Наша планета, в отличие от Меркурия и Венеры, обладает естественным и единственным спутником – Луной. Это небесное тело оказывает значительное воздействие на процессы, происходящие на Земле. Поэтому, интерес к ней со стороны землян, вполне закономерен.
Строение Луны
По канонам астрономической геологии, внутреннее строение Луны является стандартным: ядро, диаметром порядка 1500 км, состоящее из твёрдой внутренней части радиусом 240 км. Жидкая внешняя часть: 300 км в толщину. Основным химическим элементом в составе ядра является железо.
Мантия, толщиной 1000 км, имеющая в своём составе: магний, железо и окислы кремния. Кора, слоем около 50 км, покрытая слоем лунного грунта, называемого «реголит». Пористый материал серого цвета.
Лунная атмосфера
Поверхность Луны окружена тонким слоем газов (экзocфepа). Это: аргон, азот, гелий, неон, водород, метан, аммиак, углекислота. По сравнению с земной атмосферой: плотность в десять триллионов раз меньше. Соответственно диапазон колебания температур: от – 15З°C до +107°C.
Что создает атмосферу Луны?
- Солнечный ветер, агрессивно вступающий в реакцию с реголитом.
- Метеориты, приносящие с собой огромную кинетическую энергию и замороженные газы.
- Внутренние газы, извергающиеся на поверхность в результате сейсмической активности.
Условия на поверхности
Прибывшие на единственный спутник Земли космонавты вынуждены будут чувствовать себя некомфортно. И вот по каким причинам:
- Значительное ослабление силы тяжести.
- Отсутствие воды в виде жидкости на грунте.
- Минимальное количество газовой атмосферы.
- Длительность суток в 29,5 раза продолжительнее земных.
- Моментальный переход из ночи в день и обратно с гигантским скачком температуры.
Гравитационное поле
Притяжение Луны в 6 раз слабее земного, что не позволяет ей удерживать собственную атмосферу. В 2011 году пара американских спутников провела исследование гравитационного поля спутника нашей планеты. Оно весьма своеобразное: в наличии множество аномалий. Причина подобного парадокса пока не выяснена и требует дальнейших исследований.
Орбита Луны
Ближайший космический объект всегда был объектом повышенного внимания астрономов. Как в доисторические времена, так и по настоящее время. Звездочёты древности смогли довольно точно определить размеры Луны и её расстояние до Земли.
Ещё за три века до нашей эры великий древнегреческий учёный Аристарх Самосский, вычислил длину пути между двумя небесными телами. Она оказалась равной 60 радиусам нашей планеты (точнее: изменяется в пределах: 55 – 63).
Через столетие, исследование орбиты ночного светила продолжил другой астроном древней Греции Гиппарх. Изучив три лунных затмения, ему удалось подтвердить догадки небесных наблюдателей древней вавилонской школы.
Луна вращается вокруг Земли по эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,0549. Расстояние между ними меняется в пределах: 364397 км – 406748 км. Вследствие так называемого «приливного ускорения», Луна медленно (по 38 мм ежегодно) удаляется от Земли.
Удивительна синхронность круговорота спутника вокруг нашей планеты и собственной оси. Период того и другого обращения составляет 27,32166 земных суток. Вот почему нам видна только одна сторона «ночного светила».
В действительности, орбитальное движение Луны весьма сложное и подвержено влиянию множества факторов. Учесть их с достаточно высокой точностью удалось в 1919 году британскому астроному Эрнесту Брауну. Его расчётами руководствуются и поныне. Правда, с некоторыми компьютерными коррективами, полученными в ходе космических исследований.
Фазы Луны
В процессе вращения, уровень освещённости спутника нашей планеты солнечными лучами, претерпевает изменения. Это и есть так называемые «фазы» Луны. Основных из них – четыре:
- Новолуние – Луны не видно.
- Первая четверть – освещена половина спутника. В Северном полушарии она видима справа, а в Южном – слева.
- Полнолуние – видима вся поверхность.
- Последняя четверть. Она аналогична первой. Но, на сей раз, освещена другая половина Луны.
Каждая фаза длится 7,4 дня. Все вместе они продолжаются от 29,25 до 29,83 суток. Это объясняется движением Луны не по круговой, а по эллиптической орбите. Период первых двух фаз принято называть «ростом» Луны, а двух следующих её «убыванием».
Суперлуние
Иногда, при наложении одновременно двух астрономических явлений: полнолуния или новолуния с моментом максимального приближения Луны к Земле, происходит суперлуние. Спутник визуально становится больше на 14% в диаметре, чем обычно.
Связь с Землёй
Взаимодействие двух близко расположенных небесных тел огромной массы приводит к возникновению приливов и отливов. Повышается не только уровень моря, но и высота поверхности грунта. Если на поверхности нашей планеты наибольшая высота приливной волны доходит до 18 м, то на её спутнике колебания коры не превышают нескольких сантиметров.
Расположение трёх небесных тел: Солнца, Земли и Луны в одну линию, приводит к возникновению затмений. То есть, покрытию поверхности наблюдаемого объекта тенью (Луны Землёй) перемещающегося тела, или самим движущимся телом (Солнца Луной).
Лунное затмение
Когда Луна покрывается конусом тени нашей планеты, происходит лунное затмение. Оно бывает нескольких видов:
- Полное затмение – поверхность спутника целиком закрывается тенью Земли. Цвет Луны становится тёмно-красным.
- Частное затмение – тень покрывает спутник частично.
- Полутеневое затмение. Вокруг конуса тени Земли имеется область полутени. В этом случае, она накрывает Луну.
Влияние Луны на Землю
Влияние сил гравитации Луны приводит к возникновению морских приливов и отливов. Две третьих нашей планеты покрыто Мировым океаном. Под воздействием силы притяжения спутника, его поверхность с двух сторон Земли поднимается – прилив, с двух других опускается – отлив.
За сутки приливная волна полностью обегает Земной шар, дважды вызывая приливы и отливы. Самая большая высота подъёма воды, порождаемая силой притяжения Луны, достигает 18 метров. Происходит это в бухте Фанди, на побережье Канады. Интересно, что в России подобное явление малозаметно. Побережья Балтийского, Чёрного, Каспийского морей отдалены от океана, а сами акватории очень замкнуты.
Магнитное поле
Одной из странностей ночного светила, является отсутствие магнитных полюсов. Локальные магнитные поля постоянного и переменного характера присутствуют, но для магнитного поля космического масштаба они незаметны.
Американские космические миссии «Аполлон», доставившие лунные камни, позволили разгадать историю её магнитного поля. Оказывается, несколько миллиардов назад у Луны оно было, и по своей силе в два раза превосходило земное. Постепенно наш спутник отдалялся от Земли, силы притяжения не могли раскачивать жидкое ядро так, как раньше, и оно застывало. Магнитная генерация постепенно сошла на «нет». Вот почему компас на Луне сторон света не определяет.
Взаимодействие Луны с окружающей средой
Изучая Луну, пытливый исследователь поневоле будет искать ответ на вопрос: что на неё падает, и что с её поверхности устремляется в открытый космос? Нахождение спутника Земли в Солнечной системе и открытость его (отсутствие атмосферы) для внешних воздействий, обуславливает беспрерывную «бомбардировку» Луны:
- Солнечным ветром.
- Космическими лучами.
- Метеоритными частицами.
Огромный поток заряженных частиц или проникает внутрь лунного грунта, или отражается от его поверхности. В лунном грунте под ударами первичных частиц, происходит возникновение вторичных – осуществляется каскадная ядерная реакция. Нейтроны и гамма-лучи покидают спутник, атакованный их «прародителями».
Селенология
Наука, изучающая минеральную структуру Луны, называется селенологией (от греческого Селена – Луна). С началом эпохи полётов космических аппаратов, открылась возможность изучения литосферы, а также образцов грунта, взятых с поверхности спутника Земли. Вдобавок, на нашей планете было найдено около 150 лунных метеоритов. Их подлинность была подтверждена лабораторными анализами.
На сегодняшний день селенологи, изучив химический состав минералов, не имеют чёткой картины происхождения нашего спутника. Многие физические параметры Луны не вписываются в классические каноны астрономической науки, порождая множество подчас фантастических гипотез:
- Захват пролетающего космического объекта гравитационными силами Солнечной системы и самой Земли.
- Распад единой массы на две составляющие.
- Гибель мифического (а, может и реального) Фаэтона с возникновением пояса астероидов и Луны.
- Существование двух планетной системы.
- Луна внутри полая! Правда, не совсем.
Причём за всеми этими предположениями стоят самые авторитетные учёные, аргументирующие свои взгляды серьёзными научными выкладками.
Пещеры на Луне
Человеческая цивилизация стремится к освоению космического пространства. В ближайших планах: колонизация ближайших космических тел. Но условия для жизнедеятельности и работы на них, не отличаются «комфортностью и гостеприимством».
Возникает проблема создания благоустроенных убежищ. Открытие первой лавовой трубки (огромной пещеры с устойчивой геологической структурой) японским космическим зондом Кагуя, позволяет надеяться на успешное решение проблемы. Тем более, что ранее на поверхности Луны были сфотографированы, так называемые «норы». Последующие проведённые исследования позволяют с уверенностью утверждать, что внутри спутника имеются гигантские полости – пустоты.
Вдохновлённые полученной информацией, израильские предприниматели хотят послать к земному спутнику два малых лунохода, для проникновения внутрь лавовой трубки. Пока что первая миссия израильского «Берешита» закончилась катастрофой. Остаётся надеяться, что вторая будет более успешной.
Вода на Луне
Вода на Луне есть. Но только в твёрдом состоянии. В жидком виде она пребывать не может, так как под воздействием солнечных лучей быстро испарится и уйдёт в космическое пространство.
Имеются точные доказательства наличия больших запасов льда на полюсах и в кратерах лунной поверхности. Хотя общее количество H2O пока остаётся загадкой. Будущим жителям ночного светила ещё предстоит оценить перспективы водопользования и освоить соответствующие технологии.
Химия пород
Точный химический состав Луны ещё предстоит определить. Пока что имеются образцы грунта, доставленные «Луной-16» и «Луной-20» с морского и материкового районов спутника. Они существенно отличаются друг от друга, но в целом реголит имеет в своём составе: кремний, алюминий, железо, магний, кальций и ряд других минералов.
В грунте также присутствует большое количество кислорода, при незначительном содержании воды. Что подтверждает химическую картину нашего спутника.
Селенография
В начале XVII века Галилео Галилею удалось рассмотреть поверхность Луны в телескоп. Это послужило отправной точкой возникновения селенологии – науки изучающей рельеф и природу земного спутника. Позднее к великому первооткрывателю присоединились: немецкий астроном Христофор Шейнер, поляк Ян Гевелий, итальянский астроном-иезуит Джованни Ричолли. Усилиями этих учёных были созданы первые лунные карты, написаны книги, положено начало классификации элементов поверхности ночного светила.
Почему кратеры на Луне круглые?
Вопрос, разделивший научную общественность на два лагеря. Что же послужило причиной возникновения множества «круглых отметин» на поверхности Луны? Вулканическая деятельность или удары метеоритов?
Приверженцы первой гипотезы в качестве аргумента приводили форму кратера, представляющую собой круг. Мотивируя тем, что при падении должен возникать эллипс. Их доводы были опровергнуты, моделирующим процесс описанием физика из Новой Зеландии Чарльза Джиффорда. На помощь ему, с дальнейшим теоретическим обоснованием описанного явления, пришёл юный студент из СССР Кирилл Станюкович. Закономерно, что впоследствии он становится видным учёным, академиком – создателем «Взрывной теории».
Точку поставили исследования, проведённые с помощью космических аппаратов на Луне и других ближайших планетах. «Виновниками» огромного количества круговых отметин на поверхности нашей спутницы являются метеориты.
«Моря» и «Материки» на Луне
Самые крупные формирования на Луне называются морями по аналогии с земными акваториями. Хотя никакой воды в них нет, а вот жидкая масса лавы была, но со временем застыла. Заполнив собой низменности и кратеры. Окраска морей тёмная, серовато-коричневого цвета, очертания округлые. Любопытные данные: спутник нашей Земли покрыт 1 океаном, 27 морями, 20 озёрами, 13 заливами и 4 болотами.
Антиподом лунных морей выступают так называемые «материки». Они светлые, гористые и занимают более 4/5 площади ночного светила. Материки покрыты значительным количеством кратеров, а расположены в большей мере на обратной стороне ночного светила.
Карта
Нарисовать поверхность Луны на листе бумаги или другом подручном материале может любой желающий, но первым, кто удосужился это сделать в 1603 году, был английский исследователь Уильям Гильберт в 1603. Во всяком случае, других подобных изображений более раннего периода пока не обнаружено.
Самая первая известная лунная карта была создана на полтора века позднее, немцем Тобиасом Майером. Такая возможность появилась благодаря созданию первых телескопов. За прошедшие столетия наука далеко шагнула вперёд, воспользовавшись исследовательской аппаратурой космических аппаратов.
На сегодняшний день, современная астрономия оперирует 14 видами рельефа земного спутника:
- Болото – низина, более светлая, чем море.
- Борозда – неглубокая, узкая депрессия.
- Горы – возвышенный массив.
- Гряда – бесформенная линейная возвышенность.
- Долина – ровная поверхность извилистой формы.
- Залив – вдающаяся в сушу часть моря.
- Кратер – углубление в виде кольца, окаймлённое валом.
- Море – глубокая, тёмная низина.
- Мыс – выступающая часть материка, направленная в море.
- Озеро – пониженная область, по размерам меньше морской поверхности.
- Океан – территория, значительно превышающая море.
- Равнина – низменная область с прямой поверхностью.
- Сброс – структура в виде облома, обрыва, уступа.
- Цепочка – формация из кратеров.
В XXI веке любой исследователь может воспользоваться достижениями селенографии. К услугам нашего современника в сети Интернет имеется трёхмерная рельефная карта Луны.
Происхождение Луны
За всё время изучения нашего спутника возникало множество самых невероятных и фантастических гипотез происхождения Луны. Каждая из них имело множество доводов как за, так и против.
В последнее время на первый план выдвинулась теория гигантского столкновения планеты с небесным телом (под гипотетическим названием Тейя), размерами сопоставимым с Марсом. Итогом столкновения стал выброс вещества на нынешнюю орбиту Луны.
Год назад японские учёные сделали важное уточнение, что в качестве этого вещества выступила магма, в то время окружающая своими слоями поверхность Земли. Остаётся ждать доказательств.
Исследование
Луна, как самый близкий объект во Вселенной всегда была привлекательным объектом исследований. С древнейших времён по настоящее время пытливые астрономы тратили время на её изучение. Сначала невооружённым глазом, а затем с помощью телескопов и космических аппаратов.
Космические аппараты
Первым космическую одиссею начал СССР. В 1959 году станции «Луна-1, -2, -3» облетели вокруг спутника, приземлились на его поверхность, и даже смогли получить снимки обратной стороны Луны.
Позже к нему присоединились США со своими программами: Рейнджер, Сервейер, Луна орбитер и Апполон. Начиная с III тысячелетия список стран, исследующих спутник Земли, пополнился:
- Европейским союзом.
- Японией.
- Китаем.
- Индией.
- Израилем.
В ближайшем будущем планирую подключиться Канада и Республика Корея.
Пилотируемые полёты
С началом 70-ых годов прошлого века США форсируют программу высадки первого человека на Луну. Предварительно с помощью космических станций была выполнена исследовательская работа по оценке возможности подобного мероприятия. Фотографирование, «прилунение», изучение поверхности, анализ аномальных явления – всё было сделано для успеха предстоящей операции.
21 июля 1969 года экипаж «Апполон-11» ступил на лунную поверхность. Шесть раз американские космические корабли высаживали на Луну астронавтов, общим количеством – 12 человек. В конце 1972 года программа пилотируемых полётов с высадкой человека на спутник была свёрнута.
Причина банальна – нехватка средств. Возможно, с подключением ряда стран Азии, Европейского союза, Израиля, ситуация изменится. От освоения и колонизации земного спутника никто отказываться не собирается. Параллельно с пилотируемыми полётами, начинается освоение лунной поверхности с помощью луноходов.
СССР
Первенство в создании радиоуправляемых движущихся аппаратов взял на себя Советский Союз. Созданные в СССР «Луноход-1» и «Луноход-2», успешно осваивали лунную поверхность в 1970 и 1973 году. Были и другие аппараты, но ряду причин, их миссии или не состоялись, или окончились неудачей.
США
В рамках расширения возможностей для американских астронавтов на поверхности Луны, компания «Боинг» совместно с «Дженерал Моторс» изготовила четыре лунных автомобиля. Двигающиеся на поверхности спутника со скоростью 13 км/ч, они значительно расширили возможности экипажей «Аппполон-15, -16, -17». Общий пробег «луномобилей» составил 91 км, а наибольшая удалённость от базы – 7,6 км.
Китай
Третьей державой, успешно осуществившей запуск в работу движущегося агрегата по земному спутнику, стал Китай. Его луноходы «Юйту» и «Юйту-2» в 2013 и 2019 годах продолжили эстафету радиоуправляемых луноходов.
Последующее изучение
Луна является весьма перспективной в плане освоения и колонизации. Поэтому, её изучение становится всё более активным. Свои космические спутники для изучения Луны запустили страны Азии и Европейский союз.
США удалось выполнить съёмку поверхности Луны очень высокого разрешения. На фото видны оставленное предыдущими экспедициями оборудование, и даже отпечатки ног астронавтов.
В России есть своя лунная программа, рассчитанная до 2040 года. Планируются регулярные полёты, высадка экипажа, строительство лунной базы.
Частные проекты
Помимо государственных корпораций, изучение с перспективой освоения лунной поверхности, начали частные компании. Стимулом активизации их деятельности, послужил объявленный Google Lunar X PRIZE конкурс на изготовление мини-лунохода. Одним из участников которого, стала российская команда.
Не менее заманчивой представляется организация космического туризма, о которой объявила компания Bigelow Aerospace. Астронавтов любителей планируют «покружить» вокруг Луны, либо на старых модернизированных кораблях. Или на вновь созданных многоразовых универсальных аппаратах.
Международный правовой статус
Вопросы юрисдикции освоения спутника Земли закреплены двумя международными документами:
- «Договором о принципах деятельности…» 1967 года.
- «Соглашением о деятельности государств…» в рамках ООН от 18 декабря 1979 года.
Колонизация
Человеческая цивилизация не может бесконечно долго оставаться на Земле. Для развития ей жизненно необходимы космические колонии. Где лучше всего их строить? На Луне. Она близка и хорошо изучена.
Начиная со второй половины XX-го века, супердержавы СССР и США приступили к проектированию баз на земном спутнике:
- Американские: «Лунэкс», «Горизонт» (военные); проект фон Брауна; длительный, дорогостоящий Lunar Oasis.
- Советские: проект академика В. П. Бармина, «Звезда».
Начало XXI-го века. Пальму первенства по-прежнему держат США со своей программой «Созвездие», в планах которой: создание новой инфраструктуры совместно с разработкой специального оборудования.
Не собираются долго оставаться на вторых ролях страны Азии. Обширные планы у Китая, Индии. Более скромные достижения имеет Япония, по причине финансовых затруднений. Россия, хотя и имеет свою лунную программу, но не располагает достаточными средствами для её реализации.
Скорее всего, космическим державам придётся объединять усилия и привлекать новых «игроков». Хороший пример такого сотрудничества демонстрирует Европейское космическое агентство, разработавшее четырёх этапный план колонизации Луны 2020 – 2062 года.
Иллюзия Луны
С древнейших времён и по наше время, наблюдатели отмечали, что Луна, находящаяся над горизонтом, гораздо больше той, что расположена высоко в небе. Это, не что иное, как оптический обман. Габариты нашего спутника неизменны, а угловой размер даже увеличивается с восхождением Луны в зенит.
Несмотря на ряд гипотез, точные причины иллюзии пока не определены.
Кратковременные явления
Периодически возникающие оптические аномалии, возникающие на поверхности ночного светила носят название КЛЯ – кратковременные лунные явления. Это: разного рода вспышки, сияния, помутнения, изменения размеров и вида наблюдаемого объекта, случаи их перемещения.
Природа их остаётся неясной. Причин, вызывающих КЛЯ может быть множество:
- Выход газов.
- Сейсмические процессы.
- Воздействие света и электромагнитных волн.
- Электрические процессы, сопровождающиеся световым эффектом.
- Химическая активность реголита.
Нельзя сбрасывать со счетов субъективность наблюдений, подверженных разного рода воздействиям: как на поверхности Земли (атмосфера), так и в открытом космосе (Солнечный ветер, излучения звёзд, и другие). Пока что, подобного рода информация, служит пищей для разного рода кривотолков. Строгой научной теории, объясняющей подобные феномены, пока что не создано.
Образ Луны в культуре и мифологии
Ближайший спутник Земли всегда служил «пищей» для творческого энтузиазма деятелей искусства. Образ ночного светила, маняще недоступный, загадочный, являющийся незаменимым спутником свиданий в тёмное время суток, воспет во множестве художественных произведений.
Мифология народов мира изобилует лунными божествами. Иногда они олицетворяют пассивное, тёмное женское начало, иногда – радостное, просветляющее. Часто встречается тема небесного брачного союза Солнца и Луны.
Почему Луна так называется?
Корни происхождения названия земной «попутчицы» различные:
- В древнеславянском языке оно означало «светлая».
- Возможно латинское происхождение, заимствованное из языка древних евреев. Там слово «Луна» означало «ночлег».
Исторически сложилось так, что наша небесная спутница не имеет красивого мифологического названия. Оно чисто научное. Луны (с маленькой буквы, во множественном числе) – это один из видов космических тел. Ближайшее к нам получило имя собственное с заглавной буквы.
Это порождает некоторую путаницу, неразбериху. Приводит к появлению анекдотов. Некоторые предлагают переименовать её. Но пока этого не происходит. Видимо, название прижилось.
Наблюдение за Луной
Луна, по космическим меркам, расположена совсем рядом. Поэтому, любой желающий заняться астрономией, может начать с изучения нашей ближайшей небесной спутницы. Знакомство с ней можно проводить невооружённым глазом. Но лучше приобрести бинокль или доступный телескоп.
Проблемы, конечно будут. Чтобы их избежать, лучше заранее принять меры:
- Обзавестись лунными картами, для знакомства с названиями и местами расположения объектов.
- Выбрать оптимальное место для наблюдений. Особенно много неприятностей начинающим астрономам доставляет уличное освещение ночных городов.
- Учесть погодные факторы. Дождь и снег, облака и туман не позволят заниматься любимым делом.
- Изучить цикл движения Луны по орбите, с учётом географических координат территории своего пребывания.
- Приобретая опыт, появятся умение и навыки. Настойчивость внимательного наблюдателя непременно будет награждена открытиями, сопровождающимися приятными впечатлениями.
