Из чего состоит Луна — объяснение для детей
Астрономия для детей > Ответы на частые вопросы > Из чего состоит Луна
Состав Луны – спутник Земли: описание для детей с фото, строение Луны, из чего состоит ядро, мантия и кора, как выглядит поверхность, моря, толщина слоев.
Начать объяснение для детей родители или учителя в школе о строении могут с того, что Луну проще всего найти на небе. Долгое время люди интересовались темными и светлыми пятнами на поверхности. Давайте внимательнее изучим из чего состоит Луна, какие есть слои и особенности поверхности спутника.
Лунная поверхность — объяснение для детей
Дети наверняка помнят сказки, в которых рассказывалось, что Луна сделана из сыра. Чтобы объяснение для детей было понятным, следует заметить, что более вероятный материал – камень. Поверхность укрыта мертвыми вулканами, ударными кратерами, лавовыми потоками, а также космическими аппаратами.
Кратеры на северном полюсе Луны. Снимок сделан 31 октября 2007 года японским аппаратом Кагуя.
Древние ученые полагали, что темные участки – моря. В целом, их можно так назвать, только в этих образованиях нет воды. Важно объяснить детям, что перед ними лавовые бассейны. В самом начале лунной истории поверхность находилась в расплавленном состоянии, порождая вулканы. Однако они быстро остывали, а лава твердела. С астероидными атаками она раскалывалась, что повреждало поверхность.
По отметинам можно судить, что астероиды были частыми гостями путника. Но дети должны понимать, что на заре формирования нашей системы все планеты сталкивались и двигались хаотично. На Земле это не так заметно благодаря движению тектонических плит, а также атмосфере, которая сжигала большую часть пространственных нарушителей. Но на Луне подобной защиты нет, поэтому ее поверхность четко отображает всю историю.
Период атак завершился 3.8 миллиардов лет назад, но все кратеры остались. Большие и маленькие астероиды таяли на поверхности, но делали это медленно, что и перекрыло лавовые потоки.
Для самых маленьких следует рассказать, что тонкая кора состоит из реголита, напоминающего бетон. Когда посторонние объекты врезаются в поверхность, то разрывают ее на мелкие осколки, оставляя отпечаток (след Нила Армстронга).
Кора в ширину тянется на 60-100 км. Реголит может быть мелким (3 м) в морях или же глубоким (20 м) в горных участках.
Под поверхностью Луны — объяснение для детей
Теперь следует внимательнее изучить состав Луны. Как и Земля, спутник располагает корой, мантией и ядром. Последнее состоит из железа и окружено более мягкой и жидкой внешней оболочкой (500 км). Но внутреннее ядро занимает только 20% всей Луны (50% у других скалистых тел).
Внутреннее строение Луны
Большая часть внутреннего слоя представлена литосферой (1000 км). Так как слой начал таять еще в самом начале лунного формирования, то на поверхность прорывалась магма, создавая равнины. Постепенно она охладилась и полностью приостановила вулканическую активность.
По плотности спутник занимает вторую позицию после Ио (луна Юпитера). Наличие слоистости, скорее всего, вызвано кристаллизацией магматического океана после формирования.
v-kosmose.com
Строение и состав Луны
Плотность лунных пород составляет в среднем 3,343 г/см3, что заметно уступает средней плотности для Земли (5,518 г/см3). Это различие связано главным образом с тем, что уплотнение вещества с глубиной проявляется на Земле значительно заметнее, чем на Луне. Имеются и различия в минералогическом составе лунных и земных пород: содержание оксидов железа в лунных базальтах на 25%, а титана — на 13% выше, чем в земных. «Морские» базальты на Луне отличаются повышенным содержанием оксидов алюминия и кальция и относительно более высокой плотностью, что связывают с их глубинным происхождением.
Для исследования строения Луны использовались сейсмические методы. В настоящее время картина этого строения разработана довольно детально. Принято считать, что недра Луны можно разделить на пять слоев.
Поверхностный слой — лунная кора (ее толщина меняется от 60 км на видимой с Земли половине Луны до 100 км — на невидимой) — имеет состав, близкий к составу «материков». Под корой располагается верхняя мантия — слой толщиной около 250 км. Еще глубже — средняя мантия толщиной порядка 500 км; полагают, что именно в этом слое в результате частичного выплавления формировались «морские» базальты. На глубинах порядка 600-800 км располагаются глубокофокусные лунные сейсмические очаги. Нужно, однако, отметить, что естественная сейсмическая активность на Луне невелика.
На глубине около 800 км кончается литосфера (твердая оболочка) и начинается лунная астеносфера — расплавленный слой, в котором, как и в любой жидкости, могут распространяться только продольные сейсмические волны. Температура верхней части астеносферы порядка 1200 К.
На глубине 1380-1570 км происходит резкое изменение скорости продольных волн — здесь проходит граница (довольно размытая) пятой зоны — ядра Луны. Предположительно, это относительно небольшое ядро (на его долю приходится не более 1% массы Луны) состоит из расплавленного сульфида железа.
Поверхностный довольно рыхлый слой Луны состоит из пород, раздробленных постоянным потоком падающих на нее твердых тел — от микрометеоритов и пыли до крупных частиц — многотонных метеоритов и астероидов.
Над поверхностью Луны газовая атмосфера как таковая отсутствует, так как не может удерживаться Луной вследствие ее малой массы. В результате даже легчайшие атомы при средних тепловых скоростях способны преодолевать притяжение Луны. Поэтому плотность газа над Луной по крайней мере на 12 порядков меньше плотности приземной атмосферы (хотя и заметно выше плотности межзвездного газа).
Самый верхний слой представлен корой, толщина которой, определенная только в районах котловин, составляет 60 км. Весьма вероятно, что на обширных материковых площадях обратной стороны Луны кора приблизительно в 1,5 раза мощнее. Кора сложена изверженными кристаллическими горными породами — базальтами. Однако по своему минералогическому составу базальты материковых и морских районов имеют заметные отличия. В то время как наиболее древние материковые районы Луны преимущественно образованы светлой горной породой — анортозитами (почти целиком состоящими из среднего и основного плагиоклаза, с небольшими примесями пироксена, оливина, магнетита, титаномагнетита и др.), кристаллические породы лунных морей, подобно земным базальтам, сложены в основном плагиоклазами и моноклинными пироксенами (авгитами).
Под корой расположена мантия, в которой, подобно земной, можно выделить верхнюю, среднюю и нижнюю. Толщина верхней мантии около 250 км, а средней примерно 500 км, и ее граница с нижней мантией расположена на глубине около 1000 км. До этого уровня скорости поперечных волн почти постоянны, и это означает, что вещество недр находится в твердом состоянии, представляя собой мощную и относительно холодную литосферу, в которой долго не затухают сейсмические колебания. Состав верхней мантии предположительно оливинпироксеновый, а на большей глубине присутствуют шницель и встречающийся в ультраосновных щелочных породах минерал мелилит.
На границе с нижней мантией температуры приближаются к температурам плавления, отсюда начинается сильное поглощение сейсмических волн. Эта область представляет собой лунную астеносферу. В самом центре, по-видимому, находится небольшое жидкое ядро радиусом менее 350 километров, через которое не проходят поперечные волны. Ядро может быть железо-сульфидным либо железным; в последнем случае оно должно быть меньше, что лучше согласуется с оценками распределения плотности по глубине. Его масса, вероятно, не превышает 2% от массы всей Луны. Температура в ядре зависит от его состава и, видимо, заключена в пределах 1300 — 1900 К.
www.o8ode.ru
ЛУНА • Большая российская энциклопедия
ЛУНА́, единственный естественный спутник Земли. Соотношение размеров и масс Л. и Земли позволяет рассматривать совокупность этих небесных тел скорее как двойную планету, чем как родительскую планету и спутник. Масса Л. (7,35·1022 кг) относится к массе Земли как 1 к 81,3. Аналогичное отношение масс, напр., Фобоса и Марса составляет 1/50000000, Ганимеда (крупнейшего в Солнечной системе спутника) и Юпитера – 1/12200. Л., изначально лишённая атмосферы и гидросферы, сохранила на своей поверхности следы процессов, происходивших в Солнечной системе миллионы и миллиарды лет назад. Поэтому изучение поверхности Л. позволяет делать выводы об эволюции Солнечной системы.
Общая характеристика Луны
Фотография видимой стороны Луны в фазе полнолуния, полученная с помощью наземного телескопа.
Фотография западного полушария Луны, полученная КА «Аполлон-16».
Л. движется вокруг Земли по эллиптич. орбите (ср. эксцентриситет 0,0549) со ср. скоростью 1,023 км/с. Расстояние от Л. до Земли меняется от 356400 км до 406800 км, ср. значение равно 384401± D1 км. Скорость видимого перемещения Л. среди звёзд составляет 13°10´ 35´´ в сут. Период вращения Л. вокруг своей оси относительно звёзд (сидерич. месяц) в точности совпадает с периодом движения Л. по орбите вокруг Земли. Вследствие этого Л. постоянно обращена к Земле одним и тем же полушарием, что позволяет говорить о видимой и обратной сторонах Л. Равномерное вращение Л. вокруг оси в сочетании с неравномерным движением по орбите (ускорение может достигать 0,272 см/с
Происхождение и эволюция Луны
Существует ряд гипотез о происхождении Л. Наиболее распространённой на нач. 21 в. является модель гигантского удара. Согласно этой модели, тело размером примерно с Марс, двигаясь по касательной траектории, столкнулось с Землёй на ранней стадии её развития (но уже после этапа гравитац. дифференциации вещества). В результате удара часть вещества земной коры и верхней мантии была выброшена в виде массивного осколочного облака на околоземную орбиту. В процессе последующей аккреции из этого облака сформировался спутник Земли. Предложена также др. модель, согласно которой Л., подобно Земле и др. планетам, образовалась из протопланетного облака. Общепринятой теории происхождения Л. на нач. 21 в. не существует.
В первые миллионы лет Л., по-видимому, прошла стадию дифференциации вещества, в результате чего сформировались ядро, мантия (возможно, верхняя и нижняя) и кора Л. Согласно данным нач. 21 в., Л. имеет металлич. ядро радиусом от 220 до 450 км. Масса ядра составляет не более 2–4% от общей массы Л., что укладывается в рамки ударной гипотезы происхождения Л. и служит её косвенным подтверждением. В соответствии с этой моделью на завершающей стадии гравитац. дифференциации вещества лунный шар обладал отвердевшей силикатной корой анортозитового состава (породообразующие минералы – алюмосиликаты), базальтовой расплавленной мантией и, вероятно, жидким металлич. ядром. Кора Л. имела небольшую толщину (60–100 км) и сравнительно легко взламывалась под внешними ударами крупных падающих тел. Впоследствии этот процесс дополнялся взламыванием коры под действием внутр. давления расплавленной базальтовой лавы верхней мантии, а также вследствие остывания лунных недр, идущего с поверхности. В образцах горных пород Л., доставленных на Землю КА «Аполлон» (США, 1969–72), был выделен особый кластер ударных брекчий возрастом 3,7–3,9 млрд. лет. Это позволяет предположить, что в тот период поверхность Л. подвергалась интенсивной бомбардировке объектами разной природы, что подтверждается также др. исследованиями. Именно в то время на поверхности Л. появились гигантские круговые впадины ударного происхождения. На последующей стадии эволюции Л. эти впадины поэтапно заполнялись лавовыми потоками из верхней мантии, образуя т. н. лунные моря. В ту же эпоху под действием приливного гравитац. влияния со стороны Земли происходило замедление осевого вращения Л., что привело в конечном счёте к уравниванию её осевого и орбитального периодов вращения.
Строение поверхности Луны
Лунный кратер Лемонье (в центре снимка). Снимок сделан с борта КА «Аполлон-17» во время полёта командного модуля по окололунной орбите.
Л. покрыта единым материковым щитом лунной коры, мощность которого в совр. эпоху на видимой стороне Л. составляет в ср. 60 км, на обратной стороне – до 100 км. Общая площадь лунных морей – 16,9% поверхности Л. (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/м 3. Поверхность лунных морей сложена тёмными базальтовыми породами (ср. отражательная способность 7,30%) и имеет в осн. равнинный рельеф. Плотность поверхностных базальтовых пород близка к ср. плотности Л. Ср. возраст базальтовых пород, образующих поверхность старых морей (Имбрийская система), достигает 3,7 млрд. лет. Ср. 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 ок. 2,5 млрд. лет назад, когда образовались наиболее молодые моря. В последующий период лунной эволюции поверхность спутника формировали только удары падающих тел разл. размеров. Постоянная бомбардировка лунной поверхности частицами, падающими со сверхзвуковыми скоростями (до 25 км/с), приводит к формированию чехла из раздробленных пород, покрывающего всю поверхность Л. Этот рыхлый слой обломочного материала носит назв. реголита и достигает в отд. местах толщины 10 м и более.
Физические поля Луны
Ускорение силы тяжести у поверхности Л. в 6 раз меньше земного и составляет 1,623 м/с2. Осн. методом изучения гравитац. поля Л. является исследование возмущений орбит её искусств. спутников. Эти исследования позволили установить общую асимметрию распределения масс в теле Л., а также выделить местные концентрации масс (т. н. масконы), расположенные в пределах верхней мантии в области круговых морей видимого полушария Луны.
Темп-ра поверхности Л. в подсолнечной точке составляет ок. 130 °C, на ночной стороне опускается до –160…–170 °C. Низкая отражательная способность лунного поверхностного слоя приводит к тому, что ок. 90% падающей на Л. солнечной радиации переходит в теплоту. Поэтому Л. имеет собств. тепловое излучение в ИК-области спектра и частично в радиодиапазоне. Максимум собств. излучения Л. лежит в области длин волн 7 мкм. Максимум отражённого излучения Л. приходится на длину волны 0,6 мкм (максимум распределения энергии в солнечном спектре находится ок. длины волны 0,47 мкм). Измерения теплового излучения неосвещённой части лунного диска, проводимые в процессе смены фаз или во время лунных затмений, позволяют оценить тепловую инерцию покровного вещества, которая у лунного грунта оказывается на два порядка меньше, чем у земных горных пород. Столь низкое значение тепловой инерции свойственно только сильно измельчённым породам, помещённым в условия высокого вакуума. Измерения яркостной темп-ры радиоизлучения позволяют определить тепловой режим слоёв, расположенных под поверхностью Л. на глубине нескольких длин волн излучения. В частности, установлено, что на глубине ок. 1 м темп-ра реголита не претерпевает существенных изменений в течение лунных суток. Этот вывод был подтверждён при бурении грунта экипажами КА «Аполлон».
Многочисл. магнитометрич. исследования (орбитальная магнитная съёмка и измерения непосредственно на поверхности Л.) установили отсутствие у Л. собств. магнитного поля. В то же время в некоторых районах лунной поверхности зафиксированы местные магнитные аномалии. В районах лунных морей видимого полушария величина магнитной индукции у поверхности колеблется от 0,1 до нескольких нТл. Наиболее значит. магнитные аномалии обнаружены на обратной стороне Л., где магнитная индукция в некоторых местах достигает св. 300 нТл. Исследования остаточной намагниченности образцов лунных пород, доставленных на Землю, позволяют предположить, что заметное магнитное поле могло существовать у Л. 3,6–3,8 млрд. лет назад. Природа возникновения лунного палеомагнетизма и наблюдаемых в совр. эпоху магнитных аномалий пока не установлена.
Взаимодействие Луны с окружающей средой
Космич. лучи по-разному воздействуют на поверхности Л. и Земли, т. к. Л. практически лишена атмосферы и магнитного поля. Ионы солнечного ветра из-за своей малой энергии способны проникать лишь в очень тонкий (не более 1 мкм) верхний слой лунного вещества. Но за время существования Л. (более 4 млрд. лет) общее число достигших её частиц может быть, по некоторым оценкам, эквивалентно поверхностному слою лунного вещества толщиной до 10 м. Плотность потока солнечного ветра у Л. обычно принимается равной (1–8)·108 частиц·см –2 ·с –1. Значит. часть этих частиц в конце концов покидает лунную поверхность. Тем не менее считается, что именно солнечный ветер служит источником таких редких для Л. химич. элементов, как H, He, C, N и др. Содержание водорода в поверхностном слое реголита составляет 50–100 мкг/г, содержание изотопа 3Не в ср. не превышает 4–8 нг/г. Электроны с энергией 0,5–1,0 МэВ, покидающие Солнце при солнечной вспышке, достигают окрестностей Л. за время от 10 мин до 10 ч, протоны с энергией 20–80 МэВ – за время от нескольких часов до 10 ч. Б. ч. солнечных космич. лучей не проникает в лунное вещество глубже, чем на неск. сантиметров. Мн. образцы лунных пород, доставленные на Землю, сохранили следы частиц солнечных космич. лучей, по которым можно судить об интенсивности солнечного ветра в прошлом (за период ок. 107 лет), а также определять экспозиционный возраст самих лунных пород. Тяжёлые ядра галактич. космич. лучей обычно не проникают в лунные породы на глубину более 10 см. Несмотря на то что эти частицы вызывают ядерные реакции в лунном веществе и индуцируют явления каскадного типа, наличия слоя вещества в неск. граммов на квадратный сантиметр достаточно для полного затухания этих процессов. Напротив, лёгкие ядра в составе галактич. космич. лучей (протоны и альфа-частицы) могут глубоко проникать в лунный грунт и инициировать каскады вторичных частиц, распространяющиеся на неск. метров вокруг. Число вторичных частиц, как правило, в неск. раз превышает первичный поток. Напр., поток первичных частиц галактич. космич. лучей плотностью 2 частицы·см –2 ·с –1 может индуцировать вторичный поток нейтронов плотностью ок. 13 частиц·см –2 ·с –1.
Одним из процессов, сопровождающих бомбардировку лунного покровного вещества частицами галактич. космич. лучей, является «выбивание» гамма-частиц и нейтронов, которые создают поток излучения от Луны. Энергетич. спектр этого потока указывает на химич. состав исходного вещества. Т. о. дистанционно (с помощью орбитальных КА) было определено содержание в лунных породах таких элементов, как Th, Ti, Fe, Mg, K и др.
При практически полном отсутствии у Л. газовой оболочки даже самые малые метеороидные частицы достигают лунной поверхности, вызывая интенсивную эрозию поверхностных слоёв. Расчётные значения скоростей падения на лунную поверхность таких частиц составляют 13–18 км/с. Общий поток падающих на Л. твёрдых тел оценивался величиной 4·10 –19 кг·см –2 ·с –1 при учёте объектов с массой от 10–19 кг до 1015 кг. Однако результаты пассивного сейсмич. эксперимента, проведённого на лунной поверхности по программе «Аполлон», дали др. оценку потока метеоритного вещества, реально выпадающего на Л. Зарегистрированный поток оказался в 10–1000 раз меньше прогнозируемого по наземным наблюдениям. Такое расхождение объясняют предполагаемым присутствием в приповерхностном окололунном пространстве рассеянного мелкодисперсного вещества – своеобразной «аэрозольной составляющей» лунной экзосферы. Отд. наблюдения избыточных свечений лунного неба подтверждают подобные предположения. По данным измерений, проведённых непосредственно на лунной поверхности, плотность потока микрочастиц с массой более 10–16 кг и скоростью падения ок. 25 км/с составляет 2·10 –8 см–2·с–1. В этом эксперименте был зарегистрирован эффект повышенной концентрации микрочастиц вблизи моментов местного восхода и захода Солнца при восьми полных циклах смены фаз (т. н. лунациях). Количество микрочастиц, зарегистрированных за единицу времени, возрастало почти в 100 раз за время от нескольких часов до 40 ч перед восходом Солнца и в течение 30 ч после восхода. Было установлено, что преимущественное перемещение частиц происходит в направлении от Солнца. Предполагаемый механизм такого горизонтального переноса частиц по лунной поверхности заключается во взаимодействии электростатич. зарядов пылинок с электростатич. полями, возникающими на лунной поверхности под воздействием солнечного излучения.
Исследование Луны космическими аппаратами
Самоходный управляемый аппарат на поверхности Луны (экспедиция «Аполлон-15»).
Земля над лунным горизонтом. Снимок сделан во время облёта Луны КА «Зонд-7».
Совр. науч. данные о природе Л. получены в осн. с помощью КА. Начало этим исследованиям положено в 1959 межпланетными автоматич. станциями серии «Луна» (СССР). В том же году получены и переданы на Землю первые в мире изображения обратной стороны Л. (КА «Луна-3»). Первая в мире мягкая посадка на лунную поверхность осуществлена в 1966 КА «Луна-9». Первая пилотируемая экспедиция на Л. проведена в 1969 экспедицией «Аполлон-11» (США). Исследования Л. с помощью космич. техники проводились как дистанционно (с пролётной траектории или окололунной орбиты), так и контактно (с посадкой на лунную поверхность). До нач. 21 в. на лунной поверхности успешно работали автоматич. аппараты серии «Луна» и серии «Сервейор» (США). Из них 3 КА («Луна-16», «Луна-20», «Луна-24»; 1970, 1972, 1976) имели в своём составе возвращаемые модули для доставки на Землю образцов лунного грунта. КА «Луна-17» и «Луна-21» (1970 и 1973) доставили на лунную поверхность самоходные автоматич. аппараты «Луноход-1» и «Луноход-2». По программе «Аполлон» в 1969–1972 Л. посетили 6 экспедиций, в каждой из которых 2 астронавта высаживались на поверхность Л. Картографич. съёмку Л. с траектории падения на лунную поверхность проводили 3 КА серии «Рейнджер» (США, 1964–65), с облётных траекторий – 5 КА серии «Зонд» (СССР, 1965–70), с окололунной орбиты – 5 КА серии «Лунар орбитер» (США, 1966–67), 4 КА серии «Луна» (СССР, 1966–74). На рубеже 20–21 вв. дистанц. зондирование Л. с окололунной орбиты проводилось КА «Клементина» (США, 1994) и «Лунар проспектор» (США, 1998–99), а также КА «SMART-1» (Small Mission for Advanced Research in Technology; Европ. космич. агентство, 2003–06). К нач. 21 в. в проведение лунных исследований с помощью искусств. лунных спутников включились Япония, Китай и Индия.
bigenc.ru
Описание Луны: строение, характеристики, кратеры, фазы, поверхность | Солнечная система
Луна – небесное тело, расположенное ближе всех к Земле, которое является его естественным спутником и ярчайшим, после Солнца объектом. Кроме того, это еще и единственный объект солнечной системы, на который ступала нога человека.
Луна привлекала к себе внимание во все времена. Люди веками смотрели на нее, любуясь лунными кратерами, пытаясь изучить ее происхождение и законы. Луна вращается в том же направлении, что и большинство небесных тел. Вокруг Земли она двигается со скоростью около 1 км/с. Так как, там отсутствует атмосфера, на Луне нет ни воды, ни воздуха, ни погоды. А температура имеет довольно большой разброс: от –120 °С до +110 °С. Сила притяжении меньше Земной в 6 раз (1,62 м/с2). Еще в 1610 году, Галилео Галилей в телескопическое оборудование, наблюдал за лунной поверхностью и обнаруживал различные впадины и кратеры.
Поверхность Луны
Протяженные темноватые пятна или как их называют «Лунные моря», занимают около 40 % видимого лунного рельефа. В былые времена, атаки метеоритов и астероидов на лунную поверхность, были обычным делом. Возможно даже, что Луна принимала на себя все удары небесных тел, которые предназначались нашей Земле! Но она, как своеобразный щит, отражала все нападения. Возможно именно Луне, нам следует сказать спасибо за то, что жизнь на нашей планете, не исчезла, от падения какого-нибудь, метеорита или астероида. Сейчас, частота столкновений небесных тел с Луной практически равна нулю, но кратеры, которые мы можем наблюдать на поверхности Луны навсегда остались, как своеобразное напоминание о заслугах нашего верного спутника.
Строение Луны
Масса спутника Земли в 81 раз меньше нашей планеты. Для исследования лунного строения, использовались различные методы, в том числе и сейсмические. Верхний слой лунной поверхности, представлен корой, толщина которой достигает 60 км. Кора состоит из горной породы базальт. В морских и материковых районах, его состав имеет существенные отличия. Мантия – расположенная под лунной корой, делится на верхнюю – 250 км, среднюю – 500 км и нижнюю – 1000 км. До этого уровня вещество недр находится в твердом состоянии, и представляет собой холодную и мощную литосферу, с незатухающими сейсмическими колебаниями. Приближаясь к концу границы нижней мантии, температура возрастает, приближаясь к температуре плавления, поэтому сейсмические волны быстро поглощаются. Эта часть спутника представляет собой лунную астеносферу, в центре которой находиться жидкое ядро, состоящее из сульфида железа, радиусом 350 км. Температура в нем, колеблется от 1300К до 1900К, при массе не более 2% от массы всей Луны.
Фазы Луны
Известно, что Луна повернута к Земле, только одной стороной, поэтому все давно мечтают узнать: какие же тайны скрывает обратная сторона Луны. Сама по себе, Луна не светится. Просто солнечные лучи, отражаясь от Земли, освещают разные ее части. В связи с этим объясняются и фазы Луны. Она повернута к нам темной стороной и двигается по орбите между Солнцем и Землей. Каждый месяц наступает новолуние. На следующий день на западном небе появляется яркий серп «обновленной» Луны. На остальную часть Луны, свет, отраженный от Земли практически не попадает. Через неделю, можно наблюдать половину диска Луны. Через 22 дня, наблюдается и последняя четверть. А на 30 сутки опять наступает новолуние.
Характеристики Луны
• 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/с2
kosmos-gid.ru
Как образовалась и из чего состоит Луна?
ЧТО ЛУНА МОЖЕТ РАССКАЗАТЬ НАМ О ПРОШЛОМ?
Например — о титаническом катаклизме, который затронул всю Солнечную систему. Если результаты исследования образцов лунной породы верны, Земля и Луна около 4 млрд лет назад подверглись тяжелой бомбардировке астероидами и кометами. Планеты и их спутники образовались 4,5 млрд лет назад, когда миллиарды элементарных кирпичиков, называемых планетезималями, обращались вокруг юного Солнца. Столкновения между ними были частыми. Энергия, которая высвобождалась при этом, расплавляла породы и приводила к их слиянию. Через полмиллиарда лет рой планетезималей превратился в семью планет и их спутников. На последних стадиях этого процесса, когда большие тела уже сформировались, оставшиеся планетезимали продолжали сталкиваться с ними, оставляя кратеры.
Во время таких катастроф высокие температуры и давление приводили к возникновению озер расплавленной магмы, которые затем заново застывали. Геологи называют возникающие при этом минералы породами импактного происхождения. Те породы, что содержатся в образцах, доставленных на Землю -Аполлонами», могут рассказать многое об истории нашей соседки. Возраст их всех около 4 млрд лет. Это означает, что вместо постепенного снижения количества падений в течение сотен миллионов лет на поздней стадии формирования планет Солнечной системы был период особенно тяжелой бомбардировки. И тогда Земля также должна была подвергнуться атаке. В результате не могло не появиться десятков тысяч кратеров, включая те чей диаметр больше 5 тыс. км. Но эти кратеры были стерты на Земле эрозией.
Другое дело Луна, лишенная атмосферы и вулканов. Возможно, все изученные образцы импактных пород происходят из единственного источника — Моря Дождей, которое считается самым молодым и крупным из ударных кратеров. Удар, необходимый для образования Моря Дождей, должен был засыпать значительным количеством обломков окрестные регионы, в том числе Море Нектара и Море Ясности, где астронавты также собирали образцы. Чтобы решить эту проблему, потребуется больше разнородных образцов из других областей Луны.
КАК ОБРАЗОВАЛАСЬ ЛУНА?
Около десяти лет назад астрономы были уверены, что знают ответ на этот вопрос. Луна, говорили они, это яблоко, упавшее недалеко от яблони. В процессе формирования Земли с ней столкнулось другое молодое тело размером с Марс. Из-за удара по касательной на околоземную орбиту был выброшен шлейф расплавленных обломков, которые собрались вместе, уплотнились и превратились в Луну. Селенологи были так уверены в этой версии, что даже назвали столкнувшееся с Землей тело Тейей — по имени греческого божества, породившего Селену, богиню Луны. Это прекрасная история, но чем больше данных мы получаем, тем больше возникает вопросов. В соответствии с гипотезой импактного происхождения Луны, большая ее часть должна состоять из вещества Тейи. Поскольку Тейя образовалась в удаленной от Земли части Солнечной системы, состав ее вещества должен быть слегка иным. Но самые детальные исследования образцов лунного грунта, доставленных на Землю экспедициями «Аполлонов» и советскими АМС, не показывают существенных различий между ними и земными породами. Похоже, что Земля просто выбросила огромный кусок себя на орбиту.
По спорной гипотезе, предложенной Вимом ван Вестрененом (Wim van Westrenen) из Амстердамского свободного университета (Нидерланды) и Робом де Мейером (Rob de Meijer) из университета Западного Мыса (ЮАР), ранняя расплавленная Земля взорвалась из-за накопления радиоактивных элементов, которые содержались в заполненных магмой недрах планеты.
Большинство астрономов тем не менее поддерживает модифицированный вариант теории «гигантского столкновения». Эту модель можно привести в соответствие с данными, если предположить, что Тейя была значительно меньше и при ударе вошла глубоко в Землю — мощный толчок и выбросил вещество будущей Луны на орбиту. В целом сейчас нет однозначного ответа на вопрос, как образовалась Луна.
МОЖЕТ ЛИ ЛУНА РЕШИТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗЕМЛИ?
Луна может быть хранилищем редкой формы гелия, которая, как полагают некоторые ученые, способна обеспечить весь мир энергией на долгие годы. Инженеры и физики работают над тем, чтобы сделать мечту об управляемой термоядерной реакции реальностью. Такие реакторы могут создавать условия, сходные с условиями в центре Солнца, что позволит атомам изотопов водорода или гелия вступать в реакцию слияния и высвобождать энергию. Это и есть тот самый процесс, благодаря которому светит Солнце. И если такие реакторы для воспроизведения этого процесса могут быть построены, то они будут генерировать огромное количество энергии с минимумом отходов.
Физики всё еще спорят о том, что может быть наилучшим топливом для этих термоядерных реакторов. Большинство рассчитывает на изотопы водорода (дейтерий и тритий), но некоторые верят, что гелий-3, который встречается в 10 тыс. раз реже, чем более распространенный изотоп гелия (гелий-4), может быть наилучшим вариантом. Он возникает естественным путем на Солнце и выбрасывается в пространство вместе с солнечным ветром — потоком частиц, омывающим окружающий нас космос.
У Земли этот солнечный ветер отражается магнитным полем нашей планеты, поэтому драгоценный гелий-3 не достигает атмосферы. Однако Луна не имеет такой защиты, поэтому гелий-3 долетает до лунной поверхности и может накапливаться в лунных породах. Поверхность Луны остается девственной в течение последних почти 4 млрд лет. Всё это время на ней копился гелий-3 который может содержаться в лунном реголите в количествах, достаточных для его эффективной добычи. Астронавт-геолог Харрисон Шмитт (Harrison Schmitt), летавший на Луну на «Аполлоне-17», в эссе, опубликованном в журнале Popular Mechanics в 2004 году, писал, что гелий-3 — наиболее весомая причина для возвращения на Луну.
Он был обнаружен в «значительных количествах» в лунном грунте, который Шмитт и другие астронавты доставили на Землю. Россия и Китай выражают интерес к добыче гелия-3 на Луне, однако среди физиков-ядерщиков существуют разногласия в том, будет ли реактор на гелии-3 экономически целесообразен. В его пользу говорит более низкий поток нейтронов (вместо них рождаются легко улавливаемые протоны), большая безопасность при перевозке материалов и при разгерметизации активной зоны. Однако для получения энергии в процессе слияния ядра гелия-3 с ядром дейтерия необходимо достичь температур приблизительно в миллиард градусов, что значительно выше, чем в привычных токамаках. Стоимость же добычи на Луне и доставки на Землю поднимает цену гелия-3 до запретительно высокой.
Однако даже если гелий-3 не станет решением энергетических проблем на Земле, он может в будущем дать энергию, необходимую для постоянных обитаемых станций на Луне.
Оставить эмоциюНравится Тронуло Ха-Ха Ого Печаль Злюсь
4150mir-znaniy.com
Луна — спутник земли
Луна – одно из самых прекрасных созданий космоса в Солнечной системе наряду с Землей и Солнцем. Это один единственный спутник Земли во многом очень похожий на Землю до такой степени, что многие ученые предлагают рассматривать систему Луны и Земли как двойную планету. Размеры нашего спутника не намного меньше размеров Меркурия и поэтому спутник можно рассматривать и как планету Земного типа. Древние греки называли Луну Селеной в честь прекрасной греческой богини о которой слагались красивые мифы. Луна единственное космическое тело, о котором астрономы с древних времен знали, что она движется вокруг земли. Особенно эту теорию развил знаменитый александрийский ученый Клавдий Птоломей в сочинении «Альмагест», а впоследствии после открытия закона о всемирном тяготении Ньютоном управляющего движение всех небесных тел, теория движения спутник вокруг Земли значительно уточнилась и усовершенствовалась. На сегодняшний день основой расчетов движения Луны считается метод Брауна. Современная наука при помощи лазерной локации рассчитывает расстояния до Луны с точностью до сантиметра. Теория образования нашего спутника учеными высказывается в основном в двух версиях: первая из протопланетного облака сразу после образования нашей планеты. Вторая версия это образование из отколотого куска нашей планеты в результате космического столкновения Земли и другого космического тела размером примерно как Марс. Отколотая часть Земли и некоторые ее осколки стали вращаться вокруг земли по орбите и постепенно сформировали спутник Земли. Ученые считают что вероятность образования в результате столкновения составляет 5-10 процентов у одной из 400 звезд, так что случай этот довольно редкий .Так или иначе возраст Луны чуть меньше Земли и после своего образования она прошла несколько этапов своего развития.
Многие ученые считают, что Луна образовалась сравнительно быстро при высокой первоначальной температуре. Ученые института физики Земли Российской академии наук а также и другие определяют ее возраст Луны примерно в 4,5 млрд.лет, то есть почти сразу после образования нашей планеты Земля из космического газа и частичек протопланетного облака. Если Луна образовалась из остатков протопланетного облака после образования Земли, то этим можно объяснить недостаток железа и легкоплавких элементов по отношению с нашей планетой. Итак, сразу после образования спутник наверняка представлял собой расплавленную огненную лаву каменных пород при активной бомбардировке метеоритов и смешению всего в огромной бурлящей огненной массе. Материнское вещество Луны долго переплавлялось, смешивалось, дегазировалось и закалялось. При этом происходило одновременно и раздел на фракции. Постепенно возможно происходило и расслоение тела на планетные оболочки: кору, мантию и ядро. Считается, что магматическая активность Луны длилась примерно 1,5млрд.лет при постепенном остыванием с наружи, затвердеванием поверхностного слоя и наращиванием мощности литосферы и образовании ядра. (ядро Луны для многих ученых под вопросом). Во время того как внешняя кора Луны остывала, а метеоритные бомбардировки продолжались, на поверхности стал постепенно образовываться кратерный рельеф который мы можем наблюдать и сегодня. От ударов метеоритов о лунную поверхность образовывались кратеры и часто появлялись огромные трещины, появился поверхностный слой на коре называемый реголитом. Постепенно Падение метеоритов и других космических тел на поверхность Луны стало уменьшаться, но примерно 4 -3 млрд.лет назад в образовании коры произошли еще какие-то изменения наподобие вулканов, возможно это было завершение подъема и кристаллизации оболочки. Во время этого, в результате радиоактивного распада, сопровождавшегося большой температурой, были залиты огромные Лунные впадины и бассейны извергающимися из под коры лавами темных базальтов и образовались огромные так называемые моря, залитые этими базальтовыми лавами. Такие катаклизмы скорее всего происходили в слабых участках коры где от метеоритных бомбардировок появлялись большие и глубокие трещины и разломы
Период образование базальтовых морей длился примерно от 4 до 3 млрд. лет назад и происходил в основном на обращенной к нам стороне Луны. Как объясняют ученые данное явление происходило из-за того, что земля своим притяжением направляла метеориты на обращенную к ней сторону Луны. На обратной стороне лунных морей практически нет и кора значительно мощнее. Около 3 млрд.лет назад этап формирования лунной поверхности в основном завершился и с тех пор Луна практически не меняется, если не считать изменения из-за притяжения Земли и солнечного ветра. По всей вероятности ее внутренние энергетические ресурсы исчерпаны, этап формирования завершен и она потихонечку остывает.
Реголиты, кора, мантия и ядро Луны.
Лунная поверхность на сегодняшний день практически не подвергается каким либо изменениям. Она не размывается так как нет воды и не разрушается от ветра так как его просто нет. Уже почти два миллиарда лет как закончилась эпоха метеоритов. Луна как и большинство планет Солнечной системы состоит из трех основных хорошо отличающихся друг от друга слоев: коры, мантии и ядра.
Но вначале хотелось бы отметить самый верхний пылевой слой грунта на поверхности — это реголиты. Термин реголиты характерен только для Луны и некоторых планет и спутников, на которых нет атмосферы. В переводе с древнегреческого, обозначает каменное покрывало. Реголиты это рыхлая пыль из мелких обломочных осколков от ударов метеоритов о материковую лунную поверхность при условии вакуума и сильного космического излучения. Он состоит в основном из изверженных пород, минералов, из метеоритов и стекла и имеет ударно-взрывное происхождение пыли спаянной стеклом. Реголиты бывают от темно серого до черного цвета, с запахом гари. Большинство мелких частиц имеют размер примерно 0,03-1 мм и иногда включают частицы с зеркальным блеском. Ученые выделяют два типа реголитов: первые угловатые и более острые осколочные и вторые округленные и оплавленные, похожие на мелкие стекловидные песчаные капельки. У них высокая электризация и слипаемость, так как на их поверхности нет окисной пленки. 
Кора Луны как считают ученые, неоднородна и имеет среднюю толщину 60 км. По данным американских сейсмографов, кора по поверхности расположена неравномерно на стороне повернутой к Земле в пределах от нуля под морем Кризисов и морем Москвы и до 100 км на обратной стороне возле кратера Королева с севера. Считается, что средняя мощность коры на видимом нами полушарии равна 50 км, а на обратном полушарии 100 км. Открытие такой мощной лунной коры на обратной стороне стало настоящей сенсацией. Это говорит о том что в далеком прошлом на ней был океан магмы, где в его недрах в течении 100 млн.лет и происходило выплавление и образование толстого слоя коры. В основном вся выплавляющаяся базальтовая магма и шла на ее наращивание.. На долю Лунной коры приходится 1/30 часть размеров Луны и она примерно в 5 раз толще, чем кора Земли. Физические свойства коры в разных районах различны по плотности, по разному намагничены, с различной электропроводность и по данным сейсмографов имеют разные скорости сейсмических волн. В основном кора представлена двумя областями: темными базальтовыми морями и светлыми анортозитовыми материками. При анализе поверхностных пород было установлено что они очень похожи на земные, но имеют большее содержание тяжелых металлов таких как титан и хром. Очень интересны Лунные масконы, представляющие собой кору с повышенно большой плотностью и гравитационными аномалиями.
Мантия Луны. Мантия это слой в недрах между корой и ядром, которая образуется в результате того, что при плавлении вверх выбрасываются более легкие продукты плавления, которые формируют кору, а в глубину от первичного вещества отделятся металлическая часть и уходит в ядро.. На Луне различают верхнюю мантию (от 100 до 300 км), среднюю (до 500-600 км.)и нижнюю мантию или переходной слой на расстоянии до 800-1000 км.. Лунная мантия изучалась в основном при помощи сейсмографов. У нее по сравнению с мантией Земли более низкая температура и больше жесткость. Лунная мантия не расплавлена как на Земле наверняка поэтому на нашем спутнике и нет вулканов На глубине 900-1000 км. отмечен слой сниженных сейсмических скоростей, что свидетельствует о возможном частичном плавлении мантии. Верхняя мантия состоит из очень компактных плотных кристаллических пород ультраосновного состава. Но чем ближе к ядру тем большая часть мантии имеет более высокую температуру и возможно находится в расплавленном состоянии.
Ядро Луны. Хочется обратить особое внимание на ядро Луны так как некоторые ученые предполагали, что ядра у Луны может и вовсе не быть. На сегодняшний день установлено, что ядро Луны сравнительно небольшое и представляет собой внутреннее ядро 240 км, жидкое внешнее ядро состоящее из раскаленного, расплавленного железа 300-330 км и вокруг него есть пограничный слой ядра из частично расплавленного или сернистого железа радиусом примерно 450-500 км. Масса ядра Луны примерно составляет всего 1-2% от всей ее массы. Ядро луны находится на расстоянии приблизительно 1500 км от ее поверхности. Интересно, что центр массы ядра Луны смещен на 2 км от ее геометрического центра и направлен в сторону нашей планеты. Многие ученые из-за отсутствия однородного магнитного поля Луны считают, что в ядре Луны железа очень мало и в нем большое количество серы и частично никеля.
Фазы луны. Как мы знаем сама Луна своего света не излучает, а только отражает солнечный свет и в зависимости на сколько она его отражает и какой своей частью, такой мы и видим Луну на Земле. Вращаясь по своей орбите Луна меняет свою форму. В течении лунного месяца мы можем видеть ее то в виде совсем тоненького месяца, то в виде огромного круглого диска на небе. Чтобы ответить на вопрос, почему это так происходит, необходимо рассмотреть освещаемость Луны Солнцем в зависимости от ее места расположения на орбите и угла между Землей Луной и Солнцем. Как мы знаем, Луна всегда делает полный оборот вокруг Земли за 27 сут 7 час и 43 мин. Это ее сидеричесекий месяц, то есть звездный. Однако фазы луны зависят от синодического месяца («синодос» в переводе с греческого соединение), который зависит от положения Луны и Солнца. Синодический месяц на двое суток больше и длится 29 сут 12 час и 44 мин 2,8 сек. Через это время лунные фазы повторяются.
На этом рисунке наглядно показана видимая часть луны в зависимости от солнечного освещения.
Рассматривают обычно следующие фазы освещения:
— новолуние (на рис №1), когда видимая со стороны земли Луна не освещена;
-первая четверть (от№3 до 5) длится от освещения половины Луны до полнолуния;
-полнолуние (№5) видимая сторона Луны полностью вся освещена;
— последняя четверть (№7-8) освещение луны идет дальше на убыль, она становится видна как тоненький месяц и полностью исчезает.
Так как у Луны сферическая форма, то во время частичного освещения сбоку мы видим ее в форме серпа или полумесяца. Освещенная сторона Луны показывает. с какой стороны находится солнце ночью, когда оно за горизонтом.
Новолуние, черная луна, мертвая луна — это время когда луна вообще никак не видна на небе даже при помощи самого сильного телескопа. Это происходит потому, что она расположена в том же самом направлении как и Солнце и смотрит на землю своим совсем не освещенным полушарием. Но буквально через один или два дня, когда она двигаясь по орбите немного отклонится и видимая нам сторона начнет освещаться Солнцем, то на западе на фоне вечерней зари мы сможем недолго перед заходом увидеть тончайший серп месяца. Древние греки это явление называли «неомения», то есть новый месяц. До и после новолуния в ясную погоду иногда виден пепельный свет Луны, который представляет собой слабое свечение отраженного от Земли света. С увеличением месяца на небе пепельный свет исчезает. По мере дальнейшего продвижения по своей орбите влево от Солнца она увеличивается и через 7 суток 10 часов отклоняется на 90 градусов, мы видим половину освещенного правого диска и начинается первая четверть. По мере перемещения Луны дальше по орбите мы видим уже ее появление на восточном небе, а заходит она все позже к полуночи.
Двигаясь дальше по орбите через 14 сут 8 час, Луна оказывается на противоположной стороне Солнца с угловым расстоянием от него на 180 град.. Луна светит очень ярко и всю ночь. Это полнолуние. Но уже на следующий день Луна снова начинает приближаться по орбите к Солнцу справа и расстояние уменьшается со 180 до 90 градусов. Постепенно уменьшается освещаемая уже левая часть Лунного диска. После достижения положения в 90 град через 22 дня и 3 часа от новолуния, начинается последняя четверть лунного месяца. Ширина месяца продолжает каждый день таять и Луна потихоньку приближается к Солнцу уже с правой западной стороны. Наступает момент когда она догоняет Солнце и мы снова не видим ее освещенную сторону. Закончился лунный месяц.
Следует отметить что летом Луна не поднимается далеко над горизонтом, а Солнце на небе поднимается высоко. Зимой же наоборот – Луна поднимается выше и светит дольше, а Солнце светит по времени меньше и стоит ближе к горизонту.
От новолуния до полнолуния (на рис №1-5), когда освещаемая часть увеличивается – то говорят что Луна нарастающая, а когда после полнолуния освещаемая часть уменьшается (№5-8), то Луна убывающая или как еще говорят ущербная.
Лунные приливы на земле. Все космические тела в зависимости от их масс и расстояния между собой связаны силами притяжения. Благодаря силам гравитации Луна вращается вокруг Земли. Но не только Луна притягивается Землей, одновременно и Земля испытывает на себе гравитационное воздействие Луны и Солнца. Но так как расстояние до Солнца гораздо больше чем до Луны, то именно Луна оказывает большее значение на приливные силы Земли.. Она создает во внешней оболочке Земли приливную волну или как бы горб который движется по поверхности вслед за движением Луны. Особенно это хорошо видно на водной поверхности в океанах и морях во время приливов и отливов в полнолуние. В это время Луна, Земля и Солнце выстраиваются на одну прямую линию, их приливные волны складываются. Максимальный прилив можно наблюдать во время наибольшего сближения земли со спутником. Тогда уровень воды в океане поднимается на 30-40 см, но ударяясь о твердое дно поблизости у берега волна сильно увеличивается в высоте, так же как простые ветровые волны у прибоя.
Кроме повышения уровня воды приливное воздействие может незаметно оказывать влияние и на поверхностный слой коры особенно в его слабых местах. Также необходимо отметить, что приливное действие тормозит вращение Земли вокруг своей оси, в следствии чего земные сутки постепенно удлиняются за 100 лет на 0,0015 сек.
Когда в мае 2011 года луна во время полнолуния проходила точку перигея (это самая близкая точка лунной орбиты к земле), то она по своему размеру казалась что была увеличена на 14% больше чем обычно и светилась ярче на 30%. Это природное явление называют «супер-Луной» и ее приближение к Земле в точке перигея усиливает приливы, отливы и сейсмическую активность
. Приливные воздействия на Луне.
Масса Земли почти в 81 раз больше массы Луны. Это уже говорит о том, что сила притяжения Земли во много раз больше и вызывает приливы на своем спутнике почти в 20 раз сильнее, чем Луна вызывает у нас. Поэтому если раньше наш спутник вращался быстрее, то постепенно его движение тормозится. Так как на спутнике нет воды как на Земле, то сильным приливным воздействия подвергается кора и мантия и происходят лунотрясения. Они отличаются от землетрясений по своему характеру и продолжительности. По данным сейсмографов установленных американскими астронавтами лунотрясения гораздо более однородные, продолжительнее и полностью точно регулируются гравитацией Земли и Солнца.
astro-azbuka.ru
Геология (строение) Луны — Все о космосе
Геология (строение) Луны
Пепельный ландшафт простирается на сколько хватает глаз. Пустынная равнина окружена холмами со сглаженными очертаниями. Полузасыпанные глыбы беспорядочно нагромождены вокруг. Грунт мягкий, следы на нем остаются, как на мокром песке. Этот ландшафт, ограниченный аномально близким из-за малого радиуса планеты горизонтом, не дает никаких ориентиров для оценки расстояния. Полное отсутствие атмосферы создает иллюзию необычайной близости предметов.
Бархатно-черное небо сияет миллиардами немерцающих, ярких звезд. Солнце в дневное время соседствует с ними. Оно выглядит как четко очерченный слепящий бело-желтый круг без привычных лучиков. Тени от неровностей рельефа здесь очень глубоки и черны, поскольку нет рассеянного света.
И совсем непривычно и фантастично выглядит большой незаходящий голубой шар, хрупкий и прекрасный — живая планета, украшающая небосклон этого абсолютно мертвого мира.
Луна — тринадцатое по величине тело Солнечной системы — вращается вокруг Земли по слабо вытянутой эллиптической орбите, удаляясь от нее на максимальное расстояние в апогее на 405 тыс. км и приближаясь в перигее до 363 тыс. км. Средний диаметр Луны около 3486 км, что приблизительно в 3,6 раза меньше диаметра нашей планеты, а масса составляет 1/81 от ее массы. Луну отличает невысокая, по сравнению с планетами земной группы, плотность — 3,34 г/см3 (для сравнения, плотность Земли — 5,52г/см3). Период обращения Луны вокруг своей оси строго соответствует периоду обращения вокруг Земли (27 суток и 8 часов), и поэтому она повернута к нам всегда одной стороной. Только часть противоположной стороны (18%) бывает видна из-за либрации Луны. Ось ее вращения наклонена на 5,1° к плоскости орбиты. Сила тяжести на поверхности Луны в 6 раз слабее, чем на Земле. Температура здесь колеблется от -160° С в лунную полночь до + 120° С в лунный полдень. Такие резкие перепады приводят к быстрому разрушению лунных пород. Эти процессы объясняют очень пологие, сглаженные формы лунного рельефа.
Не только Земля оказывает гравитационное влияние на Луну, но и Луна заметно воздействует своим гравитационным полем на Землю. Деформации земной коры вместе с перемещениями масс воды во время приливов и отливов вызывают внутреннее трение, тормозящее вращение нашей планеты. Замедление вращения Земли доказано изучением линий роста палеозойских кораллов. Согласно этим данным, в начале палеозойской эры (540 млн. лет назад), земные сутки равнялись 22 часам, а это значит, что миллиарды лет назад, в самый ранний период истории Земли, они могли составлять всего 4 часа. Сейчас вращение Земли продолжает замедляться, и Луна удаляется от нее со скоростью 3 см в год. В палеозойскую эру, когда животные выбрались на сушу, они могли видеть Луну ближе, чем видим ее мы, и гораздо больших размеров. Расчеты показывают, что примерно через 5 млрд. лет вращение Земли затормозится настолько, что она будет совершать за год всего 9 оборотов вокруг своей оси; к тому моменту и удалившаяся Луна будет обходить Землю 9 раз за год. С этого времени и уже навсегда с Луны будет видна только одна половина земного шара. Однако ученые предполагают, что через 4,5 млрд. лет наше Солнце, скинув оболочку, превратится в белый карлик, и это катастрофически скажется на судьбе планетной пары Земля-Луна.
Эволюция и формы рельефа Луны
Характер поверхности Луны и состав ее верхних оболочек формировался в течение долгой истории. Около 4,6 млрд. лет назад в окрестностях молодого Солнца происходили важные события — заканчивался процесс рождения планет и их спутников. Луна, как и Земля, представляла собой пылающий шар расплавленных горных пород, в который сыпался град метеоритов. В это время на Луне извергались вулканы и совершались катастрофические планетотрясения. Со временем внешняя расплавленная оболочка Луны, остывая, затвердевала. Период магматической «бурной молодости» Луны длился не более 0,5 млрд. лет. Это была эпоха формирования.
В ходе остывания внешней корки Луны и бомбардировки ее метеоритами 4,4 — 4,1 млрд. лет назад образовался типичный лунный кратерный рельеф. Этот период, длившийся примерно 0,5 млрд. лет, называют эпохой бомбардировки. По мере «вычерпывания» космического «сора» из околоземного спутникового роя, частота падения обломков на Луну уменьшалась. Но именно напоследок (4,1-3,9 млрд. лет назад) произошли катаклизмы, приведшие к образованию на поверхности гигантских впадин, которые называют «большими ударными бассейнами» или «лунными морями».
Заключительной стадией активной внутренней жизни Луны явился глобальный базальтовый вулканизм. Кора на видимом полушарии, возможно, из-за приливного действия Земли, вдвое тоньше (60 км), чем на обратной стороне. Поэтому извержение лав легче проходило на видимой стороне. Базальты, поднимаясь из лунных недр, заполнили «большие ударные бассейны», образовав гигантские равнины, покрытые застывшей лавой. Это время называют эпохой лавовых морей. Установлено, что возраст лунных базальтов составляет 4-3 млрд. лет, т.е. активная тектоническая жизнь планеты закончилась 3 млрд. лет назад.
С тех пор на Луне воцарилось относительное спокойствие. Но падающие метеоры, температурное выветривание, солнечное и космическое излучения продолжают разрушать ее поверхность. В результате Луна вся покрылась слоем пылеватых частиц, толщиной до 10 м. Это самый длительный период геологической истории Луны, продолжающийся и сегодня. Он условно назван эпохой лунной пыли.
Еще на заре изучения Луны были приняты термины для обозначения различных областей на ее поверхности. Это лунные «моря» и лунные «континенты» или «материки». Материки (83% площади лунного шара) сложены светлыми породами типа анортозитов, они отличаются наличием значительных неровностей и множеством кратеров. Моря — относительно ровные области, более темные из-за покрывающих их застывших потоков базальтов, с меньшим количеством кратеров.
На лунной поверхности встречаются кратеры диаметром от сотен километров до миллиметров. Возраст большинства крупных кратеров оценивается в 1-3 млрд. лет. Они, как правило, ударного происхождения. У самых молодых кратеров, например, Тихо, Коперник, поперечником в десятки километров, при отвесно падающих лучах Солнца (в полнолуние) можно видеть радиально расходящиеся светлые полосы, простирающиеся на сотни, а иногда и тысячи километров. Полосы сложены светлыми обломками анортозитов (материковых пород), разлетевшимися во все стороны при ударах метеоритов. Некоторые кратеры имеют вулканическое происхождение (кратер Варгентин, до краев заполненный лавой). Кроме ударных и вулканических структур, на Луне имеются трещины и разломы, хорошо различимые на фотографиях. Это, например, знаменитая Прямая стена в Море Облаков — 240-метровый уступ, протянувшийся на 125 км. Концентрация разломов отмечается в зонах сочленения континентов и морей.
В середине XVII в. польский астроном Ян Гевелий предложил называть горы на Луне теми же именами, что и на Земле. Вокруг Моря Дождей расположены Альпы, Кавказ, Апеннины, Карпаты. Море Нектара окружают Алтай и Пиренеи. Наиболее внушительная горная цепь — Апеннины, длиной почти 600 км (максимальная высота 5638м). Самые высокие — Горы Лейбница — лежат в районе южного полюса. Высота их отдельных пиков, по последним данным, несколько превышает 9000 м.
Из чего состоит Луна
Вопрос об элементном, минералогическом и петрографическом составе лунной поверхности волновал ученых с тех пор, как они начали наблюдать и изучать это небесное тело. Но дать точный ответ на него удалось только при детальном исследовании образцов лунных пород и грунта, доставленных американскими и советскими космическими аппаратами. Сейчас для исследований имеется 385 кг вещества из разных областей видимой стороны Луны. Часть его была тщательно изучена всеми возможными способами в лабораторных условиях. А остаток, запакованный в герметические контейнеры, хранится в ожидании более совершенных методов исследования.
Основные химические элементы, обнаруженные в лунных породах — это кислород, кремний, железо, титан, магний, кальций и алюминий. В лунных базальтах найдены благородные металлы — серебро и золото, но их содержание значительно меньше, чем в земных. В целом, лунная минералогия оказалась довольно бедной.
На Земле существует несколько тысяч минералов, а на Луне их пока открыто не более сотни. Впрочем, это легко объяснить: на Луне нет жидкой воды и атмосферы, поэтому условия формирования минералов менее разнообразны.
В лунном грунте не найдено окаменелостей или остатков органики. В нем отсутствуют даже небиологические органические соединения.
Какими же породами представлена лунная поверхность? Их делят на несколько типов.
Базальты — вулканические тяжелые, темные, микрозернистые, плотные или пористые породы, образованные при застывании лавы.
Вулканические стекла — мелкие оранжевые и изумрудно-зеленые шарики, придающие цветовые оттенки лунному грунту.
Анортозиты — относительно легкие светлые кристаллические породы, похожие на земные, которые формируют лунные материки. Именно из-за них материковые области Луны выглядят более светлыми, чем морские.
Брекчии — сложные породы, формирующиеся из всех других типов лунных пород и грунта при падении метеоритов. Обломки пород цементируются стекловидной массой, выплавившейся при ударе из лунных пород и вещества метеорита.
Лунный грунт или реголит — пылевато-песчаный порошок со специфическим запахом гари, которым покрыта вся поверхность Луны. Он обладает странным свойством: при бурении поверхностного слоя, состоящего из реголита, мягкий порошок сопротивляется углублению буровой трубки, и в то же время, не держит ее в вертикальном положении.
Получены интересные данные, свидетельствующие о наличие пыли в окололунном пространстве. Именно она вызывает свечение лунного горизонта при заходе Солнца на Луне. Свечения были зарегистрированы американскими аппаратами Surveyor, а также при визуальных наблюдениях астронавтами с окололунной орбиты во время полетов кораблей Apollo. Наиболее вероятные размеры частиц пыли оцениваются в 0,1 мкм.
Пока остается открытым вопрос о присутствии воды на Луне. Американская станция Clementine в 1994 г. и космический аппарат Lunar Prospector в 1998 г. засвидетельствовали небольшую (до 1%) концентрацию мелких кристаллов льда в лунном реголите в районе южного полюса. Источником воды предположительно могли быть ядра упавших на Луну комет или недра самой Луны. Однако радиоастрономические исследования лунных полюсов в 2003 г. показали отсутствие там следов льда.
Внутреннее строение Луны
Образцы лунного грунта добыты с глубины до 2,5 м. А что находится глубже? Ответ на этот вопрос дали геофизические методы исследования. Американские астронавты установили на лунной поверхности сейсмометры, регистрирующие колебания почвы. Их источником должны были служить удары метеоритов, лунотрясения, упавшие отработанные посадочные лунные модули кораблей Apollo и последние ступени ракет-носителей Saturn, которые направлялись в заранее выбранные точки.
Однако энергии этих ударов хватило для изучения строения коры и верхней мантии до глубин 150-200 км. Для «просвечивания» всей толщи необходим был более мощный удар. И природа преподнесла ученым подарок в виде падения двух крупных метеоритов на обратной стороне нашего спутника. «Просветив» Луну насквозь, сейсмические волны качнули сейсмометры на всех четырех станциях сети Apollo и принесли феноменальную новость — у Луны существует ядро.
Результаты изучения сейсмограмм позволяют сделать вывод, что лунные недра делятся на четыре условные зоны: кора, образованная породами анортозитового состава, мощностью 60 км на видимой стороне и более 100 км на обратной; верхняя мантия (литосфера), мощностью около 800 км, где фиксируются глубокофокусные лунотрясения; нижняя мантия, находящаяся в частично расплавленном состоянии, с температурой до 1500° С; и лунное ядро, расположенное глубже 1400-1500 км.
По сравнению с Землей, Луна геологически малоактивна, но слабые тектонические лунотрясения все же удается проследить.
Лунотрясения приливного характера, наблюдаемые во время прохождения Луной апогея и перигея своей орбиты, связаны с гравитационным воздействием Земли. Их периодичность оставляет 13,6 земных суток.
Как образовалась Луна?
Космическая эра принесла много новых данных о внутреннем строении Луны. На Землю было доставлено сотни килограммов лунного грунта. Но можем ли мы с полной уверенностью ответить на вопрос, как образовалась Луна?
Версий несколько. Это: 1. гипотеза «рождения» Луны из газово-пылевого протопланетного облака одновременно с Землей; 2. гипотеза захвата Землей Луны, образовавшейся в удаленной части Солнечной системы из протопланетного вещества, бедного железом; 3. гипотеза отрыва части мантийного вещества от разогретой и быстровращающейся Земли в ранний период ее формирования. Все они имеют свои недостатки.
Большинством планетологов сегодня принята гипотеза «большого взрыва», согласно которой Луна образовалась в результате столкновения юной Земли с планетой, названной Тея, размерами близкой к Марсу. Оно могло произойти приблизительно через 50 млн. лет после рождения Солнечной системы. Масса Земли тогда составляла около 90% нынешней. Часть земного материала и обломки столкнувшегося тела образовали дисковидное облако, из которого и сформировалась Луна. Удар затронул лишь внешнюю мантийную часть Земли. Выбитый материал содержал мало тяжелых железных компонентов. Поэтому сформировавшееся новое тело оказалось относительно легким.
Общность происхождения подтверждают полученные недавно данные об изотопном составе Земли и Луны. Ученые даже не ожидали, что состав изотопов кислорода на Луне и Земле окажется практически одинаковым.
В пользу гипотезы свидетельствуют и данные объемного сейсмического зондирования Земли, которое показало существование тихоокеанской сейсмической аномалии в мантии, прослеживающейся на всех глубинных уровнях, вплоть до ядра. Она может являться той «незаживающей раной», которая осталась после катастрофического удара.
Луна хранит еще множество загадок. Раскрыв их, мы приблизились бы и к разгадкам галактических тайн. Ведь бесплодная лунная поверхность запечатлела следы самых древних событий, происходивших в Солнечной системе. Но для продолжения исследований человечеству необходимо вернуться в этот мир. Увы, спустя 30 лет после полета «Apollo 1 7», проекты построения на Луне научной базы пока не финансируются ни одним космическим агентством.
Марина и Сергей Крочак
astroera.net