Луна - это природный спутник планеты Земля, который считается единственным ближайшим к ней небесным телом. Ученые полагают, что расстояние между Землей и ее спутником составляет порядка 384 тыс. км.
Что нужно знать о спутнике Земли?
Для того чтобы иметь общее представление об этом небесном теле, необходимо рассмотреть ряд его особенностей: это объем спутника, его диаметр, площадь поверхности и масса Луны.
Двигается Луна по эллиптической орбите, и скорость ее движения составляет приблизительно 1,02 км/сек. Если наблюдать за Луной со стороны Северного полюса Земли, то окажется, что она двигается в том же направлении, что и большинство других видимых небесных тел, то есть против часовой стрелки. Сила тяготения на Луне составляет 1,622 м/с².
Многих ученых и астрономов издревле интересовали такие показатели, как удаленность спутника от Земли, его влияние на климат, масса Луны и другие характеристики. Процесс изучения небесных тел, кстати, начался давно.
Изучение Луны в древности
Луна - очень яркое небесное тело, которое просто не могло не привлекать внимание ученых в древние времена. Астрономы еще тысячелетия назад интересовались, чему равна масса Луны, как происходили смены ее фаз.
Ни для кого не секрет, что многие народы даже поклонялись этому небесному телу. Астрономы Древнего Вавилона сумели вычислить смену лунных фаз с большой точностью. Ученые двадцатого века, имеющие в своем оснащении самые современные приборы, поправили это число всего лишь на 0,4 секунды. Но тогда еще не было известно, какова масса Луны и Земли.
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.
Основные показатели Луны
Диаметр Луны - 3474 км. При этом диаметр Земли составляет 12742 км. Иными словами, окружность Луны представляет собой всего лишь 3/11 части от диаметра нашей планеты.
Площадь поверхности спутника Земли составляет 37,9 млн кв. км. В сравнении с показателями планеты, это тоже намного меньше, ведь площадь поверхности Земли составляет 510 млн кв. км. Даже если сравнить лунную поверхность только с земными материками, окажется, что площадь Луны в 4 раза меньше. Объем, который занимает Земля, в 50 раз превосходит лунный.
Немного подробнее о массе Луны
Масса Луны наиболее точным образом была определена с помощью искусственных спутников. Она составляет 7.35*10 22 килограмма. Для сравнения, масса Земли составляет 5.9742 × 10 24 килограмма.
Масса Луны и Земли постоянно немного меняется. Например, Земля подвержена небольшой метеоритной бомбардировке. За сутки на земную поверхность падает около 5-6 тонн метеоритов. Но при этом Земля теряет больше массы за счет испарения в космическое пространство гелия и водорода из атмосферы. Эти потери уже составляют порядка 200-300 тонн в сутки. У Луны, конечно, таких потерь нет. Средняя плотность вещества на Луне составляет порядка 3,34 г на 1 см 3 .
Такая величина, как ускорение силы тяжести, на спутнике Земли в 6 раз больше, чем на самой Земле. Плотность тех горных пород, из которых состоит Луна, приблизительно в 60 раз меньше, чем плотность земных. Поэтому масса Луны в 81 раз меньше, чем масса Земли.
Поскольку Луна имеет очень малое притяжение, вокруг нее практически отсутствует атмосфера - здесь нет газовой оболочки и воды в свободном состоянии. Период обращения Луны вокруг земли называется сидерическим, или звездным. Он составляет 27,32166 суток. Но это число подвержено незначительным изменениям с течением времени.
Лунные фазы
Луна не светится самостоятельно. Человек может видеть лишь те ее части, на которые попадают лучи Солнца, отражающиеся от поверхности Земли. Таким образом могут быть объяснены лунные фазы. Луна, двигаясь по своей орбите, проходит между Солнцем и Землей. В это время она обращена к Земле неосвещенной стороной. Этот период называют новолунием. Через 1-3 суток после этого в западной части небосклона можно увидеть небольшой узкий серп - это видимая часть Луны. Примерно через неделю наступает вторая четверть, когда оказывается освещенной ровно половина спутника Земли.
Космическое тело. Это единственный естественный спутник Земли. Орбита Луны - эллиптическая, и расстояние между Луной и Землей колеблется, в среднем оно составляет 382 тысячи километров.
Форма Луны - практически шар, слегка вытянутый в сторону (из-за приливных сил).
Радиус Луны - 1737 километров, это приблизительно 0,27 экваториального радиуса Земли.
Масса Луны в 81 раз меньше массы Земли.
Поверхность Луны - сочетание равнин, которые называют лунными морями, кольцеобразных хребтов, окружающих эти равнины, многочисленных кратеров чашевидной формы и трещин. Глубина отдельных кратеров достигает 200 километров. Моря, хребты, кратеры нанесены на составленную карту Луны, им присвоены названия, например: Апеннины, Кавказ, Альпы, Океан Бурь, Море Кризисов, горы Коперник, Кеплер и так далее. Карта обратной стороны Луны составлена по данным запущенных к ней с искусственных спутников и зондов.
Грунт Луны - так называемый реголит, образовавшийся от бесчисленных метеоритных столкновений. Он характеризуется как "разнозернистый обломочно-пылевой слой толщиной от нескольких метров до нескольких десятков метров". В состав лунных пород входят многие элементы таблицы Менделеева.
Ускорение силы тяжести на поверхности Луны равно 1,6 метра в секунду за секунду, это в 6 раз меньше, чем на . Вследствие малого притяжения Луна не может удерживать вокруг себя газовую оболочку, и атмосфера у Луны отсутствует. Отсутствует и гидросфера.
Температура на поверхности Луны , не защищенной атмосферой, колеблется от плюс 110 градусов Цельсия днем до минус 120 градусов ночью.
Луна движется вокруг Земли, одновременно вращаясь вокруг оси. Период обращения Луны вокруг и период вращения Луны вокруг своей оси совпадают, он равен приблизительно 27 суткам. Из-за этого совпадения земляне видят только одну сторону Луны.
Луна - не самосветящаяся планета, и она видна нам благодаря освещению ее солнечными лучами. Если видна полностью вся поверхность обращенной к нам части Луны, то эта фаза Луны называется полнолунием. Когда освещает только невидимую нам сторону Луны, это называется новолунием. После новолуния, через один-два дня, нам становится виден узкий серпик Луны, затем серпик увеличивается, то есть Луна, говорим мы, "растет". В это время, кроме освещенного серпика, мы видим как бы "в тумане" и остальную часть Луны, так как тоже освещает Луну, очень слабо, но освещает. Это так называемый пепельный свет Луны - свет, отраженный Луной от Земли. Промежуток между двумя последовательными новолуниями (так называемый лунный месяц) равен 29 суткам. Так как фазы Луны - новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть легко наблюдаются любым жителем Земли, то это явление послужило основой для составления различных систем календарей.
Луна - участница лунных и солнечных затмений. освещает Луну и , а Луна и Земля отбрасывают тени. Если Луна, и Земля в какой-то момент становятся в один "ряд", то происходит какое-либо из двух затмений: лунное или солнечное.
Тень Земли, падающая на Луну и делающая Луну полностью невидимой с Земли, вызывает полное Лунное затмение .
Тень Луны , падающая на Землю и полностью заслоняющая , создает полное солнечное затмение.
Продолжительность полного солнечного затмения - 7,5–12 минут; полного лунного - до 1 часа 45 минут.
Чаще происходят не полные, а частные затмения, когда часть Луны или нам, землянам, всё-таки видна.
Солнечные затмения бывают только во время новолуний, а лунные - во время полнолуний.
Каждый год происходит 2–5 солнечных и не более трех лунных затмений. То есть затмения происходят чаще, чем затмения Луны, но это в целом для . А в частности картина такая. Лунные затмения видны на всем полушарии, обращенном в это время к Луне. Солнечные же затмения видны не со всех точек Земли, а только с той территории, на которую падает тень Луны. Подсчитано, что с одного и того же места Земли полное солнечное затмение может быть видно только один раз в 300–400 лет.
И лунные, и солнечные затмения всегда производили большое впечатление на жителей , каждое явление отражалось в летописях и других документах. Сопоставление этих записей с датами происходивших в прошлом затмений (а затмения имеют свою закономерность, и все даты затмений учеными вычислены) позволяет историкам, археологам, астрономам и многим другим специалистам восстановить даты событий, произошедших в далеком прошлом.
Луна - космический объект, за которым постоянно ведутся наблюдения учеными различных профилей с помощью телескопов и запускаемых космических аппаратов. 3 апреля 1966 года автоматическая межпланетная станция (АМС) "Луна-10" стала первым искусственным спутником Луны. 21 июля 1969 года Луну впервые посетили люди - американские космонавты (астронавты) Н. Армстронг и Э. Олдрин, прилетевшие на космическом корабле "Аполлон-11". В ноябре 1970 года на Луну был доставлен первый лунный самоходный аппарат - "Луноход-1". В феврале 1972 года земляне получили образец лунного грунта.
Луна считается покровителем - одного из .
Из всех параметров небесных тел масса - самый сложный для вычислений. Поэтому, в отличие от диаметра, масса Луны была рассчитана относительно недавно.
Среди спутников стоит на шестом месте по массе. Её масса составляет 7,34х1022 кг, что в 80 раз меньше земной. Можно рассчитать среднюю плотность Луны — 3,35 г/см3,что в 3-4 раза больше, чем у других спутников (кроме - спутника ), а также ускорение свободного падения - 1,62 м/с2, и силу тяжести, которая равна 1/6 земной, то есть предмет, перемещённый с на её спутник, стал бы весить в шесть раз меньше. Из-за слабого притяжения у Луны нет атмосферы.
Гравитационное влияние
Луна - аномально крупный и массивный спутник, поэтому она оказывает ощутимое гравитационное воздействие на планету. Основным проявлением такого воздействия являются приливы и отливы.
Вдоль оси Луна - Земля возникают «приливные» силы. Чем участок Земли ближе к Луне, тем сильнее он к ней притягивается. Разная степень притяжения в разных точках вызывает деформацию земного шара, в результате возникают морские приливы и отливы.
Как результат, гравитация Луны влияет на земную кору, атмосферу и гидросферу Земли и даже на её геомагнитное поле.
Земля с Луной образуют единую систему масс, центр которой расположен на расстоянии 4750 км от центра Земли.
Как измерили
Первым попытался рассчитать массу Луны Ньютон, используя измерения, проведённые во время морских приливов, но получил результат, превышающий истинное значение в два раза. Правильно вычислить массу спутника смогли после того, как Кавендиш экспериментально определил точное значение гравитационной постоянной.
Луна - спутник Земли
Расстояние от Земли до Луны :384 400 километров
Диаметр Луны : 3476 километров
Луна, была известна с доисторических времен. Это - второй самый яркий объект на небе после . Луна делает полный оборот вокруг земли за 1 месяц.
Время между новолуниями составляет 29.5 дней (709 часов), это немного отличается от орбитального периода Луны (измеренного относительно звезд), так как Земля перемещается на существенное расстояние по своей орбите вокруг Солнца за время оборота луны вокругЗемли.
Первый посещение Луны космическим зондом Луна 2 (СССР) состоялось в 1959. Это - единственное внеземное тело, которое посетили люди. Первое посещение человека состоялось 20 июля 1969 (США), последнее посещение Луны человеком состоялось в декабре 1972. Луна - также единственная космическая планета, образцы грунта которой, были доставлены на Землю.
Летом 1994 году была составлена карта Луны, небольшим космическим кораблем Clementine, повторное картографирование проводилось в 1999 году космическим кораблем Lunar Prospector.
Фрагмент обратной стороны Луны от Аполлон -11
Гравитационные силы, существующие между Землей и Лунной сталипричиной некоторых интересных эффектов.
Самыми явными эффектами влияния Луны – являются океанические приливы и отливы. Гравитационная сила влияния Луны более сильная на стороне , обращенной к Луне и более слабая на противоположной стороне. Эффект намного более сильно отражен в приливах океанской воды, чем в твердой коре Земли. Вода за счет притяжения луны концентрируется на точке Земли, которая находится наиболее близко к Луне.
Это - очень упрощенная модель приливов; фактические потоки воды, особенно вдоль побережий, намного более сложные.
Притяжение Луны замедляет вращение Земли примерно на 1,5 миллисекунды за столетие.
Луна за счет этих эффектов замедляет вращение, что удаляет ее орбиту примерно на 3.8 сантиметра ежегодно.
Асимметричная природа гравитационного взаимодействия с землей привела к тому, что Луна всегда обращена к Земле только одной стороной. Так же как Вращение Луны замедляет вращение Земли вокруг своей оси, так же в далеком прошлом Земля замедлила вращение луны, но эффект был гораздо сильным.
Фактически Луна немого колеблется, а не статически обращена к Земле, периодически появляются для обозрения очень маленькие части обратной стороны Луны, но фактически обратная сторона Луны не доступна для обозрения со стороны Земли.
Впервые оборотную сторону Луны сфотографировал Советский космический аппарат Луна 3 в 1959 году.
У Луны нет атмосферы. Есть, очевидно, лед на Северном полюсе.
Состав слоев Луны досконально не изучен, однако по теории считается, что кора Луны в среднем имеет толщину 68 километров, ниже коры идет мантия и вероятно в центре есть ядро радиусом примерно 340 километров, которое составляет около 2% массы Луны. В отличие от Земли на луне нет вулканической деятельности. Центр массы Луны смещен от геометрического центра примерно на 2 километра в направлении Земли. Кроме того, кора Луны более тонкая на стороне Луны, обращенной к Земле.
На Луне различают два типа ландшафта – кратеры и горы и относительно гладкая поверхность, которая составляет примерно 16% всей площади Луны. По не известной причине гладкая поверхность преобладает на стороне, обращенной к Земле.
В общей сложности 382 кг горных образцов были возвращены в Землю программами Аполлона и Луна. Они обеспечили большую часть знания Луны. Даже сегодня, спустя более 30 лет после последней посадки на Луну, ученые все еще изучают эти драгоценные образцы.
Большинство скал на поверхности Луны, имеют возраст от4.6 до 3 миллиардов лет.
Для сравнения, на земле скалу редко бывают более 3-х миллиардов лет.
Таким образом, Луна представляет простор для исследования ранней истории , не доступной на Земле.
До исследования образцов грунта с луны, переданного космическим аппаратом Аполлон, не было единой теории происхождения Луны.
Сторона Луны, обращенная к Земле
Было 3 теории образования Луны:
1. Земля и Луна сформирована в то же самое время из Солнечной Туманности.
2. Луна откололась от Земли под воздействием механической силы удара огромного тела.
3. Луна сформировалась в ином пространстве от Земли, но была захвачена силой притяжения Земли.
После исследования лунного грунта преобладает теория №2, - Луна сформировалась от удара с очень большим объектом, таким, как Марс или даже больше и формирование Луны произошло из выброшенного от столкновения материала.
У Луны нет глобального магнитного поля. Но часть его поверхности излучает силовые линии, это указывает, что, возможно, было глобальное магнитное поле на заре истории Луны.
Без атмосферы и магнитного поля, поверхность Луны находится под воздействием солнечного ветра. За 4 миллиардалет ионы солнечного ветра накапливались в реголите Луны. Таким образом, образцы реголита, возвращенного миссиями Аполлона, оказались ценным материалом в исследованиях солнечного ветра.
Параметры планеты Луна:
Масса: 0,07349 x 10 24 кг
Объем: 2,1958x 10 10 кубических километров
Экваториальный радиус (км): 1738,1
Полярный радиус (км): 1736,0
Средняя плотность (кг/м 3): 3350
Гравитация (ed.) (м/с 2): 1,62
Ускорение свободного падения (ed.) (м/с2): 1,62
Вторая космическая скорость (км/с): 2,38
Солнечная энергия (W/m 2): 1367,6
Температура абсолютно черного тела (k): 274,5
Полуглавная ось (расстояние от Земли) (106 км): 0,3844
Перигей (106 км): 0,3633
Апогей (106 км): 0,4055
Период вращения вокруг Земли (дней): 27,3217
Синодический период (дней): 29,53 (смена лунных фаз)
Максимальная орбитальная скорость (км/с): 1,076
Минимальная орбитальная скорость (км/с): 0,964
Наклон к эклиптике (градусы): 5,145
Наклон к экватору (градусы): 18,28 - 28,58
Эксцентриситет Орбиты: 0,0549
Период вращения вокруг своей оси (часы): 655,728
Отдаление от Земли (см/год): 3,8
Расстояние от Земли (км): 384467
Естественным спутником Земли является Луна — несветящееся тело, которое отражает солнечный свет.
Изучение Луны началось в 1959 г., когда советский аппарат «Луна-2» впервые сел на Луну, а с аппарата «Луна-3» впервые были сделаны из космоса снимки обратной стороны Луны.
В 1966 г. аппарат «Луна-9» совершил посадку на Луну и установил прочную структуру грунта.
Первыми, кто побывал на Луне, стали американцы Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин. Это произошло 21 июля 1969 г. Советские ученые для дальнейшего изучения Луны предпочли использовать автоматические аппараты — луноходы.
Общие характеристики Луны
|
Средняя удаленность от Земли, км |
|
|
|
|
|
|
Среднее расстояние между центрами Земли и Луны, км |
|
|
Наклон орбиты к плоскости ее орбиты |
|
|
Средняя орбитальная скорость |
|
|
Средний радиус Луны, км |
|
|
Масса, кг |
|
|
Экваториальный радиус, км |
|
|
Полярный радиус, км |
|
|
Средняя плотность, г/см 3 |
|
|
Наклон к экватору, град. |
Масса Луны составляет 1/81 массы Земли. Положение Луны на орбите соответствует той или иной фазе (рис. 1).
Рис. 1. Фазы Луны
Фазы Луны — различные положения относительно Солнца — новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть. В полнолуние виден освещенный диск Луны, так как Солнце и Луна находятся на противоположных сторонах от Земли. В новолуние Луна находится на стороне Солнца, поэтому сторона Луны, обращенная к Земле, не освещается.
К Земле Луна обращена всегда одной стороной.
Линию, которая отделяет освещенную часть Луны от неосвещенной, называют терминатором.
В первой четверти Луна видна на угловом расстоянии 90" от Солнца, и солнечные лучи освещают лишь правую половину обращенной к нам Луны. В остальных фазах Луна видна нам в виде серпа. Поэтому, чтобы отличить растущую Луну от старой, надо помнить: старая Луна напоминает букву «С», а если Луна растущая, то можно мысленно перед Луной провести вертикальную линию и получится буква «Р».
Из-за близости Луны к Земле и ее большой массы они образуют систему «Земля-Луна». Луна и Земля вращаются вокруг своих осей в одну сторону. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости орбиты Земли под углом 5°9".
Места пересечения орбит Земли и Луны называют узлами лунной орбиты.
Сидерический (от лат. сидерис — звезда) месяц — это период вращения Земли вокруг своей оси и одинакового положения Луны на небесной сфере по отношению к звездам. Он составляет 27,3 земных суток.
Синодическим (от греч. синод — соединение) месяцем называют период полной смены лунных фаз, т. е. период возвращения Луны в первоначальное положение относительно Луны и Солнца (например, от новолуния до новолуния). Он составляет в среднем 29,5 земных суток. Синодический месяц на двое суток длиннее сидерического, так как Земля и Луна вращаются вокруг своих осей в одну сторону.
Сила тяжести на Луне в 6 раз меньше силы тяжести на Земле.
Рельеф спутника Земли хорошо изучен. Видимые темные участки на поверхности Луны названы «морями» — это обширные безводные низменные равнины (самая крупная — «Оксан Бурь»), а светлые участки — «материками» — это гористые, возвышенные участки. Основные же планетарные структуры лунной поверхности — кольцевые кратеры диаметром до 20-30 км и многокольцевые цирки диаметром от 200 до 1000 км.
Происхождение у кольцевых структур различное: метеоритное, вулканическое и ударно-взрывное. Кроме этого, на поверхности Луны имеются трещины, сдвиги, купола и системы разломов.
Исследования космических аппаратов «Луна-16», «Луна-20», «Луна-24» показали, что поверхностные обломочные породы Луны сходны с земными магматическими породами — базальтами.
Значение Луны в жизни Земли
Хотя масса Луны в 27 млн раз меньше массы Солнца, она в 374 раза ближе к Земле и оказывает на нес сильное влияние, вызывая поднятия воды (приливы) в одних местах и отливы в других. Это происходит каждые 12 ч 25 мин, так как Луна делает полный оборот вокруг Земли за 24 ч 50 мин.
Из-за гравитационного воздействия Луны и Солнца на Землю возникают приливы и отливы (рис. 2).
Рис. 2. Схема возникновения приливов и отливов на Земле
Наиболее отчетливы и важны по своим следствиям прилив- но-отливные явления в волной оболочке. Они представляют собой периодические подъемы и опускания уровня океанов и морей, вызываемые силами притяжения Луны и Солнца (в 2,2 раза меньше лунной).
В атмосфере приливно-отливные явления проявляются в полусуточных изменениях атмосферного давления, а в земной коре — в деформации твердого вещества Земли.
На Земле наблюдаются 2 прилива в ближайшей и удаленной от Луны точке и 2 отлива в точках, находящихся на угловом расстоянии 90° от линии Луна — Земля. Выделяют сигизийные приливы, которые возникают в новолуние и полнолуние и квадратурные — в первой и последней четверти.
В открытом океане приливно-отливные явления невелики. Колебания уровня воды достигает 0,5-1 м. Во внутренних морях (Черное, Балтийское и др.) они почти не ощущаются. Однако в зависимости от географической широты и очертаний береговой линии материков (особенно в узких заливах) вода во время приливов может подниматься до 18 м (залив Фанди в Атлантическом океане у берегов Северной Америки), 13 м на западном побережье Охотского моря. При этом образуются приливно-отливные течения.
Основное значение приливных волн заключается в том, что, перемешаясь с востока на запад вслед за видимым движением Луны, они тормозят осевое вращение Земли и удлиняют сутки, изменяют фигуру Земли с помощью уменьшения полярного сжатия, вызывают пульсацию оболочек Земли, вертикальные смещения земной поверхности, полусуточные изменения атмосферного давления, изменяют условия органической жизни в прибрежных частях Мирового океана и, наконец, влияют на хозяйственную деятельность приморских стран. В целый ряд портов морские суда могут заходить только во время прилива.
Через определенный промежуток времени на Земле повторяются солнечные и лунные затмения. Увидеть их можно, когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной линии.
Затмение — астрономическая ситуация, при которой одно небесное тело заслоняет свет от другого небесного тела.
Солнечное затмение происходит, когда Луна попадает между наблюдателем и Солнцем и загораживает его. Поскольку Луна перед затмением обращена к нам неосвещенной стороной, перед затмением всегда бывает новолуние, т. е. Луна не видна. Создается впечатление, что Солнце закрывается черным диском; наблюдающий с Земли видит это явление как солнечное затмение (рис. 3).
Рис. 3. Солнечное затмение (относительные размеры тел и расстояния между ними условны)
Лунное затмение наступает, когда Луна, находясь на одной прямой с Солнцем и Землей, попадает в конусообразную тень, отбрасываемую Землей. Диаметр пятна тени Земли равен минимальному расстоянию Луны от Земли — 363 000 км, что составляет около 2,5 диаметра Луны, поэтому Луна может быть затенена целиком (см. рис. 3).
Лунные ритмы — это повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов. Существуют лунно-месячные (29,4 сут) и лунно-суточные (24,8 ч) ритмы. Многие животные, растения размножаются в определенную фазу лунного цикла. Лунные ритмы свойственны многим морским животным и растениям прибрежной зоны. Так, у людей замечено изменение самочувствия в зависимости от фаз лунного цикла.
