Всем привет! Это подкаст «Феи / Роботы / Пришельцы», меня зовут Сергей Балашов. Сегодня мы продолжим обзор планет и спутников нашей солнечной системы. Мы уже поговорили про Венеру, Юпитер и Сатурн. Упомянули необычные и даже таинственные спутники Марса. Сегодня очередь самого известного спутника в солнечной системе – нашей Луны.
Это самый изученный объект на небе, самый яркий и известный. Луна была с человечеством с зари времен, в мифах, календарях и смелых проектах. Поговорим сегодня о том, откуда Луна появилась, из чего она состоит, и почему иногда мы видим ее в небе разного размера. А еще – про приливы, дальнюю сторону, и даже про лунные деревья.
Луна — естественный спутник Земли и самый очевидный небесный объект, который мы видим на ночном небе, как невооруженным глазом, так и в телескоп.
Ритм фаз луны вел человечество на протяжении тысячелетий; например, календарные месяцы примерно равны времени, которое требуется для перехода от одного полнолуния к другому.
Греки называли ее Селена и Артемида, древние египтяне — Ях, японцы — Цукиёми. Русское «Луна» восходит к праславянскому слову, означающему «светлая».
Луна - единственный естественный спутник Земли. Это пятый по величине спутник в нашей Солнечной системе и второй по яркости объект на небе (после Солнца).
Луну впервые посетил советский космический корабль «Луна-2» в 1959 году. Это единственное внеземное тело, которое посетили люди. Первая посадка людей состоялась 20 июля 1969 года; последняя была в декабре 1972 года. Луна также является единственным крупным небесным телом, образцы которого доставлены на Землю.
При диаметре около 3475 километров Луна больше Плутона.
Луна составляет чуть больше одной четверти (27%) размера Земли, что намного больше, чем у любых других лун по отношению к их планетам. Это означает, что Луна оказывает большое влияние на нашу планету и даже может быть основным фактором, делающим возможной жизнь на Земле.
Орбита и фазы Луны таят в себе много интересного. Например, Луна всегда показывает нам одну и ту же сторону, но всегда меняет размер, в зависимости от положения Луны по отношению к Земле и Солнцу.
Как образовалась луна?
Существуют различные теории о том, как Луна возникла. Последние данные указывают на то, что она образовалась, когда огромное столкновение оторвало кусок первоначальной расплавленной Земли, отправив материал для Луны на орбиту.
Ученые предположили, что столкнувшийся с Землей объект, вероятно, имел массу около 10% массы Земли и был размером с Марс. Поскольку Земля и Луна очень похожи по составу, исследователи пришли к выводу, что столкновение должно было произойти примерно через 95 миллионов лет после образования Солнечной системы, плюс-минус 32 миллиона лет. Так что Луне примерно 4,6 миллиарда лет, и примерно на 100 миллионов лет меньше, чем Солнцу.
В 2015 году новое исследование подтвердило эту теорию, используя моделирование орбит планет в ранней Солнечной системе, а также недавно обнаруженные различия в содержании элемента вольфрама-182, обнаруженного на Земле и на Луне.
Хотя эта теория, наиболее известная как теория большого удара, является доминирующей теорией в научном сообществе, существует несколько других идей формирования Луны. К ним относятся концепции о том, что Земля захватила Луну, что Луна была создана одновременно с Землей или даже что Земля, возможно, даже украла Луну у Венеры.
Из чего сделана луна?
Луна, скорее всего, имеет очень маленькое ядро, всего от 1% до 2% массы Луны и примерно 680 км в ширину. Вероятно, оно состоит в основном из железа, но может также содержать большое количество серы и других элементов.
Каменистая мантия Луны имеет толщину около 1330 км и состоит из плотных пород, богатых железом и магнием. Магма в мантии пробивалась на поверхность в прошлом и извергала вулканы более миллиарда лет.
Кора, которая включает лунную поверхность, имеет среднюю глубину около 70 км. Самая внешняя часть коры перемешана из-за сильных ударов, которые пережила Луна, при этом зона разрушения уступает место неповрежденному материалу на глубине около 10 км.
Как и четыре внутренние планеты нашей Солнечной системы, Луна каменистая. Она испещрен кратерами, образовавшимися в результате падения астероидов миллионы лет назад, и, поскольку здесь нет атмосферных явлений, кратеры не подверглись эрозии.
В отличие от Земли, недра Луны больше не активны. Любопытно, что центр масс Луны смещен от ее геометрического центра примерно на 2 км в направлении к Земле. Кроме того, корка тоньше на ближней стороне.
Средний состав лунной поверхности по весу составляет примерно 43% кислорода, 20% кремния, 19% магния, 10% железа, а также кальций, алюминий, хром, титан и марганец.
Орбитальные космические аппараты обнаружили на лунной поверхности следы воды, которые, возможно, возникли из-под поверхности. Они также обнаружили сотни пещер, в которых однажды могли бы разместиться колонисты, живущие на Луне в течение длительного времени.
Текущие наблюдения с Лунного разведывательного орбитального аппарата показали, что воды больше на склонах, обращенных к южному полюсу Луны, хотя ученые предупреждают, что количество воды сравнимо с чрезвычайно сухой пустыней. Между тем, исследование 2017 года показало, что внутри Луны также может быть много воды.
Есть ли у луны времена года?
У Луны очень тонкая атмосфера, поэтому слой пыли, или след астронавта, может оставаться нетронутым в течение столетий. А без атмосферы тепло не удерживается у поверхности, поэтому температуры Луны сильно различаются. Дневные температуры на солнечной стороне Луны достигают 134 по Цельсию; на ночной стороне бывает холодно до минус 153 C.
Ось вращения Земли наклонена примерно на 23,5 градуса по отношению к плоскости эклиптики. Это означает, что северное и южное полушария несколько направлены к солнцу или от него в зависимости от времени года. Изменяется количество тепла, которые получают разные полушария, и это вызывает смену времен года. Но ось Луны наклонена всего на 1,5 градуса, поэтому на Луне нет заметных времен года. Это означает, что некоторые области всегда освещены солнечным светом, а другие места постоянно окутаны тенью.
Луна не имеет магнитного поля. Но некоторые из поверхностных пород обладают остаточным магнетизмом, что указывает на то, что в начале истории Луны оно могло существовать.
Без атмосферы и без магнитного поля поверхность Луны подвергается прямому воздействию солнечного ветра. За время его жизни в 4 миллиарда лет многие ионы солнечного ветра внедрились в лунный реголит. Таким образом, образцы реголита, возвращенные миссиями «Аполлон», оказались ценными для изучения солнечного ветра.
Луна вращается вокруг Земли
Возможно, самое интересное в Луне то, что она всегда показывает нам одну и ту же сторону.
Хотя Луна и вращается вокруг своей оси, она всегда обращена к Земле одной и той же стороной, то есть обращение Луны вокруг Земли и вращение вокруг собственной оси синхронизировано.
Гравитационные эффекты Земли замедляли вращение Луны вокруг своей оси. Как только вращение Луны замедлилось настолько, чтобы соответствовать ее орбитальному периоду (время, необходимое Луне, чтобы совершить оборот вокруг Земли), эффект стабилизировался. Многие спутники вокруг других планет ведут себя аналогичным образом.
На самом деле Луна, немного качается (из-за ее слегка некруглой орбиты), так что время от времени можно увидеть несколько градусов обратной стороны. Это явление было открыто Галилео Галилеем и получило название либрация. Благодаря ему мы можем наблюдать около 59% лунной поверхности. Дело в том, что вокруг Земли Луна обращается с переменной угловой скоростью (вблизи перигея движется быстрее, вблизи апогея медленнее), в то время как вокруг собственной оси она вращается равномерно. Это позволяет увидеть с Земли западный и восточный края обратной стороны Луны. А в связи с наклоном оси вращения Луны к плоскости её орбиты с Земли можно увидеть северный и южный края обратной стороны Луны.
Но все же большая часть обратной стороны была неизвестна до тех пор, пока советский космический аппарат «Луна-3» не сфотографировал ее в 1959 г.
Что касается смены фаз Луны, то это эффект освещения. Наша Луна не светит сама по себе, она отражает солнечный свет. Солнце освещает Луну, как и Землю. Луна вращается вокруг Земли, часть времени она оказывается между нами и Солнцем, а освещенная половина смотрит в сторону от нас. Это называется новолунием. Когда Луна поворачивается по своей орбите, тонкая полоска отраженного солнечного света видна на Земле в виде полумесяца. Как только Луна оказывается напротив Солнца, она становится полностью освещенной с нашей точки зрения — наступает полнолуние.
Так что нет такого понятия, как «темная сторона Луны», есть только сторона, которую мы никогда не видим.
Приливы и отливы
Гравитационные силы между Землей и Луной вызывают некоторые интересные эффекты. Наиболее очевидным является приливы. Притяжение Луны сильнее на стороне Земли, которая ближе к Луне, и слабее на противоположной стороне. Поскольку Земля, и в особенности океаны, не являются абсолютно твердыми, они вытянуты вдоль линии к Луне. С нашей точки зрения на поверхности Земли мы видим две небольшие выпуклости, одну в направлении Луны и одну прямо напротив. Эффект намного сильнее в океанской воде, чем в твердой коре, поэтому выпуклости воды выше.
А поскольку Земля вращается намного быстрее, чем Луна движется по своей орбите, эти выпуклости движутся вокруг Земли примерно раз в день, давая два прилива в день. Это сильно упрощенная модель, реальные приливы, особенно у берегов, зависят еще от многих факторов.
Приливом мы называем явление, когда вода поднимается с поверхности Земли, а отливы — когда уровень воды падает. Прилив происходит на стороне Земли, ближайшей к Луне из-за гравитации, а на стороне, наиболее удаленной от Луны, из-за инерции воды. Между этими двумя горбами возникают отливы.
В полнолуние и новолуние Солнце, Земля и Луна выстраиваются в линию, создавая более высокие, чем обычно, приливы.
Притяжение Луны также замедляет вращение Земли, эффект, известный как приливное торможение. Он увеличивает продолжительность наших суток на 2 миллисекунды за столетие. Энергия, которую теряет Земля, передается Луне, увеличивая ее расстояние от Земли, а это означает, что Луна удаляется на 3,8 сантиметра ежегодно. Исследователи говорят, что когда Луна сформировалась, она находилась на расстоянии около 22,5 тыс. километров от Земли. Сейчас это в среднем 385 тыс. километров.
В конце концов, вращение Земли также замедлится, чтобы соответствовать периоду Луны, как в случае с Плутоном и Хароном.
Расстояние до Луны и Суперлуние
Хотя среднее расстояние между центрами Земли и Луны составляет 385 000 км, фактическое расстояние варьируется от 356,5 тыс км в перигее (моменте наибольшего сближения Луны и Земли) до 406 тыс. км в апогее, моменте наибольшего отдаления. Разница составляет 50 тыс. км.
Расстояние от Земли до Луны меняется в течение месяца, но не связано со сменой фаз. Так что иногда бывает, что Луна находится в ближайшей к Земле точке орбиты, как раз в тот момент, когда мы видим полнолуние.
Это явление называют суперлуние — совпадение полнолуния с перигеем. Благодаря ему с Земли можно видеть более крупный размер лунного диска, чем обычно. Термин «суперлуние» имеет астрологическое происхождение и не имеет точного астрономического определения.
Но неверно будет говорить, что Луга в небе становится «огромной». При прохождении полной Луной перигея спутник Земли выглядит всего на 14% больше в диаметре и на 30% ярче, чем при прохождении наиболее удалённой точки — апогея (микролуние).
Иллюзия Луны: почему Луна иногда кажется такой большой?
Но как правило, говоря о «суперлунии», ошибочно имеют в виду другой эффект: «Иллюзию восходящей Луны». Луна кажется нам намного больше, когда восходит или заходит. Это уже ошибки восприятия, а не физики. Фотографии доказывают, что ширина Луны у горизонта такая же, как и высоко в небе. Но когда мы видим Луну у горизонта, она часто выглядит огромной, особенно когда выглядывает из-за далекой горы, поднимается над морем или нависает над деревьями.
Но кажущийся размер Луны — это иллюзия восприятия, а не эффект нашей атмосферы или тем более орбиты спутника. Здесь все дело в особенностях работы нашего мозга. Похоже, что объекты у горизонта мы воспринимаем более крупными, чем в небе. Возможно, деревья и здания на фоне светящейся Луны заставляют мозг думать, что Луна ближе и больше. Если посмотреть на Луну через бумажную трубку, она сразу окажется далеко не такой большой. А если вытянуть руку и сравнить Луну с размером своего ногтя, то это сравнение останется таким же, для Луны в любом месте небосвода.
Фотографы могут имитировать иллюзию Луны, фотографируя Луну низко над горизонтом с помощью длиннофокусного объектива на фоне зданий, гор или деревьев в кадре. Когда вы видите фотографии, на которых изображена гигантская Луна над пейзажем, не забывайте, что Луна на этих фотографиях выглядит больше, потому что она увеличена.
Селенография
Для изучения поверхности Луны ввели специальный термин – «селенография», описание лунной поверхности.
Зарождение селенографии обычно связывают с именем Галилео Галилея, который рассматривал небеса в построенный им телескоп. Он первым разглядел горы и кратеры на Луне.
Традиционно на Луне выделяют два вида ландшафта — материки и моря. Лунный шар покрыт единым материковым щитом, в котором располагаются углубления морей.
Основные лунные моря сосредоточены на видимом полушарии. Моря отличаются от материковых областей тёмной поверхностью, более ровным рельефом и меньшим числом крупных кратеров. Моря возникли, вероятно, в результате падения крупных метеоритов. В месте падения глубинные расплавленные породы изливались на поверхность и заполняли впадины.
Луна выглядит по-разному из северного и южного полушария Земли. Переместившись из одного полушария в другое, мы увидим Луна вверх ногами.
Поскольку Луна вращается вокруг Земли почти на линии земного экватора, то при наблюдении с полюса, Луна никогда не появится над головой; скорее, она всегда будет относительно близко к горизонту.
Поскольку человек, стоящий на северном полюсе Земли, находится вверх ногами по отношению к наблюдателю на южном полюсе, то и Луну он также увидит перевернутой.
А если наблюдать с земного экватора, то при вращении Земли Луна восходит на востоке, проходит прямо над головой наблюдателя, а затем заходит на западе. С этой точки зрения, когда Луна восходит, у нее будут верх и низ по отношению к горизонту. Но пройдя над головой, Луна зайдет на противоположной стороне неба и опустится «вверх ногами».
Еще одна странность при наблюдении за Луной с экватора заключается в том, что она будет находится на боку по сравнению с тем, что мы привыкли видеть ближе к любому из полюсов.
Если двигаться на север от экватора, то можно увидеть, что Луна будет всходить и садится дальше на юг в небе. Затем у Луны появятся очевидные «верх» и «низ», она постоянно будет в небе одной стороной вверх.
Точно так же, если двигаться на юг от экватора, то мы увидим, как Луна восходит и заходит все севернее. Опять же, мы увидим, что одна сторона Луны всегда оказывается сверху. Но она будет перевернутой по сравнению с тем, что мы видим в северном полушарии.
Это явление происходит и с другими небесными объектами, пока они находятся вблизи плоскости орбиты Земли. Юпитер, например, может выглядеть вверх ногами с северного полюса по сравнению с тем, как он выглядит с южного полюса. Более того, его полосы выглядят горизонтальными, если смотреть вблизи горизонта как в северном, так и в южном полушариях Земли, но с экватора полосы восходящего Юпитера вертикальны.
Обратная сторона Луны
В 1959 году мы впервые увидели обратную сторону Луны, когда Луна-3 передала первые фотографии.
Оказалось, что скрытое от нас полушарие обладает совсем иным рельефом. На ней гораздо больше кратеров и гораздо меньше темных пятен морей.
Несколько лунных орбитальных аппаратов показали, что даже состав породы на дальней стороне имеют заметно отличающийся химический состав.
Одно из объяснений этого – притяжение Земли. Когда Луна образовалась в виде расплавленного тела из обломков, оставшихся после столкновения Земли и объекта размером с Марс, она была примерно в 15 раз ближе к нам, чем сегодня. Ближняя сторона Луны постоянно нагревалась от ранней Земли и таким образом, оставалась расплавленной дольше, чем дальняя сторона. Некоторые элементы земной коры, такие как алюминий и кальций, продолжали испаряться на все еще расплавленной ближней стороне и конденсироваться на дальней, делая кору толще.
Еще 4 миллиарда лет назад повернутая к Земле сторона была на сотни градусов горячее, чем кора на дальней стороне. Из-за разницы температур удары метеоритов образовали более глубокие и большие бассейны, чем на дальней стороне, что сделало кору еще тоньше и выплеснуло больше магмы на поверхность.
Заключение
Интересный факт: на Земле сейчас растет 400 деревьев, выросших из семечек, побывавших на Луне. В 1971 году астронавт Аполлона-14 Стюарт Руса взял с собой пакетик семян, и, пока Алан Шепард и Эдгар Митчелл были заняты прогулками по поверхности, Руса и семена оставались на возвратном модуле на орбите. Позже семена проросли на Земле, их посадили в разных местах и стали называть лунными деревьями. Большинства из них ничем не отличается от других деревьев.
А на сегодня это все. Любите ли вы гулять при луне? Напишите в комментариях.
Другие статьи на тему:
Луна: путеводитель по наблюдению
Луна в мифологии и массовой культуре
Канал «Феи / Роботы / Пришельцы» можно читать на Дзен, в Телеграме и ВКонтакте. Аудиоверсия подкаста доступна на сервисах Яндекс.Музыка, Apple Podcasts, Google Podcasts и в подкастах ВКонтакте. Видео-версию смотрите на канале YouTube.
Поддержать канал можно на сервисе Boosty по ссылке в описании.
Оставляйте комментарии и ставьте оценки. Не забудьте подписаться на канал, чтобы не пропустить новые выпуски. Скоро увидимся!