Насколько велика луна? попробуем представить…

Изучение Солнечной системы

Долгое время человечество было убеждено, что все звёзды и планеты вращаются вокруг Земли. Система мира с неподвижной Землёй в центре была разработана греческим учёным Птолемеем во 2 веке до нашей эры и просуществовала более полутора тысяч лет. 

В 1453 году польский астроном Николай Коперник доказал, что Земля, как и другие планеты (на тот момент их было известно шесть), вращаются вокруг Солнца. Однако вплоть до XVII века церковь считала это учение ересью и боролась с его последователями. 

Одним из них был итальянский монах Джордано Бруно. В 1584 году он опубликовал исследование, в котором утверждал, что Вселенная бесконечна, а Солнце подобно остальным звёздам, просто находится гораздо ближе к Земле. Бруно был схвачен инквизицией и приговорён к сожжению на костре как еретик. 

Другим последователем Коперника стал итальянский учёный Галилео Галилей. Он создал первый телескоп, который позволил увидеть кратеры Луны, пятна на Солнце, открыть четыре спутника Юпитера и установить, что планеты вращаются вокруг своей оси. Чтобы не повторить судьбу Бруно, Галилей был вынужден отречься от своих идей.

В XVII веке немецкий астроном Иоганн Кеплер открыл законы движения планет — ему удалось установить связь между скоростью вращения планеты и её расстоянием от Солнца. Его идеи воспринял знаменитый английский физик Исаак Ньютон, создатель теории всемирного тяготения. 

В XVIII—XIX веках открытия в области оптики позволили создать более мощные телескопы, которые позволили учёным узнать больше о солнечной системе. Были открыты планеты Уран и Нептун. 

В 1951 году Советский Союз вывел на орбиту Земли первый искусственный спутник. С этого момента началась Космическая эра — эпоха практического изучения солнечной системы. 

В 1961 году Юрий Гагарин стал первым человеком, побывавшем в космосе, а в 1969 году космический корабль «Аполлон-11» доставил людей на Луну. 

В 1970-х годах Советский Союз и США запустили несколько десятков аппаратов для исследования Марса, Венеры и Меркурия, а запущенные в 1980-х аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» позволили получить данные о дальних планетах — Юпитере, Сатурне, Уране, Нептуне и их спутниках. Большую роль в изучении солнечной системы сыграл вывод на орбиту Земли космического телескопа «Хаббл» в 1990 году. 

В нынешнем десятилетии космические агентства разных стран планируют пилотируемый полёт на Марс. Экспедиция на другую планету станет величайшим событием в истории освоения солнечной системы. И всё же пока человечество находится в самом начале пути изучения космоса.

Поверхность Луны

Детские сказки рассказывают нам о том, что Луна сделана из сыра. Но, что справедливо и в отношении других тел в Солнечной системе, камень является более реальным на это кандидатом. Поверхность Луны имеет мертвые вулканы, ударные кратеры и потоки застывшей лавы. Некоторые из них можно увидеть без специальных приборов. Древние ученые считали, что темные участки Луны могут быть океанами. И поэтому называли их по латыни «мare», что значит «море». Эти области — действительно океаны в определенном смысле. Вместо воды лунные моря содержат застывшую лаву. В период молодости Луны ее кора была достаточно разогрета для того, чтобы образовывать вулканы. Хотя при этом она быстро охлаждалась и затвердевала. Лава могла прорываться сквозь кору, когда на Луну падали достаточно крупные астероиды.

На поверхности Луны много свидетельств падения таких астероидов. В начале истории Солнечной системы все планеты и луны пострадали от них. Это был так называемый период тяжелой бомбардировки. На Земле тектоника плит и эрозия поверхности скрыли большую часть свидетельств этого периода. К тому же атмосфера помогла сжечь некоторые мелкие метеориты, не дав им попасть на поверхность. Однако на Луне нет всех этих факторов. Поэтому история Солнечной системы сохраняется на поверхности Луны в неизменном виде.

Конечно, период тяжелой бомбардировки, который закончился около 3,8 миллиарда лет назад, не несет ответственность за все кратеры на Луне. Большие и малые астероиды продолжали изменять ее поверхность. Но это происходило гораздо медленнее, и приводило к появлению ударных кратеров над потоками когда — то застывшей лавы.

Кора Луны состоит из бетоноподобного мелкозернистого реголита. По мере того как астероиды и метеориты сталкиваются с поверхностью, они разбивают реголит на мелкие кусочки. Они обладают свойствами сохранять отпечатки (например, знаменитый след Нила Армстронга).

Толщина коры Луны составляет 60-100 км. Реголит на поверхности может быть неглубоким — до 3 метров в морях, и до глубины 20 метров на возвышенностях.

Названия лунных кратеров

Первым кратеры на Луне увидел Галилео Галилей в свой 3-кратный телескоп, и он же придумал это название. До этого считалось, что лунная поверхность ровная. Древнегреческим словом Κρατήρ называли сосуд, в котором смешивали вино и воду. Так как углубления на Луне выглядели, как чашеобразные углубления, Галилей так их и назвал. Он писал:

Любопытно, наверное, взглянуть первым на привычные вещи и увидеть совершенно не то, что ожидалось. Галилей, наверное, был поражен тем, что он увидел первым из людей.

Рисунок лунных кратеров, сделанный Галилео Галилеем.

С тех пор многие лунные кратеры получили свои собственные названия. Большинство названы в честь учёных – Бруно, Пастер, Лейбниц, Ферми, Клавий, и многие другие. Есть кратеры Гагарин и Королёв. Аполлон назван в честь американской лунной программы.

Названия лунных кратеров регулирует Международный астрономический союз (МАС). Конечно, есть и множество безымянных кратеров, которые имеют небольшие размеры. Каждой выемке размером в несколько метров дать название просто нереально.

Диапазон температур

Температура на поверхности и динамика ее изменения учитываются специальными инфракрасными датчиками, располагающимися на выведенных на окололунную орбиту станциях. Полученные этими устройствами данные характеризуются высокой точностью.

Средняя температура поверхности Луны в дневное время составляет +127°C. При этом по мере приближения к полюсам она снижается и достигает +10…-15°C. Ночью почти на всей поверхности небесного тела она падает до -173°C. Рекордный порог снижения температуры зафиксирован в кратерах полюсов. Установлено, что на Южном полюсе она может падать до -238°C. В кратерах на Северном полюсе — может снижаться до -247°C.

На глубине более 1 м показатели остаются стабильными. Это связано с высокой плотностью пород. Почти везде здесь сохраняется вечная мерзлота, и даже в дневные часы породы не прогреваются до показателей выше -5°C. Считается, что на полюсах показатели теплопередачи намного ниже, т.к. солнечные лучи в этих областях не прогревают даже поверхностный слой.

Спутник нашей планеты

Луна — это естественный спутник Земли, диаметр которого составляет почти 3,5 тыс. км, а длина по экватору – около 11 тыс. км (по площади она меньше нашей планеты в три с половиной раза). Находится Селена от Земли на расстоянии в 385 тыс. км, а потому после Солнца считается вторым по яркости объектом на небосводе. По подсчётам учёных, возраст спутника составляет не менее четырёх миллиардов лет.

Существует множество версий, как именно у нашей планеты появился спутник. Одна из них гласит о том, что Земля и Луна были сформированы одновременно. Другая выдвигает предположение о том, что Селена образовалась на большом расстоянии от нашей планеты, и пролетая неподалёку, оказалась в зоне действия гравитации Земли и не смогла «вырваться».

Недавно на основе данных, полученных при анализе образцов лунного грунта, учёные выдвинули новую теорию, которая на данный момент принята в качестве основной. Речь идёт о гигантском столкновении, когда более 4 млрд. лет назад протопланета Земля (крупный планетарный зародыш) натолкнулась на протопланету Тейю, причём столкновение произошло не по центру, а по касательной.

Больше пострадала Тейя, которая выбросила на земную орбиту основную часть своих составляющих элементов, тогда как Земля выделила лишь небольшую долю земной мантии. Объединившись, эти вещества сформировали зародыш Луны. Стоит заметить, что наша планета после столкновения с Тейей на пять часов увеличила скорость своего вращения, изменив угол оси.

Сходства и отличия Земли и Луны

С тех пор, как Галилео Галилей впервые увидел на Луне горы, стало ясно, что некоторое сходство с Землёй у нашего спутника есть. Тем более, там наблюдались даже «моря», которые, правда, оказались просто твёрдой пустыней. Однако у Луны с Землёй на самом деле общего довольно мало – это сходный уровень содержания в коре и мантии изотопов кислорода. Это говорит о том, что Луна и Земля образовались из одного протопланетного облака, на одном расстоянии от Солнца. Тела, образованные в других местах, сильно отличаются по этому показателю. Так что набор химических элементов в их составе более-менее похож.

Но отличий гораздо больше, как в составе, так и в строении:

• У Луны средняя плотность почти вдвое меньше земной. В основном из-за того, что Земля имеет большое металлическое ядро, которое занимает 30% веса планеты. У Луны маленькое железо — никелевое ядро, весящее менее 3% от всей массы. Кстати, плотность Луны близка к плотности земной мантии.
• На Луне гораздо меньше водорода, азота, фтора, инертных газов. Это летучие вещества, которые могли просто улетучиться в космос за миллиарды лет. А вот содержание титана, тория, урана, некоторых других тяжелых элементов, в лунной породе больше, чем в земной.
• У Луны очень толстая кора, толщиной до 80 км, то есть больше земной в несколько раз. При этом состоит она из застывшей мантии. Поэтому считается, что когда-то Луна была полностью расплавлена.
• Плоскость лунной орбиты не совпадает с земным экватором, а наклонена. Крупные спутники других планет обычно вращаются в плоскости их экваторов.

Из этого можно сделать самые разные выводы. Поэтому рассмотрим гипотезы о том, как появилась Луна, существующие сейчас.

Физические поля Луны

Наиболее тщательно исследовалось гравитационное поле Луны, что объясняется не только потребностями космонавтики, но и дает важную информацию об особенностях строения Луны. Эти исследования выявили нецентральность гравитационного поля, обусловленную неоднородностью плотности недр.

Магнитное поле Луны по имеющимся оценкам является весьма слабым и составляет примерно 0, 1% Магнитного поля Земли, что соответствует напряженности магнитного поля, не превышающей 0, 5 гамм.

Электрическое поле у поверхности Луны не измерялось, но существуют теоретические указания на то, что из-за значительного приливного воздействия со стороны Земли внутри Луны должно произойти перераспределение электрических зарядов, приводящее к образованию над ее поверхностью электрического поля с напряженностью в некоторых точках порядка киловольта на метр.

Отражение падающего от внешнего источника света довольно заметно преобладает в направлении к этому источнику; по этой причине Луна ярче всего в полнолуние. Собственное тепловое излучение Луны незначительно (соответствует температуре не выше 100 К).

Фазы

Без преувеличения эта тема волнует человеческое население больше, чем что-либо другое связанное со спутником, ведь многие давно стали замечать постоянное изменение настроения или физического состояния в определенный период месяца. На самом деле фазы – это освещенный Солнцем, видимый нам диаметр Луны, который периодически затемняется. Такие изменения связаны со взаимным расположением нашей планеты, ночного и дневного светила.

Новолуние – это процесс, когда Луна, Солнце и Земля расположены на одной линии. В таком положении спутник не виден человеку. Первая четверть лунной фазы наблюдается спустя двое суток. В это время мы видим спутник в виде узкого серпа. Этот процесс происходит из-за отклонения Луны от той линии, на которой она находится во время новолуния.

По прошествии двух недель наступает полнолуние. Космические объекты снова располагаются на одной линии в таком порядке: Луна – Земля — Солнце. От других фаз полнолуние отличается различными явлениями, например такими, как затмения и морские приливы. В это время видимый диаметр Луны полностью освещен.

Спустя три недели после новолуния спутник Земли снова виден лишь наполовину. Это явление получило название «последняя четверть». С каждым днем лунный серп становится все уже, до тех пор пока не исчезнет совсем, после чего снова начнется фаза новолуния.

Американцы на Луне

Соединенные Штаты Америки явно отставали в освоении лунных просторов, так как первые успехи принадлежали именно Советскому Союзу. В 1961 году президент США Кеннеди сделал серьезное заявление о том, что в 1970 году люди высадятся на спутнике планеты. И это будут американцы.

Чтобы осуществить подобный план, нужна была надежная почва. Для этих целей тщательно изучались снимки поверхности Луны, проводились исследования аномальных явлений на ее поверхности.

Первый пробный пилотируемый полет, который осуществлялся без высадки, произвел «Аполлон-8». Тогда космонавты сделали съемку местности, чтобы организовать будущую экспедицию. На корабле «Аполлон-10» был осуществлен второй полет вокруг спутника. Космонавты во время него опускались на расстояние до 15 километров от Луны.

После таких длительных подготовок к спутнику был отправлен «Аполлон-11», а в 1969 году, 21 июля, согласно официальным источникам информации, около моря Спокойствия высадились американцы. Самым первым на Луну ступил Нил Армстронг. Вторым был Эдвин Олдрин. Всего на спутнике космонавты находились в течение 21,5 часа.

Общее описание

Среди планет земной группы Солнечной системы, в которую входят Меркурий, Венера и Марс, Земля самая крупная. Планета третья по удаленности от Солнца, она является пятой по диаметру массе и плотности.
Возраст нашей планеты сравнивают с возрастом всей Солнечной системы и насчитывает примерно 4,5 млрд лет. Существует гипотеза, что Земля образовалась из газа и пыли, которые остались от формирования солнца.
Древнейшие горные породы, которые были изучены, образовывались примерно
100 — 200 миллионов лет. А условия, благоприятные для возникновения жизни на планете, возникли только 3,5 млрд лет назад появились. Мы же, как современный тип человека, сформировались только 40 000 лет назад.

Земля имеет шарообразную форму, приплюснутую на полюсах. Протяжённость экватора Земли составляет 40076 км, экваториальный радиус 6378 км, полярный радиус 6357 км и средний радиус 6371 км.

Земля, и мы вместе с ней, вращается вокруг Солнца по круговой орбите, радиус которой составляет 150 млн км. Период, за который обращается по эллиптической орбите Земля, происходит со скоростью 29,8 км/с и длится 365 суток. Приблизительное расстояние до Солнца составляет 149 543 000 километра.

Земля вращается также вокруг своей воображаемой оси (с запада на восток). Полный оборот совершается примерно за 23 часа 56 минут. Ось вращения наклонена на
66,5 градусов по отношению к плоскости орбиты, и в результате такого движения происходит смена дня и ночи. А так как земля одновременно ведет вращение вокруг Солнца, то приближаясь, то удаляясь от него — происходит смена времен года.

Более современные исследования

Луна – самое изученное тело на небосклоне. Ученые разных стран для его исследования запустили около ста спутников. Первым в мире исследовательским аппаратом был запущен советский спутник «Луна-1». Это событие произошло в 1959 году. Тогда исследовательский комплекс смог опуститься на лунную поверхность, взять образцы грунта, передать на Землю фотоснимки, примерно вычислить, какая масса Луны. Помимо этого спутника, Советским Союзом на Лунную поверхность было доставлено также два лунохода. Один из них функционировал почти 10 месяцев, пройдя расстояние в 10 км, а второй – 4 месяца, пройдя 37 км.

Классификация кратковременных феноменов

Туманные явления чаще всего наблюдаются в районе кратера Плутон и моря Кризисов. Предполагается, что подобные исчезновения некоторых видимых ранее частей Луны связано с выходом газа из ее глубин из-за приливной силы нашей планеты, которая в 32 раза выше лунной на Земле.

Причиной вспышек, вероятнее всего, является падение метеоритов на поверхность Луны. В мае 1972 года был зарегистрирован тысячетонный тротиловый удар недалеко от посадки «Аполлона-14».

Теневые явления представляют собой появление темных участков в местах, где таковых быть не должно. К примеру, Солнце расположено высоко, а дно одного из кратеров находится в тени. Причиной этого феномена является тепловой удар. Во время восхода Солнца температура на поверхности спутника варьируется от -120 до +110 градусов, что нередко вызывает увеличение лунных пород.

Вариация

Расстояние от Земли до Луны постоянно меняется. Из-за некруговой орбиты Луны это расстояние может изменяться до 75 м / с или даже более 1000 километров всего за 6 часов. На расстояние Земля-Луна также влияют другие факторы.

Нарушения и эксцентриситет

Расстояние Земля — ​​Луна и фазы Луны в 2014 году. Фазы Луны: 0 (1) — новолуние, 0,25 — первая четверть, 0,5 — полнолуние, 0,75 — последняя четверть.

Вариация расстояния между центрами Луны и Земли за 700 дней.

Из-за его эллиптической орбиты с переменным эксцентриситетом мгновенное расстояние изменяется с месячной периодичностью. Кроме того, расстояние нарушается гравитационным воздействием различных небесных тел, наиболее значительным из которых является Солнце и в меньшей степени Юпитер . Другие планеты Солнечной системы несут ответственность за мельчайшие возмущения, такие как астероиды , приливные силы и релятивистские эффекты. Влияние давления, вызванного солнечной радиацией, приводит к изменению лунного расстояния на ± 3,6 мм.

Измеренное расстояние до Луны может отличаться от среднего значения более чем на 21 000 км в течение месяца. Эти возмущения хорошо изучены, и расстояние до Луны можно точно смоделировать на протяжении тысяч лет.

Увеличение средней дистанции

Текущая скорость спада составляет 3,805 ± 0,004 см в год. Похоже, что в последнее время этот показатель увеличился. Действительно, скорость удаления 3,8 см / год означала бы, что Луне всего 1,5 миллиарда лет, в то время как ученые считают, что возраст составляет около 4 миллиардов лет. Также кажется, что эта аномально высокая скорость удаления продолжает увеличиваться.

Ученые предполагают, что расстояние до Луны будет продолжать увеличиваться до тех пор, пока Земля и Луна не будут гравитационно заблокированы и начнут синхронно вращаться. Это происходит, когда длина лунного орбитального периода равна периоду вращения Земли. В этом случае два тела находятся в равновесии, и никакой другой энергии вращения не происходит. Модели предсказывают, что для достижения этой конфигурации потребуется 50 миллиардов лет.

Орбитальная история

Среднее расстояние до Луны увеличивается, что означает, что в прошлом Луна была ближе. Есть геологические свидетельства того, что среднее расстояние до Луны составляло около 52 R⊕ (радиус Земли) в докембрийскую эру, или 2500 миллионов лет назад, по сравнению с примерно 60 R сегодня.

Гипотеза гигантского удара, широко принятая теория, утверждает, что Луна была создана в результате катастрофического столкновения между другой планетой и Землей, что привело к скоплению фрагментов на начальном расстоянии 3,8 R ⊕. По оценкам, первоначальный удар произошел 4,5 миллиарда лет назад.

Диссипация приливными силами

Притягивание Луны к Земле также замедляет вращение Земли — эффект, известный как приливное торможение . Иначе говоря, угловой момент медленно передается от вращения Земли к орбите Луны. Это замедление вращения приводит к увеличению продолжительности суток (24 часов) на 2,3 миллисекунды за столетие. Энергия, потерянная Землей, передается Луне, которая затем увеличивает свое расстояние от Земли со скоростью 3,8 сантиметра в год. Причина этого переноса в том, что вращение Земли заставляет воду из океанов, вытесняемую приливами, уноситься, что смещает центр масс Земли, создавая тангенциальное ускорение на Луне, постепенно увеличивая ее скорость на ее орбите. Поэтому скорость вращения Земли незаметно уменьшается, а Луна ускоряется по своей орбите, радиус ее постепенно увеличивается.

Как влияет разреженная атмосфера

Теперь, когда мы разобрались, какая атмосфера на Луне, можно внимательнее изучить вопрос о том, какое влияние она оказывает на ближайшее к нам космическое тело. Впрочем, точнее будет признать, что она практически никак не влияет на Луну. А вот к чему это приводит?

Начнем с того, что наш спутник совершенно не защищен от солнечной радиации. В результате, «прогулявшись» по его поверхности без специального, довольно мощного и громоздкого защитного оборудования, вполне можно получить радиоактивное облучение за считаные минуты.

Также спутник беззащитен перед метеоритами. Большинство из них, входя в атмосферу Земли, практически без остатка сгорают от трения об воздух. За год на планету выпадает около 60 000 килограммов космической пыли – вся она была метеоритами разного размера. На Луну же они падают в первозданном виде, так как ее атмосфера слишком разреженная.

Наконец, суточные перепады температуры просто огромные. Например, на экваторе днем почва может нагреваться до +110 градусов по Цельсию, а ночью – остывать до -150 градусов. На Земле этого не происходит благодаря тому, что плотная атмосфера играет роль своеобразного «одеяла», не пропускающего часть солнечных лучей до поверхности планеты, а также не позволяя теплу испариться ночью.

Поверхность Луны

Поверхность Луны можно поделить на 2 вида:

• совсем древняя горная область с огромным числом кратеров (лунные материки);
• условно ровные и юные лунные моря.

Лунные моря, которые составляют приблизительно 16% всей плоскости Луны, — это огромные кратеры, образовавшиеся в следствии столкновений с небесными телами, которые были позже затоплены лавой.

Крупная часть поверхности прикрыта реголитом — смесью тонкой пыли и скалистых осколков, полученных из столкновений с метеоритами. Толщина слоя реголита составляет от долей метра до десятков метров.

По непонятной причине лунные моря сосредоточены на обращенной к нам стороне.

Лунные кратеры

Большая часть кратеров на обращенной к нам стороне называется именами известных людей в истории наук, физика, астрономия, таких как Тихо Браге, Коперник и Птолемей. Особенности рельефа на обратной стороне обладают наиболее современные названия типа Аполлон, Гагарин и Королев — в основном это российские названия, так как первые фотографии были сделаны русским кораблем Луна-3.

Также отделяют второстепенные детали лунного рельефа — купола, хребты, равнины и трещины, которые именуются лунными бороздами.

До получения образцов лунной почвы, ученые ничего не знали о том, когда и как образовалась Луна.

Карта

Лунный ландшафт своеобразен и уникален. Луна вся покрыта кратерами разного размера — от микроскопических до сотен километров в диаметре. Долгое время учёные не могли получить сведений об обратной стороне Луны. Это стало возможным лишь с появлением космических аппаратов.

Сейчас уже созданы очень подробные карты обоих полушарий спутника. Подробные лунные карты составляют для того, чтобы в будущем подготовиться к высадке и колонизации человеком Луны — удачного расположения лунных баз, телескопов, транспорта, поиска полезных ископаемых и т. п.

Расположение Солнечной системы в Галактике

Положение Солнечной системы в Галактике‍

Солнце — одна из 200 миллиардов звёзд Млечного Пути, оно находится в одном из его спиральных рукавов — рукаве Ориона — на расстоянии 27 000 световых лет от центра Галактики. 

Как планеты вращаются вокруг Солнца, так и Солнце вращается вокруг центра Галактики. Солнечная система движется сквозь космическое пространство со скоростью в 250 км/с — это в сотни тысяч раз быстрее самого мощного сверхзвукового самолёта. 

Полный оборот вокруг центра Млечного Пути солнечная система совершает за 226 миллионов лет — эта величина называется галактическим годом.