Растущая и убывающая луна

Луна

Луна - естественный спутник Земли. Самый близкий к Солнцу спутник планеты, так как у ближайших к Солнцу планет, Меркурия и Венеры, спутников нет. Второй по яркости объект на земном небосводе после Солнца и пятый по величине естественный спутник планеты Солнечной системы. Среднее расстояние между центрами Земли и Луны — 384 467 км.

На Луне нет привычной для нас атмосферы, нет рек и озер, растительности и живых организмов. Сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. День и ночь с перепадами температур до 300 градусов длятся по две недели. И, тем не менее, Луна все больше привлекает землян возможностью использовать ее уникальные условия и ресурсы.

Луна движется вокруг Земли со скоростью 1,02 км/сек по приблизительно эллиптической орбите в том же направлении, в котором движется подавляющее большинство других тел Солнеч­ной системы, то есть против часовой стрелки. Поскольку масса Луны относительно мала, плотной газовой оболочки - атмосферы у нее практически нет. Газы свободно рассеиваются в окружающем космическом пространстве. Поэтому поверхность Луны освещается прямыми солнечными лучами. Разреженная газовая оболочка Луны из водорода, гелия, неона и аргона в десять триллионов раз меньше по плотности, чем наша атмосфера, но в тысячу раз больше, чем количество молекул газа в космическом вакууме. Поскольку Луна не имеет плотной защитной оболочки из газа, на ее поверхности в течение суток происходят очень большие изменения температуры. Солнечное излучение поглощается лунной поверхностью, которая слабо отражает лучи света.

Происхождение Луны.

Происхождение Луны окончательно еще не установлено. Наиболее разработаны три разные гипотезы. В конце XIX в. Дж. Дарвин 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 - Луну. Эта гипотеза объясняет малую плотность Луны, образованной из внешних слоев первоначальной массы.

Гипотеза захвата, разработанная немецким ученым К. Вейцзеккером, шведским ученым Х. Альфвеном и американским ученым Г. Юри, предполагает, что Луна первоначально была малой планетой, которая при прохождении вблизи Земли в результате воздействия тяготения последней превратилась в спутник Земли. Вероятность такого события весьма мала, и, кроме того, в этом случае следовало бы ожидать большего различия земных и лунных пород.

Согласно третьей гипотезе, разрабатывавшейся советскими учеными - О. Ю. Шмидтом и его последователями в середине XX века, 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 планетозималий, из которых и образовалась Луна.

Последняя гипотеза на современном уровне знаний (70-е годы 20 века) представляется наиболее предпочтительной. Не так давно возникла четвертая теория, которая и принята сейчас как наиболее правдоподобная. Это гипотеза гигантского столкновения. Основная идея состоит в том, что, когда планеты, которые мы видим теперь, только еще формировались, некое небесное тело величиной с Марс с огромной силой врезалось в молодую Землю под скользящим углом. При этом более легкие вещества наружных слоев Земли должны были бы оторваться от нее и разлететься в пространстве, образовав вокруг Земли кольцо из обломков, в то время как ядро Земли, состоящее из железа, сохранилось бы в целости. В конце концов, это кольцо из обломков слиплось, образовав Луну. Теория гигантского столкновения объясняет, почему Земля содержит большое количество железа, а на Луне его почти нет.

Внутренняя структура

Луна — дифференцированное тело, она имеет геохимически различную кору, мантию и ядро. Оболочка внутреннего ядра богата железом, она имеет радиус 240 км, жидкое внешнее ядро состоит в основном из жидкого железа с радиусом примерно 300—330 километров. Вокруг ядра находится частично расплавленный пограничный слой с радиусом около 480—500 километров^[57]. Эта структура, как полагают, появилась в результате фракционной кристаллизации из глобального океана магмы вскоре после образования Луны 4,5 миллиарда лет назад. Лунная кора имеет в среднем толщину ~ 50 км.

Луна — второй по плотности спутник в Солнечной системе после Ио. Однако внутреннее ядро Луны мало, его радиус около 350 км; это только 20 % от размера Луны, в отличие от 50 % у большинства других землеподобных тел. Состоит лунное ядро из железа, с небольшим количеством примесей серы и никеля.

Фазы Луны

Фа́зы Луны́ — периодическое изменение вида освещённой Солнцем части Луны на земном небе. Фазы Луны постепенно и циклически меняются в течение периода синодического месяца (около 29,5306 средних солнечных суток), как и орбитальное положение Луны при движении вокруг Земли и движении Земли вокруг Солнца.

Вращение Луны захвачено приливными силами Земли, почему бо́льшая часть одной и той же стороны Луны всегда обращена к Земле. Эта видимая сторона освещается Солнцем по-разному, в зависимости от положения Луны на орбите. Таким образом, освещённость этой лицевой стороны может варьироваться от 0 % (при новолунии) до 100 % (при полнолунии). Лунный терминатор — граница между освещённым и затенённым полушариями.

Каждая из четырёх «промежуточных» фаз Луны насчитывает около 7,4 дня, но их продолжительность слегка меняется из-за эллиптической формы орбиты Луны. Кроме некоторых кратеров у лунных полюсов, наподобие Шумейкера, все части Луны получают около 14,77 земных суток дневного света, а затем 14,77 суток «ночи». Стоит отметить, что обратную от Земли сторону Луны иногда называют «тёмной стороной луны», пусть это и неверное обозначение.

Основные фазы

В западной культуре четыре основные фазы Луны суть новолуние, первая четверть, полнолуние и третья четверть (также называемая последней). Это когда долготы эклиптик Луны и Солнца отличаются на 0°, 90°, 180° и 270° соответственно. Каждая из этих фаз происходит в несколько разное время при наблюдении из разных точек Земли. Во время промежутков между основными фазами освещённая часть Луны — либо в форме «серпа», либо «горба». Эти формы и периоды, когда луна обретает их, называются промежуточными фазами и длятся они четверть синодического месяца, или, в среднем, 7,38 земных суток. Впрочем, их длительность несколько меняется, так как орбита Луны довольно эллиптична, почему орбитальная скорость спутника не постоянна. Описательное растущая используется для промежуточной фазы, во время которой видимая форма Луны увеличивается от новолуния до полнолуния, а убывающая — наоборот, когда её форма истончается.

В незападных культурах может использоваться другое количество лунных фаз; например, в традиционной гавайской культуре насчитывается в общей сложности тридцать фаз (по одной на день).

Растущая и убывающая луна

Когда Солнце и Луна располагаются на одной и той же стороне Земли, Луна находится в фазе новолуния, а её обращённая к Земле сторона не освещена Солнцем. По мере того, как Луна «растёт» (доля освещённой поверхности, видимой с Земли, увеличивается), она проходит через фазы новолуния, молодой луны, первой четверти, прибывающей луны и полнолуния. Затем, когда Луна «убывает», она проходит через фазы убывающей луны, последней четверти, старой луны и возвращается к фазе новолуния. Понятия «старая луна» и «новолуние» не взаимозаменяемы. «Старая луна» — это убывающий полумесяц (в конечном итоге становящийся не видным невооружённым глазом) до времени, когда Луна выравнивается с Солнцем и начинает расти, и тогда же снова становится новой. Термин «полулуние» изредка используется для обозначения первой и последней четвертей, тогда как «четверть» относится к степени круговорота Луны вокруг Земли, а не к её форме.

Если освещённое полушарие наблюдать под определённым углом, видимая часть освещённой области будет иметь двумерную форму как определённое пересечение эллипса и круга (где большая полуось эллипса совпадает с диаметром окружности). Если полуэллипс выгнут относительно полукруга, месяц будет иметь форму горба, тогда как если полуэллипс будет вогнут относительно полукруг, то месяц будет в форме серпа. Когда возникает полумесяц, феномен пепельного света может быть очевиден, когда ночная сторона Луны смутно отражает отражённый от Земли косвенный солнечный свет.

Атмосфера луны

Атмосфера Луны — крайне разрежённая газовая оболочка Луны, в десять триллионов раз менее плотная (давление на поверхности примерно 10 нПа) по сравнению с земной атмосферой, состоящая в основном из водорода, гелия, неона и аргона. Практически не воздействует на Луну.

Источниками атмосферы являются как внутренние процессы (выделение газов из коры Луны и вулканизм), так и внешние — падения микрометеоритов, солнечный ветер. Луна не удерживает на себе все выделяющиеся газы, поскольку имеет слабую гравитацию; большая часть газов, поднимающихся с её поверхности, рассеивается в космосе.

Концентрация частиц у поверхности Луны значительно меняется в зависимости от времени лунных суток: ночью на 1 см³ приходится 10⁵ частиц, а днём 10⁴. Для Земли этот показатель составляет 2,7⋅10¹⁹.

В рамках проекта Аполлон были проведены исследования атмосферы Луны, в результате которых было обнаружено присутствие в ней атомов аргона и гелия; последующие наблюдения с Земли показали наличие ионов натрия и калия.

В 1991 исследователями из Бостонского университета был обнаружен натриевый «хвост», простирающийся до 15—20 радиусов Луны в сторону, противоположную Солнцу.

Для непосредственного изучения лунной атмосферы в сентябре 2013 года был запущен зонд LADEE.

Поверхность Луны

Луна по­кры­та еди­ным ма­те­ри­ко­вым щи­том лун­ной ко­ры, мощ­ность ко­то­ро­го в современную эпо­ху на ви­ди­мой сто­ро­не Луны составляет в ср. 60 км, на обрат­ной сто­ро­не – до 100 км. Об­щая пло­щадь лун­ных мо­рей – 16,9% поверхно­сти Луны (на ви­ди­мой сто­ро­не – 31,2%, на об­рат­ной сто­ро­не – 2,6%). Мате­ри­ко­вый ланд­шафт (уча­ст­ки вне лун­ных мо­рей) име­ет бо­лее свет­лую ок­ра­ску по­род (ср. от­ра­жа­тель­ная спо­соб­ность 13,45%) и бо­лее из­ре­зан­ный рель­еф (за счёт боль­шей кон­цен­тра­ции удар­ных кра­те­ров). Воз­раст наи­бо­лее древ­них ма­те­ри­ко­вых по­род дос­ти­га­ет 4,3–4,6 млрд. лет. Плот­ность по­верх­но­ст­ных ма­те­ри­ко­вых анор­то­зи­то­вых по­род составляет 2900 кг/м³. По­верх­ность лун­ных мо­рей сло­же­на тём­ны­ми ба­заль­то­вы­ми по­ро­да­ми (ср. от­ра­жа­тель­ная спо­соб­ность 7,30%) и име­ет в основном рав­нин­ный рель­еф. Плотность по­верх­но­ст­ных ба­заль­то­вых по­род близ­ка к средней плот­но­сти Луны. Средний воз­раст ба­заль­то­вых по­род, об­ра­зую­щих по­верх­ность ста­рых мо­рей (Им­брий­ская сис­те­ма), дос­ти­га­ет 3,7 млрд. лет. Средний воз­раст ба­заль­тов мо­ло­дых мо­рей (Эра­тос­фе­нов­ская сис­те­ма) со­став­ля­ет 3,2 млрд. лет. По­верх­но­ст­ная плот­ность удар­ных кра­те­ров в пре­де­лах мо­рей су­ще­ст­вен­но мень­ше, чем на по­верх­но­сти ма­те­ри­ков. Про­цесс вы­плав­ле­ния мор­ских ба­заль­то­вых лав из недр Л. на её по­верх­ность оп­ре­де­ля­ет по­ня­тие лун­но­го вул­ка­низ­ма. В рель­е­фе эти про­цес­сы от­ра­зи­лись в ви­де из­ви­ли­стых ру­сел, по ко­то­рым про­те­ка­ла ла­ва, на­плы­вов ла­во­вых по­лей и т. д. Ко­нус­ные вул­ка­нич. об­ра­зо­ва­ния, по­доб­ные зем­ным вул­ка­нам, на Л. встре­ча­ют­ся край­не ред­ко, и их при­ро­да окон­ча­тель­но не ус­та­нов­ле­на. Счи­та­ет­ся, что эпо­ха лун­но­го вул­ка­низ­ма за­кон­чи­лась около 2,5 млрд. лет на­зад, ко­гда об­ра­зо­ва­лись наи­бо­лее мо­ло­дые мо­ря. В по­сле­дую­щий пе­ри­од лун­ной эво­лю­ции по­верх­ность спут­ни­ка фор­ми­ро­ва­ли толь­ко уда­ры па­даю­щих тел различных раз­ме­ров. По­сто­ян­ная бом­бар­ди­ров­ка лун­ной по­верх­но­сти час­ти­ца­ми, па­даю­щи­ми со сверх­зву­ко­вы­ми ско­ро­стя­ми (до 25 км/с), при­во­дит к фор­ми­ро­ва­нию чех­ла из раз­дроб­лен­ных по­род, по­кры­ваю­ще­го всю по­верх­ность Луны. Этот рых­лый слой об­ло­моч­но­го ма­те­риа­ла но­сит назв. ре­го­ли­та и дос­ти­га­ет в отдельных мес­тах тол­щи­ны 10 м и бо­лее.

Характеристика

• Масса: 0,0123 массы Земли, то есть 7,35*1022кг
• Диаметр на экваторе: 0,273 диаметра Земли, то есть 3476 км
• Наклон оси: 1,55°
• Плотность: 3346,4 кг/м3
• Температура поверхности: –54 °C
• Расстояние от спутника до планеты: 384400 км
• Скорость движения вокруг планеты: 1,02 км/с
• Эксцентриситет орбиты: e = 0,055
• Наклон орбиты к эклиптике: i = 5,1°
• Ускорение свободного падения: g = 1,62 м/с^2