Лунные тайны: почему спутник так важен для земли?
Луна — естественный спутник нашей планеты. Ее влияние настолько велико, что астрономы часто говорят о связке «Земля-Луна» не как о планете и спутнике, а как о двойной планете. До сих пор не утихают споры о ее происхождении. Попробуем в них разобраться.
Что за странная «планета»?
Луна влияет почти на все сферы жизни на Земле, и история человеческой цивилизации не была исключением. Еще охотники на мамонтов вели счет дней по фазам Луны. Для первых цивилизаций спутник Земли был божеством, во власти которого находилось самое важное — сельскохозяйственный цикл. В большинстве древних цивилизаций Луну считали могущественной богиней, которой возводили храмы и приносили жертвы (иногда человеческие). Затмения Луны вызывали ужас — божество в гневе закрыло свой лик, грядут бедствия! В Средние века Луну считали местом обитания ангелов, в эпоху Просвещения предавались мечтам о расе селенитов, живущей на ночном светиле. Научный прогресс быстро разрушил эти наивные представления. Луна оказалась малой планетой, безжизненной и малопривлекательной (с человеческой точки зрения). Но также выяснилось, что влияние нашего спутника на процессы, происходящие на Земле, очень велико — вероятно, без Луны на Земле не могла бы существовать биосфера, и наша планета была бы похожа на Марс или Венеру. Ведь именно наличие Луны определяет важнейший климатический параметр — наклон оси вращения планеты по отношению к плоскости ее орбиты, определяющий характер смены времен года.
Из законов небесной механики известно, что наклон оси вращения планет подвержен колебаниям, примером чему является наш сосед Марс. Как показывают выполненные астрономами расчеты, угол между экватором Марса и плоскостью его орбиты значительно менялся. А ведь поверхность Красной планеты содержит многочисленные признаки иного прошлого — русла, протоки, осадочные породы (следы древних морей!). В далеком прошлом климат планеты был теплее, и на ее поверхности существовала жидкая вода, а возможно, жизнь. Но произошла какая-то катастрофа, и Марс превратился в ледяную пустыню. Исследования показывают, что наиболее вероятной причиной «замораживания» Марса было изменение угла наклона марсианской оси. Для Земли даже ничтожное изменение угла наклона оси к плоскости эклиптики (на величину порядка градуса) может обеспечить ледниковый период. Между тем Марс поворачивался на десятки градусов, поэтому грандиозные климатические катастрофы на нем были неизбежны. А вот у Земли угол наклона оси относительно плоскости орбиты варьировался не более чем на один-два градуса, что обеспечивало поразительную (по меркам иных планет) стабильность климата. Возникает естественный вопрос — а в чем причина уникальной устойчивости нашей планеты?
Как Луна нам помогает
Большинство ученых полагает, что за стабильность земного вращения (и, соответственно, климата) мы должны благодарить Луну — именно благодаря ей хаотические колебания угла наклона Земле не грозят. Гипотетическое отсутствие у Земли крупного спутника создало бы условия для очень сильных колебаний угла между экватором и орбитой, что сделало бы климат на Земле непригодным для жизни.
Благотворная роль Луны этим не ограничилась, способствуя появлению жизни: она вызывала приливы, способствовавшие аэрации морей. Возможно, даже сама жизнь впервые зародилась в приливной зоне! Движение Луны по небу влияет на жизненные циклы многих организмов — ярким примером служат мечехвосты (морские членистоногие, отдаленно родственные ракам и крабам), которые метают икру только при определенной фазе Луны.
Она, несомненно, повлияла и на историю человечества. Как идеальный небесный хронометр, спутник Земли значительно ускорил появление первых календарей. Наблюдения за Луной (самым близким небесным телом) сыграли огромную роль в развитии астрономии. Из них античные ученые сделали вывод о шарообразности планет, а движение Луны и его связь с морскими приливами позволили в XVII веке сформулировать законы всемирного тяготения.
Позднее наблюдения за Луной способствовали развитию науки о планетах — ведь ни одна другая планета (кроме Земли) не была исследована столь подробно! Впрочем, по мере накопления знаний о Луне вставал ряд вопросов. Самой большой тайной оставалось происхождение Луны — гипотез возникновения ночного светила было выдвинуто множество, но ни одна из них не могла объяснить все факты. Каковы основные особенности нашего спутника, которые вызывали такие сложности у ученых?
Перечислим основные из них:
- средняя плотность Луны намного меньше средней плотности Земли, так как у Луны очень маленькое ядро (если у Земли оно около 30% массы планеты, то у Луны — не больше 2—3%);
- на Луне повышено содержание тяжелых элементов (торий, уран, титан);
- а вот соотношение изотопов кислорода в земной и лунной коре практически одинаково (а ведь у разных планет и метеоритов из разных уголков Солнечной системы оно весьма сильно различается);
- лунная кора намного толще земной, что предположительно свидетельствует о том, что все слагающее ее вещество было когда-то расплавлено (а вот Земля, как считается, полностью расплавленной никогда не была);
- наконец, плоскость орбиты Луны не совпадает с экваториальной плоскостью Земли.
Среди многочисленных предположений о механизме происхождения нашего спутника три гипотезы в разное время снискали наибольшую популярность среди ученых. Расскажем и о них.
Гипотезы происхождения Луны
Согласно одной из этих гипотез, наша спутница когда-то была «самостоятельной» малой планетой Солнечной системы, вращавшейся вокруг Солнца. Однако в какой-то момент вольная Луна подошла к Земле слишком близко — и сила притяжения захватила ее и перевела на новую орбиту, где Луне суждено было вращаться вокруг нашей планеты в качестве спутника.
Увы, расчеты показали, что эта гипотеза не может объяснить особенности лунной орбиты, а обнаруженное после полетов на Луну сходство элементов земной и лунной коры поставило на версии «захвата» жирный крест. Другой популярной гипотезой было предположение о совместном формировании Земли и Луны (эту гипотезу выдвинул великий Иммануил Кант). В соответствии с ней, Луна и Земля сформировались одновременно — из одного газопылевого облака. Зародившаяся прото-Земля набрала такую массу, что частички облака начали вращаться уже по своим орбитам вокруг нее, постепенно образовав прото-Луну.
Эту гипотезу отчасти подтверждает сходство изотопов Земли и Луны, но данная модель совершенно не объясняет особенности лунной орбиты.
Чтобы объяснить эти противоречия, американские астрономы Билл Хартманн и Дональде Дэвис в 1975 году выдвинули импактную (т. е. «ударную») гипотезу, которая в настоящее время считается основной. Согласно ей, когда Солнечная система только зарождалась, из газопылевого облака, вращающегося вокруг Солнца, на орбите будущей Земли образовались сразу две протопланеты — одной из них была молодая Земля, а другая (она была меньше, размером примерно с Марс) получила имя Тейя. Под действием притяжения планеты начали сближаться, и 4,4 млрд лет назад наконец произошла грандиозная катастрофа — столкновение планет. Удар, к счастью, пришелся по касательной. Тейя была уничтожена, а расплавленные земные недра от удара выплеснуло на околоземную орбиту. Из этого вещества примерно за сто лет сформировалась Луна. Удар раскрутил Землю — вот откуда быстрая (в сравнении, например, с Венерой) смена дней и ночей. Эта гипотеза хорошо объясняет и наклон лунной орбиты, и сходство изотопов кислорода на Земле и на Луне, и странное внутреннее строение Луны. Однако новые исследования, опубликованные в журнале Nature, наносят смертельный удар по этим взглядам.
Проведя детальное исследование образцов лунных пород, добытых экспедициями кораблей серии «Аполлон» в 70-е годы XX века, специалисты из Вашингтонского университета вынесли отрицательный вердикт импактной гипотезе: «Если бы старая теория была верна, то больше половины лунных пород состояли бы из материала ударившего Землю планетоида. Но вместо этого мы видим, что изотопный состав фрагментов Луны весьма специфичен. Тяжелые изотопы калия, найденные в образцах, могли сформироваться только под воздействием невероятно высоких температур. Лишь очень мощное столкновение, при котором планетоид и большая часть Земли испарились бы при контакте, может вызвать подобный эффект».
В результате ученые предложили новую теорию: вместо колоссального столкновения планет были множественные столкновения с меньшими астероидами. Астероидная бомбардировка «выкинула» на орбиту Земли достаточно обломков, чтобы сформировать несколько маленьких спутников, которые со временем слились в один большой. Эта «Протолуна» продолжила поглощать объекты на орбите, пока не осталась в гордом одиночестве.
Авторы исследования утверждают, что их гипотеза лучше всего соответствует полученным данным. Однако немедленно нашлись скептики, которые указали, что и новая гипотеза возникновения Луны объясняет далеко не все странности ночного светила. Так что точку в спорах о Луне ставить пока рано — спутник Земли по-прежнему сохраняет свою тайну…
Источник
Почему Луна являться спутником Земли?
На небе есть много ярких объектов – звезды, планеты, кометы, созвездия. Но только Луну называют естественным спутником Земли. Что означает этот термин и откуда он возник?
В обычной жизнь спутником могут называть любой объект (обычно относительно малый), который сопровождает другой объект. Так, город-спутник – это небольшой город вблизи мегаполиса, чья экономика объединена с ним. Люди же называют друг друга спутниками, если они двигаются вместе, например, «я и мои спутники хотим снять номер в вашей гостинице». То есть слово «спутник» является синонимом слова «попутчик».
В астрономии же спутник (или сателлит) – это любой объект, которое совершает вращательное движение вокруг другого, обычно значительно более массивного тела. Такой спутник как бы прикреплен к своему хозяину и никуда от него не отходит. Луна как раз является единственным крупным объектом естественного происхождения, вращающимся вокруг Земли, а потому и носит звание «спутник». Чаще всего таким термином обозначают именно тела, вращающиеся вокруг планет, но в принципе и сами планеты могут рассматриваться как спутники Солнца.
Из-за взаимного движения планет расстояния между ними сильно колеблются. Так, дистанция, между Землей и Марсом меняется от 55 до 401 млн км. В Солнечной системе есть лишь два объекта, которые находятся на относительно постоянном расстоянии от Земли. Во-первых, это Луна, которая является земным сателлитом. Во-вторых, это Солнце, ведь наша планета в свою очередь является его спутником.
Можно сказать, что Луна является попутчиком Земли. В какой бы точке своей орбиты не оказалась наша планета, вслед за ней движется и связанная с ней силой гравитации Луна.
Заметим, что как Земля одновременно является и хозяином сателлита (центральным телом) для Луны и спутником для Солнца, так и наша звезда тоже может рассматриваться как сателлит центра нашей галактики. Теоретически можно представить, что и Луны могли бы быть свои собственные спутники. Однако их нет, более того, из-за сильной земной и солнечной гравитации в принципе не существует устойчивых окололунных орбит, на которых небесное тело могло достаточно долго находиться и вращаться вокруг Луны.
Список использованных источников
Источник
Зачем человечеству нужна Луна?
Исследования, которые проводились в последние годы, показали, что Луна — это просто кладовая природных богатств. Например, на Южном полюсе нашего спутника обнаружены огромные запасы водяного льда. И он может очень хорошо пригодится при создании лунных баз или колоний.
На Луне обнаружены редкоземельные металлы, такие как неодим и лантан. Они широко используются при производстве смартфонов, аккумуляторов и объективов камер. Есть на Луне и множество других полезных металлов. Таких, например, как кремний, титан и алюминий.
Более того, на поверхности Луны имеются огромные запасы редкого изотопа гелия под названием «гелий-3». Его можно использовать в качестве топлива термоядерных реакторов будущего. И некоторые компании уже разрабатывают планы по разработке этого ресурса на Луне. Но каковы будут последствия, если мы захотим использовать все эти ресурсы?
Луна. Новая «золотая лихорадка»
Лунная гонка снова набирает обороты. Однако на этот раз речь идет не о соревновании двух сверхдержав, как это происходило в 1960-х годах. Сегодня в ней участвуют и другие страны. Такие, как Индия и Китай. А также частные компании, такие как SpaceX в Америке и SpaceIL в Израиле.
Эти компании очень хотят найти способ обеспечить свое долгосрочное присутствие на Луне. И они очень заинтересованы в том, чтобы добыча ресурсов на Луне имела экономическую целесообразность. Вы будете удивлены, но в международном законодательстве практически нет положений, регулирующих подобную деятельность.
Договор о Луне
Да, существует так называемый Договор о Луне. Он был открыт для подписания всеми желающими странами в 1979 году. В этом документе Луна признается «общим наследием человечества». Он вступил в силу в 1984 году. Однако ни одна крупная космическая держава его так и не ратифицировала.
В основном такая ситуация объясняется тем, что «общее наследие» подразумевает совместную собственность и справедливое распределение ресурсов. Таким образом, выручка от продажи любых ресурсов, добытых на Луне, должна была бы равномерно распределяться по всей Земле. А не храниться страной или компанией, которая их добыла. И, похоже, лишь очень немногие страны готовы отдать свою прибыль на общее благо.
В упомянутом договоре также содержится призыв к созданию международного органа, который должен управлять эксплуатацией природных ресурсов Луны. Без такого регулирования может сработать принцип «победитель получает все». И это, несомненно, приведет к некоей лунной «золотой лихорадке» между странами и компаниями, которые смогут позволить себе добывать ресурсы на Луне.
Мы могли бы добраться до Марса быстрее
По большому счету все, что нам нужно для производства ракетного топлива — это вода. Процесс, называемый «электролизом», позволяет расщеплять воду на водород и кислород. Которые потом можно использовать в качестве топлива. А если мы попытаемся долететь до Марса, нам понадобится много топлива.
Чтобы преодолеть мощное гравитационное поле нашей планеты, ракета должна развить скорость около 11 км/с. А это требует очень больших энергозатрат. А вот Луна имеет только одну шестую гравитации Земли. И поэтому топлива для разгона к Марсу нужно будет гораздо меньше. Что значительно удешевит стоимость экспедиции.
Капсула времени
Луна — это научная капсула времени. Поскольку у нее практически нет атмосферы, там не происходит выветривания или эрозии поверхности. Поверхность Луны — это 4,5 миллиарда лет чистейшей астрономической истории. Мы потеряли эту древнюю геологическую историю на Земле из-за эрозии и бесконечных изменений поверхности планеты в результате тектоники плит. На Луне мы сможем понять, как формировалась наша звездная система. И даже то, какие стадии эволюции пережило наше Солнце.
Луна спешит на помощь
Есть одна вещь, которую Луна имеет в абсолютном изобилии: пыль. И это весьма неприятная штука. Это очень абразивный материал. Поэтому он быстро изнашивает любую поверхность и повреждает уплотнения. Лунная пыль темная и чрезвычайно липкая субстанция. И поэтому сразу же покрывает все, что оказывается на поверхности Луны. К тому же она очень токсична. И представляет опасность для здоровья любого космонавта, который вдохнет ее.
Однако этот всепроникающий порошок может быть чрезвычайно полезным: его можно использовать для спасения Земли от изменения климата. В 2007 году астрофизик Кертис Струк из Университета штата Айова изучил возможность использования лунной пыли для защиты Земли от солнечного света.
Струк предложил распылять лунную пыль в определенных местах околоземной орбиты. По мнению ученого, она будет поглощать определенную часть солнечной энергии. Что позволит снизить температуру нашей планеты.
Согласитесь. Сумасшедший, но весьма оригинальный план!
Источник