 [300x275] |
|
| Орбитальные характеристики | |
|---|---|
| Перигей | 363 104 км 0,0024 а. е. |
| Апогей | 405 696 км 0,0027 а. е. |
| Большая полуось | 384 399 км 0,00257 а. е. |
| Эксцентриситет | 0,0549 |
| Орбитальный период | 27,321582 д 27 д 7 ч 43,1 мин |
| Синодический период | 29,530588 д 29 д 12 ч 44,0 мин |
| Наклонение | 5,145° относительно эклиптики |
| Орбитальная скорость | 1,022 км/с |
| Долгота восходящего узла | (убывание) 1 оборот за 18,6 лет |
| Аргумент перицентра | (возрастание) 1 оборот за 8,85 лет |
| Период обращения вокруг своей оси | синхронизирован (всегда повернут к Земле одной стороной) |
| Спутник | Земли |
| Физические характеристики | |
| Экваториальный радиус | 1738,14 км 0,273 земных |
| Средний радиус | 1737,10 км 0,273 земных |
| Полярный радиус | 1735,97 км 0,273 земных |
| Площадь поверхности | 3,793×107 км² 0,074 земных |
| Эллипсоидность | 0,00125 |
| Обьём | 2,1958×1010 км³ 0,020 земных |
| Масса | 7,3477×1022 кг 0,0123 земных |
| Средняя плотность | 3346,4 кг/м³ |
| Вторая космическая скорость | 2,38 км/с |
| Альбедо | 0,12 |
| Видимая звёздная величина | −2,5/−12,9 −12,74 (при полной Луне) |
| Температура | |
| Минимальная | 100 К (−173,15 °C) (экватор) 70 К (−203,15 °C) |
| Средняя | 220 К (−53,15 °C) 130 К (−143,15 °C) |
| Максимальная | 390 К (116,85 °C) 230 К (−43,15 °C) |
Название
Римляне называли спутник Земли Лу́ной (лат. Lūna), греки — Селеной (греч. Σελήνη), древние египтяне — Ях (Иях).
Общая характеристика
Поскольку Луна обращается по орбите вокруг Земли с периодом в один месяц, угол между Землёй, Луной и Солнцем изменяется; мы наблюдаем это явление как цикл лунных фаз. Период времени между последовательными новыми лунами составляет 29,5 дней (709 часов).
Хотя Луна и вращается вокруг своей оси, она всегда обращена к Земле одной и той же стороной. Дело в том, что Луна является телом со смещённым центром тяжести (о чём сказано ниже). Примером таких тел в обыденной жизни является игрушка типа «Ванька-встанька» или обыкновенный молоток со стальным бойком и деревянной ручкой. Такие тела при движении по орбите подвержены влиянию, так называемого, гравитационного момента, под действием которого они всегда стремятся повернуться своей более массивной частью к источнику тяготения, вокруг которого вращаются. Этот физический эффект давно используется для ориентации искусственных спутников [1]. Именно этот эффект и является причиной совпадения периодов вращения Луны (и не только) вокруг своей оси и вокруг Земли. Поэтому Луна всегда обращена одной стороной к источнику тяготения — об этом повествуется в классических трудах [2]. Такое положение сложилось, ещё во время формирования Луны, когда, согласно одной из гипотез, в результате космической катастрофы большой ком вещества (будущей Луны) был вырван из недр куда более массивного тела (возможно Земли), обладавшего атмосферой. Таким образом, в космосе оказался огненно-жидкий ком вещества, насыщенный газами. Под влиянием гравитационного момента тяжёлые породы огненно-жидкого кома стали смещаться в сторону Земли, а лёгкие фракции устремились в противоположную сторону. Растворённые в коме газы стали интенсивно испаряться, сливаясь в малые и большие пузыри, которые поднимаясь к поверхности лопались, образуя кратеры. Таким образом, поверхность Луны в тот, буквально горячий период, напоминала кипящую кашу. Газы и другие лёгкие фракции под влиянием того же гравитационного момента стали смещаться на другую сторону Луны. Именно поэтому, на обратной стороне Луны кратеров куда больше, чем на видимой с Земли стороне Луны. Далеко не все газовые пузыри успели всплыть к поверхности и прорвать её. Многие из них так и застыли в постепенно затвердевающем (из-за охлаждения) приповерхностном слое, образовав многочисленные полости с остатками реликтовых газов. Эти, давно охладившиеся, газы и поступают на поверхность Луны через трещины, образующиеся вследствие приливных напряжений в недрах Луны, что нередко наблюдаемо с Земли ([3].
Тем не менее, поскольку вращение Луны вокруг Земли по эллиптической орбите происходит неравномерно, с Земли можно наблюдать 59 % лунной поверхности.
Кроме этого, в процессе своего вращения и орбитального движения Луна совершает около положения равновесия небольшие качания собственного тела (т. н. «физическая либрация») на величину 0,02° по долготе с периодом 1 год и на 0,04° по широте с периодом 6 лет.
Поскольку на Луне отсутствует атмосфера, днем её поверхность накаляется до +120 °C, но ночью или даже в тени она остывает до −160 °C. Также небо на Луне всегда чёрное, даже днём. Огромный диск Земли выглядит с Луны в 3,67 раз больше, чем Луна с Земли и висит в небе почти неподвижно. Фазы Земли, видимые с Луны, прямо противоположны лунным фазам на Земле.
Освещённость от полной Луны около поверхности Земли составляет 0,25 лк.
Влияние Луны на приливы и отливы
Гравитационные силы между Землёй и Луной вызывают некоторые интересные эффекты. Наиболее известный из них — морские приливы и отливы. Гравитационное притяжение Луны более сильное на той стороне Земли, которая повёрнута к Луне, и более слабое на противоположной стороне. Поэтому поверхность Земли, и особенно океаны, вытягиваются по направлению к Луне. Если бы мы взглянули на Землю со стороны, мы увидели бы две выпуклости, и обе они направлены в сторону Луны, но находятся на противоположных сторонах Земли. Этот эффект намного более силён в океанской воде, чем в твёрдой коре, так что выпуклость воды больше. А так как Земля вращается намного быстрее, чем Луна перемещается по своей орбите, перемещение выпуклостей вокруг Земли один раз за день даёт две высших точки прилива.
Исследования Луны
Луна привлекала внимание людей с древних времён.
Изобретение телескопов позволило различать более мелкие детали рельефа Луны. Первую лунную карту составил Риччиоли в 1651 году, он же дал названия самым крупным кратерам. Вслед за ним занимались картографией Луны И. Ньютон и В. Гершель, карта стала подробнее, так как улучшилась техника наблюдения.
Новым этапом исследования Луны стало применение фотографии в астрономических наблюдениях, начиная с середины XIX века. Это позволило более детально анализировать поверхность Луны по подробным фотографиям. Такие фотографии были сделаны, в частности, Уорреном де ла Рю (1852) и Льюисом Резерфордом (1865). В 1881 Жюль Янссен составил детальный «Фотографический атлас Луны».
С началом космической эры количество наших знаний о Луне значительно увеличилось. Стал известен состав лунного грунта, учёные даже получили его образцы, составлена карта обратной стороны.
Впервые Луну посетил советский космический корабль «Луна-2» 13 сентября 1959 года.
Впервые астрономам удалось заглянуть на обратную сторону Луны в 1959, когда советская станция «Луна-3» пролетела над ней и сфотографировала невидимую с Земли часть её поверхности. Обратная сторона Луны представляет собой идеальное место для астрономической обсерватории. Размещённым здесь оптическим телескопам не пришлось бы пробиваться сквозь плотную земную атмосферу. А для радиотелескопов Луна послужила бы естественным щитом из твёрдых горных пород толщиной 3500 км, который надёжно прикрыл бы их от любых радиопомех с Земли.
В начале 1960-х годов было очевидно, что в освоении космоса США отстаёт от СССР. Дж. Кеннеди заявил — высадка человека на Луну состоится до 1970 года. Для подготовки к пилотируемому полёту НАСА выполнило несколько космических программ: «Рейнджер» — фотографирование поверхности, «Сервейер (программа)» (1966-68) — мягкая посадка и съёмки местности и «Лунар орбитер (программа)» (1966-67) — детальное изображение поверхности Луны.
Американская программа пилотируемого полёта на Луну называлась «Аполлон». Первая посадка произошла 20 июля 1969 года; последняя — в декабре 1972 года, первым человеком, ступившим на поверхность Луны, стал американец Нил Армстронг (21 июля 1969 года), вторым — Эдвин Олдрин. Третий член экипажа Майкл Коллинз остался в ракете. Таким образом, Луна — единственное внеземное тело, на котором побывал человек, Луна также — единственное небесное тело, образцы которого были доставлены на Землю (США доставили 380 килограммов, СССР — 324 грамма лунного грунта)[4].
Нахождение американских астронавтов на Луне ставится под сомнение некоторыми авторами (см. лунный заговор).
СССР ответил отправкой на Луну двух радиоуправляемых самоходных аппаратов, «Луноход-1» в ноябре 1970 года и «Луноход-2» в январе 1973.
После окончания советской космической программы «Луна» и американской «Аполлон» исследования Луны с помощью космических аппаратов были практически прекращены. Но в начале XXI века Китай опубликовал свою программу освоения Луны, включающую кроме доставки лунохода (в 2011 году) и отправки грунта на Землю (2012), в том числе и постройку обитаемых лунных баз (2030). Считается, что это заставило остальные космические державы снова развернуть лунные программы. Так, например, Европейское космическое агентство 28 сентября 2003 запустило первый лунный зонд «Смарт-1», а Дж. Буш 14 января 2004 объявил, что в планы США входит создание новых пилотируемых космических кораблей, способных доставить людей на Луну, с целью заложить к 2020 году первые лунные базы.
14 сентября 2007 Япония запустила автоматический космический аппарат для исследования Луны «Кагуя», а 24 октября 2007 в лунную гонку официально вступила и КНР. С космодрома Сичан был запущен первый китайский спутник Луны «Чанъэ-1». С помощью станции учёные планируют сделать объемную карту лунной поверхности, что в будущем может поспособствовать амбициозному проекту колонизации Луны[5].
Геология Луны (селенология)
[820x74]
[300x287]
Благодаря её размеру и составу Луну иногда относят к планетам земной группы наряду с Меркурием, Венерой, Землёй и Марсом. Поэтому, изучая геологическое строение Луны, можно многое узнать о строении и развитии Земли.
Толщина коры Луны в среднем составляет 68 км, изменяясь от 0 км под лунным морем Кризисов до 107 км в северной части кратера Королёва на обратной стороне. Под корой находится мантия и, возможно, малое ядро из сернистого железа (радиусом приблизительно 340 км и массой, составляющей 2 % массы Луны). В отличие от мантии Земли, мантия Луны только частично расплавлена. Любопытно, что центр масс Луны располагается примерно в 2 км от геометрического центра по направлению к Земле. На той стороне, которая повёрнута к Земле, кора более тонкая.
Измерения скорости спутников «Лунар Орбитер» позволили создать гравитационную карту Луны. С её помощью были обнаружены уникальные лунные объекты, названные масконами (от англ. mass concentration) — это массы вещества повышенной плотности.
Луна не имеет магнитного поля. Но некоторые из горных пород на её поверхности проявляют остаточный магнетизм, что указывает на то, что, возможно, в ранней истории у Луны было магнитное поле.
Не имеющая ни атмосферы, ни магнитного поля, поверхность Луны подвержена непосредственному воздействию солнечного ветра. В течение 4 млрд лет водородные ионы из солнечного ветра внедрялись в реголит Луны. Таким образом, образцы реголита, доставленные миссиями «Аполлон», оказались очень ценными для исследования солнечного ветра. Этот лунный водород также может быть когда-нибудь использован как ракетное топливо.
Сейсмология
Оставленные на Луне сейсмографы показали наличие сейсмической активности. Из-за отсутствия воды колебания лунной поверхности продолжительны по времени, могут длиться более часа.
Лунотрясения можно разделить на четыре группы:
- приливные, случаются дважды в месяц, вызваны воздействием приливных сил Солнца и Земли.
- тектонические — нерегулярные, вызваны подвижками в грунте Луны,
- метеоритные — из-за падения метеоритов,
- термальные — их причиной служит резкий нагрев лунной поверхности с восходом Солнца.
Сoстав луннoй коры
- 43,0 % — кислород
- 21,0 % — кремний
- 10,0 % — алюминий
- 09,0 % — кальций
- 09,0 % — железо
- 05,0 % — магний
- 02,0 % — титан
- 00,6 % — никель
- 00,3 % — натрий
- 00,2 % — хром
- 00,1 % — калий
- 00,1 % — марганец
- 00,1 % — сера
- 500 ppm — фосфор
- 100 ppm — углерод
- 100 ppm — азот
- 050 ppm — водород
- 020 ppm — гелий
Селенография
Поверхность Луны можно разделить на два типа: очень старая горная местность с большим количеством вулканов и относительно гладкие и более молодые лунные моря. Лунные моря, которые составляют приблизительно 16 % всей поверхности Луны, — это огромные кратеры, возникшие в результате столкновений с небесными телами, которые были позже затоплены жидкой лавой. Большая часть поверхности покрыта реголитом — смесью тонкой пыли и скалистых обломков, полученных из столкновений с метеорами. Лунные моря, под которыми лунными спутниками обнаружены более плотные, тяжёлые породы, сконцентрированы на обращённой к Земле стороне из-за, упомянутого выше, влияния гравитационного момента при формировании Луны (см. главу ,,Общая характеристика,,).
Большинство кратеров на обращённой к нам стороне названо по имени знаменитых людей в истории науки, таких как Тихо Браге, Коперник и Птолемей. Особенности ландшафта на обратной стороне имеют более современные названия типа Аполлон, Гагарин и Королёв — в основном это русские названия, так как первые снимки были сделаны советским кораблём «Луна-3». В дополнение к этим особенностям на обратной стороне Луны расположен огромный бассейн кратеров величиной 2250 км в диаметре и 12 км глубиной — это самый большой бассейн, появившийся в результате столкновения, в Солнечной системе, и Море Восточное в западной части видимой стороны (его можно видеть с Земли; на изображении слева — в центре), который является отличным примером многокольцевого кратера.
Также выделяют второстепенные детали лунного рельефа — купола, хребты, рилли (от нем. Rille — борозда, желоб) — узкие извилистые долиноподобные понижения рельефа.
Происхождение лунных кратеров[6]
Попытки объяснить происхождение кратеров на Луне начались с конца 80-х годов XVIII века. Основных гипотез было две — вулканическая и метеоритная. До 20-х годов XX века против метеоритной гипотезы выдвигали тот факт, что кратеры имеют круглую форму, хотя косых ударов по поверхности должно быть больше чем прямых, а значит при метеоритном происхождение кратеры должны иметь форму эллипса. Однако в 1924 году новозеландский ученый Джиффорд впервые дал качественное описание удара о поверхность планеты метеорита двигающегося с космической скоростью. Получалось, что при таком ударе большая часть метеорита испаряется и форма кратера не зависит от угла падения. Также в пользу метеоритной гипотезы говорит то, что совпадает зависимость количества лунных кратеров от их диаметра и зависимость количества метеорных тел от их размера.
В ходе исследования других планет, таких как Венера и Марс были обнаружены как кратеры подобные лунным, так и настоящие вулканические кратеры, сильно отличающиеся от тех, что находятся на Луне, что ещё раз косвенно подтверждает метеоритное происхождение большинства лунных кратеров.
Лунные моря
| русское название | латинское название |
|---|---|
| Море Кризисов | Mare Crisium |
| Море Изобилия | Mare Foecunditatis |
| Море Нектара | Mare Nectaris |
| Море Спокойствия | Mare Tranquillitatis |
| Море Ясности | Mare Serenitatis |
| Море Дождей | Mare Imbrium |
| Море Холода | Mare Frigorum |
| Море Паров | Mare Vaporum |
| Море Облаков | Mare Nubium |
| Море Влажности | Mare Humorum |
| Океан Бурь | Oceanus Procellarum |
| Восточное Море | Mare Orientale |
| Море Москвы | Mare Moscoviense |
Происхождение Луны
До того, как учёные получили образцы лунного грунта, они ничего не знали о том, когда и как образовалась Луна. Было три принципиальных теории:
- Луна и Земля сформировались в одно и то же время из газо-пылевого облака;
- Луна откололась от Земли;
- Луна сформировалась в другом месте и впоследствии была захвачена Землёй.
Однако новая информация, полученная путём детального изучения образцов с Луны, привела к созданию теории Гигантского столкновения: Земля столкнулась с очень большим объектом (как Марс, или даже больше), и Луна сформировалась из выбитого этим столкновением вещества. Не все детали этой теории проработаны, но именно она на сегодняшний день имеет наибольшее распространение.
По оценкам, основанным на скорости распада изотопа вольфрама-182 в образцах лунного грунта, в 2005 году учёные-металлурги из Великобритании и Германии определили возраст камней в 4 млрд 527 млн лет (±30 млн лет). Это самое точное на сегодняшний день значение[7].
Международно-правовые проблемы освоения Луны
Большинство правовых вопросов освоения Луны были разрешены в 1967 году Договором о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела. (Текст договора в Викитеке). Также юридический статус Луны описывает Соглашение о Луне от 1979 года.
Интересные факты
- В библейской книге Песнь Песней красота суламитянки сравнивается со светлой луной: «Кто эта женщина, взирающая с высоты словно утренняя заря, прекрасная, как полная луна?» (Песнь Песней 6:10 НМ)
