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.
.061.jpg)
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 и не может быть атмосферы?
Наверное, каждый из нас видел фотографии Земли, сделанные из космоса. Голубая планета с огромными облаками и массой воды, а также размытостью границ шара.
При этом посмотрев на Луну, человек не видит ничего подобного: у нашего спутника нет облаков. Граница поверхности чёткая, все кратеры и вмятины на поверхности хорошо видны даже в телескоп. И всё это из-за того, что на Луне, в отличие от Земли, нет атмосферы.
Но исследования многих астрономов, включая исследователей из Лондонского университета, подтверждают наличие плотной атмосферы 3.4 миллиарда лет назад. Но куда она делась?
Почему же у Луны нет атмосферы?
Ну, во-первых, она есть. Да, она в 10 триллионов раз разреженнее земной, но она всё же есть. И состоит она из благородных газов (гелия, неона и аргона) и водорода. Но почему у нашего спутника нет атмосферы, схожей с земной?
Краткий ответ — испарилась из-за слабой силы притяжения. Но в этом нужно разобраться.
О слабой силе притяжения говорят сотни исследований, проведенных на ее поверхности. Так, знаменитая лунная экспедиция «Апполон-15», подарила нашему миру сотни интереснейших снимков.
Тогда другой вопрос: как способность удерживать атмосферу зависит от силы притяжения?
Необходимо вернуться к Земле и понять, почему на ней атмосфера держится. По сути, воздух представляет собой лишь смесь постоянно движущихся молекул, скорость которых может меняться в зависимости от температуры, давления и других факторов. Средняя скорость таких молекул не превышает 0.5 км в секунду, что кстати, равно скорости полета пули. Но это среднее значение — молекулы способны двигаться как гораздо быстрее, так и гораздо медленнее.
Почему пуля не улетает с Земли? Потому что её скорости недостаточно для преодоления земного притяжения. Минимальная скорость для его преодоления равна 11.2 км/с. И у пули нет такой скорости.
Однако молекулы воздуха способны двигаться с различными скоростями, и хотя абсолютное большинство молекул неспособно преодолеть земное притяжение, всё же есть молекулы, способные улететь с поверхности. На такое способно менее 0.01% всех молекул воздуха. И они улетают — но на их место приходят новые молекулы кислорода и азота.
Теперь вернёмся к Луне и применим такую же логику
Сила притяжения Земли составляет 9.8 м/c^2, а на Луне в 6 раз меньше — лишь 1.62 м/с^2. И чтобы покинуть Луну, любому телу (включая молекулы) требуется скорость в 2.4 км/с. И хотя средняя скорость молекул всё же меньше этого значения, огромное количество молекул способно улететь с поверхности Луны. А затем Солнце нагревает оставшиеся молекулы, они приобретают энергию и также способны улететь с Луны. Именно так наш спутник и лишился атмосферы.
Луна никогда не сможет быть освоена в полной степени
Даже если поставить на Луне генератор кислорода и азота, атмосфера всё равно будет улетучиваться в космос. Поэтому вместо расходования ресурсов впустую легче построить купол, который не позволит газовым смесям рассеиваться по космосу. Сегодня подобных технологий нет, что говорит о нескором освоении лунной поверхности.
При этом не стоит думать, что подобное явление просматривается лишь на лунной поверхности, это вовсе не так. На Марсе, Меркурии и множестве спутников планет-газовых гигантов нет атмосферы по причине их низкой массы. И у нас пока нет ответа, как решить эту проблему.
Понравилась статья? Ставь палец вверх и подписывайся на мой канал. Там ещё множество научных тем: космос, химия, физика, медицина, технологии,изобретения и многое другое! Объясняю сложные вещи просто и понятно 🙂
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
Атмосфера Луны. Да, она существует.
Многие люди убеждены, у Луны нет атмосферы. Они думают, что на Луне царит космический вакуум. Но это на самом деле не так. На самом деле у нашего единственного спутника есть атмосфера. Так вот почему американские флаги колышутся на ветру! 🤔(Шутка).
Атмосфера Луны
Луна имеет крайне разреженную по сравнению с земной атмосферу. И дышать ей небезопасно. Потому что можно задохнуться😊. Тем не менее она существует. И ее характеристики были измерены с помощью приборов, доставленных на Луну астронавтами миссии Аполлон. А так же с помощью спутников, которые работали на лунной орбите в последующие годы.
Атмосфера Луны тоньше, чем самая тонкая бумага. На Земле, на уровне моря, воздух, которым мы дышим, содержит около 100 миллиардов миллиардов молекул в одном кубическом сантиметре. Кажется, что это невероятно большое число! И все же мы не видим воздух. Потому что молекулы газов, которые его составляют, имеют очень маленькие размеры.
В одном кубическом сантиметре лунной атмосферы всего-навсего около миллиона молекул. Это практически ничто, если сравнивать с плотностью атмосферы Земли. Тем не менее атмосфера Луны вполне реальна. И типична для тонких атмосфер, встречающихся на других телах Солнечной системы.
Состав атмосферы Луны похож на состав атмосферы Земли. В ней содержится азот, гелий, аргон, неона, аммиак, метан и углекислый газ. Эти газы были обнаружены в образцах, взятых с помощью прибора LACE. Который использовался в ходе последней пока миссии НАСА на Луну — Аполлон 17.
Также в атмосфере Луны были обнаружены натрий и калий. Интересно, что эти химические вещества не встречаются в атмосферах Земли, Марса и Венеры. Эти элементы были обнаружены астрономами, изучающими Луну с помощью специальных телескопов.
Откуда у Луны атмосфера?
Откуда же взялась атмосфера Луны? Какую природу она имеет? По большей части ее газы образуются в результате взаимодействия между Луной и Солнцем. Солнечный ветер состоит из заряженных частиц. И бомбардировка поверхности Луны этими электрически взаимодействующими ветрами провоцирует выделение из лунной поверхности различных химических элементов. А тепла и света от Солнца достаточно, чтобы стимулировать дальнейшие химические реакции. Это добавляет еще больше содержимого в атмосферу Луны. Создание атмосферы Луны — это непрерывный процесс. Это очевидно. Поскольку составляющие ее молекулы в конечном итоге улетают в космос.
Выброс газов из-под поверхности — еще один вероятный источник поддержания лунной атмосферы. Подобные явления происходят в результате сейсмической активности.
Лунотрясения могут быть вызваны различными событиями — воздействием крупных метеоритов, обвалом стенок кратеров, резкими изменениями температуры поверхности, приливным (гравитационным) притяжением Земли. И происходят довольно регулярно. Сейсмические измерительные приборы, оставленные на Луне Аполлоном-17, зафиксировали 12 000 лунотрясений в период с 1972 по 1977 год.
Если все атмосферные газы Луны сжать, они будут весить всего 25 000 кг. Это необычайно мало для спутника диаметром около 3500 километров.
И не только на Луне
Атмосферы подобного типа можно найти на Меркурии. Они есть на некоторых крупных астероидах. А так же на некоторых из спутников Сатурна и Юпитера. Тела, которые являются достаточно плотными и достаточно большими, чтобы превысить определенный гравитационный порог, способны удерживать слабые атмосферы. При условии, конечно, что там существуют источники атмосферных газов. Которые, собственно, и создают эти атмосферы.
В дополнение к содержащимся в ней газам атмосфера Луны регулярно загрязняется гигантскими пылевыми облаками, поднимающимися с поверхности. За это явление ответственны ультрафиолетовые лучи солнечного света. Пыльные облака могут подниматься довольно высоко из-за низкой гравитации. Эта атмосферная пыль порождает явление, известное как свечение лунного горизонта . Его можно наблюдать тогда, когда Солнце находится на горизонте Луны. Пыль поднимается в течение лунного дня. А затем, ночью, оседает обратно на поверхность Луны. И так происходит ежедневно.
Эта пыль оказалась настоящей проблемой для астронавтов Аполлона. Лунная пыль — очень мелкая и липкая субстанция. Ее воздействие привело к значительному износу материалов, использованных при изготовлении космических скафандров астронавтов Аполлонов. Эта пыль также способна портить и засорять чувствительное оборудование. И может стать настоящей головной болью для будущих поселений на Луне. Если таковые вообще когда-нибудь будут построены.
Атмосфера Луны — не единственная интересная вещь, найденная на этом замечательном спутнике. На его полюсах также имеются значительные запасы льда. Объемы которых, по последним оценкам, могут превышать 600 миллионов тонн. Молекулы воды были обнаружены и в других широтах. В лунной пыли. Это свидетельствует о перемещении воды из полярных регионов в более низкие широты в результате циркуляции атмосферы.
Эта вода может быть использована будущими колониями Луны или научными станциями. Которые смогут добывать из нее кислород для дыхания.
Друзья! Если вам понравилась эта статья, ставьте лайк и подписывайтесь на наш канал! Спасибо!
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