в том, что спутник постоянно движется по собственной орбите вокруг Земли. Этот процесс сопряжен с возникновением другой силы — центробежной, отталкивающей светило от Земли.

Движение Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси

Чтобы это понять, достаточно представить аттракцион из луна-парка, в котором лодочки-карусели двигаются по кругу. Можно ли переместиться в центр карусели во время вращения? Не выйдет: человек почувствует сильное отталкивание, как от давления в грудь или сильного ветра. Такой же эффект испытывает Луна во время движения вокруг Земли.

Или, например, что будет, если мячик толкать сразу в две разные стороны? Он не сдвинется с места. Вот так же и силы, притягивающие и отталкивающие Луну, находятся в равновесии и помогают ей в течение миллионов оставаться на своей «дорожке».

В то время как многие думают, что Луна приближается к Земле, на самом деле Луна отдаляется от Земли на 3–4 см каждый год. Траекторию движения нашего спутника описывают как спираль, которая медленно раскручивается. Происходит это по нескольким причинам.

Почему звезды светятся и почему их не видно днем

Планета Земля и ее спутник: Freepick

Во-первых, из-за воздействия главной звезды Солнечной системы (Солнца). Она действует на Луну как магнит, причем сила воздействия больше той, какую на свой спутник оказывает Земля. Рассмотрим этот процесс подробнее:

Луна — спутник, самый близкий к Солнцу. Главная звезда нашей Галактики обладает мощной силой — магнитным полем. Оно в несколько раз превышает силу Земли и притягивает к себе Луну.
Упасть на Солнце Луна не может. Ее вращение происходит и вокруг Земли, и вместе с планетой вокруг Солнца. При этом возникает все та же центробежная сила, которая направлена на отталкивание Луны и компенсацию притяжения Солнца.

Кроме того, удаление Луны — следствие так называемого приливного ускорения. Его смысл таков:

Парад планет: что это, чего ожидать от явления

Земля совершает поворот вокруг своей оси в течение суток, а Луне требуется на такое вращение 27,3 суток.
Вслед за быстрее вращающейся Землей увлекается и медленно летящая Луна, то есть Земля передает спутнице часть собственной энергии движения.
Эта энергия служит для Луны ускорителем, который поднимает ее орбиту.

Может ли однажды остаться Земля без Луны? Ученые на этот вопрос отвечают отрицательно, и вот почему:

Забирая у Земли энергию вращения, Луна притормаживает планету.
По этой причине вращение Земли вокруг своей оси несколько замедляется, и происходит подъем геостационарной орбиты (той орбиты, на которой Луна двигается со скоростью, равной скорости вращения Земли).
Через много тысяч лет такой процесс приведет Луну на геостационарную орбиту и синхронизирует с нашей планетой, то есть планеты будут повернуты друг к другу лишь одной стороной.
В этом устойчивом состоянии Земля с Луной пробудут миллиарды лет. Нарушить взаимное вращение сможет Солнце или другой объект. Тогда спутник упадет.

Магнитные бури: что это, как они влияют на человека

Действие физических сил (притяжения и отталкивания) — главная причина, почему планеты не падают. Только остановка движения космического объекта или механизма приводит к его падению.

Почему на Землю падают небесные тела

В космосе наряду с планетами и звездами есть различные объекты:

Похожие на планеты, но гораздо более скромные по размерам тела, называют астероидами. Они двигаются вокруг Солнца по своим орбитам (траекториям), у некоторых бывают спутники.
Космической пылью называют мельчайшие частички вещества, которые расположены в пространстве Вселенной.
Объекты средних величин с размерами от 0,1 мм до 10–30 м называют метеороидами. Они рассредоточиваются в пространстве, двигаются по произвольным или относительно стабильным траекториям. Иногда образуют скопления — рои.

Ретроградный Меркурий: что о нем надо знать

Когда такие метеороиды попадают в гравитационное поле Земли, то это меняет их траекторию движения — их притягивает к поверхности.

Отметим, что движение космических тел происходит на огромных скоростях. На входе в атмосферу цифры колеблются от 11 до 72 км/с. При трении о воздух они загораются и начинают светиться. Большинство метеороидов сгорает, не достигнув поверхности, крупные постепенно замедляются и остывают.

Дождь из метеоров: Freepick

То, что с ними произойдет дальше, определяется массой, начальной скоростью, углом входа в атмосферу:

Если космическое тело красочно сгорит в атмосфере, то его назовут метеор (или болид).
При неоднородной, неустойчивой внутренней структуре оно может взорваться в воздухе, а на Землю попадут лишь обломки. Это так называемый метеоритный дождь.
Если космическое тело успеет затормозить, то его траектория изменится, оно упадет на поверхность планеты. Это будет метеорит.
Крупные космические тела на больших скоростях (2–4 км/с) при столкновении с поверхностью Земли производят мощные взрывы с образованием метеоритных кратеров (астроблем). В процессе выветривания они постепенно разрушаются.

Есть ли жизнь на других планетах: научные обоснования

В среднем в течение суток на Землю попадает примерно 5–6 тонн метеоритного вещества, о есть за год около 2000 тонн. Но большая часть сгорает в атмосфере, не достигнув поверхности нашей планеты. Многие падают в океаны или приземляются в малонаселенных областях. Очень редко метеорит падает в населенной местности, и у этого события оказывается много свидетелей.

Что происходит с космическими объектами, которые в космос запускают люди? Эти искусственные спутники должны вращаться вокруг планеты на четко заданной скорости и расстоянии, чтобы удерживаться на собственной орбите. На больших скоростях они будут вырываться из гравитационного поля и улетать во Вселенную, а на меньших — сойдут с орбиты и упадут вниз.

Есть ли жизнь на Марсе: пояснения, теории

Для последнего варианта развития событий есть множество причин. Скорость передвижения спутников замедляют:

вещества, которые проникают на большие высоты из атмосферы Земли;
солнечный ветер, то есть частички, которые попадают в космос с Солнца;
гравитационная сила Земли и прочих небесных тел.

К падению таких аппаратов приводят просчеты ученых, которые их проектируют.

Но что бы ни происходило с рукотворными объектами, в Луне можно не сомневаться: она на Землю точно не упадет. Зная о том, почему Луна не падает на Землю, остается только восхититься тем, как точно и умело создано все в природе.

Узнавайте обо всем первыми

Подпишитесь и узнавайте о свежих новостях Казахстана, фото, видео и других эксклюзивах.

Источник