Наш естественный спутник луна. Рельеф Луны. Химический состав и физические условия на поверхности Луны Чем объясняются значительные перепады температуры на лунной

В 1609 году, после изобретения телескопа, человечество сумело впервые подробно рассмотреть свой космический спутник. С тех пор Луна - это наиболее изученное космическое тело, а также первое, на котором сумел побывать человек.

Первое, с чем предстоит разобраться - чем же является наш спутник? Ответ неожиданный: хотя Луна и считается спутником, технически она является такой же полноценной планетой, как и Земля. У нее большие размеры - 3476 километров в поперечнике на экваторе - и масса в 7,347×10 22 килограмм; Луна лишь немногим уступает , самой маленькой планете Солнечной Системы. Все это делает ее полноценным участником гравитационной системы Луна-Земля.

Известен и другой такой тандем в Солнечной системе, и Харон. Хотя вся масса нашего спутника составляет чуть больше сотой части массы Земли, Луна не обращается вокруг самой Земли - у них есть общий центр массы. А близость к нам спутника порождает еще один интересный эффект, приливный захват. Из-за него Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной.

Более того, изнутри Луна устроена как полноценная планета - у нее есть кора, мантия и даже ядро, а в далеком прошлом на ней существовали вулканы. Однако от древних ландшафтов уже ничего не осталось - на протяжении четырех с половиной миллиардов лет истории Луны на нее падали миллионы тонн метеоритов и астероидов, которые избороздили ее, оставив кратеры. Некоторые удары были настолько сильны, что прорвали ее кору вплоть до самой мантии. Котлованы от таких столкновений образовали лунные моря, темные пятна на Луне, которые легко различимы с . Более того, они присутствуют исключительно на видимой стороне. Почему? Об этом мы расскажем дальше.

Среди космических тел, Луна влияет на Землю сильнее всего - кроме, разве, Солнца. Лунные приливы, которые регулярно поднимают уровень воды в мировом океане - наиболее очевидное, но не самое сильное воздействие спутника. Так, постепенно отдаляясь от Земли, Луна замедляет вращение планеты - солнечный день вырос из первоначальных 5 до современных 24-х часов. А еще спутник служит естественным барьером против сотен метеоритов и астероидов, перехватывая их на подлете к Земле.

И вне сомнения, Луна - это лакомый объект для астрономов: как любителей, так и профессионалов. Хотя расстояние до Луны измерено с точностью до метра с помощью лазерных технологий, а образцы грунта с нее неоднократно привозили на Землю, там все еще остается место для открытий. Например, ученые охотятся за лунными аномалиями - таинственными вспышками и сияниями на поверхности Луны, не всем из которых находится объяснение. Оказывается, наш спутник скрывает гораздо больше, чем видно на поверхности - давайте же разберемся в тайнах Луны вместе!

Топографическая карта Луны

Характеристики Луны

Научному изучению Луны сегодня больше 2200 лет. Движение спутника на небосклоне Земли, фазы и расстояние от него до Земли были подробно описаны еще древними греками - а внутреннее строение Луны и ее история исследуются по сей день космическими аппаратами. Тем не менее века работы философов, а затем физиков и математиков дали весьма точные данные о том, как выглядит и движется наша Луна, и почему она именно такая. Все сведения о спутнике можно разделить на несколько категорий, взаимовытекающих друг из друга.

Орбитальные характеристики Луны

Как движется Луна вокруг Земли? Если бы наша планета была неподвижной, спутник вращался бы по почти идеальному кругу, время от времени незначительно приближаясь и отдаляясь от планеты. Но ведь и сама Земля вокруг Солнца - Луне приходится постоянно «догонять» планету. А еще наша Земля не является единственным телом, с которым наш спутник взаимодействует. Солнце, находящееся в 390 раз дальше Земли от Луны, массивнее Земли в 333 тысячи раз. И даже с учетом закона обратных квадратов, по которому интенсивность любого источника энергии резко падает при отдалении, Солнце притягивает Луну в 2,2 раза сильнее Земли!

Поэтому конечная траектория движения нашего спутника напоминает спираль, да еще и непростую. Ось лунной орбиты колеблется, сама Луна периодически приближается и отдаляется, а в глобальных масштабах и вовсе улетает от Земли. Эти же колебания приводят к тому, что видимая сторона Луны - это не одно и то же полушарие спутника, но разные его части, которые попеременно поворачиваются к Земле из-за «покачивания» спутника на орбите. Эти перемещения Луны по долготе и широте называются либрациями, и позволяют заглянуть за обратную сторону нашего спутника задолго до первого облета космическими аппаратами. С востока на запад Луна проворачивается на 7,5 градуса, а с севера на юг - на 6,5. Поэтому с Земли легко можно увидеть оба полюса Луны.

Конкретные орбитальные характеристики Луны полезны не только астрономам и космонавтам - к примеру, фотографами особенно ценится суперлуние: фаза Луны, в которой она достигает максимального размера. Это полнолуние, во время которого Луна находится в перигее. Приведем основные параметры нашего спутника:

• Орбита Луны - эллиптическая, ее отклонение от идеального круга, составляет около 0,049. Учитывая колебания орбит, минимальное расстояние спутника до Земли (перигей) оставляет 362 тысячи километров, а максимальное (апогей) - 405 тысяч километров.
• Общий центр массы Земли и Луны находится за 4,5 тысячи километров от центра Земли.
• Сидерический месяц - полное прохождение Луны по своей орбите - проходит за 27,3 дня. Однако для полного оборота вокруг Земли и смены лунных фаз требуется на 2,2 дня больше - ведь за то время, что Луна идет по своей орбите, Земля пролетает тринадцатую часть собственной орбиты вокруг Солнца!
• Луна находится в приливном захвате Земли - она вращается вокруг своей оси с той же скоростью, что и вокруг Земли. Из-за этого Луна постоянно повернута к Земле одной и той же стороной. Такое состояние характерно для спутников, которые находятся очень близко к планете.

• Ночь и день на Луне очень долгие - по половине земного месяца.
• В те периоды, когда Луна выходит из-за земного шара, ее видно на небе - тень нашей планеты постепенно сползает со спутника, позволяя освещать его Солнцу, а затем обратно закрывает его. Смены освещенности Луны, видимые с Земли, называются ее . Во время новолуния спутника не видно на небе, в фазе молодой Луны появляется ее тонкий серп, напоминающий завиток буквы «Р», в первой четверти Луна освещена ровно наполовину, а во время полнолуния ее заметно лучше всего. Дальнейшие фазы - вторая четверть и старая луна - происходят в обратном порядке.

Интересный факт: так как лунный месяц короче календарного, иногда за один месяц может быть два полнолуния - второе называется «голубой луной». Она такая же яркая, как и обычная полня - Землю она освещает на 0,25 люкс (для примера, обычное освещение внутри дома составляет 50 люкс). Сама Земля освещает Луну в 64 раза сильнее - целых 16 люкс. Разумеется, весь свет не собственный, а отраженный солнечный.

• Орбита Луны наклонена к плоскости орбиты Земли и регулярно ее пересекает. Наклонение спутника постоянно меняется, варьируясь между 4,5° и 5,3°. На смену наклонения Луны уходит больше 18 лет.
• Луна движется вокруг Земли со скоростью 1,02 км/с. Это намного меньше скорости движения Земли вокруг Солнца - 29,7 км/с. Максимальная скорость космического аппарата, достигнутая зондом для исследования Солнца «Гелиос-Б», составляла 66 километров в секунду.

Физические параметры Луны и ее состав

Для того чтобы понять, насколько большая Луна и из чего она состоит, людям понадобилось немало времени. Только в 1753 году ученый Р. Бошкович сумел доказать, что у Луны нет существенной атмосферы, равно как и жидких морей - при покрытии Луной звезды исчезают мгновенно, когда наличие дало бы возможность наблюдать их постепенное «затухание». Еще 200 лет понадобилось на то, чтобы советская станция «Луна-13» в 1966 году измерила механические свойства поверхности Луны. А про обратную сторону Луны вообще не было ничего не известно вплоть до 1959 года, пока аппарат «Луна-3» не сумел сделать первые ее снимки.

Команда космического корабля «Аполлон-11» доставила первые образцы на поверхность в 1969 году. Также они стали первыми людьми, которые побывали на Луне - до 1972 года на ней приземлилось 6 кораблей, и высадились 12 астронавтов. В достоверности этих полетов часто сомневались - однако многие пункты критиков исходили из их несведущести в космическом деле. Американский флаг, который по уверениям конспирологов «не мог развеваться в безвоздушном пространстве Луны», на самом деле твердый и статичный - его специально укрепили твердыми нитями. Это было сделано специально для того, чтобы сделать красивые снимки - провисшее полотно не столь зрелищное.

Многие искажения цветов и форм рельефа в отражениях на шлемах скафандров, в которых искали фальсификат, были обусловлены золотым напылением на стекле, защищающем от ультрафиолетового . Советские космонавты, которые смотрели трансляцию высадки астронавтов в реальном времени, также подтвердили достоверность происходящего. А кто сможет обмануть эксперта в своем деле?

А полные геологические и топографические карты нашего спутника составляются по сегодняшний день. В 2009 году космическая станция LRO (англ. «Lunar Reconnaissance Orbiter», Лунный Орбитальный Зонд) не только доставила самые детальные снимки Луны в истории, но и доказала наличие на ней большого количества замерзшей воды. Он же поставил точку в дискуссии о том, были ли люди на Луне, засняв следы деятельности команды «Аполлон» с низкой орбиты Луны. Аппарат был укомплектован оборудованием из нескольких стран мира, в том числе и из России.

Так как к исследованию Луны подключаются новые космические государства вроде Китая и частные компании, свежие данные поступают каждый день. Мы собрали основные параметры нашего спутника:

• Площадь поверхности Луны занимает 37,9х10 6 квадратных километров - около 0,07% от всей площади Земли. Невероятно, но это лишь на 20% превышает площадь всех заселенных человеком местностей на нашей планете!
• Средняя плотность Луны 3,4 г/см 3 . Она на 40% меньше плотности Земли - в первую очередь из-за того, что спутник лишен многих тяжелых элементов вроде железа, которыми богата наша планета. Кроме того, 2% массы Луны приходится на реголит - мелкую крошку камня, созданную космической эрозией и ударами метеоритов, плотность которой ниже обычной породы. Его толща в отдельных местах достигает десятков метров!
• Все знают, что Луна намного меньше Земли, что сказывается на ее гравитации. Ускорение свободного падения на ней составляет 1,63 м/с 2 - всего 16,5 процентов от всей силы притяжения Земли. Прыжки астронавтов на Луне были очень высокими несмотря даже на то, что их скафандры весили 35,4 килограмма - почти как рыцарские доспехи! При этом они еще сдерживались: падение в условиях вакуума было достаточно опасным. Ниже - видео прыжков астронавта из прямой трансляции.

• Лунные моря охватывают около 17% всей Луны - в основном ее видимую сторону, которая почти на треть покрыта ими. Они являются следами ударов особенно тяжелых метеоритов, которые буквально сорвали со спутника его кору. В этих местах от мантии Луны поверхность отделяет лишь тонкий, полукилометровый слой застывшей лавы - базальта. Поскольку ближе к центру любого большого космического тела концентрация твердых веществ растет, в лунных морях больше металла, чем где-либо по Луне.
• Основная форма рельефа Луны - это кратеры и другие производные от ударов и ударными волнами, которастероидов. Лунные горы и цирки были построены громадными ые изменяли структуру поверхности Луны до неузнаваемости. Особенно сильна их роль была в начале истории Луны, когда та была еще жидкой - падения поднимали целые волны расплавленного камня. Это же стало причиной образования лунных морей: обращенная к Земле сторона была сильнее раскалена из-за концентрации в ней тяжелых веществ, из-за чего астероиды влияли на нее сильнее, чем на прохладную обратную сторону. Причиной такого неравномерного распределения вещества стало притяжение Земли, особенно сильное в начале истории Луны, когда та была ближе.

• Кроме кратеров, гор и морей, в луне существуют пещеры и трещины - уцелевшие свидетели тех времен, когда недра Луны были также раскалены, как и , и на ней действовали вулканы. В этих пещерах часто присутствуют водные льды, как и у кратеров на полюсах, из-за чего их часто рассматривают как места для будущих лунных баз.
• Настоящий цвет поверхности Луны - очень темный, ближе к черному. По всей же Луне попадаются самый разные цвета - от бирюзово-голубого до почти оранжевого. Светло-серый оттенок Луны из Земли и на снимках обусловлен высокой освещенностью Луны Солнцем. Из-за темного цвета, поверхность спутника отражает лишь 12% от всех лучей, падающих от нашего светила. Будь Луна светлее - и во время полнолуний было бы светло как днем.

Как сформировалась Луна?

Исследование минералов Луны и ее история - одна из самых тяжелых для ученых дисциплин. Поверхность Луны открыта для космических лучей, а тепло у поверхности нечему задерживать - поэтому спутник днем накаляется до 105° C, а ночью остывает до –150° C. Двухнедельная продолжительность дня и ночи усиливает влияние на поверхность - и в итоге минералы Луны изменяются до неузнаваемости со временем. Однако удалось кое-что выяснить.

Сегодня считается, что Луна - это продукт столкновения крупного зародыша планеты, Тейи, с Землей, который произошел миллиарды лет назад, когда наша планета была полностью расплавленной. Часть столкнувшейся с нами планеты (а она была размером с ) была поглощена - но ее ядро вместе с частью поверхностной материи Земли было выброшено по инерции на орбиту, где и осталалось в виде Луны.

Это доказывает уже упоминавшийся выше дефицит железа и других металлов на Луне - к тому времени, когда Тейя, вырвала кусок земного вещества, большая часть тяжелых элементов нашей планеты была притянута гравитацией внутрь, к ядру. Это столкновение отразилось на дальнейшем развитии Земли - она стала вращаться быстрее, а ось ее вращения наклонилась, из-за чего стала возможной смена сезонов.

Дальше Луна развивалась как обычная планета - у нее сформировалось железное ядро, мантия, кора, литосферные плиты и даже своя атмосфера. Однако малая масса и бедный на тяжелые элементы состав привел к тому, что недра нашего спутника быстро остыли, а атмосфера - испарилась от высокой температуры и отсутствия магнитного поля. Однако кое-какие процессы внутри все еще происходят - из-за движений в литосфере Луны иногда происходят лунотрясения. Они представляют одну из главных опасностей для будущих колонизаторов Луны: их размах доходит до 5 с половиной баллов по шкале Рихтера, а длятся они куда дольше земных - нет океана, способного вобрать в себя импульс движения земных недр.

Основные химические элементы на Луне - это кремний, алюминий, кальций и магний. Минералы, которые образуют эти элементы, схожие с земными и даже встречаются на нашей планете. Однако главное отличие минералов Луны - это отсутствие воздействия воды и кислорода, вырабатываемого живыми существами, высокая доля метеоритных примесей и следы воздействия космического излучения. Озоновый слой Земли сформировался достаточно давно, а атмосфера сжигает большую часть массы падающих метеоритов, позволяя воде и газам медленно, но уверенно менять облик нашей планеты.

Будущее Луны

Луна - это первое космическое тело после Марса, которое претендует на первоочередную колонизацию человеком. В некотором смысле Луна уже освоена - СССР и США оставили на спутнике государственные регалии, а орбитальные радиотелескопы прячутся за обратной стороной Луны от Земли, генератора множества помех в эфире. Однако что ждет наш спутник в будущем?

Главный процесс, о котором уже не раз упоминалось в статье - это отдаление Луны за счет приливного ускорения. Оно происходит достаточно медленно - спутник улетает не больше чем на 0,5 сантиметра в год. Однако важно тут совершенно другое. Дистанцируясь от Земли, Луна замедляет ее вращение. Рано или поздно может наступить момент, когда сутки на Земле будут длиться столько же, сколько лунный месяц - 29–30 дней.

Однако у удаления Луны будет свой предел. После его достижения, Луна начнет витками приближаться к Земле - причем куда быстрее, чем отдалялась. Полностью врезаться ей, однако, не удастся. За 12–20 тысяч километров от Земли начинается ее полость Роша - гравитационный предел, при котором спутник какой-либо планеты может сохранять твердую форму. Поэтому Луна на подлете будет разорвана на миллионы маленьких фрагментов. Часть из них упадет на Землю, устроив бомбардировку в тысячи раз мощнее ядерной, а остальные образуют вокруг планеты кольцо наподобие . Однако оно будет не таким ярким - кольца газовых гигантов состоят изо льда, который в разы ярче темных пород Луны - их не всегда будет видно на небе. Кольцо Земли создаст проблему астрономам будущего - если, конечно, к тому времени на планете кто-либо останется.

Колонизация Луны

Однако все это произойдет через миллиарды лет. А до тех пор человечество рассматривает Луну как первый потенциальный объект для космической колонизации. Однако что именно подразумевается под «освоением Луны»? Сейчас мы вместе просмотрим ближайшие перспективы.

Многие представляют колонизацию космоса подобно колонизации Земли времен Нового Века - поиск ценных ресурсов, их добыча, а затем доставка обратно домой. Однако это неприменимо к космосу - в ближайшие пару сотен лет доставка килограмма золота даже с ближайшего астероида будет обходиться дороже, чем его добыча из самых сложных и опасных для работы шахт. Также Луна вряд ли выступит «дачным сектором Земли» в ближайшем будущем - хотя там и есть большие месторождения ценных ресурсов, там будет тяжело выращивать еду.

Зато наш спутник вполне может стать базой для дальнейшего освоения космоса в перспективных направлениях - например, того же Марса. Главная проблема космонавтики на сегодняшний день - это ограничения по весу космических аппаратов. Для запуска приходится строить монструозные конструкции, которым нужны тонны топлива - ведь нужно преодолеть не только притяжение Земли, но и атмосферу! А если это межпланетный корабль, то нужно его еще и заправить. Это серьезно стесняет конструкторов, принуждая их предпочитать экономность функциональности.

Луна подходит для стартовой площадки космических кораблей куда лучше. Отсутствие атмосферы и низкая скорость для преодоления притяжения Луны - 2,38 км/c против 11,2 км/с Земли - делают запуски намного проще. А залежи полезных ископаемых спутника позволяют сэкономить на весе топлива - камне на шее космонавтики, который занимает значительную долю массы любого аппарата. Если развернуть производство ракетного топлива на Луне, можно будет запускать большие и сложные космические корабли, собранные с деталей, доставленных с Земли. Да и сборка на Луне будет куда проще, чем на околоземной орбите - и намного надежнее.

Существующие на сегодняшний день технологии позволяют если не полностью, то частично осуществить этот проект. Однако любые шаги в эту сторону требуют риска. Вложение громадных денег потребуют исследования на предмет нужных ископаемых, а также разработка, доставка и тестирование модулей будущих лунных баз. А одна предполагаемая стоимость запуска даже первоначальных элементов способна разорить целую сверхдержаву!

Поэтому колонизация Луны - это предмет не столько работы ученых и инженеров, сколько людей всего мира для достижения столь ценного единства. Ибо в единстве человечества кроется истинная сила Земли.

Учебник для 10 класса

Физические условия на Луне и ее рельеф

§15.1. Физические условия на Луне

Луна - самое близкое к Земле небесное тело и потому изучена лучше всего Ближайшие к нам планеты примерно в 100 раз дальше, чем Луна. Луна меньше Земли по диаметру вчетверо, а по массе в 81 раз. Средняя ее плотность 3,3 10 кг/м 3 , т. е. меньше, чем у Земли. Вероятно, у Луны нет такого плотного ядра, какое есть у Земли.

Мы видим всегда только одно полушарие Луны, на котором никогда не заметно ни облаков, ни малейшей дымки, что служило одним из доказательств отсутствия на Луне водяных паров и атмосферы. Позднее это было подтверждено прямыми измерениями на поверхности Луны. Небо на Луне даже днем было бы черное, как в безвоздушном пространстве, но окружающая Луну разреженная пылевая оболочка немного рассеивает солнечный свет.

На Луне нет атмосферы, смягчающей палящие солнечные лучи, не пропускающей к поверхности опасные для живых организмов рентгеновское и корпускулярное излучения Солнца, уменьшающей отдачу энергии ночью в мировое пространство и защищающей от космических лучей и потоков микрометеоров. Нет там ни облаков, ни воды, ни туманов, ни радуги, ни зари с рассветом. Тени резкие и черные.

С помощью автоматических станций установлено, что непрерывные удары мелких метеоритов, дробя поверхность Луны, как бы обтачивают ее и сглаживают рельеф. Мелкие осколки не превращаются в пыль, а в условиях вакуума быстро спекаются в пористый шлако-подобный слой. Происходит молекулярное сцепление пыли в подобие пемзы. Такая структура лунной коры придает ей малую теплопроводность. В результате при сильных колебаниях температуры снаружи в недрах Луны даже на небольшой глубине температура сохраняется постоянной. Огромные перепады температуры лунной поверхности от дня к ночи объясняются не только отсутствием атмосферы, но и продолжительностью лунного дня и лунной ночи, которая соответствует двум нашим неделям. Температура в подсолнечной точке Луны равна +120°С, а в противоположной точке ночного полушария -170°С. Вот как изменяется температура в течение одного лунного дня!

1. Исследование луны в древности
2. Физические условия на луне

Б. Смена лунных фаз

1. Рельеф луны

Б. Создание кратеров. Метеориты.

В. Полет космических кораблей, изучение луны.

Г. Лунные породы.

1. Обратная сторона луны
2. Магнетизм луны.
3. Человек на луне

ЛУННЫЙ СОНЕТ

Луна и лотос… Все стихи Востока
Вас воспели. Прославил Восток
Лучистый диск, сияющий высоко,
Любви и славы сладостный цветок.

Луна и лотос… источает лотос

Сой нежный запах над безмолствием вод,

И лунный свет все так же тихо льется…

Но на Луне сегодня – луноход.

Была Луна им заново открыта,

И, связь наладив, известил он нас,
Что найден им кусок метеорита,
Что плоть луны – базальт и диабаз…

Все так же льется древний лунный свет,
Но я пишу по-новому сонет.

Лодонгийн Тудэв

«ДРЕВНЯЯ» ЛУНА

Луна – естественный спутник Земли и самое близкое к Земле небесное тело и потому изучено лучше всего, но несколько тысячелетий назад с каким изумлением следил первобытный человек за лунным диском! Задумчивое и таинственное светило, тусклое ночное солнце, одиноко блуждающий по безмолвному небесному небосводу шар – Луна во все времена и у всех народов в особенности привлекала к себе человеческие взоры и мысли. Луна подвергалась превратностям людского мнения. Жюль Верн, Сирано де Бержерак и другие писатели, фантазеры воображали, а некоторые и утверждали, что Луна населена живыми существами и богата плодотворной жизнью. До изобретения телескопа философы, вполне естественно, склонны были видеть в луне землю, аналогичную той, не которой мы живем. Когда Галилей, направив первую зрительную трубу на этот шар, нашел там горы и долины, подобные разнообразным формам рельефа поверхности нашей планеты, и обширные серые равнины, которые легко могли быть приняты за моря – сходство между этими мирами и нашим казалось очевидным, и его тотчас же населили не только человеческими существами, но и различными животными. Были составлены первые карты, и большие темные пятна было условленно окрестить именем «моря», которое они носят и теперь.

Астрономы, мыслители были уверены, что за увеличением телескопов последуют быстрые успехи, и в царствование Людовика ХIV предположено даже было построить «трубу длиной 100 тысяч футов для рассматривания существующих на Луне животных». Но как не старались оптики, их успехи далеко не могла идти наравне с воображением. Когда стали ясно различать поверхность лунных морей, оказалось, что она не жидкая и не гладкая, а песчаная и неровная. На этом светиле не удалось открыть ни одного настоящего морф, ни одного озера, ни малейшего следа присутствия воды в какой бы то ни было форме: в виде облаков, снега или льда. Не менее внимательное наблюдение звезд и планет в момент покрытия их проходящего перед нами Луною показывало сверх того, что свет этих светил, когда они приходят в соприкосновение с лунным краем, нисколько не ослабевает и не преломляется и что этот шар не окружен какой-либо заметной атмосферой. Постепенная лунная жизнь рассеивалась как дым и мало-помалу вошло в привычку помещать в астрономических книгах фразу: "Луна – безжизненное светило". Сегодня это доказано и теоретически, и практически. Луна лишена атмосферы и воды, которая без плотной атмосферы в жидком виде существовать не может. Без атмосферы существование какой-либо органической жизни невозможно.

ФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА ЛУНЕ

Как уже было сказано: Луна самое близкое к земле небесное тело, и поэтому изучена лучше всего. Ближайшие к нам планеты находятся примерно в 100 раз дальше. Луна меньше Земли по диаметру вчетверо, ее радиус равен 1738 км, или 0,272 радиуса Земли. Масса ее меньше Земли в 81 раз и равна 0,0123 массы Земли. Масса Луны надежно определена по движению ее искусственных спутников, неоднократно выводимых на селеноцентрические орбиты, т.е. орбиты вокруг луны (от греч. «Селена» – Луна). Ее средняя плотность равна 3,55*10 3 кг/м 3 или 0,6плотности Земли, а ускорение свободного падения на ее поверхности g=1,63 м/с 2 , т.е. в 6 раз меньше земного, так что любой предмет на лунной поверхности весит в раз меньше, чем на Земле. Как было уже отмечено, на Луне нет атмосферы, смягчающей палящее солнечное излучение и защищающей от космических лучей и потоков метеоритов. Нет там ни облаков, ни воды, ни туманов, ни радуги, ни зори с рассветом. Из-за отсутствия воздуха и газообразной оболочки на луне происходят весьма любопытные явления. Здесь нет сумерек, ночь сменяется днем и день сменяется ночью мгновенно, подобно лампе, которая мгновенно гаснет и загорается в темноте. Нет постепенного перехода от тепла к холоду. Температура на луне сразу падает с точки кипения до температуры межпланетного пространства. Огромные перепады температуры лунной поверхности от дня к ночи объясняется не только отсутствием атмосферы, но и продолжительностью лунного дня и лунной ночи, которая соответствует двум нашим неделям. Температура в подсолнечной точке Луны равна +120С, а в противоположной точке ночного полушария -170С. вот так изменяется температура в течении одного лунного дня! По той же причине метеориты без торможения с огромной скоростью ударяются о лунную поверхность, вызывая сильные сотрясения почвы и образуя воронки.

Вследствие отсутствия атмосферы на лунном небе нет красок. На протяжении всей ночи, которая продолжается две земные недели, и столь же продолжительного дня при палящем Солнце над Луной черное небо, усеянное множеством звезд, четко выделяющихся и совершенно немерцающих. Звезды на лунном небе видны днем также хорошо, как и ночью.

Несколько тысячелетий назад люди с изумлением следили, как Луна росла и убывала, как живое существо, тучнела и усыхала. Исчезала совсем и неуклонно вновь возрождалась в звездной черноте неба. В этой поразительной смене была неуклонная закономерность, которая проявлялась от начала века, которая останется неизменной до скончания лет. И когда люди поняли наконец, что между двумя новолуниями лежат четыре четверти, они сделали важнейший шаг от краткой меры времени дня к более продолжительной -- месяцу. Периодическая смена лунных фаз в плоть и кровь людских представлений о мире. Не случайно Луна на санскрите называется "мас", т.е. измеритель, не случайно латинское "мекулес" -- месяц -- находится в тесной связи со словом "мекуура" -- мера. Именно Луна, а не Солнце сделалась первым объектом поклонения. У народов Центральной Америки издавна существовал лунный год – мера времени, предназначенная для установления религиозных праздников. Лунным календарем пользовались и народы, населяющие Месопотамию. При определении церковных праздников лунным календарем руководствуются иудеи, христиане, которые определяют по нему наступление пасхи. Совпадение фаз луны с самыми разными проявлениями живой и неживой природы: приливами и отливами в морях, понижением температуры и обильными росами, которые обычно выпадают в ясную лунную ночь, усилением роста некоторых растений и лунной периодичностью жизненно важных функций человеческого организма – все это издавна волновало людей. Впоследствии фазы Луны связали с концепцией смерти и воскресения. С пребыванием месяца в новолуние связывают не только произрастание злаков, но и благополучие стад и здоровье детей. Так у центральноафриканского племени при появлении нового месяца матери выносили своих младенцев и показывали их возрождение Луне. Когда же Луна входила в последнюю четверть воздействие ее, напротив, считалось неблагоприятным. Новых дел лучше было не начинать. На всем земном шаре у земледельцев существует поверье, что сеять надо когда она на ущербе. В определенный период куль Луны занимал главное место во многих религиях. Ныне наука, медицина указывают на возможную связь некоторых расстройств человеческой психики с фазами Луны. Луна может оказывать воздействие на организм человека, который более чем на 80% состоит из воды, подобно тому, как она воздействует на моря и океаны.

Громадное светило лунного неба, Земля, представляет для Луны такие же фазы, как для нас Луна, но в обратном порядке. Во время новолуния Солнце освещает полушарие Земли, обращенное к нашему спутнику, и тогда бывает «полная Земля». Во время полнолуния, наоборот, неосвещенное полушарие обращено к нашему спутнику, и тогда бывает «новая Земля». Когда луна показывает нам первую четверть, Земля представляет последнюю и т.д. Независимо от этих фаз наш шар представляется Луне вертящимся вокруг своей оси 24 часа и 48 мин., т.к. Луна возвращается к каждому земному меридиану не ранее, как через этот промежуток времени. Вспомним, что период вращения Луны вокруг оси равен 27,32 g (земных суток) и поэтому она обращена к земле одним полушарием. Полнолуния же повторяются через 29,53 g , а это означает, что солнечные сутки на Луне длятся 29,53 g , т.е. около 14,8 g длится день и столько же ночь.

РЕЛЬЕФ ЛУНЫ

Уже со времен Галилея началось составление карты Луны. Первые подробные карты лунной поверхности составил выдающийся польский астроном Я. Гевелий (1611-1687) и опубликовал их в 1647 г. в сочинении «Селенографии» или «Описание Луны». В 1651 году итальянский астроном ДЖ Риччиоли (1598-1671) тоже опубликовал карту Луны, составленную им совместно с итальянским физиком Ф. Гримальди. (1618-1663). Именно на этой карте впервые округлые низменности названы морями, которые сохранили свои названия до наших дней: Море Спокойствия, Море Ясности, Море Опасности, Море Дождей, Море Облаков и т.д. Их размеры от 200 до 1100 км в поперечнике. «Моря» – низменности, в которых нет ни капли воды. Дно их темное и сравнительно ровное. Поверхность морей сложена и покрыта темным веществом, в том числе застывшей лавой, некогда изверженной из лунных недр. Самая большая низменность, протяженностью 2000 км названа Океаном Бурь. Поверхность морей имеет складки и холмы, а также небольшие остроконечные и округлые возвышенности, представляющие собой вершины невысоких гор, залитых затвердевшей впоследствии лавой. Характерные по своим очертаниям краевые зоны морей названы заливами, а небольшие изолированные темные низменности – озерами. Моря и озера занимают около 40% всей видимой с Земли поверхности Луны, и подавляющее их большинство расположено в северном ее полушарии. Остальная (60%) часть лунного полушария представляет собой материк, покрытый как отдельными горами, так и горными цепями и хребтами. Большинство горных хребтов тянется вдоль окраины морей и носит земные названия, предложенные Я. Гевелием. Так, Море Дождей ограничено с северо-востока Альпами, с востока – Кавказом, с юго-востока – Апеннинами, а с юга – Карпатами. Некоторые горные цепи названы именами ученых: горы Даламбера, горы Лейбница, и т.д. Высота гор различна, отдельные горные вершины – пики – поднимаются до 9 км. Горные склоны изрезаны многочисленными ущельями и трещинами, а между горами тянутся длинные долины. Форма лунных гор – это большей частью круглая гора с котловиной посередине. Но котловина не всегда пуста, не всегда оказывается кратером новейшим: в середине его иногда возвышается еще целая гора и опять с углублением, которое оказывается кратером более новым, но редко, редко действующим с краснеющей внутри, на самом дне его, лавой. Много на луне и плоскогорий с крутыми склонами, широких и узких трещин в коре протяженностью в несколько десятков и даже сотен километров. Лунный рельеф лучше изучать при косом его освещении солнечными лучами, в особенности недалеко от терминатора, отделяющее дневное полушарие Луны от ночного, т.е. вблизи него тени даже от невысоких гор очень длинные и легко заметны. Очень интересно в течении часа проследить в телескоп за тем, как вблизи терминатора на ночной стороне загораются светлые точки – это вершины валов лунных кратеров. Постепенно из тьмы выплывает светлая подкова – часть кратерного вала, но дно кратера еще погружено в полный мрак, наконец обрисовывается весь кратер. При этом хорошо видно, что, чем меньше кратеры, тем их больше. Они часто расположены цепочками и даже «сидят» друг на друге. Позднейшие кратеры, как уже было сказано, образовались на ваннах более старых кратеров. В центре кратеров видна горка, в действительности это группа гор. Кратерные стены обрываются террасами круто внутрь. Дно кратеров лежит ниже окружающей местности. Горные районы лунной поверхности почти полностью покрыты множеством кратеров, в меньшем числе они имеются и в морях. Размеры кратеров от 1 м до 250 км. Крупные и средние по размерам кратеры, известные с времен первых телескопических наблюдений луны, названы именами ученых: Аристотель, Коперник, Тихо, Геродот, Тимохарис, Гиппарх, Кеплер и др.

В Море Дождей четко выделяются крупные кратеры Архимед (d=73 км), Аристотель (d=51 км), Автолик (d=36 км), а в горных районах, в середине лунного диски -- целые цепочки крупных кратеров, в том числе Птолемей (d=146 км), Альфонс (d=124 км) и Арзахель (d=32 км). Многие крупные и средние по размерам кратеры окружены пологими валами (кольцевыми горами) и имеют ровное дно. Другие имеют форму воронок, какие образуются при взрывах. Мелкие кратеры в общем покрывают всю лунную поверхность и даже дно и валы более крупных кратеров. Многие мелкие кратеры (диаметром до 10-15 км) образованы взрывами материальных тел, сталкивавшихся с Луной. Более крупные кратеры, в особенности с центральными горками, имеют вулканическое происхождение, что подтверждается фотографией кратера Коперник, полученной с высоты 25 км одним из искусственных спутников луны, дно которого носит явные признаки вулканизма. Рассмотрим поподробнее происхождение кратеров.

Большая часть кратеров обязана своим происхождением ударам мелких метеоритиков. Метеорит при ударе о Луну не встречает противодействия атмосферы. Не меняя скорости, он ударяется о грунт и взрывается. Если скорость соударения 16 км/с, то средняя скорость во время проникновения в грунт 8 км/с. Даже полуторакилометровый астероид затормозится менее чем за полсекунды. Естественно, что происходит взрыв необычайной силы и появляется кратер. Кратер образуется частично под воздействием газа, возникшего при испарении метеорита и грунтовых пород, а частично под воздействием образующейся в грунте ударной волны. Ударная волна возникает, когда внезапно освободившая энергия распространяется в среде со сверхзвуковой скоростью. Возникшие при этом силы выбрасывают часть грунта, расположенного выше точки взрыва далеко от места соударения, но главным образом кратер образуется при мгновенном смещении горных пород во всех направлениях от точки взрыва. Энергия столь велика, что далеко превосходит энергию химических связей в породах и при распространении в них ударной волны породы становятся пластичными. Они сминаются, изгибаются и выдавливаются вверх и в стороны, образуя углубления и в большую часть вала. Например, Море Дождей было образовано именно таким образом.

В мае 1972 года с Луной столкнулось крупное метеоритное тело. По сообщению сейсмолога Г. Латама (ламонтская геологическая обсерватория США), падение было зарегистрировано и передано по телеметрии на Землю четырьмя сейсмометрами, доставленными на Луну астронавтами. Выделившаяся при падении энергия весьма велика: она эквивалентна взрыву приблизительно 1 тысячи тонн тринитротолуола. Образованный при падении кратер по площади равен футбольному полю. Место падения метеорита находится в районе кратера Фра-Мауро, внутри места посадки "Аполлона-14". Ливень облаков, образованный выброшенными породами. Продолжался около минуты. Так произошло падение гигантского метеорита на Луну.

Метеоритам, по видимому, обязаны своим происхождением и длинные светлые лучи, которые радикально расходятся от некоторых крупных кратеров (например, от кратеров Тихо, Коперник, Кеплер) на рассмотрении в несколько сотен и даже тысяч километров. Они представляют собой цепочки мелких кратеров, покрытых мелкозернистым веществом. Сильно рассеивающим солнечный свет.

3 февраля 1966 года впервые в истории человечества на лунную поверхность в Океан Бурь мягко опустилась автоматическая станция "Луна-9". Стартовавшая с земли 31 января 1996 года. Эта станция 4 и 5 февраля передала на Землю изображение лунного ландшафта. Мягкая посадка автоматической станции "Луна-9" на поверхность Луны -- выдающееся научное и техническое достижение. Впервые стало возможным исследовать микроструктуру лунной поверхности. Вблизи станции внутри небольшого кратера нет заметного слоя пыли. Грунт достаточно твердый, чтобы выдержать вес станции. На поверхности отдельные камни не только не заносятся пылью, но как бы "вырастают" из поверхности грунта в результате его постепенного разрушения. Место посадки представляет собой довольно ровную поверхность с хорошо выраженным рельефом, с холмами, заметными линиями на всю линию видимого горизонта. Наиболее характерной формой мезорельефа являются лунки и кратеры, т.е. понижение -- ямки весьма разнообразных размеров. Другой распространенный элемент ландшафта -- это камнеобразные и комьеобразные объекты. Размеры их различны. 21 июня 1969 года на луну в Море Спокойствия опустилась впервые посадочная кабина "Игл" ("Орел") американского космического корабля "Аполлон-II" и первые люди ступили на лунную поверхность; ими были Н. Армстронг и Э. Олдрин. Они установили на Луне несколько научных приборов, в том числе сейсмографы, взяли образцы лунных пород, вернулись в корабль, где их ожидал астронавт М. Коллинз, и 24 июля возвратились на Землю. В последующие 2 года еще 5 американских экспедиций побывало на Луне, благополучно вернувшихся на Землю. Они ходили и даже ездили на специальном вездеходе по поверхности Луны, установили разные аппараты, в частности сейсмографы для регистрации "лунотрясений". Химический анализ образцов лунного вещества показал, что породы луны не столь разнообразны, как земные, и сходны по составу с базальтами.

Советские ученые изучают Луну автоматическими аппаратами. 20 сентября 1970 года в Море Изобилия совершила посадку автоматическая станция "Луна-16", в последующие годы "Луна-20" и "Луна-24" садились на Луну и доставляли на Землю образцы лунного грунта. В общем, минеральный состав лунных пород аналогичные составу земных базальтов, но отражает особенности химического состава. В частности, малая летучесть кислорода при кристаллизации лунных пород приводит к образованию металлического железа и практическому отсутствию окиси железа -- явление, чрезвычайно редкое для Земли. В следствии этого мы находим здесь такие экзотические минералы, как троилит, пироксферраит и армалколит, последний минерал назван в честь трех космонавтов "Аполлона-11" -- Н. Армстронга, Э. Олдрина и М. Коллинза. Средняя плотность грунта близка к 1,5г/см 3 , малая плотность объясняется его большой пористостью (до 50%). Возраст лунных пород оценивается от 3,1 до 4,2 млрд. лет, что позволяет считать возраст луны близким к 4,6 млрд. лет, т.е. к возрасту Земли.

Посыпались на Луну и составили автоматические самоходные лаборатории -- луноходы. 17 ноября 1970 г. "Луна-17" доставила "Луноход-1", а 16 января 1973 г. "Луноход-2" доставила "Луна-21". Почти 10 месяцев "Луноход-1" бороздил просторы Моря Дождей, передавал фотопанорамы, выполнял химические анализы грунта. Этот эксперимент значительно обогатил наши знания о естественном спутнике Земли и показал перспективность дальнейшего исследования Луны и планет самоходными аппаратами. На полученных "Луноходом-1" панорамах вырисовываются кратеры нескольких типов. Селенологи расположили кратеры в ряд по степени выраженности – от наиболее свежих и четко выраженных комплексных до сильно измененных, лишенных вала и камней. Такой морфологический ряд отражает этапы эволюции лежат процессы разрушения лунной поверхности за счет микрометеоритной эрозии. Морфологический анализ подтвердил концепцию преимущественно ударно-взрывного происхождения исследованных кратеров. Собранный материал по распределению кратеров и камней позволил узнать возраст и последовательность их образований.

"Луноход-2" сел на поверхность Моря Ясности. Его вес составлял 840 кг. Между ними и "Луноходом-1" принципиальных отличий нет. Но правда новая машине весит больше и ее аппаратура более усовершенствованна. Одна телевизионная камера вынесена из общего корпуса, так что при движении лунохода трасса просматривается лучше. Ни один самоходный аппарат не совершал такого сложного маршрута. Он несколько раз пересекал 15-метровые кратеры с внутренними склонами до 20-25. В отдельные сеансы самоходная лаборатория проходила до 2 км. Исследования "Лунохода-2" значительно дополнили и уточнили наши представления о лунном рельефе и процессах, формирующих его. Луноход прошел по Луне несколько десятков км. Даже в тех местах лунной поверхности, которые с Земли выглядят ровными, грунт изобилует воронками и засыпан камнями всевозможных размеров. Луноход, управляемый с Земли по радио, "шаг за шагом" передвигался с учетом характера местности, вид которой передавался по телевидению. Это величайшее достижение науки важно как пример прямого исследования физических условий на другом небесном теле, которое находится от Земли на огромном расстоянии.

ОБРАТНАЯ СТОРОНА ЛУНЫ

Несмотря на то, что изучение поверхности видимой с Земли стороны Луны не прекращалось, на протяжении всей истории этого изучения интерес ученых к другой ее стороне, скрытой от человеческого глаза, не ослабевал.

Оказалось, что обратная сторона луны имеет некоторые отличия от видимого полушария. Фотографии обратной стороны луны показали, что на ней почти нет морей, которые на видимой стороне занимают 40% площади. Несколько небольших морей занимают около 7% площади. Одно из них названо морем Москвы, втрое -- Морем Мечты, третье -- Восточным морем, незначительная часть которого прослеживается на самом краю видимого полушария. Среди многочисленных кратеров разной величины четко выделяются почти прямолинейные цепочки кратеров протяженностью на многие сотни километров. Крупным кратером присвоены имена выдающихся ученых, в том числе и отечественных -- М.В. Ломоносова, К.Э. Циолковского, С.П. Королева, И.В. Курчатова и многих других. Не забыли и космонавтов. Два кратера названы именами Ю. Гагарина и В. Комарова.

В настоящем время имеются подробные карты обоих полушарий Луны.

Толщина лунной коры, по-видимому, не превышает 50-60 км, ниже, до глубины около 1000 км расположена мантия, а диаметр ядра пока 1500 км судить трудно, но очевидно, оно силикатное и почти твердое, т.к. из-за небольших размеров и средней плотности Луны давление в ядре не более 6х10 4 МПа, а температура выше 1000С. полученные результаты прямых измерений свидетельствуют о том, что луна не может быть горячей и расплавленной внутри, а скорее является относительно холодным телом.

МАГНЕТИЗМ ЛУНЫ

Очень интересные сведения имеются на тему: магнитное поле луны, ее магнетизм. Магнитометры, установленные на луне обнаружу 2 типа лунных магнитных полей: постоянные поля, порожденные "ископаемым" магнетизмом лунного вещества, и переменные поля, вызванные электрическими токами, возбуждаемыми в недрах Луны. Эти магнитные измерения дали нам уникальную информацию об истории и современном состоянии Луны. Источник "ископаемого" магнетизма неизвестен и указывает на существование некоторой необычайной эпохи в истории Луны. Переменные поля возбуждаются в Луне изменениями магнитного поля, связанного с "солнечным ветром" -- потоками заряженных частиц, испускаемых солнцем. Хотя напряженность постоянных полей, измеренных на Луне, составляет менее 1% напряженности магнитного поля Земли, лунные поля оказались гораздо сильнее, чем предполагалось на основе измерений, проводимых ранее советскими аппаратами и американскими.

Приборы, доставленные на поверхность Луны "Аполлонами", засвидетельствовали то, что постоянные поля на Луне меняются от точки к точке, но не укладываются в картину глобального дипольного поля, аналогичного земному. Это говорит о том, что обнаруженные поля вызваны местными источниками. Более того, большая напряженность полей указывает, что источники приобрели намагниченность во внешних полях, гораздо более сильных, чем существующее не Луне в настоящее время. Когда-то в прошлом луна либо сама обладала сильным магнитным полем, либо находилась в области сильного поля. Мы сталкиваемся здесь с целой серией загадок лунной истории: имела ли Луна поле, подобное земному? Была ли она гораздо ближе к Земле там, где земное магнитное поле было достаточно сильным? Приобрела ли она намагниченность в каком-то ином районе солнечное системы и позднее была захвачена Землей? Ответы на эти вопросы могут быть зашифрованы в №ископаемом" магнетизме лунного вещества.

Переменные поля, порождаемые электрическими токами, текущими в недрах Луны, связаны со всей Луной, а не с какими-либо ее отдельными районами. Эти поля быстро растут и убывают в соответствии с изменениями солнечного ветра. Свойства индуцированных лунных полей зависят от проводимости лунных полей недр, а последняя, в свою очередь, тесно связано с температурой вещества. Поэтому магнитометр может быть использован как косвенный "термометр сопротивления" для определения внутренней температуры Луны.

ЧЕЛОВЕК НА ЛУНЕ

Фриэк Борман, командир космического корабля "Аполлон-8" говорил: "Полет нам стал возможным благодаря работе тысяч людей. И не только в США. Без первого искусственного спутника Земли и полета Ю. Гагарина, без исследований ученых многих стран полеты к Луне не могли бы состояться… земля действительно очень маленькая планета. Мы в этом воочию убедились, и, земляне, ее жители, должны объединяться перед миром космоса. Освоение космического пространства -- это задача всего человечества, а не только отдельных стран."

День прилунения длился очень долго, и все это время у космонавтов не было ни минуты покоя. Они были целиком поглощены работой ЭВМ и потому не могли уделить должного внимание ориентировке "по местности". И лишь когда они стремились спуститься ниже 3 тысяч футов, им впервые удалось посмотреть наружу. Горизонт на Луне очень близкий, поэтому с такой высоты много не увидишь.

Единственным ориентиром, который они заметили, был большой и весьма внушительный кратер, известный под названием западный, хотя в этот момент они не узнали его. В последние секунды спуска двигатель "Орла" поднял значительное количество пыли, которая с очень большой скоростью разлеталась радиально, почти параллельно поверхности Луны. На Земле пыль обычно весит в воздухе и оседает очень медленно. Поскольку на Луне не т атмосферы, лунная пыль лежит по плоской и низкой траектории, оставляя позади себя чистое пространство. Космонавтам понадобилось несколько больше времени, чтобы выбраться из "Орла", чем предполагалось. Нил Армстронг, командир "Аполлоона-11" прежде чем ступить на поверхность Луны обдумывал, что сказать в этот момент. Он думал об это еще до полета, но лишь после прилунения произнес: "один небольшой шаг для человека – огромный скачок для человечества".

Находясь на лунной поверхности космонавты ни ощущали никаких запахов ни в скафандрах, ни в гермошлемах. А вернувшись в кабину и сняв шлемы, почувствовали какой-то запах. Запах лунного грунта, едкий, как запах пороха. В кабину они занесли много лунной пыли на скафандрах, башмаках. Запах чувствовался сразу. Лунная поверхность в момент прилунения была ярко освещена. На черном небе ни звезд, ни планет, за исключением Земли, не было видно.

Лунный отсек стоял в рабочем вертикальном положении. Соблюдать равновесие было нетрудно. Встать на ноги после случайного падения тоже не составляло затруднений. Вообще ощущение притяжения на Луне приятнее, чем земное, и даже приятнее состояния невесомости, как писал Н. Армстронг.

Солнце во время пребывания корабля на Луне поднималось над горизонтом. В среднем уровень освещения оказался очень высоким (как в безоблачный день на Земле). Тени были густыми, но не черными. Солнечный свет отражался от склонов лунных кратеров, и видимость установилась хорошая.

Своеобразные фотометрическое свойства Луны известны давно. Существовало опасение, что в определенный момент глаза космонавтов, ослепленные Солнцем, ничего не смогут увидеть, поэтому траектория снижения лунной кабины была рассчитана так, чтобы в точке прилунения солнечные лучи не мешали космонавтам. Цвет едва заметен или не обнаруживался вообще. При незначительной высоте Солнца над горизонтом практически различать цвета невозможно. Когда солнце поднимается над горизонтов до 10, начинают появляться коричневые и бурые оттенки. А при выходе из кабины космонавты неожиданно обнаружили, что обломки пород и частично лунного грунта имеют темно-серый или угольно-серый цвет.

Во время полета "Аполлона-11" земля находилась приблизительно в 30 от зенита. Она казалось выпуклой и очень яркой. Преобладали 2 цвета: синий -- океанов и белый -- облаков. Однако легко было различить и серо-коричневый цвет континентов. Угловой диаметр Земли при наблюдении и Луны в 4 раза больше, чем у Луны, наблюдаемой с Земли. Хотя Земля пи казалась маленькой, все же это было весьма красочное зрелище, по мнению космонавтов.

Надо отметить, что одежда и защитное оборудование, оснащение космонавтов имеет интересные особенности. Основные детали одежды космонавтов защищают организм от вакуума, термических воздействий и от микрометеоритов. Ранцевая система состоит из аппаратуры связи, вентиляции и аппаратуры для регулирования температуры и давления. Эта система падает 100% кислород. Температурная защита обеспечивает нормальную жизнедеятельность при наружных температурах до 121.

Скафандр снабжен герметическим шлемом. Перчатками, защитными покрытиями и различными датчиками.

Надевается он через вертикальный разрез на спине и застегивается. Рукава монтируются на сферических шарнирах, которые позволяют вращать рукой. Герметический шлем -- прозрачный пузырь со сложной системой. Защитная оболочка содержит 2 пары съемных фильтров для защиты от ультрафиолетового и инфракрасного излучения. На шлеме укреплены 3 пузырька, защищающие от солнечных лучей. Многослойные покрытия обеспечивают герметизация. Защиту от температуры и от повреждений микрометеоритами. У многослойных башмаков верх и толстая подошва из специальной резины. Непосредственно к телу прилегает одежда с жидкостным охлаждением, служащее термическим буфером между телом космонавта и охлаждающей средой. В ранце (портативная систем жизнеобеспечения) -- средства связи. Датчики и прибор, падающий кислород. Двуокись углерода поглощается гидроокисью лития, вода -- водяным сепаратором, запахи -- активированным углем, посторонние частицы -- фильтром, а тепло -- теплопоглотителем.

У космонавта, облаченного в скафандр и снабженного ранцем. Центр тяжести перемещается вверх и несколько назад. Чтобы не потерять равновесие, он наклоняется вперед. На поворотах его движения тоже заметно медленнее, чем на Земле. Чтобы двигаться быстрее, нужно сделать 3 или 4 шага с небольшим ускорением или сильно наклониться вперед и энергично оттолкнуться, набрав нужную скорость с первого шага. Оба способа удовлетворительны, но обычно космонавты использовали первый. Скорость хождения не превышала 0,5 м/с. При больших скоростях космонавт, делая шаг, как бы взлетал вверх. При беге вприпрыжку он обеими ногами одновременно отталкивался от поверхности. Последний способ оказался наиболее эффективным при передвижении на большие расстояния, т.к. достигалась скорость 1-1,5 м/с, а на отдельных участках до 2 м/с. много времени уходило на то, чтобы выбрать наилучший путь на неровной поверхности. Скачки похожи на бег вприпрыжку, но при них на Луне в отличии от бега ноги двигаются довольно медленно. Создается ощущение медленного бега. Бег, каким мы его знаем на Земле, на Луне воспроизвести невозможно. Останавливаться во время ходьбы сразу нельзя. Шаги в строну затруднены ограниченной подвижностью скафандра. В общем, движение на Луне требует большего расчета и внимания, чем на Земле. Конечно, в условия лунного притяжения хочется прыгать вверх. Свободные прыжки с сохранением контроля за движением возможны до 1 м. Прыжки на большую высоту часто заканчиваются падением. Наибольшая высота прыжки составила 2 м. Падения не имели неприятных последствий. Обычно при нарушении равновесия падение можно предотвратить поворотом и шагом в ту строну, куда падаешь. Если космонавт упадет лицом вниз, то можно легко подняться без посторонней помощи. При падении на спину нужно приложить больше усилий чтобы подняться самостоятельно. След от ходьбы углублялся в лунном грунте на 1 см, его частицы прилипали к обуви. Скафандру. Американские космонавты считают. Что совершенствование скафандра поможет повысить эффективность деятельности на Луне.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дагаев М.М., Чаручин В.М. Астрофизика (книга для чтения по астрономии).
2. Цесевич В.П. Что и как наблюдать на небе.
3. Парнов С., Самсоненко Л. Лунариум.
4. Детская энциклопедия. Мир небесных тел.
5. Зигель Ф.Ю. Звездная азбука.
6. Саркисян Е.А. Небесные светила -- надежные ориентиры.
7. Гурштейн А.А. Извечные тайны неба.
8. Волков А.М. В поисках правды.

Луна богата силою внушенья,
Вокруг неё всегда витает тайна.
Она нам вторит: "Жизнь есть отраженье,
Но этот призрак дышит не случайно".
Своим ущербом, смертью двухнедельной
И новым полновластным воссияньем
Она твердит о грусти не бесцельной,
О том, что свет нас ждёт за умираньем.
К. Бальмонт

Урок 13

Тема: Природа Луны.

Цель: Познакомить учащихся с ближайшим космическим телом - Луной. Физические условия на Луне. Рельеф, породы, внутреннее строение. Исследование Луны и из значение. Теория приливов. Зона Роша.

Задачи
1. Обучающая : продолжить формирование представлений о естественном спутнике Земли; заинтересовать учащихся наблюдениями поверхности Луны в телескоп; ввести понятия: «моря» и «материки» Луны, кратеры, лунный реголит, обратная сторона Луны; дать представление о приливных действиях и зоне Роша.
2. Воспитывающая : обосновать вывод о том, что Луна, представляющая собой небесное тело, природа которого имеет много сходства с природой Земли, не может оказывать на людей часто приписываемое ей сверхъестественное влияние. Сравнить представления о Луне, которые существовали до телескопических наблюдений, с теми, которые получены в результате космических исследований, и сделать вывод о познаваемости мира (данные об обратной стороне Луны, лунном грунте и т. д.). Воспитывать у учащихся гордость за российскую науку (первые в истории космонавтики осуществлены: полет к Луне, фотографирование обратной стороны Луны, мягкая посадка на Луну, исследование Луны с помощью луноходов и др.). Содействовать эстетическому воспитанию учащихся, знакомя их с красотой лунного пейзажа, небом Луны и т. д..
3. Развивающая : научить выделять главное при анализе природы небесных тел (общая характеристика, особенности атмосферы, температурные условия, поверхность и т. д.).

Знать:
1-й уровень (стандарт) - физические условия на Луне, характерные особенности поверхности.
2-й уровень - физические условия на Луне, характерные особенности поверхности, состав пород, понятие Зоны Роша, внутреннее строение Луны, значимость приливного действия.
Уметь:
1-й уровень (стандарт) - находить размер объекта на удалении и его видимость.
2-й уровень - находить размер объекта на удалении и его видимость, определять, попадает ли в Зону Роша (приближенно). Находить с помощью "Red Shift 5.1"затмения в любое время.

Оборудование: Глобус Луны, карты Луны, фотографии, диапозитивы. Таблицы: спутники планет, Луна, космические полеты к Луне. В/ф "Астрономия", часть 1, фр.6 "Луна", “Изучение Луны методами космонавтики”, диафильм «Луна - спутник Земли» или «Поверхность Луны», «Природа, эволюция и происхождение Луны». CD- "Red Shift 5.1" Экскурсии = Карта Луны, Видеогалерея = Солнечная система (Образование Луны, Поездка на лунном вездеходе "ровере", Лунный вездеход "Ровер", Посадка на Луну, Взлёт с Луны, Поверхность Луны): Фотогалерея - Луна. Фотографии и иллюстрации астрономических объектов из мультимедийного диска «Мультимедиа библиотека по астрономии».

Межпредметные связи: природоведение (предварительные сведения о Луне), физика (масса и плотность тел, ускорение силы тяжести), география (моря и материки Земли), обществоведение (познаваемость мира).

Ход урока:

1. Итоги контрольной работы (практической и т.д, что задавалось) (5мин).
2. Опрос учащихся (15мин)

III. Новый материал (15 мин)
Зона Роша
Эдуард Альберт РОШ (1820-1883, Франция) астроном-теоретик, математик, разрабатывая математическую теорию Лапласа по образованию Солнечной системы, рассчитал, что всякому спутнику, оказавшемуся ближе некоторого расстояния к своему центральному телу, чем совершенно определенное расстояние (зона Роша ), грозит неизбежная опасность развалиться на составные части под действием тяготения планеты. Это расстояние у него равно 2,446 радиуса планеты, точнее А=2,446 R пл (ρ пл /ρ) 1/3 . Аналогичные расчеты в России произвела С.В.Ковалевская. Луна находится значительно дальше и развал ей не грозит. (376000/6400≈59R пл).
Возможные варианты образования Луны :
1. Новообразованная Земля вращалась настолько быстро, что сбросила с себя часть вещества, ставшую затем Луной. Эту теорию выдвинул в 1879г английский астроном и математик Джордж Дарвин. Но расчеты показывают, что в данном случае приливные силы вернули бы ее обратно.
2. В 1962г американский геофизик Гарольд Юри предположил, что Земля захватила уже готовую, сформировавшуюся Луну. Но учитывая соотношение энергий такую теорию трудно принять.
3. На начальной стадии формирования Солнечной системы сначала было захвачено несколько небольших лун, а позже из них сформировалась современная Луна.
4. В 60-е годы советская исследовательница Евгения Леонидовна Рускол , развивая идеи своего учителя, математика Отто Юльевича Шмидта , выдвинула теорию совместного образования Земли и Луны как двойной планеты из облака допланетных тел, окружавшего когда-то Солнце.
5. В 2002г возникла теория, которая и принята сейчас как наиболее правдоподобная. Ее выдвинул американский астрофизик Робин Кэнап . Основная идея состоит в том, что, когда планеты, которые мы видим теперь, только ещё формировались, некое небесное тело величиной с Марс с силой врезалось в молодую, почти сформировавшуюся, Землю под скользящим углом. Из выбитого вещества и образовалась Луна.

Закрепление материала (8 мин).

1. Решается самостоятельно задача: Угловой диаметр кратера Коперник составляет 40". Каков истинный размер кратера? (h=α . D /206265" =384400 . 40/206265" =76км).
2. Решается самостоятельно задача: Море кризисов имеет диаметр 400км. Можно ли его видеть с Земли невооруженным глазом, если разрешающая способность глаза 2"? (из D=206265" . r/α находим α=206265" . r/D= 206265 . 400/384400≈214,64"≈215"=3"35" да, так как данный угол больше разрешающей способности глаза в 2").
3. Начертите в масштабе профиль лунного кратера диаметром 250 км, если высота вала 5 км (тогда при высоте вала 2 мм диаметр кратера будет 100 мм, что удобно изобразить на чертеже).
4. Подсчитайте какую примерно кинетическую энергию имеет тело массой 1кг при встрече с лунной поверхностью, приняв скорость тела равной орбитальной скорости Земли. (Е=m . v 2 /2= 1*29800 2 /2 = 444020000 Дж≈444МДж).
5. Выведите формулу по которой Галилей определил высоту гор в терминаторе. (Чертеж, прямоугольный треугольник).
6. Зная, что масса Луны составляет 1/81,3 массы Земли, вычислите ускорение силы тяжести на Луне. (т.к. т. g=G . (M . т)/R 2 то находим отношение для Земли и Луны, получим g з /g л =(M з. R л 2)/(M л. R з 2) отсюда g з /g л =(81,3*1738 2)/6371 2 =245578357,2/40589641≈6,05, тогда g л =g з / 6,05=9,78/ 6,05≈1,62).

Итог:
1) Назовите основные формы рельефа Луны?
2) Какие физические условия на поверхности Луны?
3) Оценки.

Лунная поверхность безжизненна и пуста. Её особенностью является полное отсутствие атмосферных эффектов, которые наблюдаются на Земле. Ночь и день наступают мгновенно, как только появятся лучи Солнца.

Из-за отсутствия среды для распространения звуковых волн, на поверхности царит полная тишина.

Ось вращения Луны наклонена только на 1,5 0 от нормали до эклиптики, поэтому Луна не имеет никаких сезонов, изменений пор года. Солнечный свет всегда почти горизонтален в лунных полюсах, что делает эти местности постоянно холодными и темными.

Лунная поверхность изменяется под воздействием деятельности человека, метеоритных бомбардировок, облучений частицами с высокой энергией (рентгеновские и космические лучи). Эти факторы не оказывают заметного воздействия, но за астрономические времена сильно “вспахивают” поверхностный слой - реголит.

При ударе о поверхность Луны метеорной частицы происходит миниатюрный взрыв и во все стороны разбрасываются частицы грунта и метеоритного вещества. Эти частицы в большинстве покидают гравитационное поле Луны.

Диапазон суточного колебания температуры составляет 250 0 С. Колеблется от 101 0 до -153 0 . Но нагревание и охлаждение пород происходит медленно. Быстрое изменение температуры происходит только при лунных затмениях. Было измерено, что температура меняется от 71 до - 79 С за час.

Радиоастрономическими методами была измерена температура низлежащих слоёв, она оказалась постоянной на глубине 1 м. и равна -50 С у экватора. Значит верхний слой является хорошим теплоизолятором.

Анализ лунных пород, доставленных на Землю, показал, что они никогда не подвергались воздействию воды.

Средняя плотность Луны - 3,3 г/см 3 .

Период обращения Луны вокруг оси равен периоду её обращения вокруг Земли, поэтому она наблюдается с Земли только одной стороной. Обратная сторона Луны была впервые сфотографирована в 1959 году.

Светлые участки лунной поверхности называются материками и занимают 60% её поверхности. Это неровные гористые районы. Остальные 40% поверхности - моря. Это впадины, заполненные тёмной лавой и пылью. Они были названы в 17 веке.

Материки пересечены горными хребтами, расположенными вдоль побережий морей. Наибольшая высота лунных гор достигает 9 км.

Лунные кратеры имеют в большинстве метеоритное происхождение. Вулканических мало, но есть и комбинированные. Самые крупные лунные кратеры имеют диаметр до 100 км.

На Луне наблюдались яркие вспышки, что может быть связано с извержениями вулканов.

У Луны почти нет жидкого ядра, об этом свидетельствует отсутствие магнитного поля. Магнитометры показывают, что магнитное поле Луны не превышает 1/10 000 земного.

Атмосфера:

Хотя Луна окружена вакуумом более совершенным, чем тот, который возможно создать в земных лабораторных условиях, её атмосфера обширна и представляет высокий научный интерес.

В течение двух-недельного лунного дня, атомы и молекулы, выбитые рядом процессов с лунной поверхности на баллистические траектории, ионизируются солнечным излучением и затем управляются электромагнитными эффектами как плазма.

Положение Луны на орбите определяет поведение атмосферы.

Размеры атмосферных явлений были измерены рядом приборов, помещенных на лунной поверхности астронавтами Аполлона. Но анализ данных был затруднён из-за того, что естественная лунная атмосфера является настолько незначительной, что загрязнение от исходящих с Аполлона газов существенно влияло на результаты.

Основные газы, представленные на Луне - неон, водород, гелий, аргон.

В дополнение к поверхностным газам обнаружено небольшое количество пыли, циркулирующей на высоте до нескольких метров над поверхностью.

Число атомов и молекул в единице объёма атмосферы составляет менее триллионной доли числа частиц, содержащихся в единичном объёме земной атмосферы на уровне моря. Сила гравитации Луны мала, чтобы удержать молекулы у поверхности.

Любое тело, обладающее скоростью большей 2,4 км/с выйдет из-под гравитационного контроля Луны. Эта скорость немного больше средней скорости молекул водорода при обычной температуре. Диссипация водорода происходит почти мгновенно. Диссипация кислорода и азота происходит медленнее, т.к. эти молекулы тяжелее. За астрономически небольшие промежутки времени Луна способна потерять всю свою атмосферу, если она когда либо у неё была.

Сейчас атмосфера пополняется из межпланетного пространства.

М.Мендилло и Д. Бомгарднер (Бостонский ун-т) после анализа результатов наблюдений полного лунного затмения 29.11.1993 пришли к выводу, что лунная атмосфера в 2 раза протяжённее (равна 10 диаметрам Луны), чем считали ранее.

Она поддерживается не ударами о лунный грунт микрометеоритов и эле-ментарных частиц солнечного ветра (протонов и электронов), а воздействием на него световыми и тепловыми фотонами солнечного излучения.

Основные компоненты - атомы и ионы натрия и калия, выбитые из лунного грунта. Атмосфера очень разреженна, однако атомы натрия легко возбуждаются и сильно излучают, поэтому их легко обнаружить. (Nature 5.10.1995).

Происхождение: По преобладающим современным теориям Луна образовалась вместе с Землёй из одной планетезимали. Учёные считают, что первоначально Луна находилась очень близко к Земле, а Дж. Дарвин писал, что Луна была когда-то в контакте с Землёй и период обращения двух тел составлял около 4 часов. Но это предположение кажется маловероятным. Многие считают, что Луна образовалась на расстоянии, значительно меньшем половины современного. При этом приливные волны на Земле должны были бы достигать 1 км.

Существуют и другие теории. Найдено новое доказательство гипотезы, что Луна образовалась от столкновения какого-то тела с Землёй.

По данным спутника Луны "Клементина", обработанным в Гавайском ун-

те (США), была составлена карта процентного содержания железа на поверхности Луны. Оно может меняться от 0% в горах до 14% на дне морей. Если бы Луна имела такой же минералогический состав, как Земля, то железа было бы значительно больше. Значит она вряд ли образовалась из одного протопланетного облака с Землёй.

Громадные области на обратной стороне Луны вовсе не содержат железа, но покрыты анортозитом, породой, богатой алюминием. Чистый анортозит редко встречается на Земле.

Влияние на Землю: Американцы Р. Боллинг и Р. Сервени изучили данные о

глобальном температурном распределении, полученные со спутников между 1797 и 1994 гг. Из данных следует, что Земля бывает тёплой, когда Луна полная, и холодной - когда Луна в новолунии. Своим светом в полнолуние Луна подогревает Землю на 0.02 0 С. Даже такие изменения температуры могут влиять на климат Земли. (Astronomy Now, май 1995).