Луна
Луна
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 повёрнут 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
Первая космическая скорость 1,68 км/с
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)
У этого термина существуют и другие значения, см.: Луна (значения).

Луна́ (лат. Luna) — естественный спутник Земли. Это второй по яркости объект на земном небосводе после Солнца и пятый по величине естественный спутник в Солнечной системе. Также, является первым (и на 2008 год единственным) внеземным объектом, на котором побывал человек. Среднее расстояние от Земли до Луны 384 тыс. км.

Звёздная величина Луны на земном небе −13m. Освещённость от полной Луны около поверхности Земли составляет 0,25 лк.

Содержание

Название

Римляне называли спутник Земли Лу́ной (лат. Lūna), греки — Селеной (греч. Σελήνη), древние египтяне — Ях (Иях).

Общая характеристика

Движение Луны

В первом приближении можно считать, что Луна двигается по эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,0549 и большой полуосью 384 399 км. Она почти лишена атмосферы и воды. Большую часть её поверхности занимают кратеры и горы. Реальное движение Луны довольно сложно, при его расчёте необходимо учитывать множество факторов, например, сплюснутость Земли и сильное влияние Солнца, которое притягивает Луну в 2,2 раза сильнее, чем Земля. Более точно движение Луны вокруг Земли можно представить как медленно раскручивающуюся спираль, вследствие чего Луна ежегодно отдаляется от Земли на расстояние в 4 см.[1]

Молодая Луна, вид с Земли.

Период обращения Луны вокруг Земли относительно звёзд равен 27,32166 суток, это так называемый сидерический месяц.

Так как Луна не светится сама, а лишь отражает солнечный свет, с Земли видна только освещённая Солнцем часть лунной поверхности. Луна обращается по орбите вокруг Земли, и тем самым 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) и называется синодический месяц. То, что длительность синодического месяца больше, чем сидерического, объясняется движением Земли вокруг Солнца: когда Луна относительно звёзд совершает оборот вокруг Земли, Земля к этому времени проходит уже 1/13 часть своей орбиты, и чтобы Луна снова оказалась между Землёй и Солнцем, ей нужно дополнительно около двух суток.

Хотя Луна и вращается вокруг своей оси, она всегда обращена к Земле одной и той же стороной, то есть вращение Луны вокруг Земли и вокруг собственной оси синхронизировано. Эта синхронизация вызвана трением приливов, которые производила Земля в оболочке Луны.[2] Согласно законам механики, Луна ориентирована в поле тяготения Земли так, что на Землю направлена большая полуось лунного эллипсоида.

Либрации

Лунные либрации

Между вращением Луны вокруг собственной оси и её обращением вокруг Земли существует различие: вокруг Земли Луна вращается по закону Кеплера (неравномерно, то есть близ перигея быстрее, близ апогея медленнее). Однако вращение спутника вокруг собственной оси равномерно. Именно благодаря этому возможно взглянуть на обратную сторону Луны с запада или с востока. Такое явление колебания называется оптической либрацией по долготе. В связи же с наклоном оси Луны относительно плоскости Земли возможно заглянуть на обратную сторону с севера или с юга. Это также оптическая либрация, но по широте. Эти либрации суммарно позволяют наблюдать около 59% лунной поверхности. Данное явление оптической либрации было открыто Галилео Галилеем в 1635 году, когда он был осуждён Инквизицией.

Также существует физическая либрация, обусловленная колебанием спутника вокруг положения равновесия в связи со смещённым центром тяжести, а также под действием приливных сил со стороны Земли. Эти колебания составляют т. н. физическую либрацию, которая составляет 0,02° по долготе с периодом 1 год и 0,04° по широте с периодом 6 лет.

Условия на поверхности Луны

Поскольку на Луне практически отсутствует атмосфера, днём её поверхность накаляется до +120 °C, но ночью или даже в тени она остывает до −160 °C. 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.

Поверхность Луны покрыта так называемым реголитом — смесью тонкой пыли и скалистых обломков, полученных из столкновений метеоров с лунной поверхностью. Толщина слоя реголита бывает от долей метра до десятков метров.

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

Дедал (кратер). Диаметр: 93 км. Глубина: 3 км
Фотография Луны, сделанная Л. Резерфордом в 1865

Древность и Средние Века

Луна привлекала внимание людей с древних времён. Во II в. до н. э. Гиппарх исследовал поведение Луны в звёздном небе, определив наклон лунной орбиты относительно земной эклиптики, а также выявил ряд особенностей движения.

Выведенную Гиппархом теорию развил впоследствии астроном из Александрии Клавдий Птолемей во II в. н. э., написав об этом книгу «Альмагест». Данная теория множество раз уточнялась, и в 1687 г., после открытия Ньютоном закона всемирного тяготения, из чисто кинематической, описывающей геометрические свойства движения, теория стала динамической, учитывающей движение тел под действием приложенных к ним сил.

Изобретение телескопов позволило различать более мелкие детали рельефа Луны. Одну из первых лунных карт составил Джованни Риччиоли в 1651 году, он же дал названия крупным тёмным областям, именовав их «морями», чем мы и пользуемся до сих пор. Данные топонимы отражали давнее представление, будто погода на Луне схожа с Земной, и тёмные участки якобы были заполнены лунной водой, а светлые участки считались сушей. Однако в 1753 году хорватский астроном Руджер Бошкович доказал, что Луна не имеет атмосферы. Дело в том, что при покрытии звёзд Луной, те исчезают мгновенно. Но если бы у Луны была атмосфера, то звезды бы погасали постепенно. Это свидетельствовало о том, что у спутника нет атмосферы. А в таком случае жидкой воды на поверхности Луны быть не может, так как она мгновенно бы испарилась.

С лёгкой руки того же Джованни Риччиоли кратерам стали давать имена известных учёных: от Платона, Аристотеля и Архимеда до Вернадского, Циолковского и Павлова.

XIX век

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».

В 1811 году французский астроном Франсуа Араго открыл явление поляризации света, отражённого поверхностью Луны. Причина данного явления заключается в наличии на поверхности раздробленного грунта, который отражает свет в целом лучше, чем окружающая его территория. Этим и объясняются светлые лучи вокруг тёмных лунных кратеров, оставленные выбросом грунта при ударе.

XX век

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 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.

Фотография «Астронавт Harrison H. Schmitt на Луне», предоставленная НАСА
Изображение, предоставленное НАСА, 1972

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» (1966—1968) — мягкая посадка и съёмки местности и «Лунар орбитер» (1966-1967) — детальное изображение поверхности Луны.

Впервые сфотографированный с лунной орбиты в течение полёта Apollo 8 «восход Земли»

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)[3].

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.

XXI век

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 на Луну людей и луноход, 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 объёмную карту лунной поверхности, что в будущем может поспособствовать амбициозному проекту колонизации Луны.[4]

Геология Луны (селенология)

Время, за которое свет, пущенный с Земли, достигает Луны. Отношение размеров Земли и Луны к расстоянию между ними
Радиальная гравитационная аномалия на поверхности Луны.
Ударный кратер — углубление, появившееся на поверхности космического тела в результате падения другого тела меньшего размера.

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). 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.

Вода на Луне

В июле 2008 года группа американских геологов из Института науки Карнеги и Университета Брауна обнаружила на Луне доказательства существования воды в больших количествах на ранних этапах существования спутника, позднее она испарилась в космос.[5]

Геохимия лунных пород

Состав лунного грунта существенно отличается в морских и материковых районах Луны. Лунные породы обеднены железом, водой и летучими компонентами.

Химический состав лунного реголита в процентах.
Элементы Доставлен «Луной-20» Доставлен «Луной-16»
Si 20,0 20,0
Ti 0,28 1,9
Al 12,5 8,7
Cr 0,11 0,20
F 5,1 13,7
Mg 5,7 5,3
Ca 10,3 9,2
Na 0,26 0,32
K 0,05 0,12

АМС «Луна-20» доставила грунт из материкового района, «Луна-16» из морского. [6]


Селенография

Топография Луны, высота поверхности относительно лунного геоида. Видимая с Земли сторона — слева.

Поверхность Луны можно разделить на два типа: очень старая гористая местность (лунный материк) 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. Лунные моря, под которыми лунными спутниками обнаружены более плотные, тяжёлые породы, сконцентрированы на обращённой к Земле стороне из-за влияния гравитационного момента при формировании Луны.

Большинство кратеров на обращённой к нам стороне названо по имени знаменитых людей в истории науки, таких как Тихо Браге, Коперник и Птолемей. Детали рельефа на обратной стороне имеют более современные названия типа Аполлон, Гагарин и Королёв . На обратной стороне Луны расположена огромная впадина (бассейн) диаметром 2250 км и глубиной 12 км — 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, жёлоб) — узкие извилистые долиноподобные понижения рельефа.

Происхождение лунных кратеров[7]

Попытки объяснить происхождение кратеров на Луне начались с конца 80-х годов XVIII века. Основных гипотез было две — вулканическая и метеоритная.

Следуя постулатам вулканической теории, выдвинутой в 80-х годах XVIII века немецким астрономом Иоганном Шретером, лунные кратеры были образованы вследствие мощных извержений на поверхности. Но в 1824 году также немецкий астроном Франц фон Груйтуйзен сформулировал метеоритную теорию, согласно которой при столкновении небесного тела с Луной происходит продавливание поверхности спутника и образование кратера.

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 происхождении кратеры должны иметь форму эллипса. Однако в 1924 году новозеландский учёный Джиффорд впервые дал качественное описание удара о поверхность планеты метеорита, двигающегося с космической скоростью. Получалось, что при таком ударе большая часть метеорита испаряется вместе с породой на месте удара, 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. Чуть позже, в 1937 году, данную теорию привёл к обобщённому научному виду российский студент Кирилл Петрович Станюкович, впоследствии ставший доктором наук и профессором. Данная «взрывная теория» разрабатывалась им самим и группой учёных с 1947 по 1960 года, а дорабатывалась в дальнейшем и другими исследователями.

Полёты к спутнику Земли с 1964 года, совершенные американскими аппаратами «Рейнджер», а также открытие кратеров на других планетах Солнечной системы (Марс, Меркурий, Венера) подвели итог этому вековому спору о происхождении кратеров на Луне. Дело в том, что открытые вулканические кратеры (например, на Венере) сильно отличаются от лунных, схожих с кратерами на Меркурии, которые, в свою очередь, были образованы ударами небесных тел. Поэтому метеоритная теория ныне считается общепринятой.

Лунные моря

Лунные моря представляют собой обширные, залитые некогда базальтовой лавой низины. Изначально данные образования считали обычными морями. В последствии, когда это было опровергнуто, менять название не стали. Лунные моря занимают около 40 % видимой площади Луны.

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

Основная статья: Происхождение Луны
Полная луна

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 образовалась в результате столкновения Земли с другим объектом;
  • 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.[8]

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.

Луна в искусстве

Литература

Классическая музыка

Кино

Фильмы и мультфильмы приведены в хронологическом порядке[9].

Интересные факты

  • Около горизонта Луна выглядит более крупной. Это чисто психологический эффект, называемый лунной иллюзией. На самом деле она на 1,5 % меньше, чем когда находится высоко в небе (поскольку около горизонта она расположена на один земной радиус дальше от наблюдателя).
  • 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)
  • Раз в году рождение новой луны знаменует у мусульман начало месяца поста — Рамадана.
  • В Книге Бытия Луна названа «меньшим светилом». Однако Луна и Солнце появились позже, чем свет.

И создал Бог два светила великие: светило большее, для управления днём, и светило меньшее, для управления ночью, и звезды; и поставил их Бог на тверди небесной, чтобы светить на землю, и управлять днём и ночью, и отделять свет от тьмы.

  • Луна как пассивное начало противопоставляется Солнцу, активному началу. Кроме того, Луна символизирует женское начало, а Солнце — мужскоеисточник?. Однако, например, в немецком языке Солнце женского рода (нем. die Sonne), а Луна мужского (нем. der Mond).
  • Луна — восемнадцатая карта (аркан) Таро.
  • В Древней Индии Луну называли владыкой планет.
  • В алхимии Луна является символом серебра.
  • Луна изображается на многих гербах и на некоторых флагах: Лаос, Монголия, Палау, флаг саамов, флаг шанов (Мьянма).
  • Луна изображается как полумесяц на флагах и гербах, связанных с Османской империей. Полумесяц часто изображается на флагах мусульманских стран.

Например, Турция, Тунис, Алжир, Мавритания, Азербайджан, Узбекистан, Пакистан, Турецкая республика Северного Кипра.

См. также

«Эдвин Олдрин на Луне, 20 июля 1969», НАСА

Источники

  1. ↑ Алексей Левин. Прекрасная Селена. «Популярная механика» № 5, 2008
  2. ↑ «Общий курс астрономии». авт. Э. В. Кононович и В. И. Мороз УРСС, М. 2001 г, стр. 119.
  3. ↑ http://inauka.ru/news/article49111/print.html
  4. ↑ Китай запустил свой первый лунный спутник — MEMBRANA , 24 октября 2007
  5. ↑