Луна

Луна

Луна — единственный естественный спутник Земли и пятый по величине спутник в Солнечной системе. Среднее расстояние между Луной и Землей составляет 384 403 км. Диаметр Луны составляет 3476 километров. Сформировалась около 4,5 млр. лет назад, позже формирования Земли.

Первым космическим аппаратом, совершившим посадку на Луну, стала советская станция «Луна-2» в 1959 году, а первые фотографии невидимой с Земли стороны были сделаны «Луной-3» в том же году. Первым космическим кораблем, успешно совершившим мягкую посадку на поверхность Луны, была «Луна-9», а первым, успешно вышедшим на орбиту вокруг Луны, была «Луна-10». В 1969 году астронавт Нил Армстронг стал первым человеком, ступившими на Луну. После окончания программы «Аполлон» масштабные исследование Луны людьми прекратилось, хотя впоследствии на Луну для исследовательских целей было отправлено несколько посадочных и орбитальных аппаратов.

Луна является единственным внеземным астрономическим объектом, на котором побывал человек.

Физический характеристики

Происхождение

Современная наука выдвигает несколько гипотез относительно того, как образовался естественный спутник Земли. Считается, что это произошло примерно 4,527 ± 0,010 миллиарда лет назад, примерно через 30-50 миллионов лет после образования Солнечной системы. Наклонение орбиты Луны к эклиптике почти исключает возможность того, что Луна образовалась вместе с Землей или была втянута в орбиту Земли позже.

Одна из гипотез происхождения Луны состоит в том, что её материя была вырвана от земной коры из-за центробежных сил, порождаемых вращением Земли, оставив на поверхности Земли глубокий океанический бассейн. Другая гипотеза предлагает объяснение происхождения Луны через её совместное происхождение с Землей из первичного диска Солнечной системы. Однако это не может объяснить непропорционально малое количество железа на Луне. Наиболее широко распространена теория гигантского столкновения, согласно которой Луна образовалась в результате столкновения молодой полурасплавленной Земли с протопланетой размером примерно с Марс, которую именуют Тейей. Эта гипотеза также объясняет, почему Луна бедна железом и летучими элементами. Геологический возраст Луны определяется датированием различных значительных событий и столкновений в её истории. Приливные силы Земли деформировали Луну, когда она ещё была расплавленной, в форму эллипсоида, большая ось которого была направлена ​​к Земле.

Состав и поверхность

Более 4,5 миллиардов лет назад поверхность Луны была покрыта океаном расплавленной магмы. Ученые считают, что сочетание калия, редкоземельных элементов и фосфора свидетельствует об этом расплавленном океане. Эти элементы сохранились на поверхности расплавленного океана, потому что не нашли места в кристаллической структуре окружающих элементов и соединений. По концентрации калия, редкоземельных элементов и фосфора можно судить о вулканической активности, а также о частоте столкновений с кометами и астероидами. Лунная кора состоит из многих элементов, включая уран, торий, калий, кислород, кремний, магний, железо, титан, кальций, алюминий и водород. Некоторые элементы, такие как уран и торий, радиоактивны, но под воздействием космических лучей выделяется дополнительное количество радиации в виде гамма-излучения. Считается, что общий химический состав Луны подобен земному, за исключением летучих веществ и железа.

Луна покрыта десятками тысяч кратеров диаметром более 1 километра. Большинству из них сотни миллионов лет, и они прекрасно сохранились из-за отсутствия атмосферы или геологической активности на лунной поверхности. Самый большой кратер на Луне, который также является самым большим в Солнечной системе, образует Бассейн Южный полюс — Эйткен. Этот кратер находится на обратной стороне Луны, недалеко от Южного полюса. Его диаметр около 2240 км, а глубина 13 км.

Тёмные и безликие лунные равнины называются лунными морями из-за того, что древние астрономы считали их реальными водоемами. По сути, это огромные поля застывшей базальтовой лавы, образовавшиеся в результате ударов астероидов. Наиболее яркие места на поверхности называются землями или континентами. Лунные поверхностные моря находятся почти полностью на видимой стороне Луны, тогда как на обратной стороне их очень мало. Ученые считают, что эта асимметрия является причиной того, что центр масс Луны смещен относительно её геометрического центра. Непосредственно на поверхности Луны находится слой пыли, называемый реголитом, который, как и лунная кора, распределен по поверхности неравномерно.

Кора имеет толщину 60 км на ближней стороне и 100 км на дальней стороне. Размер реголита колеблется от 3 до 5 метров в морях и от 10 до 20 метров на суше.

Луну, особенно сразу после рождения Солнечной системы, бомбардировало множество комет и метеоритов. Многие из которых были богаты водой. Солнечная энергия расщепляет молекулы воды на атомарный водород и кислород, которые покидают Луну и улетают в межпланетное пространство. Однако по одной из гипотез в лунной коре содержится некоторое количество воды. Согласно измерениям, проведенным прибором «Клементина», в некоторых лунных кратерах, которые постоянно находятся в тени, содержится замерзшая вода. Аппарат нанес на карту кратеры южного полюса Луны, и с помощью компьютерного моделирования было высказано предположение, что около 14 000 км² поверхности спутника могут находиться в постоянной тени. Считается, что общее количество воды на Луне составляет порядка 1 км³.

Магнитосфера и Атмосфера

Магнитное поле Луны очень слабое по сравнению с земным. Другими отличиями являются отсутствие биполярного магнитного поля на Луне и почти полностью переменная намагниченность в земной коре. Одна из гипотез предполагает, что намагниченность земной коры была приобретена в начале истории Луны, когда существовало активное геодинамо. Небольшой размер лунного ядра является возможным препятствием для принятия теории. Безвоздушное небесное тело, такое как спутник, может иметь нестабильное магнитное поле в результате крупных столкновений с различными небесными телами. В подтверждение этого было обнаружено, что большая намагниченность земной коры локализована напротив крупных ударных бассейнов. Было высказано предположение, что такое явление могло быть результатом расширения плазменного облака, вызванного столкновениями в присутствии лунного магнитного поля.

Атмосфера Луны очень тонкая и незначительная по сравнению с земной. Одним из источников лунной атмосферы является выброс газов, таких как радон, который возникает в результате радиоактивного распада в коре и мантии. Другой источник — бомбардировка микрометеоритами, ионами солнечного ветра, электронами и солнечным светом. Газы, образующиеся в результате этих процессов, могут накапливаться в виде реголита из-за лунной гравитации, или они могут быть выброшены в космос радиационным давлением Солнца или унесены солнечным ветром. Элементы натрия и калия были обнаружены с помощью наблюдений с Земли, а такие элементы, как радон-222 и полоний-210, были обнаружены спектрометром аппарата «Lunar Prospector». Аргон-40, He-4, O и/или CH4, N2 и/или CO и CO2 были обнаружены астронавтами «Аполлона».

Орбита

Луна совершает полный оборот за 29,5 суток. За один час Луна перемещается относительно звезд примерно на 0,5° или на один видимый диаметр. Особенность наклонения лунной орбиты состоит в том, что оно ближе к наклону эклиптики, чем к наклону экваториальной плоскости Земли, в отличие от большинства других естественных спутников.

Гравитационное притяжение, которое Луна оказывает на Землю, вызывает океанские приливы. Они синхронизированы с положением Луны относительно Земли. Однако на практике проблема усугубляется эксцентриситетом лунной орбиты. Когда Луна находится вблизи перигея, её вращение «отстает» от своей орбитальной скорости, что позволяет наблюдать дополнительные 8° долготы в её восточной части. И наоборот, когда Луна находится вблизи апогея, её вращение «превосходит» её орбитальную скорость, и видны дополнительные 8° в её западной части. Этот эффект называется продольной либрацией.

Приливные максимумы на поверхности Земли, вызванные лунной гравитацией, отстают от видимого положения Луны из-за импульса океанской воды и её трения о дно океана и отмели, такие как устья рек. В результате часть импульса вращения Земли постепенно передается орбитальному импульсу Луны, при этом Луна ежегодно удаляется от Земли в среднем на 38 мм. В то же время вращение Земли замедляется; земные сутки удлиняются на 15 мкс каждый год. Если смотреть с Земли в течение одного полного оборота, кажется, что Луна колеблется вверх и вниз, потому что орбита Луны не параллельна экватору Земли.

При своем движении в Солнечной системе Земля и Луна вращаются вокруг своего общего барицентра (или общего центра масс), который находится примерно в 4700 км от центра Земли (на глубине около 1650 км) в направлении Луна. В результате движение Земли по своей орбите является эксцентричным.

Стороны луны

Для Луны характерно синхронное вращение, благодаря которому с Земли видна только одна её сторона (или её «ближняя сторона») — время, за которое Луна обращается вокруг Земли, равно времени, за которое она совершает оборот собственной оси. Другая сторона Луны («обратная сторона») всегда остается скрытой от земного наблюдателя, за исключением небольших участков у горизонта из-за лунной либрации. Обратная сторона Луны была совершенно неизвестна человечеству до космической эры.

Синхронное вращение Луны является результатом действия приливных сил Земли, которые значительно уменьшили угловой момент Луны вскоре после её образования. Обратную сторону Луны иногда ошибочно называют «темной стороной». На самом деле она получает ровно столько же света, сколько и видимая сторона, и именно тогда, когда Луна не видна из-за взаимного расположения Земли, Луны и Солнца. Космические аппараты находятся в радиотени Луны, когда приземляются на обратной стороне Луны или находятся над ней. Фактически, обратная сторона Луны является наиболее защищенным местом от земных радиоволн в Солнечной системе. Отличительной чертой обратной стороны Луны является почти полное отсутствие лунных «морей», базальтовых равнин с низким альбедо. Различные участки лунной поверхности освещаются в зависимости от взаимного положения Земли, Луны и Солнца, что приводит к наблюдению лунных фаз с поверхности Земли.

История изучения

Луна является самым видимым и ярким объектов на небе, она привлекает внимание человека с древних времён. Уже во II в. до н. э. Гиппарх исследовал движение Луны по звёздному небу, определив наклон лунной орбиты относительно эклиптики, размеры Луны и расстояние от Земли. В Средние века и до изобретения телескопа было популярно представление о том, что Луна представляет собой «идеально гладкую» сферу. В 1609 году Галилео Галилей сделал один из первых снимков Луны с помощью телескопа для своей книги Sidereus Nuncius, а также отметил, что она не гладкая, а имеет множество кратеров. Позже, в XVII веке, Джованни Баттиста Риччоли и Франческо Мария Гримальди нарисовали карту Луны и назвали некоторые кратеры, многие из которых называются так до сих пор. Астрономы предполагали, что на Луне есть растения или разумные существа примерно до начала XIX века.

Затем был период предположений о том, претерпевает ли поверхность Луны изменения. Некоторые наблюдатели утверждали, что мелкие кратеры появлялись и исчезали, но к началу XX века подтвердилось, что это визуальный обман, вызванный разной степенью освещенности или нереалистичными предыдущими рисунками поверхности.

С началом космической эры познания человечества о Луне значительно увеличились Впервые Луны достигла советская межпланетная станция «Луна-2» 13 сентября 1959 года. Впервые удалось заглянуть на обратную сторону Луны в 1959 году, когда советская станция «Луна-3» пролетела над ней и сфотографировала невидимую с Земли часть её поверхности.

В 1969 году человек впервые высадился на Луну, однако нахождения человечества на Луне длилось не долго, в 1972 году состоялась последняя на текущий момент авсадка людей на спутник. Луна — единственное небесное тело, на котором побывал человек; и первое небесное тело, образцы которого были доставлены на Землю (США доставили 380 килограммов, СССР — 324 грамма лунного грунта).