Луна - спутник земли. Геология (строение) Луны - Все о космосе

17.10.2019

ЛУНА
естественный спутник Земли, ее постоянный ближайший сосед. Это скалистое шаровидное тело без атмосферы и жизни. Ее диаметр 3480 км, т.е. немногим более четверти диаметра Земли. Ее угловой диаметр (угол, под которым диск Луны виден с Земли) составляет около 30ў дуги. Среднее расстояние Луны от Земли 384 400 км, что равно примерно 30 диаметрам Земли. Космический корабль может добраться до Луны менее чем за 3 сут. Первый достигший Луны аппарат "Луна-2" был запущен 12 сентября 1959 в СССР. Первые люди ступили на Луну 20 июля 1969; это были астронавты "Аполлона-11", запущенного в США. Еще до наступления эры космических исследований астрономы знали, что Луна - необычное тело. Хотя это не самый большой спутник в Солнечной системе, но он один из крупнейших по отношению к своей планете - Земле. Плотность Луны всего в 3,3 раза больше плотности воды, что меньше, чем у любой из планет земной группы: самой Земли, Меркурия, Венеры и Марса. Уже это обстоятельство заставляет думать о необычных условиях образования Луны. Пробы грунта с поверхности Луны позволили определить его химический состав и возраст (4,1 млрд. лет у самых старых образцов), но это лишь сильнее запутало наше представление о происхождении Луны.
ВНЕШНИЙ ВИД
Как все планеты и их спутники, Луна в основном светит отраженным солнечным светом. Обычно бывает видна та часть Луны, которую освещает Солнце. Исключение составляют периоды вблизи новолуния, когда отраженный от Земли свет слабо освещает и темную сторону Луны, создавая картину "старой Луны в объятиях молодой".

Яркость полной Луны в 650 тыс. раз меньше яркости Солнца. Полная Луна отражает только 7% падающего на нее солнечного света. После периодов бурной солнечной активности отдельные места лунной поверхности могут слабо светиться под действием люминесценции. На видимой стороне Луны - той, что всегда повернута к Земле, - бросаются в глаза темные области, названные астрономами прошлого морями (по-латински mare). Из-за относительно ровной поверхности моря были выбраны для посадки первых экспедиций астронавтов; исследования показали, что моря имеют сухую поверхность, покрытую мелкими пористыми обломками лавы и редкими камнями. Эти большие темные участки Луны резко отличаются от ярких горных областей, неровная поверхность которых значительно лучше отражает свет. Облетевшие Луну космические корабли показали, вопреки ожиданиям, что на обратной стороне Луны нет больших морей и поэтому она не похожа на видимую сторону.

Иллюзия Луны. Вблизи горизонта Луна выглядит гораздо большей, чем высоко в небе. Это оптическая иллюзия. Психологические опыты показали, что наблюдатель подсознательно регулирует свое восприятие размера объекта в зависимости от размера других объектов в поле зрения. Луна кажется меньше, когда она высоко в небе и окружена большим пустым пространством; но когда она у горизонта, ее размер легко сравнить с расстоянием между ней и горизонтом. Под влиянием этого сравнения мы неосознанно усиливаем свое впечатление о размере Луны.
Фазы. Фазы Луны возникают вследствие изменения взаимного расположения Земли, Луны и Солнца. Например, когда Луна находится между Солнцем и Землей, ее обращенная к Земле сторона темна и поэтому почти невидима. Этот момент называют новолунием, поскольку, начиная с него, Луна как будто рождается и становится видимой все больше и больше. Пройдя четверть своей орбиты, Луна демонстрирует освещенную половину диска; при этом говорят, что она находится в первой четверти. При прохождении половины орбиты у Луны становится видимой вся обращенная к Земле сторона - она вступает в фазу полнолуния. Земля тоже проходит через разные фазы, если смотреть на нее с Луны. Например, в новолуние, когда диск Луны совершенно темный для наблюдателя на Земле, астронавт на Луне видит целиком освещенную "полную Землю". И наоборот, когда на Земле мы видим полнолуние, с Луны можно наблюдать "новоземелье". В первой и третьей четвертях, когда люди на Земле видят освещенной половину лунного диска, астронавты на Луне тоже увидят освещенную половину диска Земли.
ДВИЖЕНИЕ
Основное влияние на движение Луны оказывает Земля, хотя и значительно более удаленное Солнце на него тоже влияет. Поэтому объяснение движения Луны становится одной из сложнейших проблем небесной механики. Первая приемлемая теория была предложена Исааком Ньютоном в его "Началах" (1687), 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.
Характеристики орбиты. Время, необходимое Луне для полного обращения по орбите вокруг Земли на 360°, составляет 27 сут 7 ч 43,2 мин. Но все это время Земля сама движется вокруг Солнца в том же направлении, поэтому взаимное положение трех тел повторяется не через орбитальный период Луны, а спустя примерно 53 ч после него. Поэтому полнолуние происходит через каждые 29 сут 12 ч 44,1 мин; этот период называют 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 в. до н.э. афинский астроном Метон предложил этот период в качестве основы для реформы календаря, правда, не состоявшейся. Расстояние до Луны постоянно меняется; это знал еще Гиппарх во 2 в. до н.э. Он определил среднее расстояние до Луны, получив значение, довольно близкое к современному - 30 диаметров Земли. Расстояние до Луны можно определять различными методами, например, методом триангуляции из двух удаленных точек на Земле или же с помощью современной техники: по времени прохождения радарного или лазерного сигнала до Луны и обратно. Среднее расстояние в перигее (ближайшей к Земле точке орбиты Луны) составляет 362 тыс. км, а среднее расстояние в апогее (самой далекой точке орбиты) равно 405 тыс. км. Эти расстояния измеряются от центра Земли до центра Луны. Точка апогея и вместе с ней вся орбита обращается вокруг Земли за 8 лет и 310 сут.
Наклон. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца - эклиптике - примерно на 5°; поэтому Луна никогда не удаляется от эклиптики более чем на 5°, всегда находясь среди или около зодиакальных созвездий. Точки, в которых лунная орбита пересекает эклиптику, называют узлами. 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, т.е. если бы Земля и Луна двигались в одной плоскости, то при каждом новолунии происходило бы солнечное затмение, а при каждом полнолунии - лунное затмение. Линия узлов (прямая, проходящая через оба узла) вращается вокруг Земли в противоположном движению Луны направлении - с востока на запад с периодом 18 лет 224 сут. Этот период тесно связан с циклом "сароса", составляющего 18 лет 11,3 сут и определяющего промежуток времени между одинаковыми затмениями.
См. также ЗАТМЕНИЯ .
Система Земля - Луна. Разумеется, не совсем верно говорить о движении Луны вокруг Земли. Точнее, оба эти тела обращаются вокруг их общего центра массы, лежащего ниже поверхности Земли. Анализ колебаний Земли показал, что масса Луны в 81 раз меньше массы Земли. Гравитационное притяжение Луны вызывает приливы и отливы на Земле. Приливные движения в результате трения замедляют вращение Земли, увеличивая продолжительность земных суток на 0,001 с за столетие. Поскольку момент импульса системы Земля - Луна сохраняется, замедление вращения Земли приводит к медленному удалению Луны от Земли. Однако в нынешнюю эпоху расстояние между Землей и Луной уменьшается на 2,5 см в год из-за сложного взаимодействия Солнца и планет с Землей.
См. также ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ . Луна всегда обращена к Земле одной стороной. Детальный анализ ее гравитационного поля показал, что Луна деформирована в направлении Земли, но искажение ее формы слишком велико для современного приливного эффекта. Это искажение считают "замороженным приливом", оставшимся с тех пор, когда Луна была ближе к Земле и испытывала с ее стороны более сильное приливное влияние, чем сейчас. Но эта выпуклость может представлять собой и неоднородность внутреннего строения Луны. Сохранение как древней приливной выпуклости, так и асимметричного распределения массы требует наличия твердой оболочки, поскольку под действием собственного тяготения жидкое тело принимает шарообразную форму. Некоторые специалисты считают, что вообще вся Луна внутри твердая. Для этого она должна быть достаточно холодной. Результаты сейсмических экспериментов указывают, что внутренние области Луны действительно разогреты слабо.

ЛУНА, фотоснимок с космического корабля "Аполлон".

Гравитационные измерения, проведенные на окололунной орбите американским аппаратом "Лунар орбитер", частично подтвердили неоднородность внутреннего строения Луны: в некоторых крупных морях были обнаружены области концентрации плотного вещества, названные масконами (от слов "масса" и "концентрация"). Они возникли там, где большие массы плотных пород окружены сравнительно легкими породами.
ДЕТАЛИ ПОВЕРХНОСТИ
Хотя Луна всегда повернута к Земле одной стороной, у нас есть возможность увидеть немного больше половины ее поверхности. Когда Луна находится в наивысшей точке своей наклонной орбиты, можно наблюдать обычно скрытую область вблизи ее южного полюса, а область вокруг северного полюса становится видимой, когда Луна достигает низшей точки орбиты. Кроме этого можно наблюдать дополнительные области на восточном и западном лимбе (крае) Луны, поскольку она вращается вокруг своей оси с постоянной скоростью, а скорость ее движения вокруг Земли изменяется от максимальной в перигее до минимальной в апогее. В результате наблюдаются покачивания - либрации - Луны, которые позволяют увидеть 59% ее поверхности. Области, которые совершенно невозможно увидеть с Земли, фотографируют с помощью космических аппаратов. Старейшая полная карта видимого полушария Луны приведена в Селенографии, или описании Луны (1647) Я. Гевелия. В 1651 Дж. Риччоли предложил присваивать деталям лунной поверхности имена выдающихся астрономов и философов. Современная селенография - наука о физических характеристиках Луны - началась с детальной и подробно описанной карты Луны (1837) В. Бера и И. Медлера. Фотографирование Луны началось в 1837 и достигло наивысшего развития в Систематическом фотографическом атласе Луны (Дж. Койпер и др., 1960). В нем показаны области Луны, освещенные солнечным светом, по крайней мере, под четырьмя различными углами. Наилучшее разрешение на фотографиях, полученных с поверхности Земли, составляет 0,24 км. Пять аппаратов "Лунар орбитер", успешно запущенных в 1966 и 1967, получили с окололунной орбиты великолепную и почти полную фотографическую карту Луны. Поэтому сейчас даже детали обратной стороны Луны известны с разрешением, в десять раз лучшим, чем детали ее видимой стороны в 1960. Подробные карты Луны были изготовлены в НАСА и могут быть получены в Управлении документами правительства США. Новые детали лунной поверхности получают свои названия. Например, автоматический аппарат "Рейнджер-7" упал на безымянную площадку в 1964; теперь эта площадка называется Морем Познанным. Большие кратеры, сфотографированные на обратной стороне Луны аппаратом "Луна-3", названы именами Циолковского, Ломоносова и Жолио-Кюри. Прежде чем новое имя будет официально присвоено, оно должно быть одобрено Международным астрономическим союзом. На Луне можно выделить три основных типа образований: 1) моря - обширные, темные и довольно плоские участки поверхности, покрытые базальтовой лавой; 2) материки - яркие приподнятые области, заполненные множеством больших и маленьких круглых кратеров, часто перекрывающихся; 3) горные цепи, такие, как Апеннины, и небольшие горные системы, подобные той, что окружают кратер Коперник.
Моря. Крупнейшее из дюжины морей на видимой стороне Луны - Море Дождей диаметром ок. 1200 км. Кольцо из отдельных пиков на его дне и окружающая цепь гор с радиальными лучами говорят о том, что Море Дождей возникло вследствие удара о Луну огромного метеорита или ядра кометы. Его дно не идеально ровное, а пересечено волнообразной рябью, которую можно заметить при малом угле падения солнечных лучей. Эта рябь с сопутствующей ей разницей в цвете указывает, что лава разливалась здесь не единожды, а возможно, в результате нескольких последовательных ударов. Фотографии с окололунной орбиты обнаружили более впечатляющий бассейн, чем Море Дождей. Это Море Восточное, которое с Земли частично видно на левом лимбе Луны, но лишь "Лунар орбитер" показал его настоящий вид. Центральная темная равнина этого моря довольно мала, но она служит центром большого числа круговых и радиальных горных цепей. Центральный бассейн окружен двумя почти идеально концентрическими цепями гор диаметром 600 и 1000 км, а за внешнюю горную цепь еще более чем на 1000 км выброшены породы в виде сложных радиальных образований. Почти круглый контур Моря Ясности тоже указывает на столкновение, но меньшего масштаба. Другие моря, видимо, также заполнились лавой в результате одного или нескольких столкновений, более поздние из которых уничтожили кратер, возникший после первого столкновения. Другие крупные кратерированные области, не разрушенные мощным столкновением, могли стать морями после мощного излияния лавы. Примерами такого рода служат Океан Бурь и Море Спокойствия, имеющие неправильные контуры и содержащие частично затопленные древние кратеры. Небольшие, но необъяснимые различия в цветах характерны для разных морей. Например, центральная область дна Моря Ясности имеет красноватый оттенок, типичный для старых, более глубоких слоев, а внешняя часть этого моря и соседнее Море Спокойствия имеют голубоватый оттенок. Странное отсутствие темных морей на обратной стороне Луны говорит о том, что они формируются не так уж часто. Вероятно, вся система морей образовалась в результате лишь нескольких столкновений. Например, заполнение Океана Бурь и Моря Облаков могло произойти от одного удара в районе Моря Дождей. Возможно, эта сторона Луны сначала была отвернута от Земли. Когда в результате ударов образовавшиеся кратеры заполнились тяжелой лавой и породили масконы, возникшая асимметрия в распределении массы позволила притяжению Земли повернуть Луну и навсегда закрепить ее полушарие с морями в направлении нашей планеты.
Природа поверхности Луны. Важнейшим результатом программы "Аполлон" стало открытие у Луны мощной коры. На месте посадки "Аполлона-14" в районе кратера Фра Мауро кора имеет толщину около 65 км. Луна покрыта рыхлым обломочным материалом - реголитом, слой которого имеет толщину от 3 до 15 м. Поэтому твердая порода почти нигде не обнажена, за исключением немногих молодых крупных кратеров. Реголит в основном состоит из мелких частиц различного размера, обычно около 25 мкм. Это смесь кусочков камня, сферул (микроскопических сфер) и фрагментов стекла. Вещество очень пористое и сжимаемое, но достаточно прочное, чтобы выдержать вес астронавта. Образцы горных пород, доставленные "Аполлонами-11, -12 и -15", оказались в основном базальтовой лавой. Этот морской базальт богат железом и, реже, титаном. Хотя кислород несомненно является одним из основных элементов пород лунных морей, лунные породы существенно беднее кислородом своих земных аналогов. Особо следует подчеркнуть полное отсутствие воды, даже в кристаллической решетке минералов. Доставленные "Аполлоном-11" базальты имеют следующий состав: ________________________
Компонент Содержание, %
Двуокись кремния (SiO2) 40
Окись железа (FeO) 19
Двуокись титана (TiO2) 11
Окись алюминия (Al2O3) 10
Окись кальция (CaO) 10
Окись магния (MgO) 8,5 ________________________
Доставленные "Аполлоном-14" образцы представляют другой тип коры - брекчию, богатую радиоактивными элементами. Брекчия - это агломерат каменных обломков, сцементированных мелкими частицами реголита. Третий тип образцов лунной коры - богатые алюминием анортозиты. Эта порода светлее темных базальтов. По химическому составу она близка к породам, исследованным "Сервейором-7" в горной области у кратера Тихо. Эта порода менее плотная, чем базальт, так что сложенные ею горы как бы плавают на поверхности более плотной лавы. Все три типа породы представлены в крупных образцах, собранных астронавтами "Аполлонов"; но уверенность, что они являются основными типами породы, слагающей кору, основана на анализе и классификации тысяч мелких фрагментов в образцах грунта, собранных с различных мест на поверхности Луны. Кратеры - одна из характерных особенностей Луны. Десятки тысяч кратеров можно увидеть в телескоп среднего размера. Крупнейшие из них похожи на ровные площадки, окруженные стеной. Такие кратеры, как Гримальди, Шиккард и Циолковский (на обратной стороне Луны), имеют диаметр около 250 км и гладкое лавовое дно. Наблюдения "Рейнджеров", "Сервейоров" и "Аполлонов" открыли много мелких кратеров, вплоть до размера крошечных рытвин. Хотя большинство кратеров округлые, некоторые из самых крупных по форме похожи на многоугольники. У земного наблюдателя сильный контраст света и тени вызывает впечатление очень неровной поверхности Луны; в действительности же стенки кратеров весьма пологие.

КРАТЕРЫ на обратной стороне Луны, сфотографированные с "Аполлона-11".

Большинство кратеров образовалось вследствие ударов по поверхности Луны метеоритов и ядер комет на раннем этапе ее истории. Более крупные первичные кратеры возникли от прямого попадания космических тел, а множество вторичных кратеров образовалось после падения обломков, выброшенных первыми взрывами. Вторичные кратеры сконцентрированы вокруг первичных и часто расположены парами или имеют вытянутую форму. Ударные кратеры на Земле очень напоминают лунные. Но земные кратеры разрушает эрозия, а на Луне при отсутствии воздуха, ветра и дождей - главных причин эрозии - сохраняются очень старые образования. Некоторые кратеры могут быть результатом вулканической деятельности. Это удивительно правильные воронкообразные ямы с ослепительно белыми стенками при полной Луне. То, что они иногда расположены рядами, вероятно, над сейсмическими трещинами или на вершинах гор, только усиливает вулканическую гипотезу, предложенную американским астрономом голландского происхождения Дж.Койпером. Инфракрасные наблюдения, проведенные во время полных лунных затмений, выявили сотни необычно теплых пятен; как правило, они совпадают с яркими молодыми кратерами. Поскольку большинство кратеров расположено в светлых материковых областях, они должны быть более старыми, чем моря. Согласно Койперу, первые кратеры образовались после того, как моря приобрели гладкое лавовое дно. Позднее поверхность плавилась, но недостаточно для того, чтобы заполнить кратеры лавой, хотя вулканические излияния видны. Вблизи полнолуния кратер Тихо и несколько уединенных кратеров, таких, как Коперник и Кеплер, становятся ослепительно белыми, и от них радиально расходятся длинные белые полосы, называемые "лучами". У этих кратеров неправильные центральные горки и множество мелких обломков внутри вала. Поскольку их лучи лежат поверх других лунных образований, лучистые кратеры должны быть самыми молодыми на Луне. "Рейнджер-7" показал, что лучи представляют собой ряды многочисленных белых вторичных кратеров. Наблюдения изменений лунной поверхности весьма дискуссионны. Обычно это кажущиеся изменения из-за различия в угле падения солнечных лучей. Долго астрономы спорили, был ли Линней - яркое пятно в Море Ясности - когда-то кратером, как это указано на старой лунной карте в работе Риччоли. В 1958 советский астроном Н.А.Козырев наблюдал нечто, вероятно, представлявшее выброс газа в кратере Альфонс. После некоторого периода недоверия астрономы заинтересовались возможностью активной вулканической деятельности на Луне. Анализ разрозненных наблюдений показывает, что области ожидаемой активности сконцентрированы по краям морей.
Другие особенности. Горные цепи, столь знакомые нам на Земле, довольно редки на Луне. Основные цепи гор на видимой стороне Луны (Апеннины, Альпы и Кавказ), конечно, были сформированы столкновением, породившим Море Дождей. Концентрические цепи гор окружают и некоторые другие моря. Некоторые горы вдоль южного края Луны сравнимы по высоте с Эверестом. Морщины, образованные сжатием, видны внутри большинства морей. Часто они имеют ступенчатую структуру с параллельными, но слегка смещенными сегментами. Иногда они похожи на довольно сложную плетенку. Трещины и крутые каньоны шириной 1-2 км часто тянутся на сотни километров почти по прямой. Их глубина составляет от одной до нескольких сотен метров; более тысячи из них внесены в каталоги. Эти разрывные трещины в лавовой коре часто параллельны краям морей. Некоторые из них напоминают меандры русел земных рек. Морщины и трещины, а также широкие и узкие долины образуют гигантскую сеть. Радиальные детали рельефа, связанные с Морем Дождей, образуют самую крупную сетчатую систему на Луне. Некоторые исследователи считают, что сетчатая система отражает внутрилунные процессы напряжения и сжатия, но другие думают, что это результат внешнего воздействия, связанного со столкновениями, породившими моря. Обнаружено на Луне и множество других особенностей. Наиболее грандиозным разломом является Прямая Стена, протянувшаяся в Море Облаков примерно на 170 км; это крутой откос высотой около 300 м. Долина Рейта - пример грабена, т.е. зоны разрыва, где значительный участок поверхности стал опускаться. На дне морей обнаружено несколько маленьких потухших вулканов. Еще одна любопытная особенность лунной поверхности - небольшие лавовые купола.
См. также

Луна - спутник Земли

Расстояние от Земли до Луны :384 400 километров

Диаметр Луны : 3476 километров

Луна, была известна с доисторических времен. Это - второй самый яркий объект на небе после . Луна делает полный оборот вокруг земли за 1 месяц.

Время между новолуниями составляет 29.5 дней (709 часов), это немного отличается от орбитального периода Луны (измеренного относительно звезд), так как Земля перемещается на существенное расстояние по своей орбите вокруг Солнца за время оборота луны вокругЗемли.

Первый посещение Луны космическим зондом Луна 2 (СССР) состоялось в 1959. Это - единственное внеземное тело, которое посетили люди. Первое посещение человека состоялось 20 июля 1969 (США), последнее посещение Луны человеком состоялось в декабре 1972. Луна - также единственная космическая планета, образцы грунта которой, были доставлены на Землю.

Летом 1994 году была составлена карта Луны, небольшим космическим кораблем Clementine, повторное картографирование проводилось в 1999 году космическим кораблем Lunar Prospector.

Фрагмент обратной стороны Луны от Аполлон -11

Гравитационные силы, существующие между Землей и Лунной сталипричиной некоторых интересных эффектов.

Самыми явными эффектами влияния Луны – являются океанические приливы и отливы. Гравитационная сила влияния Луны более сильная на стороне , обращенной к Луне и более слабая на противоположной стороне. Эффект намного более сильно отражен в приливах океанской воды, чем в твердой коре Земли. Вода за счет притяжения луны концентрируется на точке Земли, которая находится наиболее близко к Луне.

Это - очень упрощенная модель приливов; фактические потоки воды, особенно вдоль побережий, намного более сложные.

Притяжение Луны замедляет вращение Земли примерно на 1,5 миллисекунды за столетие.

Луна за счет этих эффектов замедляет вращение, что удаляет ее орбиту примерно на 3.8 сантиметра ежегодно.

Асимметричная природа гравитационного взаимодействия с землей привела к тому, что Луна всегда обращена к Земле только одной стороной. Так же как Вращение Луны замедляет вращение Земли вокруг своей оси, так же в далеком прошлом Земля замедлила вращение луны, но эффект был гораздо сильным.

Фактически Луна немого колеблется, а не статически обращена к Земле, периодически появляются для обозрения очень маленькие части обратной стороны Луны, но фактически обратная сторона Луны не доступна для обозрения со стороны Земли.

Впервые оборотную сторону Луны сфотографировал Советский космический аппарат Луна 3 в 1959 году.

У Луны нет атмосферы. Есть, очевидно, лед на Северном полюсе.

Состав слоев Луны досконально не изучен, однако по теории считается, что кора Луны в среднем имеет толщину 68 километров, ниже коры идет мантия и вероятно в центре есть ядро радиусом примерно 340 километров, которое составляет около 2% массы Луны. В отличие от Земли на луне нет вулканической деятельности. Центр массы Луны смещен от геометрического центра примерно на 2 километра в направлении Земли. Кроме того, кора Луны более тонкая на стороне Луны, обращенной к Земле.

На Луне различают два типа ландшафта – кратеры и горы и относительно гладкая поверхность, которая составляет примерно 16% всей площади Луны. По не известной причине гладкая поверхность преобладает на стороне, обращенной к Земле.

В общей сложности 382 кг горных образцов были возвращены в Землю программами Аполлона и Луна. Они обеспечили большую часть знания Луны. Даже сегодня, спустя более 30 лет после последней посадки на Луну, ученые все еще изучают эти драгоценные образцы.

Большинство скал на поверхности Луны, имеют возраст от4.6 до 3 миллиардов лет.

Для сравнения, на земле скалу редко бывают более 3-х миллиардов лет.

Таким образом, Луна представляет простор для исследования ранней истории , не доступной на Земле.

До исследования образцов грунта с луны, переданного космическим аппаратом Аполлон, не было единой теории происхождения Луны.

Сторона Луны, обращенная к Земле

Было 3 теории образования Луны:

1. Земля и Луна сформирована в то же самое время из Солнечной Туманности.

2. Луна откололась от Земли под воздействием механической силы удара огромного тела.

3. Луна сформировалась в ином пространстве от Земли, но была захвачена силой притяжения Земли.

После исследования лунного грунта преобладает теория №2, - Луна сформировалась от удара с очень большим объектом, таким, как Марс или даже больше и формирование Луны произошло из выброшенного от столкновения материала.

У Луны нет глобального магнитного поля. Но часть его поверхности излучает силовые линии, это указывает, что, возможно, было глобальное магнитное поле на заре истории Луны.

Без атмосферы и магнитного поля, поверхность Луны находится под воздействием солнечного ветра. За 4 миллиардалет ионы солнечного ветра накапливались в реголите Луны. Таким образом, образцы реголита, возвращенного миссиями Аполлона, оказались ценным материалом в исследованиях солнечного ветра.

Параметры планеты Луна:

Масса: 0,07349 x 10 24 кг

Объем: 2,1958x 10 10 кубических километров

Экваториальный радиус (км): 1738,1

Полярный радиус (км): 1736,0

Средняя плотность (кг/м 3): 3350

Гравитация (ed.) (м/с 2): 1,62

Ускорение свободного падения (ed.) (м/с2): 1,62

Вторая космическая скорость (км/с): 2,38

Солнечная энергия (W/m 2): 1367,6

Температура абсолютно черного тела (k): 274,5

Полуглавная ось (расстояние от Земли) (106 км): 0,3844

Перигей (106 км): 0,3633

Апогей (106 км): 0,4055

Период вращения вокруг Земли (дней): 27,3217

Синодический период (дней): 29,53 (смена лунных фаз)

Максимальная орбитальная скорость (км/с): 1,076

Минимальная орбитальная скорость (км/с): 0,964

Наклон к эклиптике (градусы): 5,145

Наклон к экватору (градусы): 18,28 - 28,58

Эксцентриситет Орбиты: 0,0549

Период вращения вокруг своей оси (часы): 655,728

Отдаление от Земли (см/год): 3,8

Расстояние от Земли (км): 384467

Планетарные особенности. Задолго до космических полетов были рассчитаны масса, средняя плотность, радиус Луны, ее вращение и параметры орбиты. У планет Солнечной системы, как правило, несколько спутников с относительно небольшими массами. Луна у Земли единственная, относительная ее масса большая (1 / 83 массы Земли), расстояние от Земли равно 60 земным радиусам.

Луна вращается вокруг Земли по слабо вытянутому эллипсу с периодом, совпадающим со временем ее обращения вокруг собственной оси (и поэтому Луна всегда повернута к Земле одной стороной). Лунные сутки почти равны земному месяцу - 27,3 земных суток.

Видимая фигура Луны - сфера с радиусом 1738 км (в 3,6 раза меньше земного). Благодаря вращению Луна слегка сплющена, ее точная фигура - трехосный эллипсоид, но оси отличаются мало. Полярный радиус на 2 км меньше среднего, а направленный к Земле - вследствие ее притяжения на 1 км больше. Взаимное притяжение Земли и Луны вызывает сложное приливное взаимодействие, влияющее на структуру и тектонику обоих небесных тел.

Существенная особенность Луны - центр масс смещен от геометрического на 3 км к Земле и на 1 км влево (если смотреть с Земли). Рельеф поверхности также асимметричный: на видимой стороне он на несколько километров ниже уровенной поверхности, на обратной - выше. Максимальный размах рельефа поверхности Луны достигает 14 км, а самая высокая вершина не уступает Джомолунгме.

Астрономические измерения момента инерции Луны показали, что он близок к однородной сфере (0,4), одно время даже казалось, что плотность в недрах Луны слегка уменьшается к центру. Позже выяснилось, что такой инверсии плотности на Луне нет, но рост ее с глубиной невелик. Об этом же свидетельствует тот факт, что средняя плотность Луны (3,34 г/см 3) близка к плотности образцов лунной коры и практически равна плотности минералов, слагающих верхнюю мантию Земли. Все это свидетельствует об относительной однородности строения Луны по сравнению с Землей. Земля имеет огромное плотное ядро, так что ее момент инерции (0,33) намного меньше, чем у однородной сферы, а средняя плотность (5,54 г/см 3) существенно больше, чем у пород мантии.

Последние космические исследования установили слоистую внутреннюю структуру Луны. Она состоит из отдельных различающихся физическими свойствами оболочек (кора, мантия, проблематичное ядро), только отличия эти не такие резкие, как у Земли.

Многие планетарные свойства Луны отличаются от Земли. На Луне отсутствует атмосфера, гидросфера, биосфера. Нет стабильного дипольного магнитного поля. В то же время поток тепла из недр неожиданно велик, что может свидетельствовать о завершении процесса выделения коры из вещества мантии и концентрации в ней всех радиоактивных элементов.

Неравновесность, асимметричность фигуры Луны, смещение центра масс, равно как аномалии гравитационного и других селенофизических полей, указывают на горизонтальную неоднородность структуры Луны. Рассмотрим устройство лунных недр по оболочкам.

Лунная кора. Как и на Земле, на Луне имеется кора» отделенная от мантии резкой границей. Толщина лунной коры в юго-восточной части Океана Бурь (60–65 км) такая же, как в горах Памира или Гималаях и больше не только океанической (7 - 10 км), но и континентальной земной коры (40 км) (рис. 10). Лунная кора составляет одну тридцатую часть размеров Луны, и таким образом, по отношению к радиусу планеты она в 5 раз толще средней земной коры.

Рис. 10. Сравнение скоростных моделей Луны (1 - пример разреза; 2 - полоса возможных моделей) и Земли (3 - континент; 4 - зона перехода; 5 - океан)

Сейсмические измерения, дающие наиболее точные оценки мощности коры, проведены пока лишь в Океане Бурь. По другим, в особенности гравиметрическим, данным можно заключить, что мощность коры в разных районах различная: в восточном полушарии, а также на обратной стороне Луны кора в несколько раз мощнее, чем в западном. Возможно, что в районе масконовых Морей Кризисов и Ясности более плотное подкоровое вещество залегает ближе к поверхности, здесь толщина коры уменьшается до 70–80 км.

Различие физических свойств пород коры в разных районах отмечается не только по скоростям сейсмических волн и плотностям пород - они по-разному намагничены и имеют разную электропроводность.

Они делятся на два типа: темные базальты «морей» и светлые богатые плагиоклазами и алюмосиликатами габбро-анортозиты континентов. В земных лабораториях измерены скорости упругих волн в образцах лунных пород. В результате их сравнения с сейсмическими скоростями высказаны предположения о составе пород коры. Можно думать, что первозданная лунная кора сложена габбро-анортозитами - продуктом разделения исходного вещества Луны. Кстати, анортозиты относятся к числу самых древних пород и на Земле. На континентах Луны кора однослойная, на морях имеется базальтовый слой. Возможно, базальты слагают 25-километровую толщу, и увеличение скорости на 1 км/с объясняется здесь сменой химического состава коры - переходом от базальтов к габбро-анортозитам. Такая мощность базальтов получается, если предположить, что различие в рельефе морей и континентов Луны (в среднем 4 км) компенсируется массой более плотных базальтов, так что на некоторой глубине наступает равновесие: вес столба вышележащих пород на морях и континентах оказывается одинаковым.

Однако многие геологи сомневаются, что базальтовый слой, образовавшийся при глубинных излияниях лавы в результате раздробления и пробоя коры метеоритами, может быть таким мощным. Судя по результатам активного сейсморазведочного эксперимента в районе посадки «Аполлона-17», уже на глубине 1,5 км скорости пробега сейсмических волн такие, как в образцах окружающих гор Тавр. В таком случае вся остальная толща коры анортозитовая, быстрый рост скорости в верхнем слое объясняется уплотнением пород, а ее скачок на глубине 25 км означает полное закрытие трещин при критическом давлении 1 кбар. Кстати, ведь именно такая мощность рассеивающего слоя получается при анализе затухания амплитуд на лунных сейсмограммах.

Необычное по сравнению с Землей явление представляет и весь верхний слой коры толщиной до 25 км. Он отличается очень малой электропроводностью (этот своеобразный «изолятор» способствует успеху электромагнитных зондирований), низкой теплопроводностью (такой «термостат» помогает Луне остывать не слишком быстро), малыми величинами, но быстрым ростом скоростей сейсмических волн, большой скоростной неоднородностью (разрушающей сейсмические сигналы) и слабым затуханием сейсмической энергии (отсюда долгий «сейсмозвон» и сверхдальнее распространение сейсмических волн).

Под корой залегает лунная мантия. Граница между ними резкая - в мантии заметно увеличиваются скорости пробега сейсмических волн (8–9 км/с для продольных и 4,7 км/с для поперечных волн) и плотность (3,3–3,4 г/см 3 по сравнению с 2,8–2,9 г/см 3 для коры). Такая четкая граница на Луне единственная (тогда как на Земле существует еще более резкая - между мантией и внешним ядром). Она объясняется изменением химического состава вещества. Мантия Луны, как и Земли, судя по соотношению скоростей сейсмических волн и плотности, сложена ультраосновными породами, в которых по сравнению с корой мало окислов кремния и много железа и магния. Главные породообразующие минералы здесь - оливин и пироксен.

Высокоскоростной «козырек», обнаруженный в верхах мантии района Фра-Мауро, может означать, что примерно четверть количества оливина перешло в более плотную разновидность того же состава - шпинель. Возможно и другое объяснение: ери давлениях и температурах, свойственных лунным глубинам 60 - 100 км (до 5 кбар и до 300 °C), образуется устойчивая плотная разновидность граната, отличающаяся высокой скоростью сейсмических волн.

Литосфера. Планетарной особенностью глубинной структуры Луны является ее разделение на мощную жесткую, холодную внешнюю сферу и разогретую, частично расплавленную и пластичную внутреннюю область. Внешняя оболочка Луны названа по аналогии с Землей литосферой - здесь сравнимые с Землей термодинамические условия: давление 35–40 кбар и температура порядка 1200 °C (ниже температуры плавления базальтов). Однако достигаются эти условия на глубинах (800–900 км), во много раз превышающих мощность литосферы Земли - 50–70 км под океанами, 100–200 км под континентами (рис. 11). В. целом литосфера Луны - это литосфера Земли, типертрофированная по мощности, жесткости и сейсмической добротности. Она так жестка, что миллиарды лет удерживает масконы, и так добротна, что волны от слабых лунотрясений «просвечивают» ее насквозь.

Рис. 11. Структура Земли и Луны в шкале давлений

В лунной литосфере выделяется несколько слоев: кора, верхняя мантия (до 200–300 км), средняя мантия (до 500–600 км), переходный слой (до 800–900 км). Верхняя (мантия сложена очень плотными компактными кристаллическими породами ультраосновного состава. Сейсмическая добротность как по продольным, так и по поперечным волнам, а также вязкость вещества на 2–3 порядка превосходит соответствующие параметры в литосфере Земли. В отличие от Земли, где скорости сейсмических волн в литосфере в среднем растут. На Луне они растут только в коре, а в верхней мантии остаются постоянными или слегка ослабевают. Это объясняется тем, что влияние температур (до 500–600 °C) превосходит эффект давления (15 тыс. атм, что соответствует низам земной коры платформенных областей).

Из 250-километровой толщи оливинов верхней мантии, как это следует из теоретических геохимических расчетов, могла выплавиться полевошпатовая кора мощностью 50–60 км.

В средней мантии Луны происходит скачкообразное уменьшение скорости продольных, и в особенности поперечных волн. За счет этого резко увеличивается упругий параметр - коэффициент Пуассона. Высокий коэффициент Пуассона означает уменьшение компактности пород, приближение их к аморфному состоянию. Его значение для средней мантии (0,35) такое, как в лунном реголите, а также глиноподобных веществах. Эта особенность средней мантии Луны позволяет некоторым сейсмологам полагать, что здесь находится первозданное метеоритное вещество, которое никогда полностью не переплавлялось.

В средней мантии до глубины 500–600 км продолжает все более заметно уменьшаться скорость поперечных волн, а также сейсмическая добротность. Давление здесь 25 кбар (как на границе кора - мантия в горных районах Земли) и температура 1000–1100 °C (как в районе Байкальского рифта).

Гидростатистическая неуравновешенность фигуры и смещение центра масс свидетельствуют о существовании горизонтальной неоднородности структуры Луны, прежде всего в ее литосфере. Аномалии силы тяжести над круглыми морями Луны могут быть вызваны блоками вещества повышенной плотности, залегающими в верхней мантии Луны.

Горизонтальная неоднородность плотностей приводит к возникновению напряжений, которые и вызывают тектонические лунотрясения на глубинах 25 - 300 км. Эти напряжения (100–200 кг/см 2) в десятки раз меньше горизонтальных сил, определяющих тектоническую активность литосферы Земли, поэтому тектонические лунотрясения столь слабы по сравнению с землетрясениями.

Еще большие неоднородности намечаются в низах средней мантии. Этот слой, по существу, можно выделить как особый слой перехода от литосферы к центральной зоне Луны. Здесь, в интервале глубин от 600 до 800–900 км, сохраняется высокий коэффициент Пуассона и происходит резкое изменение физических свойств вещества Луны: на 2 порядка уменьшается электрическое сопротивление, в 3 раза уменьшается добротность для продольных волн и в 100 - 1000 раз - вязкость. Переход от литосферы к центральной зоне происходит постепенно. Поэтому на записях лунотрясений отсутствуют фазы волн, отраженных от подошвы литосферы.

К переходной зоне приурочены очаги приливных лунотрясений. Большой разброс глубин очагов и их концентрация в двух узких «сейсмических швах» планетарного размера подчеркивают сложный характер перехода от литосферы к астеносфере Луны и неоднородность строения этой зоны. Повторяемость формы записи и малая энергия приливных лунотрясений увязываются с представлением о том, что средняя мантия Луны состоит из однородных блоков относительно небольшого размера.

В свете новых знаний о глубинном строении Луны картина подготовки лунотрясений выглядит так. Под действием сил притяжения Земли и Солнца в Луне возникают большие перепады приливных напряжений. Они концентрируются на контакте жесткой внешней и разогретой внутренней зон Луны. Этому способствует сложный, контрастный рельеф переходной зоны. Возможно, положение эпицентров лунотрясений отражает направление конвективных потоков вещества в астеносфере.

В моменты увеличения притяжения Луны Землей и Солнцем в переходную зону импульсами впрыскиваются горячие флюиды и газы. Они образуют своего рода «смазку», которая в дальнейшем облегчает движения блоков по разрыву в момент лунотрясения. Размеры очагов, интервалы между сотрясениями и их энергия неплохо согласуются в рамках теории, описывающей процесс землетрясения как быстрое «вспарывание» трещин в ослабленных зонах. На Луне разрывы происходят в пределах однородных блоков плохо сцементированного материала. Поэтому от толчка к толчку так хорошо сохраняется форма колебаний в волнах из каждого очага. Из-за малых размеров блоков сотрясения не получаются большими. А их «расписание» полностью регулируется гравитационной «указкой» Земли и Солнца. Не успевают напряжения накопиться, как поступают очередные импульс напряжений и «смазка» из астеносферы - происходит слабое лунотрясение. Приливные силы Земли заставляют Луну сотрясаться часто и слабо, не давая ей накопить силы для мощного толчка.

Астеносфера и проблема ядра Луны. Внутренняя зона Луны обнаружена по резкому ослаблению энергии поперечных волн на глубинах более 800–900 км. Это соответствует уменьшению сейсмической добротности поперечных волн до величины 100–200 и продольных волн - до 500. Эффектом отсутствия поперечных волн внутренняя зона Луны напоминает внешнее ядро Земли, которое на основании этого кардинального факта считается эффективно жидким (известно, что поперечные волны не распространяются в воде). Однако она названа «астеносферой», потому что в ней давление (более 35 тыс. атм) и вязкость (1020–1021 пуаз) такие же, как в астеносфере Земли на глубинах 100–150 км. По-видимому, астеносфера Луны частично расплавлена, капли базальта в перидотите плавятся при соответствующем давлении при температуре 1450–1550 °C. В астеносфере Земли также имеет место частичное плавление зерен базальта, однако поперечные волны через нее проходят, хотя скорость их падает, и энергия ослабевает. Эта разная реакция на распространение поперечных волн объясняется существенно разной мощностью астеносферы в Земле и Луне и их различной ролью в тектонической жизни этих небесных тел. Астеносфера Земли имеет толщину 100–200 км, что составляет 1 / 30 - 1 / 60 часть ее радиуса; астеносфера Луны в 10 раз мощнее, она занимает половину лунного радиуса. А если учесть, что глубже лунной астеносферы нет твердого сейсмически добротного материала, как на Земле, то оказывается, что поперечные волны в Луне долго движутся в неблагоприятных условиях, поэтому они не могут «пробиться» сквозь центральную зону на, противоположную сторону Луны.

В астеносфере Луны, как и Земли, возможны конвективные потоки частично расплавленного вещества, однако их скорость (0,1 см/год) и действие существенно иные. Они не в состоянии расколоть или передвинуть глыбы литосферного монолита, их силы хватает лишь на то, чтобы произвести в нижние горизонты литосферы инъекции разогретого вещества, на которые планета откликается слабыми сейсмическими «щелчками».

Современные представления о структуре центральной зоны Луны сугубо ориентировочные. Уменьшение скоростей продольных волн до значений 3,6–5,2 км/с не противоречит предположению о существовании в центре Луны железо-сульфидного ядра радиусом 200–400 км. Ограничение на размеры ядра дает величина относительного момента инерции Луны, которая измерена с высокой точностью (0,395 ± 0,05). Расчеты показывают, что для модели с корой, имеющей плотность 3 г/см 3 , и однородной мантией (плотность 3,43 г/см 3) момент инерции должен быть 0,399. В случае железо-сульфидного ядра с радиусом 700 км момент инерции уменьшится до 0,391. Если же ядро чисто железное, то оно не скажется на величине момента инерции при радиусе не более 450 км. Низкие скорости продольных волн в центре Луны нельзя объяснить металлизацией силикатов мантии, для этого здесь слишком малые давления (не более 50 тыс. атм) и температуры (до 2000 К). В центре Земли температура почти такая, как на поверхности Солнца (6000 К), а давление в несколько миллионов раз больше атмосферного (3,5 · 10 6 атм).

Интересно посмотреть на недра Земли и Луны, сравнив их в едином масштабе глубин, т. е. отношение глубин слоев к радиусу планеты (рис. 12). Тогда наблюдается совпадение относительных глубин основных планетарных оболочек. На глубине 0,05 относительных радиусов происходит самое резкое увеличение скоростей сейсмических волн. На Луне это соответствует переходу от коры к мантии, на Земле - началу перехода от верхней к нижней мантии. На половине радиуса начинается область, где исчезают поперечные волны. При этом на Луне состав вещества, по-видимому, остается мантийным, т. е. преобладают ультраосновные силикаты. На Земле же это связано скорее всего с изменением химического состава. Наконец, в обоих небесных телах обнаружена внутренняя сфера с относительным радиусом 0,2, в основном состоящая из железа.

Рис. 12. Основные оболочки Земли и Луны

Эволюция и тепловое состояние Луны. Данные о составе, состоянии и физических свойствах лунных пород, собранные по крупицам в сложных и рискованных экспедициях, несмотря на известную ограниченность этих данных, позволяют сделать важные, пусть предварительные, заключения об основных этапах и направленности эволюции Луны.

Большинство исследователей сходятся в том, что Луна образовалась достаточно быстро, и начальная температура ее была высокой. По мнению ученых из Института физики Земли АН СССР, тело Луны скомпоновалось в околоземном «спутниковом рое» 4,5 млрд. лет назад, вскоре после того, как сама Земля возникла из холодных газовых и пылевых частиц протопланетного облака. Этим объясняется наблюдаемый дефицит железа и легкоплавких элементов в Луне по сравнению с Землей.

Определения мощности лунной коры и литосферы, эффект «пропадания поперечных волн» в ее центральной зоне, величина теплового потока и отсутствие планетарного магнитного диполя позволяют судить о нынешнем состоянии недр Луны. Возраст самых древних (4,15 млрд. лет) и самых молодых (3 млрд. лет) пород, время выплавления морских базальтов (3,75 -3,15 млрд. лет) и высокая остаточная намагниченность пород свидетельствуют о далеком планетарном прошлом Луны.

Реконструкция тепловой истории Луны проводится многими исследователями путем решения на электронно-вычислительных машинах уравнений теплопроводности. При этом задаются перечисленные граничные условия и оцениваются начальная температура Луны, концентрация радиогенных элементов, плотность, теплоемкость, теплопроводность, а также изменчивость этих физических констант во времени.

По-видимому, основная направленность планетарного «жизненного» процесса на Луне (равно как на Земле и других планетах земной группы) состоит в расслоении изначально однородного тела планеты на оболочки: легкую кору, мантию, тяжелое ядро.

Закат Солнца на Луне 4,5 млрд. лет назад не был таким величественно-спокойным, как теперь. Светило погружалось в плещущий «океан» расплавленных горных пород. Град метеоритов сыпался в него, приводя к перемешиванию, дегазации, закалке и переплавлению материнского вещества Луны. В расплавленной оболочке в планетарном масштабе совершалось фракционное разделение фаз - формировались кора и мантия Луны. При этом радиоактивные элементы концентрировались в коре, обусловливая высокий тепловой поток, породы коры обогащались кальцием и алюминием (образовывались анортозиты), в мантии преобладали окислы железа и магния (пироксены и оливин).

Период магматической активности Луны длился не более 1,5 млрд. лет. Постепенно внешняя оболочка Луны, остывая снаружи, затвердевала, мощность литосферы наращивалась примерно на 200 км каждый миллиард лет.

По-видимому, в конце первого миллиарда лет возникло центральное расплавленное ядро. Возможно, в нем действовал саморегулирующийся механизм «электромагнитного динамо»; свидетельство его былой силы-высокая палеонамагниченность лунных пород, его жидкие «останки» видимо подсекли сейсмические волны вблизи центра Луны.

По мере остывания внешней корки и продолжения метеоритной бомбардировки 4,4–4,1 млрд. лет назад образовался типичный лунный кратерный рельеф. Трещины от ударов метеоритов протягивались в кору на десятки километров, а реголит имел гигантскую мощность - несколько километров.

Со временем частота падений космических тел на Луну сокращалась, но напоследок, 4,1–3,9 млрд. лет назад, произошли катаклизмы, оставившие неизгладимый след на поверхности в виде гигантских котловин - Больших Бассейнов. Самые древние из них (как Море Спокойствия) имеют неправильную форму, неглубокое днище и не содержат избытка или дефицита масс. А относительно молодые (Моря Дождей, Кризисов и т. д.) - круглые, глубокие, «масконовые». Похоже, что 4 млрд. лет назад что-то переменилось в механических свойствах коры, быть может, завершились подъем и кристаллизация расплавов оболочки.

Последняя глава активной эндогенной жизни Луны - затопление Больших Бассейнов видимой стороны ныне «замерзшими» морями темных базальтов. Базальты поднимались из недр, где распад радиоактивных элементов обеспечивал необходимую для их расплава температуру. Излияния носили скорее всего импульсный характер и были приурочены к местам коры, раздробленным и ослабленным падением метеоритов. Благодаря различиям состава и температуры недр в разных регионах Луны период заполнения морских бассейнов базальтами затянулся от 3,8 до 3,0 млрд. лет. Отсутствие морей на обратной стороне Луны может объясняться как большей мощностью ее коры, так и тем, что притяжение Земли направляло метеориты на всегда обращенную к ней сторону Луны.

На Луне 3 млрд. лет назад воцарилось относительное спокойствие. Столь древний образ космического мира подарила Луна исследователям последнего 18-летия (рис. 13).

Рис. 13. Основные этапы эволюции (верх) и распределение температуры во времени (низ) по Токсоцу:

1 - дифференциация с образованием коры; 2 - образование анортозитов; 3 - магматическая активность, метеоритная бомбардировка; 4 - образование Больших Бассейнов; 5 - заполнение «морей» базальтами (косая штриховка - зона частичного плавления веществ, клетка - зона полного плавления)

В настоящее время Луна исчерпала свои «жизненные» тектонические ресурсы. Процесс разделения ее вещества давно завершен. Луна остывает - излучение тепла через поверхность превосходит его генерацию в недрах. Если тепловой поток за все время существования Луны был соизмерим с теперешним, то она потеряла энергию ~10 36 эрг, которая превышает энергию разделения по плотности и теплосодержание вещества в состоянии полного плавления и соизмерима с энергией гравитационной связи Луны.

На Земле картина иная: суммарные теплопотери здесь меньше энергии гравитационной дифференциации, в результате которой образовалось железное ядро Земли.

Возможно, ключ к пониманию тепловых различий режимов планет кроется в их «способности» превращать тепло в другие виды энергии. Общая энергия, выделяемая в год землетрясениями, всего лишь на 2–3 порядка меньше теплопотерь Земли. С учетом КПД «тепловой машины» получается, что Земля «умеет» превращать тепло в механические движения при землетрясениях и других тектонических процессах.

На Луне все иначе: менее одной миллиардной части ее тепловыделений превращается в сейсмическую энергию - остальное «улетучивается» в космос бесполезно для селенотектоники. Тектоническая «жизнь» Луны «парализуется» мощной жесткой холодной литосферой. В ее разогретой астеносфере могут существовать конвективные потоки вещества, но они слабы и недостаточны, чтобы расколоть или передвинуть литосферу и лишь в состоянии вызвать слабые потрескивания на контакте с ней. К тому же давление и температура ее недр недостаточны для фазовых превращений минералов, которые на Земле служат мощным источником ее активности.

Примечания:

Перидотит - ультраосновная горная порода, богатая окислами железа и магния и обедненная кремнием. Состоит в основном из минералов оливина и пироксена.

Также является первым (и на 2010 год единственным) внеземным объектом естественного происхождения, на котором побывал человек. Среднее расстояние между центрами Земли и Луны - 384 467 км.

Лунный ландшафт своеобразен и уникален. Луна вся покрыта кратерам разного размера - от сотен километров до пары миллиметров. Долгое время учёные не могли заглянуть на обратную сторону Луны, это стало возможно с развитием технологий.

Сейчас учёные уже создали очень подробные карты обеих поверхностей Луны. Подробные лунные карты составляют для того, чтобы в ближайшем будущем подготовиться для высадки человека на Луну, удачного расположения лунных баз, телескопов, транспорта, поиска полезных ископаемых и т. п.

Название

Слово луна восходит к праславянской форме *luna < и.-е. *louksnā́ «светлая» (ж. р. прилагательного *louksnós), к этой же индоевропейской форме восходит и латинское слово lūna «луна». Греки называли спутник Земли Селеной (греч. Σελήνη), древние египтяне - Ях (Иях). На всех тюркских (кроме чувашского) языках луна будет «ай».

Движение Луны

В первом приближении можно считать, что Луна двигается по эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,0549 и большой полуосью 384 399 км. Реальное движение Луны довольно сложно, при его расчёте необходимо учитывать множество факторов, например, сплюснутость Земли и сильное влияние Солнца, которое притягивает Луну в 2,2 раза сильнее, чем Земля. Более точно движение Луны вокруг Земли можно представить как сочетание нескольких движений:

Вращение вокруг по эллиптической орбите с периодом 27,32 сут;
прецессия (поворот плоскости) лунной орбиты с периодом 18,6 лет (см. также сарос);
поворот большой оси лунной орбиты (линии апсид) с периодом 8,8 лет;
периодическое изменение наклона лунной орбиты по отношению к эклиптике от 4°59′ до 5°19′;
периодическое изменение размеров лунной орбиты: перигея от 356,41 Мм до 369,96 Мм, апогея от 404,18 Мм до 406,74 Мм;
постепенное удаление Луны от Земли (примерно на 4 см в год) так, что её орбита представляет собой медленно раскручивающуюся спираль. Это подтверждают измерения, проводившиеся на протяжении 25 лет.

Силой, заставляющей Луну отдаляться от Земли, является передача момента импульса вращения Земли - Луне, посредством приливного взаимодействия.

Гравитационное взаимодействие Луны и Земли не постоянно, с увеличением расстояния сила взаимодействия падает. Это приводит к тому, что с увеличением расстояния скорость удаления Луны уменьшается.

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

Полная Луна отражает только 7 % падающего на неё солнечного света. После периодов бурной солнечной активности отдельные места лунной поверхности могут слабо светиться вследствие люминесценции. Так как Луна не светится сама, а лишь отражает солнечный свет, с Земли видна только освещённая Солнцем часть лунной поверхности.

Луна обращается по орбите вокруг Земли, и тем самым угол между Землёй, Луной и Солнцем изменяется; мы наблюдаем это явление как цикл лунных фаз. Период времени между последовательными новолуниями составляет 29,5 дней (709 часов) и называется синодический месяц.

То, что длительность синодического месяца больше, чем сидерического, объясняется движением Земли вокруг Солнца: когда Луна относительно звёзд совершает полный оборот вокруг Земли, Земля к этому времени проходит уже 1/13 часть своей орбиты, и чтобы Луна снова оказалась между Землёй и Солнцем, ей нужно дополнительно около двух суток.

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

Между вращением Луны вокруг собственной оси и её обращением вокруг Земли существует различие: вокруг Земли Луна вращается по закону Кеплера (неравномерно, то есть близ перигея быстрее, близ апогея медленнее). Однако вращение спутника вокруг собственной оси равномерно. Именно благодаря этому возможно взглянуть на обратную сторону Луны с запада или с востока. Такое явление колебания называется оптической либрацией по долготе.

В связи же с наклоном оси Луны относительно плоскости Земли возможно заглянуть на обратную сторону с севера или с юга. Это также оптическая либрация, но по широте. Эти либрации суммарно позволяют наблюдать около 59 % лунной поверхности. Данное явление оптической либрации было открыто Галилео Галилеем в 1635 году, когда он был осуждён Инквизицией.

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

Условия на поверхности Луны

На Луне практически отсутствует атмосфера. Содержание газов у поверхности в ночное время не превышает 200000 частиц/см³ и увеличивается днём на два порядка за счёт дегазации грунта. Такая концентрация газов равноценна глубокому вакууму, поэтому днём её поверхность накаляется до +120 °C, но ночью или даже в тени она остывает до −160 °C.

Небо на Луне всегда чёрное, даже днём. Огромный диск Земли выглядит с Луны в 3,67 раз больше, чем Луна с Земли и висит в небе почти неподвижно. Фазы Земли, видимые с Луны, прямо противоположны лунным фазам на Земле. Освещение отражённым светом Земли примерно в 50 раз сильнее, чем освещение лунным светом на Земле.

Поверхность Луны покрыта так называемым реголитом - смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате столкновений метеороидов с лунной поверхностью. Толщина слоя реголита бывает от долей метра до десятков метров.

Приливы и отливы

Гравитационные силы между Землёй и Луной вызывают некоторые интересные эффекты. Наиболее известный из них - морские приливы и отливы. Если бы мы взглянули на Землю со стороны, мы увидели бы две выпуклости, находящиеся на противоположных сторонах планеты.

Причём одна точка - со стороны, ближайшей к Луне, а другая - с противоположной стороны Земли, наиболее удалённой от Луны. В мировом океане этот эффект выражен намного сильнее, чем в твёрдой коре, поэтому выпуклость воды больше. Амплитуда приливов (разность уровней прилива и отлива) на открытых пространствах океана невелика и составляет 30-40 см.

Однако вблизи берегов вследствие набега приливной волны на твёрдое дно, приливная волна увеличивает высоту точно так же, как обычные ветровые волны прибоя. Учитывая направление вращения вокруг Земли, можно составить картину следования приливной волны по океану. Сильным приливам больше подвержены восточные побережья материков. Максимальная амплитуда приливной волны на Земле наблюдается в заливе Фанди в Канаде и составляет 18 метров.

Две высших точки прилива образуются вследствие того, что гравитационное поле Луны достаточно неоднородно на протяжении размеров Земли. Если разложить вектор гравитационного поля, направленный к Луне, на 2 компоненты - параллельную оси Земля-Луна и перпендикулярную ей, то можно видеть, что причиной приливов является перпендикулярная компонента. Параллельная компонента на протяжении размеров

Земли меняется мало, но перпендикулярная компонента меняет знак! Она максимальна по модулю и направлена противоположно на боковых сторонах Земли, максимально удалённых от оси Земля-Луна. Это и есть «сила тяжести прилива», создающая сток воды океана в сторону участков, находящих на оси Луна-Земля с двух сторон земного шара.

Неоднородность поля Луны возле Земли значительно выше неоднородности поля Солнца. Хотя гравитация Солнца намного больше, но его поле на протяжении размеров Земли является практически однородным, так как расстояние до Солнца в 400 раз больше, чем расстояние до Луны. Поэтому приливы возникают главным образом по причине влияния Луны. Приливообразующая сила Солнца в среднем в 2,17 раза меньше.

Геология Луны

Благодаря её размеру и составу Луну иногда относят к планетам земной группы наряду с Меркурием, Венерой, Землёй и Марсом. Поэтому, изучая геологическое строение Луны, можно многое узнать о строении и развитии Земли.

Толщина коры Луны в среднем составляет 68 км, изменяясь от 0 км под лунным морем Кризисов до 107 км в северной части кратера Королёва на обратной стороне. Под корой находится мантия и, возможно, малое ядро из сернистого железа (радиусом приблизительно 340 км и массой, составляющей 2 % массы Луны). Любопытно, что центр масс Луны располагается примерно в 2 км от геометрического центра по направлению к Земле. На той стороне, которая повёрнута к Земле, кора более тонкая.

Измерения скорости спутников «Лунар Орбитер» позволили создать гравитационную карту Луны. С её помощью были обнаружены уникальные лунные объекты, названные масконами (от англ. mass concentration) - это массы вещества повышенной плотности.

Луна не имеет магнитного поля, хотя некоторые из горных пород на её поверхности проявляют остаточный магнетизм, что указывает на возможность существования магнитного поля Луны на ранних стадиях развития.

Не имеющая ни атмосферы, ни магнитного поля, поверхность Луны подвержена непосредственному воздействию солнечного ветра. В течение 4 млрд лет водородные ионы из солнечного ветра внедрялись в реголит Луны.

Таким образом, образцы реголита, доставленные миссиями «Аполлон», оказались очень ценными для исследования солнечного ветра. Этот лунный водород также может быть когда-нибудь использован как ракетное топливо.

Поверхность Луны

Поверхность Луны можно разделить на два типа: очень старая гористая местность (лунный материк) и относительно гладкие и более молодые лунные моря. Лунные моря, которые составляют приблизительно 16 % всей поверхности Луны, - это огромные кратеры, возникшие в результате столкновений с небесными телами, которые были позже затоплены жидкой лавой. Б

ольшая часть поверхности покрыта реголитом. Лунные моря, под которыми лунными спутниками обнаружены более плотные, тяжёлые породы, сконцентрированы на обращённой к Земле стороне из-за влияния гравитационного момента при формировании Луны.

Большинство кратеров на обращённой к нам стороне названо по имени знаменитых людей в истории науки, таких как Тихо Браге, Коперник и Птолемей. Детали рельефа на обратной стороне имеют более современные названия типа Аполлон, Гагарин и Королёв.

На обратной стороне Луны расположена огромная впадина (бассейн) диаметром 2250 км и глубиной 12 км - это самый большой бассейн в Солнечной системе, появившийся в результате столкновения. Море Восточное в западной части видимой стороны (его можно видеть с Земли) является отличным примером многокольцевого кратера.

Также выделяют второстепенные детали лунного рельефа - купола, хребты, рилли (от нем. Rille - борозда, жёлоб) - узкие извилистые долиноподобные понижения рельефа.

Пещеры

Японским зондом Кагуя обнаружено отверстие в поверхности Луны, расположенное недалеко от вулканического плато Холмы Мариуса, предположительно ведущее в тоннель под поверхностью. Диаметр отверстия составляет около 65 метров, а глубина, предположительно, 80 метров.

Учёные считают, что подобные тоннели сформированы путём затвердевания потоков расплавленной породы, где в центре лава застыла. Данные процессы происходили в период вулканической активности на Луне. Подтверждением данной теории является наличие извилистых борозд на поверхности спутника.

Подобные тоннели могут послужить для колонизации, благодаря защите от солнечной радиации и замкнутости пространства, в котором проще поддерживать условия жизнеобеспечения.

Похожие отверстия имеются и на Марсе.

Происхождение луны

До того, как учёные получили образцы лунного грунта, они ничего не знали о том, когда и как образовалась Луна. Существовало три принципиально разных теории:

Луна и Земля сформировались в одно и то же время из газо-пылевого облака;
Луна образовалась в результате столкновения Земли с другим объектом;
Луна сформировалась в другом месте и впоследствии была захвачена Землёй.

Однако новая информация, полученная путём детального изучения образцов с Луны, привела к созданию теории Гигантского столкновения: 4,57 миллиарда лет назад протопланета Земля (Гея) столкнулась с протопланетой Тейя. Удар пришёлся не по центру, а под углом (почти по касательной). В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту.

Луна - единственный естественный спутник планеты Земля. Римляне называли спутник Земли Луной, греки - Селеной, древние египтяне - Иях. Луна притягивала интерес людей с древнейших пор . Луна второй самый яркий объект в небосводе после Солнца. Так как Луна вращается по орбите кругом с временем в один месяц, угол меж Землей, Луной и Солнцем меняется; мы видим этот эффект как цикл лунных фаз. Период времени между поочередными новыми месяцы составляет 29,5 дней (709 часов).

Хотя Луна и вертится вокруг собственной оси, она всегда обращена к Земле одной и той же стороной. Дело в том, что она производит один кругооборот вокруг собственной оси за то же время (27,3 дней), что и один оборот вокруг Земли. А так как направленность обоих вращений совпадает, его противоположную сторону с Земли узреть нереально. Но, так как вращение Луны вокруг Земли по эллиптической орбите проистекает неравномерно, с Земли имеется возможность видеть 59% лунной поверхности.

Луна не является самосветящимся телом , как и все планеты. Наблюдать его можно лишь настолько, насколько она освещается Солнцем. За особенностей движения, наш спутник всегда освещается Солнцем только с одной стороны, но земной наблюдатель в разное время видит освещенную половину по-разному. Луна меняет свою видимую форму, и эти изменения называются фазами. Фазы зависят от относительного расположения Земли, Луны и .

Лунные фазы

Новолуние - фаза, когда луна находится между Землей и Солнцем. В этот момент он невидим для земного наблюдателя.

Полнолуние - противоположная точка орбиты Луны, в которой его освещена Солнцем полушарие видимая земному наблюдателю полностью.

Промежуточные фазы - положение Луны между новолунием и полнолунием, когда земной наблюдатель видит большую или меньшую часть освещенной полушарии, их называют четвертями.

Гравитационные силы меж Землей и Луной призывают некие занятные эффекты. Самый узнаваемый из них - морские приливы и отливы. Гравитационное тяготение Луны посильнее на той стороне Земли, которая направлена к Луне, и меньше в другой стороне. Потому плоскость Земли, и в особенности океаны, растягиваются по направлению к Луне. В случае если бы мы поглядели на Землю с стороны, мы узрели бы две выпуклости, и обе они ориентированы в сторону Луны, однако пребывают на противоположных краях Земли.

Данное явление намного более силен в океанской воде, нежели в твердой коре, так выпуклость воды больше. А так как Земля вертится гораздо быстрее, нежели Луна двигается по собственной орбите, смещение выпуклостей вокруг Земли раз за день дает две высочайших точки прилива в день.

Благодаря собственному размеру и составу ее время от времени причисляют к планетам земной категории наравне с , Землей и . Потому изучение геологического строение Луны, ученые могут многое узнать о строении и развитии Земли.

Толщина коры спутника в среднем составляет 68 километров , изменяясь с 0 км под лунным морем Кризисов до 107 км в северной части кратера Королева на оборотной стороне. Под корой располагаться мантия и, может быть, маленькое ядро изо сернистого железа (радиусом предположительно 340 км и массой, которая составляет около 2% массы всей Луны.

В отличие от мантии Земли, ее оболочка лишь отчасти расплавленная. Любопытно, что центр массы Луны размещается приблизительно в 2 км от геометрального центра по направленности к Земле. В той стороне, которая повернута к Земле, кора наиболее узкая.

Измерение скорости спутников «Лунар Орбитер» позволили создать гравитационную карту Луны. С ее помощью были обнаружены уникальные лунные объекты названы масконы - это массы вещества повышенной плотности.

Луна не обладает магнитным полем. Однако некие из горных пород в ее плоскости показывают остаточный магнетизм, что показывает на то, что, может быть, в летописи у Луны имелось магнитное поле.

Не имея атмосферы, магнитного поля, плоскость Луны подвергается под прямое влияние солнечного ветра. В течение 4 млрд лет водородные ионы из космоса попадали на поверхность. Таким образом, образцы лунного грунта, принесенные Аполлоном, оказались очень значимыми для изучения солнечного ветра. Данный лунный элемент еще может быть применен в качестве ракетного топлива.

Поверхность Луны можно поделить на 2 вида: совсем древняя горная область с огромным числом кратеров (лунные материки) и условно ровные и юные лунные моря. Лунные моря, которые составляют приблизительно 16% всей плоскости Луны, - это огромные кратеры, образовавшиеся в следствии столкновений с небесными телами, которые были позже затоплены лавой. Крупная часть поверхности прикрыта реголитом - смесью тонкой пыли и скалистых осколков, полученных из столкновений с метеоритами. По непонятной причине лунные моря сосредоточены на обращенной к нам стороне.

Большая часть кратеров на обращенной к нам стороне называется именами известных людей в истории наук, физика, астрономия, таких как Тихо Браге, Коперник и Птолемей. Особенности рельефа на обратной стороне обладают наиболее современные названия типа Аполлон, и Королев - в основном это российские названия, так как первые фотографии были сделаны русским кораблем Луна-3.

В добавление к этим особенностям на обратной стороне Луны содержится большой бассейн кратеров размером 2250 километров в диаметре и 12 км глубиной - это самый большой бассейн, появившийся в результате столкновения, в , и располагаться в западной части видимой стороны (его видно из земли), который является замечательным примером много-кольцевого кратера.

Также отделяют второстепенные детали лунного рельефа - купола, хребты, равнины и трещины, которые именуются лунными бороздами.

До получения образцов лунной почвы, ученые ничего не знали о том, когда и как образовалась Луна.

3 принципиальных теории формирования Луны

Луна и Земля сформировались в то же время из газо-пылевого облака
Луна откололась от Земли
Луна сформировалась в другом месте и впоследствии была захвачена магнитным полем Земли.

Но новая информация, полученная путем детального изучения образцов с Луны, в частности, распределения изотопов, привела к следующей теории: Земля столкнулась с объектом размером с , (возможно сформировался в одной из точек Лагранжа), этот планетоид назвали Тейя. Луна образовалась из выбитой этим столкновением вещества. Не все детали этой теории проработаны, но именно она сегодня имеет наибольшее распространение.

Планетарные характеристики Луны

Радиус = 1 738 км
Большая полуось орбиты = 384 400 км
Орбитальный период = 27,321661 суток
Эксцентриситет орбиты = 0,0549
Наклон орбиты экватора = 5,16
Температура поверхности = от -160 ° до +120 ° C
Сутки = 708 часов
Расстояние до Земли = 384400 км

Фотографии луны

Миссия Аполлон

Восход полной луны над храмом Посейдона (построен в 450-440 годах до нашей эры). Южная Греция, 26 июня 2010, подбор места и времени снимка с пятиминутной выдержкой занял у Энтони Айомамитиса 15 месяцев.