Луна

Луна - единственный естественный спутник Земли и ближайшее к нам небесное тело.

Содержание

1 Движение Луны
2 Рельеф поверхности
3 Происхождение Луны
4 Лунные экспедиции
5 Лунный грунт

Движение Луны

Луна движется вокруг Земли со средней скоростью 1,02 км./сек. по приблизительно эллиптической орбите в том же направлении, в котором движется подавляющее большинство других тел Солнечная система|Солнечной системы, то есть против часовой стрелки, если смотреть на орбиту Луны со стороны Северного полюса мира. Большая полуось орбиты Луны, равная среднему расстоянию между центрами Земли и Луны, составляет 384 400 км. (приблизительно 60 земных радиусов). Вследствие эллиптичности орбиты и возмущений, расстояние до Луны колеблется между 356 400 и 406 800 км.
Движение Луны вокруг Земли очень сложно, и его изучение составляет одну из труднейших задач небесной механики. Эллиптическое движение представляет собой лишь грубое приближение, на него накладываются многие возмущения, обусловленные притяжением Солнца, планет и сплюснутостью Земли. Главнейшие из этих возмущений, или неравенств (так называемое уравнение центра, эвекция, вариация, годичное неравенство), были открыты из наблюдений задолго до теоретического вывода их из закона всемирного тяготения. Притяжение Луны Солнцем в 2,2 раза сильнее, чем Землёй, так что, строго говоря, следовало бы рассматривать движение Луны вокруг Солнца и возмущения этого движения Землёй. Однако, поскольку исследователя интересует движение Луны, каким оно видно с Земли, гравитационная теория, которую разрабатывали многие крупнейшие учёные, начиная с И. Ньютона, рассматривает движение Луны именно вокруг Земли.
Форма Луны очень близка к шару с радиусом 1737 км., что равно 0,2724 экваториального радиуса Земли. Площадь поверхности Луны составляет 3,8×107 км².(то есть 0,0743 » 3/40 земной), а объём 2,2×1025 см³ (то есть 0,0203 » 1/49 объёма Земли).
Луна, под влиянием приливных сил, немного вытянута в сторону Земли. Масса Луны точнее всего определяется из наблюдений её искусственных спутников. Она в 81,3 раза меньше массы Земли, что соответствует 7,35×1025 г. Средняя плотность Луны равна 3,34 г./см² (0,61 средней плотности Земли). Ускорение силы тяжести на поверхности Луны в 6 раз меньше, чем на Земле и равно 162,3 см./сек² и уменьшается на 0,187 см./сек² при подъёме на 1 км. Вследствие малого притяжения Луна не могла удержать вокруг себя газовой оболочки, а также воду в свободном состоянии.

Луна, кратер Дедал (Диаметр 93 км., глубина 3 км.

Рельеф поверхности

Даже невооружённым глазом на Луне видны неправильные темноватые протяжённые пятна, которые были приняты за моря. Название сохранилось, хотя и было установлено, что эти образования ничего общего с земными морями не имеют. Телескопические наблюдения, которым положил начало в 1610 Г. Галилей, позволили обнаружить гористое строение поверхности Луны. Выяснилось, что моря — это равнины более тёмного оттенка, чем другие области, иногда называют континентальными (или материковыми), изобилующие горами, большинство которых имеет кольцеобразную форму (кратеры). По многолетним наблюдениям были составлены подробные карты лунной поверхности. С помощью современных телескопов на Луне можно заметить (но не рассмотреть) кратеры размером около 0,7 км. и трещины шириной в первые сотни метров.
Рельеф лунной поверхности был в основном выяснен в результате многолетних телескопических наблюдений. «Лунные моря», занимающие около 40% видимой поверхности Луны, представляют собой равнинные низменности, пересечённые трещинами и невысокими извилистыми валами; крупных кратеров на морях сравнительно мало. Многие моря окружены концентрическими кольцевыми хребтами. Остальная, более светлая поверхность покрыта многочисленными кратерами, кольцевидными хребтами, бороздами и так далее. Кратеры менее 15—20 км. имеют простую чашевидную форму; более крупные кратеры (до 200 км.) состоят из округлого вала с крутыми внутренними склонами, имеют сравнительно плоское дно, более углублённое, чем окружающая местность, часто с центральной горкой. Высоты гор над окружающей местностью определяются по длине теней на лунной поверхности или фотометрическим способом. Таким путём были составлены гипсометрические карты масштаба 1 : 1 000 000 на большую часть видимой стороны. Однако абсолютные высоты, расстояния точек поверхности Луны от центра фигуры или массы Луны определяются очень неуверенно, и основанные на них гипсометрические карты дают лишь общее представление о её рельефе.
Кратеры на лунной поверхности имеют различный относительный возраст: от древних, едва различимых, сильно переработанных образований до очень чётких в очертаниях молодых кратеров, иногда окруженных светлыми «лучами». При этом молодые кратеры перекрывают более древние. В одних случаях кратеры врезаны в поверхность лунных морей, а в других — горные породы морей перекрывают кратеры. Тектонические разрывы то рассекают кратеры и моря, то сами перекрываются более молодыми образованиями. Эти и другие соотношения позволяют установить последовательность возникновения различных структур на лунной поверхности; в 1949г. советский учёный А. В. Хабаков разделил лунные образования на несколько последовательных возрастных комплексов. Дальнейшее развитие такого подхода позволило к концу 60-х гг. составить среднемасштабные геологические карты на значительную часть поверхности Луны. Абсолютный возраст лунных образований известен пока лишь в нескольких точках; но, используя косвенные методы, можно установить, что возраст наиболее молодых крупных кратеров составляет десятки и сотни млн. лет, а основная масса крупных кратеров возникла в «доморской» период, 3—4 млрд. лет назад.

В образовании форм лунного рельефа принимали участие как внутренние силы, так и внешние воздействия. Расчёты термической истории Луны показывают, что вскоре после её образования недра были разогреты радиоактивным теплом и в значительной мере расплавлены, что привело к интенсивному вулканизму на поверхности. В результате образовались гигантские лавовые поля и некоторое количество вулканических кратеров, а также многочисленные трещины, уступы и другое. Вместе с этим на поверхность Луны на ранних этапах выпадало огромное количество метеоритов и астероидов — остатков протопланетного облака, при взрывах которых возникали кратеры — от микроскопических лунок до кольцевых структур поперечником во много десятков, а возможно и до нескольких сотен км. Из-за отсутствия атмосферы и гидросферы значительная часть этих кратеров сохранилась до наших дней. Сейчас метеориты выпадают на Луну гораздо реже; вулканизм также в основном прекратился, поскольку Л. израсходовала много тепловой энергии, а радиоактивные элементы были вынесены во внешние слои Луны. Об остаточном вулканизме свидетельствуют истечения углеродосодержащих газов в лунных кратерах, спектрограммы которых были впервые получены советским астрономом Н. А. Козыревым.

Происхождение Луны

Происхождение Луны окончательно ещё не установлено. Наиболее разработаны три разные гипотезы. В конце 19 века Дж. Дарвин выдвинул гипотезу, согласно которой Луна и Земля первоначально составляли одну общую расплавленную массу, скорость вращения которой увеличивалась по мере её остывания и сжатия; в результате эта масса разорвалась на две части: большую — Землю и меньшую — Луну. Эта гипотеза объясняет малую плотность Луны., образованной из внешних слоев первоначальной массы. Однако она встречает серьёзные возражения с точки зрения механизма подобного процесса; кроме того, между породами земной оболочки и лунными породами есть существенные геохимические различия.
Гипотеза захвата, разработанная немецким учёным К. Вейцзеккером, шведским учёным Х. Альфвеном и американским учёным Г. Юри, предполагает, что Луна первоначально была малой планетой, которая при прохождении вблизи Земли в результате воздействия тяготения последней превратилась в спутник Земли. Вероятность такого события весьма мала, и, кроме того, в этом случае следовало бы ожидать большего различия земных и лунных пород.
Согласно третьей гипотезе, разрабатывавшейся советским учёными — О. Ю. Шмидтом и его последователями в середине 20 века, Луна и Земля образовались одновременно путём объединения и уплотнения большого роя мелких частиц. Но Луна в целом имеет меньшую плотность, чем Земля, поэтому вещество протопланетного облака должно было разделиться с концентрацией тяжёлых элементов в Земле. В связи с этим возникло предположение, что первой начала формироваться Земля, окруженная мощной атмосферой, обогащенной относительно летучими силикатами; при последующем охлаждении вещество этой атмосферы сконденсировалось в кольцо планетезималей, из которых и образовалась Луна. Последняя гипотеза на современном уровне знаний (70-е годы 20 века) представляется наиболее предпочтительной.

Лунные экспедиции

21 июля 1969 на Луне впервые высадились люди — американские космонавты Н. Армстронг и Э. Олдрин, доставленные туда космическим кораблём «Аполлон-11». При последующих запусках кораблей «Аполлон» на Луне побывало ещё 10 человек. Космонавты доставили на Землю несколько сотен кг. образцов и провели на Луне ряд исследований: измерения теплового потока, магнитного поля, уровня радиации, интенсивности и состава солнечного ветра (потока частиц, приходящих от Солнца). Оказалось, что тепловой поток из недр Л. примерно втрое меньше, чем из недр Земли. В породах Л. обнаружена остаточная намагниченность, что указывает на существование у Л. в прошлом магнитного поля. На Луне были оставлены приборы, автоматически передающие информацию на Землю, в том числе сейсмометры, регистрирующие колебания в теле Луны. Сейсмометры зафиксировали удары от падений метеоритов и «лунотрясения» внутреннего происхождения. По сейсмическим данным было установлено, что до глубины в несколько десятков км. Луна сложена относительно лёгкой «корой», а ниже залегает более плотная «мантия». Продолжительность сейсмических колебаний на Луне (в несколько раз большая, чем на Земле), видимо, связана с сильной трещиноватостью верхней части «коры».
Одновременно проводились исследования Луны советскими АМС «Луна». В сентябре 1970г. АМС «Луна-16» пробурила колонку грунта глубиной 35 см. и доставила её на Землю. В ноябре 1970 АМС «Луна-17» доставила на Луну в Море Дождей Лунный самоходный аппарат «Луноход-1», который за 11 лунных дней (или 101/2 мес.) прошёл расстояние в 10 540 м. и передал большое количество панорам и отдельных фотографий поверхности Луны и другую научную информацию. Установленный на нём французский отражатель позволил с помощью лазерного луча измерить расстояние до Луны с точностью до долей метра. В феврале 1972 АМС «Луна-20» доставила на Землю образцы лунного грунта, впервые взятые в её труднодоступном районе. В январе 1973г. АМС «Луна-21» доставила в кратер Лемонье (Море Ясности) «Луноход-2» для комплексного исследования переходной зоны между морским и материковым районами. «Луноход-2» работал 5 лунных дней (4 месяца), прошёл расстояние около 37 км.

Лунный грунт

Всюду, где совершали посадки космические аппараты, Л. покрыта так называемым реголитом. Это разнозернистый обломочно-пылевой слой толщиной от нескольких м. до нескольких десятков м. Он возник в результате дробления, перемешивания и спекания лунных пород при падениях метеоритов и микрометеоритов. Вследствие воздействия солнечного ветра реголит насыщен нейтральными газами. Среди обломков реголита найдены частицы метеоритного вещества. По радиоизотопам было установлено, что некоторые обломки на поверхности реголита находились на одном и том же месте десятки и сотни млн. лет. Среди образцов, доставленных на Землю, встречаются породы двух типов: вулканические (лавы) и породы, возникшие за счёт раздробления и расплавления лунных образований при падениях метеоритов (стекла и брекчии). Основная масса вулканических пород сходна с земными базальтами, в них встречаются плагиоклазы, пироксены, ильменит, оливин, а также шпинель, циркон, апатит, металлическое железо, медь и другие. По-видимому, такими породами сложены все лунные моря. Кроме того, в лунном грунте встречаются обломки иных пород, сходных с земными норитами, анортозитами, дацитами, и так называемая KREEP — порода, обогащенная калием, редкоземельными элементами и фосфором. Очевидно, эти породы представляют собой обломки вещества лунных материков. «Луна-20» и «Аполлон-16», совершившие посадки на лунных материках, привезли оттуда породы типа анортозитов. Все типы пород образовались в результате длительной эволюции расплавов в недрах Луны. По ряду признаков лунные породы отличаются от земных: в них очень мало воды, мало калия, натрия и других летучих элементов, в некоторых образцах очень много титана и железа, но в целом Луна обеднена сидерофильными элементами. Возраст этих пород, определяемый по соотношениям радиоактивных элементов, равен 3—4,5 млрд. лет, что соответствует древнейшим периодам развития Земли.

---

Литература:

Луна. Под редакцией А. В. Маркова, М., 1960
Атлас обратной стороны Луны, ч. 1—2, М., 1960—67
Новое о Луне. М.- Л., 1963
Первые панорамы лунной поверхности, т. 1—2, М., 1967—69гг.
Введение в физику Луны, М., 1969.
Хабаков А. В. Об основных вопросах истории развития поверхности Луны, М., 1949
Проблемы геологии Луны, М., 1969
Виноградов А., Соколов С., «Луноход-2»: Программа выполнена, «Правда», от 20 ноября 1973г.
А. В. Мохов, П. М. Карташов, О. А. Богатиков Луна под микроскопом, М, Наука, 2007
Wilkins Н. P. and Moore P. A., The Moon, 2 ed., L., 1961
Physics and astronomy of the Moon, ed. Z. Kopal, N. Y. — L., 1962
Callatay V. de, Atlas de la Lune, P., 1962; Baldwin R. B., Themeasure of the Moon, Chi., 1963.
Ranger VII photographs of the Moon, pt 1—3, Wash., 1964—65
Measure of the Moon, ed. Z. Kopaland C. L. Goudas, Dodrecht — N. Y., 1967
Alter D., Lunar atlas, N. Y., 1968.

Источники:

А. А. Михайлов, А. П. Виноградов. Статья в Большой советской энциклопедии, изд. «Советская энциклопедия», 1969 — 1978 гг.
Статья о Луне в Википедии

См. также:

Рингвуд А. Е. Происхождение Земли и Луны. М., Недра, 1982, 293 с.
Обзорная статья про геологию Луны в Википедии (англ.)