Беседа на тему: "Луна - естественный спутник Земли"

ЛУНА. ИСТОРИЯ НАБЛЮДЕНИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ

Луна – единственный естественный спутник Земли и ближайшее к Земле небесное тело. 20 июля 2009 года исполнилось 40 лет с того дня, когда человек в первый раз ступил на поверхность Луны.

Сорок лет назад - 20 июля 1969 года - человек в первый раз ступил на поверхность Луны. Корабль НАСА "Аполлон-11" с экипажем из трех астронавтов (командир Нейл Армстронг, пилот лунного модуля Эдвин Олдрин и пилот командного модуля Майкл Коллинз) стал первым, достигшим Луны, в космической гонке СССР и США.

Луна – единственный естественный спутник Земли и ближайшее к Земле небесное тело. Луна движется вокруг Земли со средней скоростью 1,02 километра в секунду по эллиптической орбите против часовой стрелки.

Вследствие эллиптичности орбиты и возмущений расстояние до Луны постоянно меняется. Это знал еще Гиппарх во 2 веке до н.э. Он определил среднее расстояние до Луны, получив значение, довольно близкое к современному – 30 диаметров Земли. Среднее расстояние Луны от Земли 384 400 километров.

Фазы Луны и траектория ее движения

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 (притяжение Луны Солнцем в 2,2 раза сильнее, чем Землей), планет и формой 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.

Первая приемлемая теория была предложена Исааком Ньютоном (Isaak Newton) в его «Началах» в 1687 году, где были опубликованы закон всемирного тяготения и законы движения. Ньютон не только учел все известные в то время возмущения лунной орбиты, но и предсказал некоторые эффекты.

Луна совершает полный оборот вокруг Земли за период, называемый сидерическим месяцем. Сидерический месяц равен 27 суткам 7 часам 43,2 минуты. Но все это время Земля сама движется вокруг Солнца в том же направлении, что и Луна, поэтому взаимное положение трех тел повторяется не через орбитальный период Луны, а спустя примерно 53 часа после него. Поэтому полнолуние происходит через каждые 29 суток 12 часов 44,1 минуты; этот период называют синодическим (лунным) месяцем.

Каждый солнечный год содержит 12,37 лунных месяцев, так что 7 из 19 лет имеют 13 полнолуний.

Этот 19-летний период называется «метоновым циклом», поскольку в 5 веке до н.э. афинский астроном Метон предложил этот период в качестве основы для так и не состоявшейся реформы календаря.

Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца – эклиптике – примерно на 5 градусов; поэтому Луна никогда не удаляется от эклиптики более чем на 5градусов, всегда находясь среди или около зодиакальных созвездий.

Не будучи самосветящейся, Луна видна только в той части, куда падают солнечные лучи, либо непосредственно, либо отраженные Землей. Этим объясняются фазы Луны.

Каждый месяц Луна, двигаясь по орбите, проходит примерно между Солнцем и Землей и обращена к Земле своей темной стороной, в это время происходит новолуние. Через один – два дня после этого на западной части неба появляется узкий яркий серп «молодой» Луны.

Остальная часть лунного диска бывает в это время слабо освещена Землей, повернутой к Луне своим дневным полушарием; это слабое свечение Луны – так называемый пепельный свет Луны. Через 7 суток Луна отходит от Солнца на 90 градусов; наступает первая четверть лунного цикла, когда освещена ровно половина диска Луны и терминатор, т. е. линия раздела светлой и темной стороны, становится прямой – диаметром лунного диска. В последующие дни терминатор становится выпуклым, вид Луны приближается к светлому кругу и через 14-15 суток наступает полнолуние. Затем западный край Луны начинает ущербляться; на 22-е сутки наблюдается последняя четверть, когда Луна опять видна полукругом, но на сей раз обращенным выпуклостью к востоку. Угловое расстояние Луны от Солнца уменьшается, она опять становится суживающимся серпом и через 29,5 суток вновь наступает новолуние.

Точки пересечения орбиты с эклиптикой, называются восходящим и нисходящим узлами, имеют неравномерное попятное движение и совершают полный оборот по эклиптике за 6794 суток (около 18,6 года), вследствие чего Луна возвращается к одному и тому же узлу через интервал времени – так называемый драконический месяц, – более короткий, чем сидерический и в среднем равный 27,21222 суток; с этим месяцем связана периодичность солнечных и лунных затмений.

Солнечное затмение может произойти только в новолуние и только в те моменты, когда Луна находится вблизи узла. Это случается, по меньшей мере, дважды в году. В остальных случаях Луна проходит на небе над или под Солнцем. Лунные затмения происходят только в полнолуние; при этом, как и в случае солнечных затмений, Луна должна находиться вблизи узла.

Если бы плоскость лунной орбиты не была наклонена к плоскости земной орбиты, то при каждом новолунии происходило бы солнечное затмение, а при каждом полнолунии – лунное затмение.

Однако сочетание равномерного вращения с неравномерным движением по орбите вызывает небольшие периодические отклонения от неизменного направления к Земле, достигающие 7 градусов 54 минуты по долготе. Наклон оси вращения Луны к плоскости ее орбиты обусловливает отклонения до 6градусов 50минуты по широте, вследствие чего в разное время с Земли можно видеть до 59 процентов всей поверхности Луны (хотя области близ краев лунного диска видны лишь в сильном перспективном ракурсе); такие отклонения называются либрацией Луны. Плоскости экватора Луны, эклиптики и лунной орбиты всегда пересекаются по одной прямой (это явление описывает закон Кассини).

Сама Луна также оказывает влияние на Землю – ее гравитационное поле вызывает колебание уровня воды в акваториях Земли, приливы и отливы.

Масса Луны в 81,3 раза меньше массы Земли и составляет 7,35*1022 килограмм, по геометрической форме Луна близка к шару, средний радиус которого 1738 км.

Средняя плотность Луны равна 3,34 г/кв. см (0,61 средней плотности Земли). Ускорение силы тяжести на поверхности Луны в 6 раз меньше, чем на Земле, равно 162,3 см/сек2 и уменьшается на 0,187 см/сек2 при подъеме на 1 км.

Первая космическая скорость для Луны – 1680 м/сек, а вторая – 2375 м/сек.

Луна не имеет атмосферы.

Свет Луны

Поверхность Луны довольно темная, ее альбедо (отражательная способность) равно 0,073, то есть она отражает в среднем лишь 7,3% световых лучей Солнца.

Визуальная звездная величина (мера освещенности, создаваемой небесным светилом) полной Луны на среднем расстоянии равна – 12,7; она посылает в полнолуние на Землю в 465 000 раз меньше света, чем Солнце.

В зависимости от того, в какой фазе находится Луна, количество света уменьшается гораздо быстрее, чем площадь освещенной части Луны, таким образом, когда Луна находится в четверти и мы видим половину ее диска светлой, она посылает на Землю не 50%, а лишь 8% света от полной Луны.

Показатель цвета лунного света равен +1,2, т. е. он заметно краснее солнечного.

Луна вращается относительно Солнца с периодом, равным синодическому месяцу, поэтому день на Луне длится почти 15 суток и столько же продолжается ночь.

Не будучи защищена атмосферой, поверхность Луна нагревается днем до +110° С, а ночью остывает до -120° С, однако, как показали радионаблюдения, эти огромные колебания температуры проникают вглубь лишь на несколько дм вследствие чрезвычайно слабой теплопроводности поверхностных слоев. По той же причине и во время полных лунных затмений нагретая поверхность быстро охлаждается, хотя некоторые места дольше сохраняют тепло, вероятно, вследствие большой теплоемкости (так называемые «горячие пятна»).

Рельеф Луны

Даже невооруженным глазом на Луны видны неправильные темноватые протяженные 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 году Галилео Галилей (Galileo Galilei), позволили обнаружить гористое строение поверхности Луны.

Выяснилось, что моря – это равнины более темного оттенка, чем другие области, иногда называют континентальными (или материковыми), изобилующие горами, большинство которых имеет кольцеобразную форму (кратеры).

По многолетним наблюдениям были составлены подробные карты Луны. Первые такие карты издал в 1647 году Ян Гевелий (нем. Johannes Hevel, польск. Jan Heweliusz,) в г. Данциге (современный – Гданьск, Польша). Сохранив термин «моря», он присвоил названия также и главнейшим лунным хребтам – по аналогичным земным образованиям: Апеннины, Кавказ, Альпы.

Джованни Риччоли (Giovanni Batista Riccioli) из г. Феррары (Италия) в 1651 году дал обширным темным низменностям фантастические названия: Океан Бурь, Море Кризисов, Море Спокойствия, Море Дождей и так далее, меньшие примыкающие к морям темные области он назвал заливами, например, Залив Радуги, а небольшие неправильные пятна – болотами, например Болото Гнили. Отдельные горы, главным образом кольцеобразные, он назвал именами выдающихся ученых: Коперник, Кеплер, Тихо Браге и другие.

Эти названия сохранились на лунных картах и поныне, причем добавлено много новых имен выдающихся людей, ученых более позднего времени. На картах обратной стороны Луны, составленных по наблюдениям, выполненным с космических зондов и искусственных спутников Луны, появились имена Константина Эдуардовича Циолковского, Сергея Павловича Королева, Юрия Алексеевича Гагарина и других. Подробные и точные карты Луны были составлены по телескопическим наблюдениям в 19 веке немецкими астрономами Иоганном Медлером (Johann Heinrich Madler), Иоганном Шмидтом (Johann Schmidt) и другими.

Карты составлялись в ортографической проекции для средней фазы либрации, т. е. примерно такими, какой Луна видна с Земли.

В конце 19 века начались фотографические наблюдения Луны. В 1896?1910 большой атлас Луны был издан французскими астрономами Морисом Леви (Morris Loewy) и Пьером Пьюзе (Pierre Henri Puiseux) по фотографиям, полученным на Парижской обсерватории; позже фотографический альбом Луны был издан Ликской обсерваторией в США, а в середине 20 века голландский астроном Джерард Койпер (Gerard Copier) составил несколько детальных атласов фотографий Луны, полученных на крупных телескопах разных астрономических обсерваторий. С помощью современных телескопов на Луны можно заметить кратеры размером около 0,7 килметров и трещины шириной в первые сотни метров.

Кратеры на лунной поверхности имеют различный относительный возраст: от древних, едва различимых, сильно переработанных образований до очень четких 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. Абсолютный возраст лунных образований известен пока лишь в нескольких точках.

Ученым удалось установить, что возраст наиболее молодых крупных кратеров составляет десятки и сотни млн. лет, а основная масса крупных кратеров возникла в «доморской» период, т.е. 3-4 миллиарда лет назад.

В образовании форм лунного рельефа принимали участие как внутренние силы, так и внешние воздействия. Расчеты термической истории Луны показывают, что вскоре после ее 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 диаметром от нескольких десятков метров до 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 Луна 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 Николаем Александровичем Козыревым.

Основными лунными породами являются морские базальты, богатые железом и титаном; материковые базальты, богатые камнем, редкоземельными элементами и фосфором; алюминиевые материковые базальты – возможный результат ударного плавления; магматические породы, такие, как анортозиты, пироксениты и дуниты. Реголит (лунный грунт) состоит из фрагментов основной породы, стекла и брекчии (порода, состоящая из сцементированных угловатых обломков), образовавшихся из основных типов пород.

Лунные породы не полностью схожи с земными. Обычно лунные базальты содержат больше железа и титана; анортозиты на Луне более обильны, а летучих элементов, таких, как калий и углерод, в лунных породах меньше. Лунные никель и кобальт, вероятно, были замещены расплавленным железом еще до окончания формирования Луны.

Происхождение Луны: самые популярные версии

Происхождение Луны окончательно еще не установлено. Наиболее разработаны три разные гипотезы.

В конце 19 века Джордж Дарвин(George Howard Darwin) выдвинул гипотезу, согласно которой Луна и Земля первоначально составляли одну общую расплавленную массу, скорость вращения которой увеличивалась по мере ее остывания и сжатия; в результате эта масса разорвалась на две части: большую – Землю и меньшую – Луна. Эта гипотеза объясняет малую плотность Луны, образованной из внешних слоев первоначальной массы. Однако она встречает серьезные возражения с точки зрения механизма подобного процесса; кроме того, между породами земной оболочки и лунными породами есть существенные геохимические различия.

Гипотеза захвата, разработанная немецким ученым Карлом Вейцзеккером (Carl Friedrich von Weizsacker;), шведским ученым Ханнесом Альфвеном (Hannes Alfven) и американским ученым Гарольдом Юрии (Harold Clayton Urey), 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, теории конденсации, разрабатывавшейся советским учеными – Отто Юльевичем Шмидтом и его последователями в 1940-ых годах, Луна и Земля образовались одновременно путем 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 тяжелых 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.

К середине 1970-х годов, когда на Землю доставили образцы лунного грунта и достаточно хорошо были изучены геохимические свойства Луны американские астрофизики Эл Камерон (Al Cameron), Вильям Вард (William Ward), Вильям Хартманн (William Hartmann) и Дональд Дэвис (Donald Davis) предложили гипотезу «Большого всплеска» или «Большого удара».

Согласно ей Луна образовалась из осколка Земли, отколовшегося от планеты, в результате столкновения Земли с космическим телом, размеры которого сопоставимы с Марсом.

В настоящее время ни одна из теорий не получила достаточного количества доказательств, чтобы считаться достоверной.

Исследования Луны из космоса

Исследования Луны с помощью космических аппаратов начались в январе 1959 году – была запущена автоматическая станция «Луна-1».

Пролетев в непосредственной близости от Луны, на расстоянии 5-6 тысяч километров от ее поверхности, автоматическая станция «Луна-1» превратилась затем в первую искусственную планету солнечной системы. Эксперименты, проведенные станцией «Луна-1», установили отсутствие существенного магнитного поля вблизи Луны и зарегистрировали в межпланетном пространстве потоки ионизированной плазмы – «солнечный ветер».

Автоматическая станция «Луна-2» достигла лунной поверхности в восточной части Моря Дождей, в районе кратеров Архимед и Автолик и засвидетельствовала отсутствие у Луны магнитного поля.

4 октября 1959 года, во вторую годовщину запуска первого искусственного спутника Земли, стартовала станция «Луна-3».

Седьмого октября с борта этой автоматической межпланетной станции были получены первые в мире изображения обратной стороны Луны.

Изучение свойств Луны и ее окружающей среды началось в 1966 году – был запущена станция «Луна-9», передавшая на Землю панорамные снимки поверхности Луны.

Исследованиями окололунного пространства занимались станции «Луна-10» и «Луна-11» (1966 год). «Луна-10» стала первым искусственным спутником Луны.

В это время в США также разрабатывалась программа изучения Луны, получившая название «Аполлон» (The Apollo Program). Именно американский астронавты первыми ступили на поверхность планеты. 21 июля 1969 года в рамках лунной экспедиции корабля «Аполлон 11» Нил Армстронг (Neil Alden Armstrong) и его напарник Эдвин Олдрин (Edwin Eugene Aldrin) провели на Луне 2,5 часа.

Дальнейшим этапом в исследованиях Луны стала отправка на планету радиоуправляемых самоходных аппаратов. В ноябре 1970 году на Луну был доставлен «Луноход-1», который за 11 лунных дней (или 10,5 месяцев) прошел расстояние в 10 540 м и передал большое количество панорам, отдельных фотографий поверхности Луны и другую научную информацию. Установленный на нем французский отражатель позволил с помощью лазерного луча измерить расстояние до Луны с точностью до долей метра.

В феврале 1972 года станция «Луна-20» доставила на Землю образцы лунного грунта, впервые взятые в труднодоступном районе Луны.

В феврале того же года был совершен последний пилотируемый полет на Луну. Полет осуществил экипаж корабля «Аполлон-17». Всего на Луне побывало 12 человек.

В январе 1973 года «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), прошел расстояние около 37 километров.

В августе 1976 года станция «Луна-24» доставила на Землю образцы лунного грунта с глубины 120 сантиметров (образцы были получены путем бурения).

С этого времени изучение естественного спутника Земли практически не велось.

Лишь через два десятка лет, в 1990 году, свой искусственный спутник «Хитен» (Hiten) послала к Луне Япония, ставшая третьей «лунной державой». Затем было еще два американских спутника – «Клементина»(Clementine, 1994 год) и «Лунный разведчик» (Lunar Prospector, 1998 год). На этом полеты к Луне были приостановлены.

27 сентября 2003 года Европейское космическое агентство с космодрома Куру (Гвиана, Африка) запустило зонд SMART-1. 3 сентября 2006 года зонд завершил свою миссию и совершил пилотируемое падение на поверхность Луны. За три года работы аппарат передал на Землю много информации о лунной поверхности, а также провел картографию Луны с высоким разрешением.

В настоящее время изучение Луны получило новый старт. Программы освоения земного спутника действуют в России, США, Японии, Китае, Индии.

К 2018 году НАСА планирует возобновить пилотируемые полеты на Луну.

Китай собирается в 2012 году опустить на поверхность планеты луноход «Лунный Заяц», в 2017 году получить образцы лунного грунта. В перспективе Китай не исключает создания на Луне постоянной обитаемой базы.

Правительство Японии пообещало, что в 2020 году высадит на поверхность Луны двуного робота.

По заявлению руководителя Федерального космического агентства (Роскосмос) Анатолия Перминова, концепция развития российской пилотируемой космонавтики предусматривает программу освоения Луны в 2025-2030 годах.

Правовые вопросы освоения Луны

Правовые вопросы освоения Луны регулирует «Договор о космосе» (полное название «Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела»). Он был подписан 27 января 1967 года в Москве, Вашингтоне и Лондоне государствами-депозитариями – СССР, США и Великобританией. В тот же день началось присоединение к договору других государств.

Согласно ему исследование и использование космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, осуществляются на благо и в интересах всех стран, независимо от степени их экономического и научного развития, а космос и небесные тела открыты для всех государств без какой-либо дискриминации на основе равенства.

Луна, в соответствии с положениями «Договора по космосу», должна использоваться «исключительно в мирных целях», на ней исключается любая деятельность военного характера. Перечень видов деятельности, запрещенных на Луне, приведенный в статье IV Договора, включает размещение ядерного оружия или любых других видов оружия массового уничтожения, создание военных баз, сооружений и укреплений, испытание любых видов оружия и проведение военных маневров.

Частная собственность на Луне

Часть территории Луны находится в частной собственности.

Продажа участков территории естественного спутника Земли началась в 1980 году, когда американец Денис Хоуп обнаружил калифорнийский закон от 1862 года, по которому ничья собственность переходила во владение того, кто первым предъявил претензии на нее.

В подписанном 1967 году «Договоре о космосе» было прописано, что «космическое пространство, включая Луну и другие небесные тела, не подлежит национальному присвоению», но пункта о том, что космический объект не может быть приватизирован в частном порядке, не было, что и позволило Хоупоформить право собственности на Луну и все планеты Солнечной системы, исключая Землю.

Хоуп открыл в США Лунное посольство и организовал оптово-розничную торговлю лунной поверхностью. Он успешно ведет свой «лунный» бизнес, продавая участки на Луне желающим.

Чтобы стать гражданином Луны надо приобрести себе участок, получить нотариально заверенное свидетельство о праве собственности, лунную карту с обозначением участка, его описание и даже «Лунный билль о конституционных правах». Оформит лунное гражданство можно за отдельные деньги, приобретя лунный паспорт.

Право собственности регистрируется в Лунном посольстве в Рио-Виста, Калифорния, США. Процесс оформления и получения документов занимает от двух до четырех дней.

В данный момент мистер Хоуп занимается созданием Лунной республики и продвижением ее в ООН. У еще несостоявшейся республики есть свой национальный праздник – день лунной независимости, который отмечается 22 ноября.

В настоящее время стандартный участок на Луне имеет площадь 1 акра (чуть больше 40 соток). С 1980 года продано около 1.300 тысяч участков из тех приблизительно 5 миллионов, что были «нарезаны» на карте освещенной стороны Луны.

Известно, что среди владельцев лунных участков – американские президенты Рональд Рейган и Джимми Картер, члены шести королевских семейств и около 500 миллионеров, в основном из числа голливудских звезд – Том Хенкс, Николь Кидман, Том Круз, Джон Траволта, Харрисон Форд, Джордж Лукас, Мик Джаггер, Клинт Иствуд, Арнольд Шварценеггер, Деннис Хоппер и другие.

Лунные представительства открылись в России, Украине, Молдавии, Белоруссии, и владельцами лунных земель стали более 10 тысяч жителей СНГ. Среди них Олег Басилашвили, Семен Альтов, Александр Розенбаум, Юрий Шевчук, Олег Гаркуша, Юрий Стоянов, Илья Олейников, Илья Лагутенко, а также космонавт Виктор Афанасьев и другие известные деятели.