Луна - единственный естественный спутник Земли. Когда-то мы были настолько уверенны в этом, что даже не дали своей луне какого-то определенного имени. С другой стороны это вполне оправдано, т.к. Луна являющаяся наиболее ярким и крупным объектом ночного неба, лишний раз в представлении не нуждается. Остальные же 6 спутников Земли настолько малы и далеки, что увидеть их можно только в мощные телескопы. Кроме того, вращаются они вокруг Солнца, но находятся под влиянием притяжения Земли.
Можно долго спорить по поводу того являются ли подобные объекты естественными спутниками, но поскольку, так сказать, официальная точка зрения по этому поводу еще не определена, то относить их к таковым пока ничего не запрещает. Международный Астрономический Союз, главенствующая организация в вопросах определения чем является то или иное небесное тело и как это тело правильно называть, обещает в скором будущем дать четкое определение понятиям «спутник» и «компонент гравитационной системы». Поэтому пока имеем то, имеем.
Итак, вместе с Луной у Земли 7 спутников. 5 из них являются квазиорбитальными астероидами или просто квазиспутниками, еще один относится к классу троянских астероидов. До определенного момента и те и другие (в данном случае другОЙ) были вполне обычными астероидами и вращались по своим более менее устойчивым орбитам вокруг Солнца, пока однажды не нарвались на огромную, относительно их габаритов, Землю в результате чего попали в орбитальный резонанс 1:1 с последней. Другими словами обращение Земли и «захваченных» астероидов синхронизировалось и теперь они делают один виток вокруг Солнца за одинаковое время.
В остальном эти два типа принципиально отличаются друг от друга, поэтому рассмотрим каждый по отдельности.
Квазиспутники Земли
Что такое квазиспутник? В принципе, им может стать практически любое небесное тело, попавшее в орбитальный резонанс 1 к 1 с планетой. Не смотря на полностью совпадающие орбитальные периоды, квазиспутники всегда имеют более значительный эксцентриситет (степень отклонения от окружности) орбиты, а иногда еще и выраженный наклон относительно плоскости эклиптики (плоскости, в которой вращается планета).
Главная особенность квазиспутников, как впрочем и троянских астероидов, заключается в том, что в любой момент времени они находятся ровно на том же расстоянии от Земли, что и год назад. Собственно, по этой причине их и причисляют к естественным спутникам.
С другой стороны их «верность» планете не всегда стабильна: продолжительность гравитационного тандема может составлять от нескольких орбитальных периодов до сотен тысяч витков.
Круитни
Самый крупный и известный среди квазиорбитальных спутников Земли - астероид Круитни (3753) . Он был открыт еще в 1986 году астрономом-любителем и стал первым известным небесным телом в Солнечной системе, которое двигалось по такой странной, но стабильной орбите. Позднее астрономы обнаружили подобных компаньонов у Венеры, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и даже Плутона.
К сожалению, что собой представляет Круитни мы толком и не знаем. Это астероид диаметром около 5 км. Он вращается по очень вытянутой и наклоненной к плоскости эклиптике орбите, перигелий (ближайшая к Солнцу точка орбиты) которой лежит между орбитами Меркурия и Венеры, афелий - между Марсом и Юпитером.
Искусственными спутниками можно назвать как космические аппараты, построенные специально для вращения вокруг Земли по орбите, так и различные объекты – обломки спутников, разгонные блоки, нефункционирующие аппараты, узлы последних ступеней , которые являются космическим мусором. Чаще всего спутниками называют управляемые или автоматические космические корабли, но другие сооружения – например, орбитальные станции, тоже являются ими.
Все эти объекты, даже не пилотируемые, вокруг Земли по орбите. Всего на околоземной орбите вращается более шестнадцати тысяч различных искусственных объектов, но только около 850 из них функционируют. Точное невозможно установить, так как оно постоянно меняется – некоторые обломки на низких орбитах постепенно снижаются и падают, сгорая в атмосфере.
Большая часть спутников принадлежит США, второе место по их количеству занимает Россия, также в этом списке на первых местах стоят Китай, Великобритания, Канада, Италия.
Назначение спутников может быть разным: это метеорологические станции, навигационные приборы, биоспутники, военные корабли. Если раньше, на заре развития космической эры их могли запускать только государственные организации, то сегодня существуют спутники частных компаний и даже частных лиц, так как стоимость этой процедуры стала более доступной и составляет несколько тысяч долларов. Этим и объясняется огромное количество различных предметов, двигающихся по орбите Земли.
Самые примечательные спутники
Первый искусственный спутник был запущен в 1957 году СССР, он был назван «Спутником-1», это стало устоявшимся и даже было заимствовано многими другими языками, в том числе английским. На следующий год США запустили свой – Эксплорер-1.
Потом последовали запуски Великобритании, Италии, Канады, Франции. Сегодня несколько десятков стран мира имеют собственные спутники на орбите.
Одним из самых масштабных проектов за всю историю космической эры стал запуск МКС – международной космической станции, имеющей исследовательские цели. Ее управление осуществляется российским и американским сегментами, также в работе станции принимают участие датские, канадские, норвежские, французские, японские, немецкие и другие космонавты.
В 2009 году на орбиту был запущен самый большой искусственный спутник – Terrestar-1, американский проект телекоммуникационной организации. Он обладает огромной массой – почти семь тонн. Его цель – обеспечивать связь для большей части Северной Америки.
Луна является единственным естественным спутником Земли. И единственным внеземным телом, которое посетили люди – всего 12 человек на борту шести миссий «Аполлон». Это произошло в период с июля 1969 года по декабрь 1972 года. Также Луна была и является объектом работы многочисленных роботизированных зондов.
Спутник Земли – Луна
В результате работы «Аполлонов» и лунных программ СССР на Землю было доставлено 382 кг. лунной породы. Кроме того, найдено несколько лунных метеоритов. Большинство из этих образцов имеют возраст от 4,6 до 3 миллиардов лет. Но есть одно исключение – лунный метеорит, возраст которого оценивается в 2.8 миллиарда лет. Все они содержат ценную информацию о ранней истории Солнечной системы. Эти следы трудно найти на Земле из-за тектонической активности. А также присутствия сильной атмосферы в последние 3,8 миллиарда лет.
Луна необычайно велика по сравнению с размером своего «хозяина» (в этом отношении первенство только у Харона). Толщина ее коры в среднем составляет 68 километров. Она тоньше на ближней стороне к Земле, и имеет практически нулевую толщину под Mare Crisium (Море Кризисов). Ниже коры есть мантия и, вероятно, небольшое ядро. Оно имеет около 340 километров в радиусе и содержит около 2% лунной массы.
Центр массы Луны смещен от геометрического центра примерно на 2 километра в направлении к Земле.
Насколько велика Луна по сравнению с Землей?
Диаметр Луны составляет 3474 километра, а Земли – 12 800 километров. Это значит, что Земля имеет диаметр в 3,68 раза больше, чем у Луны. Площадь поверхности Земли примерно в 13 раз больше, чем у Луны (которая имеет примерно площадь поверхности Африки). Примерно 50 Лун могут поместиться внутри Земли. Масса Луны в 81 раз меньше, чем у Земли.
Происхождение Луны и ее ранняя история
Происхождение Луны остается предметом дебатов. До недавнего времени широко распространенное мнение заключалось в том, что она сформировалась более 4,5 миллиарда лет назад. Строительным материалом стали обломки, появившиеся при столкновении Земли с телом размерами, близкими к размерам Этот гипотетический объект ученые называют Theia.
В 2012 году эта теория была поставлена под сомнение в результате компьютерных расчетов, которые показали, что воздействие должно было произойти с участием гораздо большего и быстрее движущегося объекта. Только более крупный объект мог бы нанести Земле такой удар, который отделил бы часть нашей планеты, впоследствии образовавшую Луну из расплавленных обломков. При этом сценарии очень незначительно влияние, оказываемое ударяющим объектом на вещество Луны объясняет интересный факт – некоторые изотопные отношения (в частности, кислорода и титана) в материале лунной поверхности почти идентичны тем, что найдены в земных породах.
Лунные моря
Внешние слои Луны, первоначально расплавленные и содержащие глобальный «океан магмы», охлаждались с образованием пород в течении 4,5 млрд. лет. Их следы можно наблюдать сейчас в лунных нагорьях. Эти древние изверженные породы, известные как анортозиты, богаты силикатным минеральным плагиоклазом. Именно они придают лунным возвышенностям характерный светлый цвет.
После формирования Луны последовала интенсивная бомбардировка ее поверхности метеоритами. Она вызвала обширное разрушение и фрагментацию коры. Около 4 миллиардов лет назад Луна испытала ряд катаклизмов, которые образовали бассейны, называемые морями. Последующая вулканическая активность, произошедшая примерно от 4 до 2,5 миллиарда лет назад, затопила эти бассейны расплавленной лавой. С течением времени она охладилась и затвердела с образованием темного базальта. С того времени Луна мало изменилась, за исключением случайных воздействий на ее поверхность метеоритов или комет.
Геологическая активность на Луне
Луна имеет некоторую геологическую активность. Приборы, оставленные на лунной поверхности астронавтами «Аполлона», зафиксировали небольшие сейсмические события. Они известны как «лунотрясения». Происходят они на глубинах в несколько сотен километров. Возможно их вызывают приливные напряжения, возникающие из-за гравитационного притяжения Земли. Кроме того, поступало много сообщений о процессах, называемых переходными лунными явлениями. Наиболее необычное из них наблюдал Кен Маттингли, пилот командного модуля «Apollo-16», который сообщал о появлении вспышек света на обратной стороне Луны.
Концентрации массы, или масконы, связанные с морями, обусловлены наличием слоев плотной базальтовой лавы. Они были обнаружены в 1960-х годах 20 века. Масконы оказывали гравитационное воздействие на орбитальное движение лунных орбитальных зондов. Локальные магнитные области также обнаружены вокруг некоторых кратеров, хотя у Луны нет глобального магнитного поля.
Воздух и вода
Естественно и философы, и романтики, давно мечтали отправиться на Луну и найти там разумную жизнь. Но возможность лунной жизни (за исключением, возможно, определенных типов выносливых микробов) была опровергнута. Это случилось после осознания того, что Луна не имеет ни атмосферы, ни жидкой воды. Однако недавние наблюдения подтвердили существование значительных в глубоких кратерах на лунных полюсах.
Взаимодействие Земля-Луна
Гравитационное взаимодействие между Землей и Луной вызывает некоторые интересные эффекты. Наиболее очевидными из них являются приливы. Гравитационное притяжение Луны сильнее на стороне Земли, ближайшей к Луне. Поскольку Земля и ее океаны не являются абсолютно жесткими, они тянутся к Луне. С нашей точки зрения, мы видим два небольших «выпуклости». Одну в направлении Луны и одну прямо противоположную. Эффект проявляется гораздо сильнее в океанах, чем в твердой коре, поэтому изменение уровня воды выше. Поскольку Земля вращается намного быстрее, чем Луна движется по своей орбите, «выпуклости» движутся вокруг Земли примерно раз в сутки. Поэтому происходит два прилива в день.
Асимметричный характер этого гравитационного взаимодействия приводит к тому, что Луна вращается синхронно с Землей. То есть она блокируется в такой фазе своей орбиты, при которой одна и та же сторона всегда обращена к нам. Так же, как вращение Земли замедляется влиянием Луны, в далеком прошлом вращение Луны замедлялось действием Земли. Но в последнем случае эффект был намного сильнее. Когда скорость вращения Луны замедлилась, и стала соответствовать ее орбитальному периоду, у нее больше не стало крутящего момента. Была достигнута стабильная ситуация. То же самое произошло и с большинством других спутников в Солнечной системе.
Обратная сторона Луны
Луна немного колеблется (из-за ее не совсем круговой орбиты). Поэтому время от времени можно видеть небольшую часть ее поверхности на обратной стороне. Но большая часть обратной стороны была совершенно неизвестна до тех пор, пока зонд «Луна-3» не сфотографировал ее в 1959 году.
| Лунная статистика | |
|---|---|
| среднее расстояние от центра Земли | 384 400 км (238 906 миль) |
| диаметр | 3,476 км (2160 миль) |
| масса (Земля = 1) | 0,0122 |
| средняя плотность | 3,34 г / см 3 |
| поверхностная гравитация (Земля = 1) | 0,165 |
| вторая космическая скорость | 2,38 км / с (8 568 км / ч,) |
| орбитальный период | 27,3 дня |
| орбитальный эксцентриситет | 0,055 |
| наклон орбиты | 5.1 ° |
| осевой период | 27,3 дня (гравитационный замок) |
| Максимум. температура поверхности | 117oC (243oF) |
| минимум температура поверхности | -163oC (-261oC) |
| альбедо | 0,07 |
Некоторые заметные особенности на Луне |
|
|---|---|
| Особенность | Описание |
| Бассейн Эйткен | Ударный бассейн в южной полярной области. При диаметре около 2500 километров, максимальной глубине более 12 километров и средней глубине около 10 километров, это самый большой и самый глубокий ударный бассейн в Солнечной системе |
| Апеннины | Горный хребет, который поднимается до 4572 метров на юго-восточном краю Mare Imbrium. Самый большой перепад высот на Луне, выше чем Гималайский фронт и равнины Индии и Непала. Место посадки Аполлона-15 было выбрано так, чтобы астронавты могли проехать от Лунного модуля к основанию Апеннинов во время двух экскурсий |
| Байи | Самый крупный кратер на окраине Луны с диаметром 295 километров и максимальной глубиной 3,96 километра. Очень эродированная структура |
| Коперник | Кратер шириной 93 километра, который является одним из наиболее заметных объектов на лунной поверхности. Возникший менее 1 миллиарда лет назад, является одним из самых молодых кратеров Луны. У него есть система ярких лучей, наиболее хорошо видимых при полной Луне |
| Море Дождей | Самый большой и самый молодой из гигантских бассейнов Луны. Астероидное столкновение, которое сформировало его около 3,9 миллиарда лет назад, практически привело к разрыву поверхности Луны; произошли выбросы магмы на большую часть поверхности Луны из появившихся глубоких трещин. Через эти трещины лава выливалась, наполняя большую часть бассейна и оставляя темную черту шириной 1300 километров, известную как Mare Imbrium |
| Море Восточное | Сформировавшись от 3,8 до 3,9 миллиарда лет назад, что показывает три концентрических кольца гор. Также очевидны сильные радиальные линии, создаваемые потоком выбросов |
| Кратер Тихо | Великолепный кратер шириной 85 километров, связанный с самой яркой и самой обширной системой лучей на Луне. В некоторых случаях лучи простираются на более чем 1500 километров; их яркость свидетельствует о том, что Тихо был сформирован сравнительно недавно. Возможно, в течение последних 3 миллиардов лет |
Мудрость гласит, что "где бы ни был каждый из нас, мы всегда будем видеть одну Луну..."
Вечный спутник Земли
Наша планета - одно из чудес Вселенной, которое человечество, несмотря на великие умы и новейшие технологии, все еще не изучило. Пожалуй, мы не познали даже половины тех тайн, которые хранит Земля. И один из вопросов, которые волнуют наших исследователей не одно столетие: "Сколько естественных спутников у Земли?".
На первый взгляд, этот вопрос имеет односложный ответ: нас с детства учили, что Луна - естественный спутник Земли. Но так ли это на самом деле? Могут ли возле планеты находиться другие, пока незнакомые нам спутники?
Луна издавна являлась предметом поклонения, страха и удивления человека. Сегодня мы с уверенностью можем сказать, как выглядит Луна и какие вещества входят в основной состав ее поверхности. Однако она до сих пор остается тайной, которую, возможно, человечество однажды разгадает, ведь естественный спутник планеты Земля продолжают изучать.
Многочисленные луны
На самом деле Луна является далеко не единственной во Вселенной. Каждая из планет нашей Солнечной системы имеет определенное количество своих естественных спутников. Земля может похвастаться лишь одним "партнером", а вот у Юпитера их целых 63! Самая большая из них называется Ганимед.
Спутник же Плутона, который был назван Хароном, настолько большой по сравнению с самой планетой, что космонавты изначально принимали эту "пару" за двойную планету.
Самым маленьким спутником, найденным в Солнечной системе, является Дактиль. Этот малыш диаметром всего в милю является спутником не планеты, а астероида. Но ведь ранее ученые были уверены, что иметь спутник могут только планеты! Дактиль успешно опроверг эту теорию.
История "рождения" Луны
По предположениям ученых, Земля миллиарды лет назад столкнулась с еще одной планетой, названной Теей. Для справки: в мифологии Тея - мать богини Луны Селены. В результате мощнейшего столкновения две планеты слились в одну, а осколки, отколовшиеся от небесного тела, вскоре сформировались в спутник. Это объясняло многое, но совсем недавно, в 2016 году, ученые опровергли эту теорию. Все дело в том, что тяжелые изотопы калия, найденные на Луне, могли появиться лишь в результате воздействия неимоверно высоких температур. Столкновение, вызвавшее подобный эффект, привело бы к испарению значительной части Земли.
Это интересно! Образцы нашей Луны указывают на то, что когда-то она была покрыта действующими вулканами.
В книге Блаватской «Тайная доктрина» есть теория, что Луна старше Земли. Именно она отдала свою энергию и силу нашей планете, а сама превратилась в ее безжизненную тень. Эта теория основывается на хронологии индусов.
В 2017 году виртуальный уфолог Джордж Грэхэм опубликовал новую теорию о предназначении естественного спутника Земли: дескать, внутри небесное тело полое и населяют его инопланетяне. Теория Грэхэма основана на снимках поверхности спутника, сделанных орбитальной станцией NASA, на которых присутствует изображение искусственных объектов правильной формы.
Еще одна Луна Земли
Сегодня исследователи уверены, что миллиарды лет назад наша Земля имела две Луны. Как известно, Луну считают телом, образованным от столкновения Земли с Теей. Эта теория объясняла различие ее сторон. Так, одна сторона, видимая нам постоянно, имеет гладкую поверхность, образованную застывшей лавой, а вторая, напротив, покрыта множественными горами. Кроме этого ее кора значительно толще, и в составе ее преобладают редкие элементы.
Сегодня ученые решили расширить гипотезу, предположив, что когда-то Землю сопровождали сразу два спутника, столкновение которых сместило лавовые потоки на видимое нам полушарие. Конечно, это всего лишь теория, но ведь и почти вся научная история нашего мира является теорией.
"Захват" планет
В 2006 году наблюдатели обнаружили объект, вращающийся вокруг Земли, который, как выяснилось после проверки, являлся естественным космическим телом. Несмотря на свои скромные размеры (всего несколько метров в диаметре), астероид квалифицировался как полноценный спутник. Но до 2007 года он ушел с орбиты Земли.
Специалисты объясняют, что эти временные спутники - явление нормальное. Регулярно возле Земли обнаруживают астероиды небольших размеров, которые по истечении времени исчезают с орбиты. Причины подобных визитов - сила притяжения Земли и Луны. Притягиваясь друг к другу, они захватывают и другие космические тела. Как оказалось, нашу планету всегда сопровождает какой-то временный спутник.
Таинственная Лилит
Каждый из нас знает, как называется естественный спутник Земли. Естественный и единственный. Но в конце 19-го века астролог Георг Вальтемат из Гамбурга заявил, что обнаружил целую систему мелких спутников Земли. Один из них, по мнению Вальтемата, в диаметре достигал 700 км и был редко виден невооруженным глазом.
Зимой того же года работники почты в Германии действительно увидели темный объект, который проходил по Солнцу. Но специалисты, в это же время наблюдавшие за ночным небом из другой части Германии и Австрии, заявили, что не видели на Солнце ничего, кроме пятен.
Тем не менее в 1918 году Уолтер Горнольд снова «открыл» спутник Вальтемата, назвав его Лилит. Он считал, что массы Луны и Лилит равны между собой, но последнюю обнаружить на небе очень трудно. Но сегодня ученые считают его предположения неверными, так как еще один спутник с аналогичной массой вызвал бы определенную реакцию со стороны Луны.
Примечательно, что в астрологии есть такое понятие, как черная Луна. Оно используется при расчете гороскопа астрологами и относится к эзотерическим символам.
Другие спутники Земли
Ученые не одну сотню лет пытались выяснить, есть ли у Земли естественные спутники, которые незаметны вооруженным глазом, но их орбиты находятся в резонансе с нашей планетой (резонанс - колебание двух тел в унисон). Множественные исследования подтвердили, что наша Луна - не единственный естественный спутник, который находится вблизи Земли.
Несмотря на то, что полноценным естественным спутником Земли является только Луна, астрономы часто замечают другие космические тела на орбите нашей планеты - вышеописанные временные спутники. Но существует несколько так называемых квазиспутников.
Что такое квазиспутники? Этим термином называют космические объекты, находящиеся в резонансе с орбитой планеты, что позволяет им долгое время находиться вблизи нее.
На сегодняшний день вместе с Луной Земля имеет целых восемь спутников. Шесть из них считаются квазиспутниками, а еще один относится к классу троянских астероидов. Изначально они вращались вокруг Солнца, но затем были притянуты Землей и теперь находятся с ней в резонансе 1:1. В результате астероиды вместе с нашей планетой совершают одновременный круг вокруг Солнца.
Особенность квазиспутников состоит в их степени отклонения от наружности и наклона относительно плоскости планеты. Кроме этого, они всегда находятся на одном и том же расстоянии от Земли. Правда, их «верность» нестабильна, и со временем они могут разорвать гравитационный тандем, длящийся порой сотни лет.
Квазиспутник Круитни
Самый крупный квазиспутник, принадлежащий к редкому спектральному классу Q, открытый в 1986 году. Круитни достигает в диаметре 5 километров и имеет очень странную форму орбиты. При наблюдении за ним с Земли создается впечатление, что он двигается подковообразно. При этом Крутни пересекает орбиты не только нашей планеты, но и Венеры, и Марса.
Ежегодно в ноябре Круитни приближается к Земле на очень близкое расстояние, в 30 раз превышающее расстояние до Луны. Увидеть его можно невооруженным глазом - он напоминает тусклую звезду. Природу Круитни астрономы пока не выяснили.
Дуэнде - космический малыш
Квазиспутник Дуэнде (так называются существа из испанского фольклора, напоминающие разновидность эльфов или гномов) является самым маленьким спутником Земли. Он был открыт в 2012 году. Несмотря на свои маленькие размеры (около 30 метров в диаметре), Дуэнде максимально близко приближается к Земле. Есть мнение, что его приближение в 2013 году и полет над Землей болида как-то связаны, но это мнение не подтверждено.
Внимание! В 2016 году возле Земли был открыл еще один спутник, диаметр которого не превышает сотни метров. Он будет сопровождать нашу планету еще несколько столетий, а затем отдалится от нее. Траектория его движения напоминает прыжок лягушки, как говорят исследователи.
Заключение
Другие временные спутники Земли не имеют имен - лишь номера. Это спутники, которые были открыты недавно и какое-то время будут присутствовать возле нашей планеты. Сколько - точно не знает никто.
Луна - единственный естественный спутник Земли. Это второй по яркости объект на земном небосводе после Солнца и пятый по величине естественный спутник . 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.
Из этих обломков собралась прото-Луна и стала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля, в результате удара, получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения. Хотя у этой теории тоже есть недостатки, в настоящее время она считается основной.
По оценкам, основанным на содержании стабильного радиогенного изотопа вольфрама-182 (возникающего при распаде относительно короткоживущего гафния-182) в образцах лунного грунта, в 2005 году учёные-минералоги из Германии и Великобритании определили возраст лунных пород в 4 млрд 527 млн лет (±10 млн лет). Это самое точное на сегодняшний день значение.
