Физические характеристики, происхождение и значение Луны. Узнайте, почему она является спутником, а не планетой. Исторический взгляд на ее происхождение и роль в научных исследованиях.
Cодержание
Физические характеристики
Луна - единственный естественный спутник Земли и пятый по величине спутник в Солнечной системе. Среднее расстояние между Луной и Землей составляет 384 403 км, а диаметр Луны составляет 3476 километров. Она сформировалась около 4,5 млрд лет назад, немного позже формирования Земли[1].
Происхождение
На сегодняшний день существует несколько гипотез относительно происхождения Луны. Одна из гипотез предполагает, что Луна сформировалась в результате столкновения молодой полурасплавленной Земли с протопланетой размером примерно с Марс. Эта гипотеза объясняет непропорционально малое количество железа на Луне и ее геологический возраст, который определяется датированием различных событий и столкновений в ее истории[2].
Состав и поверхность
Более 4,5 миллиардов лет назад поверхность Луны была формирована множеством небесных тел различных размеров и форм. Луна отличается от Земли своим химическим составом, который точно неизвестен, хотя были обнаружены запасы льда в приполярных областях. Анализ лунных пород показывает, что Луна подверглась полному расплавлению и имеет очень маленькое железо-никелевое ядро. Несмотря на это, у Луны и Земли есть некоторые сходства, такие как наличие коры, мантии и ядра, что свидетельствует о схожем процессе формирования[2].
См. также
Луна - спутник или планета?
Луна не является планетой, так как не соответствует трём критериям, определяющим планету. Согласно Международному астрономическому союзу, чтобы считаться планетой, небесное тело должно обращаться вокруг Солнца, иметь достаточную массу, чтобы принять сферическую форму, и очистить окрестности своей орбиты от других объектов. Луна вращается вокруг Земли, а не вокруг Солнца, поэтому она классифицируется как естественный спутник[3].
В чем разница между спутником и планетой?
Планеты должны соответствовать трем особым критериям, а именно обращаться вокруг Солнца, иметь достаточную массу для принятия сферической формы и очищать свою орбиту от других объектов. Спутники, напротив, вращаются вокруг небесного тела, отличного от Солнца, и не обязательно соответствуют указанным критериям. Некоторые спутники, включая Луну, имеют сходные характеристики с планетами, но не обладают достаточной массой или не очищают окрестности своей орбиты[4].
Историческое взгляд на происхождение Луны
Существует множество предположений и гипотез относительно происхождения Луны. В древности многие народы поклонялись Луне как божеству, а древнегреческие ученые начали изучать ее с научной точки зрения. В 1609 году Галилео Галилей обнаружил на Луне горы и кратеры, что подтвердило ее каменистую природу. В настоящее время существуют различные гипотезы и теории, включая гигантское столкновение Земли с протопланетой Тейей и разделение Луны от Земли[5].
Заключение
Луна является уникальным естественным спутником Земли, который вызывает большой интерес ученых и людей во всем мире. Этот небесный объект имеет особенности, которые отличают его от других планет и спутников. Его происхождение до сих пор остается загадкой, но благодаря научным исследованиям мы приближаемся к пониманию процессов, которые привели к его формированию. Луна также играет важную роль в космической исследовательской деятельности и стала символом прогресса и достижений человечества[1].
См. также
Что нам скажет Википедия?
Луна́ — единственный естественный спутник Земли. Самый близкий к Солнцу спутник планеты, так как у ближайших к Солнцу планет (Меркурия и Венеры) их нет. Второй по яркости[комм. 1] объект на земном небосводе после Солнца и пятый по величине естественный спутник планеты Солнечной системы. Среднее расстояние между центрами Земли и Луны — 384 467 км (0,00257 а.е., ~30 диаметров Земли).
Луна появилась около 4,5 млрд лет назад, немного позже Земли. Наиболее популярна гипотеза о том, что Луна сформировалась из осколков, оставшихся после «Гигантского столкновения» Земли и Тейи — планеты, схожей по размерам с Марсом.
На сегодняшний день Луна является единственным внеземным астрономическим объектом, на котором побывал человек.
Название[править | править код]
Русское слово «Луна» восходит к праслав. *luna < пра-и.е. *louksnā́ «светлая» (женский род прилагательного *louksnós), к этой же индоевропейской форме восходит и лат. lūna «луна»[6].
Греки называли спутник Земли Селеной (др.-греч. Σελήνη), древние египтяне — Ях (Иях)[7], вавилоняне — Син[8], японцы — Цукиёми[9].
Луна как небесное тело[править | править код]
Орбита[править | править код]
Основная статья: Орбита Луны
С древних времён люди пытались описать и объяснить движение Луны. Со временем появлялись всё более точные теории.
Основой современных расчётов является теория Брауна. Созданная на рубеже XIX—XX веков, она описывала движение Луны с точностью измерительных приборов того времени. При этом в расчёте использовалось более 1400 членов (коэффициентов и аргументов при тригонометрических функциях).
Современная наука может рассчитывать движение Луны и проверять эти расчёты с ещё большей точностью. Методами лазерной локации расстояние до Луны измеряется с ошибкой в несколько сантиметров[10]. Такую точность имеют не только измерения, но и теоретические предсказания положения Луны; для таких расчётов используются выражения с десятками тысяч членов, и не существует предела их количества, если потребуется ещё более высокая точность.
В первом приближении можно считать, что Луна движется по эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,0549 и большой полуосью геоцентрической орбиты 384 399 км (в то время как большая полуось в системе относительно центра масс системы «Земля — Луна» составляет 379 730 км). Действительное движение Луны довольно сложное, и при его расчёте необходимо учитывать множество факторов, например, сплюснутость Земли и сильное влияние Солнца, которое притягивает Луну в 2,2 раза сильнее, чем Земля[комм. 2]. Более точно движение Луны вокруг Земли можно представить как сочетание нескольких движений[11]:
Общее строение[править | править код]
Луна состоит из коры, мантии (астеносферы), свойства которой различны и образуют четыре слоя, кроме того, переходной зоны между мантией и ядром, а также самого ядра, которое имеет внешнюю жидкую и внутреннюю твёрдую[15] части[16]. Атмосфера и гидросфера практически отсутствуют. Поверхность Луны покрыта реголитом — смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате столкновений метеоритов с лунной поверхностью. Ударно-взрывные процессы, сопровождающие метеоритную бомбардировку, способствуют взрыхлению и перемешиванию грунта, одновременно спекая и уплотняя частицы грунта. Толщина слоя реголита составляет от долей метра до десятков метров[17].
Видимая сторона находится в среднем на 3,2 км ближе к центру масс по сравнению с обратной стороной, смещение центра масс к центру фигуры составляет приблизительно 1,68—1,93 км. Средняя толщина коры в видимом полушарии меньше на 8—12 км. Экваториальная кора в среднем на 9,5 км толще, чем на полюсах[18].
Условия на поверхности[править | править код]
Атмосфера Луны крайне разрежена. Когда поверхность не освещена Солнцем, содержание газов над ней не превышает 2⋅105 частиц/см3 (для Земли этот показатель составляет 2,7⋅1019 частиц/см3), а после восхода Солнца увеличивается на два порядка за счёт дегазации грунта. Разрежённость атмосферы приводит к высокому перепаду температур на поверхности Луны (от −173 °C ночью до +127 °C в подсолнечной точке)[21], в зависимости от освещённости; при этом температура пород, залегающих на глубине 1 м, постоянна и равна −35 °C. Ввиду практического отсутствия атмосферы небо на Луне всегда чёрное и со звёздами, даже когда Солнце находится над горизонтом. Однако на дневных фотографиях звёзды не видны, так как для их отображения потребовалась бы такая экспозиция, при которой освещённые Солнцем объекты были бы пересвечены.
Около 3,5 млрд лет назад, во время масштабных излияний лавы, лунная атмосфера была плотнее. Расчёты показывают, что высвобождавшиеся из лавы летучие вещества (CO, S, Н2O) могли образовать атмосферу с давлением в 1 % от земного. Время её рассеяния оценивают в 70 млн лет[22].
Земной диск висит в небе Луны почти неподвижно. Причины небольших ежемесячных колебаний Земли по высоте над лунным горизонтом и по азимуту (примерно по 7°) такие же, как у либраций. Угловой размер Земли при наблюдении с Луны в 3,7 раза больше[24], чем лунный при наблюдении с Земли, а закрываемая Землёй площадь небесной сферы в 13,5 раза больше[25], чем закрываемая Луной. Степень освещённости Земли, видимая с Луны, обратна лунным фазам, видимым на Земле: в полнолуние с Луны видна неосвещённая часть Земли, и наоборот. Освещение отражённым светом Земли теоретически должно быть примерно в 41 раз сильнее[26], чем освещение лунным светом на Земле, однако на практике лишь в 15 раз больше[27]; наибольшая видимая звёздная величина Земли на Луне составляет приблизительно −16m[28].
Лунная поверхность отражает всего 5—18 % солнечного света (как старый асфальт). Цветовые различия на Луне очень малы; её поверхность имеет коричневато-серую или черновато-бурую окраску (данные 1970 года)[29].
Наилучшие на 2017 год колориметрические изображения поверхности Луны были получены широкоугольной, мультиспектральной камерой WAC космического аппарата LRO с использованием фильтров в трёх цветовых каналах: 689 нм — красный, 415 нм — зелёный, и 321 нм — голубой[30] (описание карты[31]). На цветоделительных изображениях буроватый оттенок имеют центральная часть Моря Ясности, восточная часть Моря Дождей, Море Холода и плато Аристарх. Синий оттенок имеют Море Спокойствия, периферийная часть Моря Ясности, северная часть Моря Изобилия, западная часть Моря Дождей, западная и южная части Океана Бурь. Все эти цветовые особенности отдельных районов Луны подтвердились в дальнейшем[32]. Глаз почти не различает цветовые особенности отдельных деталей поверхности. Применение обычной цветной фотографии также не даёт должного эффекта — лунная поверхность выглядит однотонной[33].
Уменьшение альбедо поверхности в коротковолновой части спектра приводит к тому, что зрительно Луна кажется слегка желтоватой[34].
Гравитационное поле[править | править код]
Сила тяжести[править | править код]
Основная статья: Гравитация Луны
Сила тяжести у поверхности Луны составляет 16,5 % от земной (в 6 раз слабее).
Гравитационный потенциал[править | править код]
Гравитационный потенциал Луны традиционно записывают как сумму трёх слагаемых[36]:
где δW — приливный потенциал, Q — центробежный потенциал, V — потенциал притяжения. Потенциал притяжения обычно раскладывают по зональным, секторальным и тессеральным гармоникам:
где Pnm — присоединённый полином Лежандра, G — гравитационная постоянная, M — масса Луны, λ и θ — долгота и широта.
Приливы и отливы на Земле[править | править код]
Основные статьи: Прилив и отлив и Приливные силы
Гравитационное влияние Луны вызывает на Земле некоторые интересные эффекты. Наиболее известный из них — морские приливы и отливы. На противоположных сторонах Земли образуются (в первом приближении) две выпуклости — со стороны, обращённой к Луне, и с противоположной ей. В мировом океане этот эффект выражен намного сильнее, чем в твёрдой коре (выпуклость воды больше). Амплитуда приливов (разность уровней прилива и отлива) на открытых пространствах океана невелика и составляет 30—40 см. Однако вблизи берегов вследствие набега на твёрдое дно приливная волна увеличивает высоту точно так же, как обычные ветровые волны прибоя. Учитывая направление обращения Луны вокруг Земли, можно составить картину следования приливной волны по океану. Сильным приливам больше подвержены восточные побережья материков. Максимальная амплитуда приливной волны на Земле наблюдается в заливе Фанди в Канаде и составляет 18 метров.
Хотя для земного шара величина силы тяготения Солнца почти в 200 раз больше, чем силы тяготения Луны, прили́вные силы, порождаемые Луной, почти вдвое больше порождаемых Солнцем. Это происходит из-за того, что приливные силы зависят не только от величины гравитационного поля, а ещё и от степени его неоднородности. При увеличении расстояния от источника поля неоднородность уменьшается быстрее, чем величина самого поля. Поскольку Солнце почти в 400 раз дальше от Земли, чем Луна, то приливные силы, вызываемые солнечным притяжением, оказываются слабее[37].
Магнитное поле[править | править код]
Считается, что источником магнитного поля планет является тектоническая активность. Например, у Земли поле создаётся движением расплавленного металла в ядре, у Марса — последствиями прошлой активности.
«Луна-1» в 1959 году установила отсутствие однородного магнитного поля на Луне[38]:24. Результаты исследований учёных Массачусетского технологического института подтверждают гипотезу, что у неё было жидкое ядро. Это укладывается в рамки самой популярной гипотезы происхождения Луны — столкновение Земли примерно 4,5 миллиарда лет назад с космическим телом размером с Марс «выбило» из Земли огромный кусок расплавленной материи, который позже превратился в Луну. Экспериментально удалось доказать, что на раннем этапе существования у Луны было аналогичное земному магнитное поле[39].
Программа GRAIL изучения гравитационного пол
