Луна знакомая и неизвестная. Факты о Луне и гипотезы

148 просмотров всего, сегодня нет просмотров

  

Луна — вопросы, ответы и гипотезы

Луна 1

© Voraorn Ratanakorn | Shutterstock

Содержание

Как появилась Луна?
• Гипотеза гигантского столкновения
• Теория сообразования
• Теория захвата

Насколько велика Луна?
• Масса, плотность и гравитация
• Суперлуние
• Иллюзия горизонта

Почему Луна кажется больше у горизонта?

Вращается ли Луна?

На Луне тепло или холодно?
• Слои изоляции
• Температура ядра

Обратная сторона Луны

Почему Луна всегда разная?

Карта минерального состава

Луна на 100-мегапиксельном снимке

 Как появилась Луна?

После того как засияло Cолнце, началось формирование планет Cолнечной системы. Но понадобилось еще сто миллионов лет, чтобы образовалась Луна. Существует три теории о том, как мог родиться наш спутник: гипотеза гигантского столкновения, теория сообразования и теория захвата.

Гипотеза гигантского столкновения

Это преобладающая теория, которой придерживается научное сообщество. Как и другие планеты, Земля образовалась из оставшегося облака пыли и газа, вращающегося вокруг молодого Солнца. Ранняя Солнечная система была горячим местом, где сформировались несколько тел, которые никогда не доходили до статуса полноценных планет. Согласно гипотезе гигантского столкновения, одно из них врезалось в Землю вскоре после образования молодой планеты.

Это было тело размером с Марс, известное как Тейя. Объект столкнулся с Землей, выбросив в космос испарившиеся частицы коры молодой планеты. Гравитация соединила выброшенные частицы вместе, образовав Луну. Такое рождение объясняет, почему Луна состоит преимущественно из более легких элементов, что делает ее менее плотной, чем Земля, — сформировавший ее материал происходил из коры, а каменистое ядро планеты оставалось нетронутым. Когда материал собрался вокруг того, что осталось от ядра Тейи, то сосредоточился вблизи плоскости эклиптики Земли — пути, по которому Солнце проходит по небу, и где сегодня находится лунная орбита.

Теория сообразования

Согласно этой теории, гравитация способствовала одновременному объединению материала в ранней Солнечной системе в Луну и Землю. Такая Луна должна быть очень похожа на планету, а ее местоположение должно совпадать с нынешним. Но хотя Земля и Луна состоят в основном из одного и того же материала, Луна гораздо менее плотная, чем наша планета, что было бы маловероятно, если бы оба тела начали формировать свои ядра из одних и тех же тяжелых элементов.

Теория захвата

Возможно, гравитация Земли зацепила проходящее тело, как это случилось с другими лунами в Солнечной системе, такими как марсианские спутники Фобос и Деймос. Согласно теории захвата, каменистое тело, образовавшееся в других уголках Солнечной системы, могло быть выведено на орбиту вокруг Земли. Теория захвата объясняет различия в составе Земли и Луны. Однако такие спутники часто имеют необычную форму, а не сферическую, как у Луны, и их пути, в отличие от лунного, не имеют тенденции выравниваться с эклиптикой их материнской планеты.

Хотя теория совместного формирования и теория захвата объясняют некоторые моменты существования Луны, они оставляют многие вопросы без ответа. Гипотеза о гигантском столкновении охватывает большинство из них, что делает ее наиболее популярной среди ученых.

Насколько велика Луна?

Луна — самый яркий объект на нашем ночном небе. Она кажется довольно большой, но только за счет того, что является ближайшим небесным телом. Луна составляет чуть больше четвертой части размера Земли (27 %), что гораздо меньше соотношений размеров других спутников с их планетами.

Луна 2

© shutterstock

 

Наша Луна — пятый по величине спутник в Солнечной системе. Средний радиус Луны составляет 1737,5 км, диаметр — 3,475 км, менее трети земного. Экваториальная окружность — 10 917 км. Площадь поверхности — около 38 миллионов квадратных километров, что уступает общей площади Азиатского континента, равной 44,5 миллионам квадратных километров.

«Если представить, что Земля размером с монету, то Луну в этом случае можно сравнить с кофейным зерном», — говорят исследователи.

 

Масса, плотность и гравитация

Масса Луны составляет 7,35 × 10^22 кг, около 1,2 % массы Земли. Иными словами, Земля весит в 81 раз больше, чем Луна. Плотность Луны составляет 3,34 г/см3. Это около 60 % плотности Земли. Луна — второй самый плотный спутник Солнечной системы после юпитерианской Ио, чей аналогичный параметр равен 3,53 г/см3.

Лунная сила притяжения составляет всего 16,6 % земной. Человек, весящий 45 кг на Земле, на Луне будет весить лишь 7,5 кг. Человек, который может прыгать на 3 м на Земле, сможет прыгнуть почти на 18 м на Луне.

Как и на большинстве миров Солнечной системы, гравитация Луны изменяется в зависимости от характеристик ее поверхности. В 2012 году миссия НАСА GRAIL картографировала лунную гравитацию в беспрецедентных деталях. «Когда мы видим заметное изменение в гравитационном поле, мы можем синхронизировать это изменение с особенностями поверхностной топографии, такими как кратеры или горы», — говорится в заявлении сотрудника миссии Марии Зубер из Массачусетского технологического института.

Хотя Луна является ближайшим и одним из самых изученных астрономических объектов, интерес ученых к ней не ослабевает. «Луна — это Розеттский камень, благодаря которому мы понимаем остальную Солнечную систему», — сказал Ной Петр, заместитель сотрудника проекта НАСА LRO.

Суперлуние

Поскольку орбита Луны не идеально круглая, она то ближе к нам, то дальше. Перигей — это точка лунной орбиты, в которой она ближе всего к Земле. Когда полнолуние совпадает с перигеем, мы получаем суперлуну, которая на 14 % больше и на 30 % ярче, чем обычно.

Основная причина, по которой орбита Луны не идеальный круг, заключается в том, что на Луне много приливных, или гравитационных сил. Гравитация Земли, Солнца и планет нашей Солнечной системы воздействуют на орбиту Луны, заставляя ее совершать эти близкие проходы.

Суперлуние происходит примерно каждые 414 дней. Но надо учитывать, что это средний показатель. Например, 2016 год может похвастаться тремя суперлуниями. В следующий раз Луна подойдет на такое близкое расстояние лишь 25 ноября 2034 года. В 2017 году только одно суперлуние — 3 декабря. В 2018 году два — 2 и 31 января.

Иллюзия горизонта

Малопонятый оптический эффект может визуально увеличивать Луну, когда она восходит за удаленными объектами на горизонте. Этот эффект, известный как лунная иллюзия, либо иллюзия Понцо, наблюдается с древних времен, но до сих пор не имеет общепринятого объяснения.

Согласно одной теории, мы привыкли видеть облака всего в нескольких километрах над нами, в то время как мы знаем, что облака на горизонте могут находиться на расстоянии в десятки километров. Если облако на горизонте такого же размера, какими обычно бывают облака над головой, несмотря на большое расстояние, мы знаем, что оно должен быть огромным. И поскольку Луна вблизи горизонта имеет тот же размер, в каком мы ее видим над головой, наш мозг автоматически увеличивает ее.

Другая гипотеза предполагает, что Луна кажется больше у горизонта, потому что мы можем сравнить ее размеры с близлежащими деревьями и другими объектами на Земле — и она принимает ужасающие размеры по сравнению с ними. Над головой, на фоне обширного космического пространства Луна кажется маленькой.

Один из способов проверить иллюзорность картины — поднести большой палец к видимой Луне и сравнить ее размер с ногтем. Когда Луна поднимется выше, посмотрите на нее снова, и вы увидите, что Луна будет такого же размера по сравнению с вашим ногтем.

Почему Луна кажется больше у горизонта?

Когда настаёт полнолуние, создается оптическая иллюзия, которая сбивает с толку наблюдателей со времен Аристотеля. Восходящие Луны, особенно полные, выглядят до странности огромными рядом с горизонтом и кажутся все меньше и меньше, когда поднимаются на ночном небе.

Луна 4

© lOvE lOvE | shutterstock.com

Лунная иллюзия существует исключительно в вашей голове. Луна не меняет размер, и, хотя расстояние от нее до Земли немного меняется со временем, это происходит слишком медленно, чтобы за одну ночь произошла значительная трансформация.

Если вы хотите доказательство того, что лунная иллюзия — абсолютно психологический феномен, просто замерьте Луну у горизонта и высоко в небе с помощью линейки. «Нижняя» Луна будет казаться значительно больше, но линейка покажет, что ее диаметр не изменился.

Камеры также помогают вывести Луну на чистую воду. Сделайте последовательно несколько фотографий Луны с одной и той же точки, а затем совместите их — будет очевидно, что размер спутника не изменился.

Луна 31

© Jingpeng Liu | spaceweather.com

Луна 32

© Ken Sperber | spaceweather.com

 

Итак, что же происходит? Когда мы смотрим на Луну, лучи отраженного солнечного света формируют на сетчатке глаза изображение диаметром 0,15 мм.

«Высокие и низкие Луны создают пятно одного размера, — говорит ученый НАСА Тони Филипс. — И все же мозг настаивает на том, что одна из них больше другой».

иллюзия Понцо

Иллюзия Понцо

 

Одним из объяснений «самообмана» мозга может служить . На анимированном изображении внизу верхняя желтая полоска кажется шире нижней, потому что она «намного дальше» (то есть ближе к горизонту) на железнодорожных путях. Наш мозг добавляет ширины, компенсируя ожидаемое искажение. Как и в случае с высокой и низкой Лунами, обе полоски одинаковой длины, как явно показывают вертикальные красные линии.

Еще одна иллюзия, которая, возможно, объясняет изменение размеров Луны, — иллюзия Эббингауза. Она заключается в сложности восприятия мозгом относительных размеров предметов. На изображении внизу оранжевые круги — одного размера, хотя правый кажется больше. У горизонта Луну окружают относительно маленькие здания и деревья, поэтому она может казаться больше, чем на небе, где предметов для сравнения нет.

Луна 34

Иллюзия Эббингауза

К сожалению, все объяснения иллюзии, предложенные на данный момент, имеют недостатки (непример, иллюзия Эббингауза не работает в случае с моряками и пилотами — в небе и море нет зданий и деревьев — но иллюзию люди видят) — ученые до сих пор ведут жаркие споры по этому поводу.

Анимированный обзор попыток понять лунную иллюзию — в видеоролике популяризатора науки Эндрю Вандена Хойвела (доступны русские субтитры):

 

Вращается ли Луна?

Те, кто наблюдает за Луной с Земли, могут заметить, что спутник, проходя по своей орбите, всегда повернут к своей планете одной и той же стороной. Возникает логичный вопрос, а вращается ли Луна или же она неподвижна относительно своей оси? Несмотря на то, что наши глаза говорят «нет», ученые утверждают обратное — Луна действительно вращается.

Луна 4

© taffpixture | shutterstock

 

Период обращения Луны вокруг Земли составляет 27,322 дня. Примерно 27 дней требуется спутнику и для того, чтобы сделать один оборот вокруг собственной оси. Именно поэтому для наблюдателей с Земли создается иллюзия того, что Луна остается абсолютно неподвижна. Ученые называют эту ситуацию синхронным вращением.

Однако, стоит обратить внимание на то, что орбита Луны полностью не совпадает с осью ее вращения. Луна путешествует вокруг Земли по эллиптической орбите, слегка вытянутому кругу. Когда Луна приближается к Земле на максимально возможное расстояние, она вращается медленнее, что позволяет увидеть обычно скрытые от наблюдателей 8 градусов на восточной стороне спутника. Когда же Луна отдаляется на максимальное расстояние, вращение происходит быстрее, поэтому дополнительные 8 градусов можно увидеть на западной стороне.

Следует отметить, что обратная сторона Луны визуально сильно отличается о того, какой мы привыкли видеть ее с Земли. Если ближняя сторона Луны главным образом состоит из лунных морей — больших темных равнин, созданных затвердевшими потоками лавы — и невысокими лунными холмами, то обратная сторона спутника буквально усеяна кратерами.

Между тем, ученые заявляют, что период вращения Луны не всегда был равен ее периоду обращения. Подобно тому, как гравитация Луны влияет на океанские приливы на Земле, гравитация Земли влияет и на Луну. Но поскольку на естественном спутнике планеты нет океана, Земля воздействует непосредственно на поверхность Луны, создавая на ней приливные выпуклости вдоль линии, указывающей на Землю. Приливное трение постепенно замедляет вращение Луны.

Такой же эффект оказывает и сам спутник на Землю, поэтому каждые 100 лет продолжительность дня увеличивается на несколько миллисекунд. Так, во время динозавров Земля совершала один оборот вокруг своей оси за 23 часа. Ныне принятые за сутки 24 часа (или 86 400 стандартных секунд) на оборот вокруг своей оси у Земли уходило в 1820 году. С тех пор солнечный день на планете увеличился примерно на 2,5 миллисекунды.

На Луне тепло или холодно?

Температура на Луне экстремальная: от кипящей жары до морозного холода, в зависимости от того, где светит Солнце. На Луне нет значительной атмосферы, поэтому она не может удерживать тепло или изолировать поверхность.

Луна 6

© Ricardo Reitmeyer | shutterstock

Луна совершает полный оборот вокруг своей оси примерно за 27 дней. День на одной стороне Луны длится около 13,5 суток, а следующие 13,5 суток она погружена во тьму. Когда солнечный свет попадает на поверхность Луны, температура может достигать 127 °C. После захода солнца она может опуститься до минус 173 °C. Температура меняется по всей поверхности Луны, поскольку она вращается и вокруг Земли, и вокруг своей оси.

Читайте также:

Лунная ось наклонена примерно на 1,54 градуса — намного меньше, чем земная ось (23,44 градуса). Это означает, что на Луне нет сезонов, как на Земле. Однако из-за наклона на лунных полюсах есть места, которые никогда не видят дневного света.

Инструмент Diviner на зонде НАСА LRO определил, что температура в кратерах на южном полюсе Луны составляет минус 238 °C и минус 247 °C в кратере на северном полюсе. «Эти температурные значения, насколько нам известно, являются самыми низкими, которые были измерены в любой точке Солнечной системы, включая поверхность Плутона», — сказал Дэвид Пейдж, главный исследователь по работе с инструментом Diviner и профессор планетарной науки в Университете Лос-Анджелеса. С тех пор аппарат НАСА «Новые горизонты» установил диапазон температуры на Плутоне, который находится в сопоставимых пределах — от минус 240 до минус 217 °C.

Ученые подозревали, что в темных кратерах Луны, находящихся в постоянной тени, может существовать водяной лед. В 2010 году радар НАСА на борту индийского космического корабля «Чандраян-1» обнаружил водяной лед в более чем 40 небольших кратерах на северном полюсе. По предварительным оценкам, его объем составляет более 1,3 триллиона фунтов.

Слои изоляции

Астронавты на Луне были защищены от экстремальной температуры своими скафандрами. В костюмах было несколько слоев изоляционного материала, покрытых сильно отражающим внешним слоем. Кроме того, они имели встроенные нагреватели и системы охлаждения.

Температура ядра

Луна имеет богатое железом ядро с радиусом около 330 км. Температура в ядре, предположительно, составляет от 1,327 до 1427 °C. Ядро нагревает внутренний слой расплавленной мантии, но она не достаточно горячая, чтобы согреть поверхность. Поскольку Луна меньше Земли, внутренние температуры Луны не поднимаются так высоко.

«Температура в недрах Луны, вероятно, ниже, чем у Земли, потому что Луна меньше — следовательно, ее внутреннее давление также меньше», — пояснил планетолог НАСА Рене Уэббер.

Обратная сторона Луны

Климатическая обсерватория глубокого космоса нацелила свои камеры на Землю, сделав множество снимков с 6 июля 2015 года, когда Луна оказалась перед нашей планетой.

Видимая разница в текстуре и освещении между Луной и Землей в анимированном изображении — не графическая обработка. Эффект создан естественным образом, благодаря атмосфере Земли.

Луну окутывает лишь тонкая дымка аргона. Солнечный свет касается поверхности спутника и отражается в обратном направлении. Свет, проходящий сквозь атмосферу Земли, напротив, рассеивается из-за плотного воздуха. Поэтому освещение нашей планеты более мягкое.

Камера EPIC выследила дальнюю сторону Луны во второй раз за время работы и в третий раз зафиксировала, как спутник пересекает ее поле зрения.

Мы не видим обратную сторону Луны с Земли, так как спутник синхронно вращается относительно нашей планеты. Это значит, что вращение Луны — длина ее дня от рассвета до рассвета для любого, кто стоит на ее поверхности, — занимает то же время, что и оборот спутника вокруг Земли.

Почему Луна всегда разная?

Луна — это первый небесный объект, привлекающий внимание человека. Все знают о фазах Луны, меняющейся в течение месяца — но что именно вызывает эти изменения?

Луна Фазы Луны

Фазы Луны. © Orion 8

 

Сама Луна сияет, отражая солнечный свет. Относительно нашей планеты, за исключением Солнца, из всех небесных объектов Луна обладает самым большим угловым размером — полная Луна в 30 раз больше и более чем в 1300 раз ярче Венеры.

Интересно, что фазы Луны можно увидеть прямо у себя дома — проведя небольшой эксперимент. Все, что понадобится — теннисный мяч, который обладает грубой структурой. Нужно выйти на улицу и держать мяч, ориентируясь на Солнце. Если Луна также видна на небосводе, то следует удерживать мяч на расстоянии вытянутой руки по направлению к ней. Если угловое расстояние между мячом, который выступает в роли Луны, и Солнцем будет таким же, как между настоящей Луной и Солнцем, то и Луна и мяч будут находиться в одной и той же фазе. Конечно, если переместить мяч в другое положение, его фаза изменится из-за изменения угла свечения. Можно переместить мяч таким образом, что он окажется полностью освещенным (полнолуние), либо освещенным только наполовину (четверть).

Луна 51

© NASA

Лунные фазы связаны с положением Луны на земной орбите. Спутник проходит через весь цикл фаз за 29,53 дня — от одной фазы новолуния (когда Луна не видна) до другой. В этой фазе, с точки зрения наблюдателя на Земле, Луна оказывается в том же положении на небе, что и Солнце. Следовательно, мы не можем увидеть «новую» Луну, если только она не проходит прямо перед Солнцем — тогда происходит солнечное затмение. Половину Луны (фаза первой четверти) мы видим, когда она проходит первую четверть цикла — примерно через 7,4 дня после новолуния. На данном этапе она восходит на 6 часов позже Солнца, как правило, около полудня.

Фаза полнолуния наступает через 14,8 дня после новолуния, Луна находится прямо напротив Солнца, ее диск полностью освещен. Она восходит на закате, ее высшая точка на небосводе — в полночь, а садится на рассвете.

Последняя четверть (когда освещена другая половина Луны) наступает через 22,1 дня после новолуния. В этой фазе Луна восходит за 6 часов до Солнца — около полуночи.

Карта минерального состава земного спутника

 

Мы привыкли видеть Луну в неброских оттенках серого. Но на этом мозаичном изображении небольшие различия в цветах были преувеличены, чтобы создать многоцветный лунный пейзаж. Снимки в высоком разрешении, которые входят в состав мозаики, были сделаны в полную фазу Луны.

Луна - минеральная карта

© Alain Paillou

Цвета соответствуют реальным различиям в минеральном составе лунной поверхности. Синие оттенки показывают богатые титаном районы, оранжевые и фиолетовые — регионы с относительно малым содержанием титана и железа.

Завораживающее Море Паров с широкой аркой лунных Апеннин над ним — чуть ниже центра. Сверху слева — темное дно кратера Архимеда диаметром 83 км. Участок над аркой Апеннин — место приземления миссии «Аполлон-15».

Анализ образцов горной породы, полученные в ходе миссий «Аполлон», стал основой для создания многоцветных изображений, использованных, чтобы изучить состав поверхности Луны.

Луна на 100-мегапиксельном снимке

 

луна сн 1

© Sean Doran | Flickr

Мастер по обработке изображений в НАСА Шон Доран объединил снимки, полученные орбитальным аппаратом Lunar Reconnaissance Orbiter, создав нечто невероятное — 100-мегапиксельную фотографию Луны, которую опубликовал на своей «космической» странице во Flickr.

Одно изображение LRO WAC имеет разрешение 100 метров на пиксель и охватывает около 60 км поверхности Луны. Снимки были сделаны с вертикального ракурса, поэтому, чтобы получить форму лунного шара, Дорану нужно было нанести их на сферу с использованием данных высотомера. В итоге у него получилось изображение, увеличив масштаб которого, можно наблюдать все богатство детализации лунного рельефа.

Чтобы рассмотреть все детали, скачайте изображение. Его полный размер составляет 15 Мб.

Луна сн 2

© Sean Doran | Flickr

Видео: © Sean Doran | Made with Lunar Reconnaissance Orbiter Camera data


Сохранить

Сохранить

Сохранить

Сохранить

Сохранить

149 просмотров всего, 1 просмотров сегодня

Общая оценка материала: 4.7
Оценка незарегистрированных пользователей за сегодня:
[Total: 0 Average: 0]