Місяць - супутник
Землі
. Встає Місяць і мстить вона за муки
гордовитої віддаленості своєї.
Лунатики простягають руки
І приречено йдуть за нею.
На крилах здичавілої сознанья,
Вагомість денний стомлені,
Летять вони, безкрилі созданья,
Прислухаючись до відсвітом Місяця ...
Белла Ахмадуліна
День і ніч міняються тому, що Земля обертається, і
Місяць закриває Сонце ...
З відповіді однієї студентки на семінарі
Блеск повного Місяця більше блиску Місяця в першій або
третій чверті не в 2 рази, як це можна було подумати, а в 15 разів, тому що
в місяць на Місяці не видно тіні [Бронштен, 1955а]. Цікаво, що в
повний місяць, як і в інші фази, центр і краю місячного диска однаково яскраві, що
говорить про численні нерівностях поверхні [Марков, 1955]. Тіні до
повного місяця зникають дуже швидко, і яскравість різко збільшується.
Місяць відстоїть від Землі в середньому на 384 395 км, то
є на 30 земних діаметрів і на 110 місячних діаметрів.
Період обходу навколо Землі - 27,3217 земних діб
(сидеричний місяць). Період зміни фаз - 29,5306 земних діб (синодичний
місяць).
Критична швидкість для місячної поверхні - 2,37
км/с [Марков, 1955].
Швидкість руху по орбіті - 1,02 км/с.
Період обертання навколо осі строго відповідає
періоду обертання навколо Землі, і тому Місяць звернена до Землі завжди однієї
стороною. Тільки частину протилежної сторони (18%) буває видно з-за
лібрації Місяця (через "похитування" під час руху по орбіті - це
пов'язане з нерівномірним рухом Місяця по еліптичній орбіті), а також через
неспівпадання площин орбіт Землі і Місяця та утворення лінії вузлів [Марков,
1955]. З-за перші обставини ми можемо зазирати на протилежне
півкуля на 6 градусів і 51 секунду по довготі за обидва краю, з-за другого - на
7 градусів 54 секунди за північний і південний полюси [Марков, 1955].
Зворотний бік Місяця сфотографована в 1959 р. з
допомогою радянської космічної станції "Луна-3".
Місяць - тривісний еліпсоїд, велика вісь якого
направлена до Землі [Марков, 1955].
Ось нахилена на 5,1 градуса до площини орбіти.
Орбіта нахилена на 5,9 градуса до земній орбіті
[Марков, 1955]. Лінія перетину площин орбіт Землі і Місяця здійснює
оборот за 18,6 року [Марков, 1955].
Орбіта Місяця помітно еліптична, і тому під час
затемнень Місяць або повністю закриває Сонце, або з усіх сторін залишається
світиться сонячний обідок (якщо Місяць далеко від Землі). Відстань до Місяця
коливається в інтервалі 363 000 - 405 500 км.
Рух Місяця по орбіті ускладнено також тяжінням до
Сонцю: коли Місяць ближче до нього, ніж Земля, вона притягається сильніше Землі;
коли далі - слабше (припливні сили діють на систему Земля-Місяць
аналогічно тому, як вони діють на кожне з двох тіл в окремо, але
значно сильніше).
Найдавніше згадка про затемнення Сонця Місяцем
міститься в китайській хроніці кінця IX століття до нашої ери. Затемнення було
особливим, так як сталося під час сходу Сонця. Це дозволило точно
датувати подія: 21 квітня 899 року [Подвійний схід Сонця, 1987]. Повний збіг
часу затемнень за китайськими хроніками і за астрономічними обчисленнями - одне
з спростувань лженаучних спроб "скоротити" людську історію в
кілька разів.
Маса Місяця - 0,012 земної маси, або 7,33 * 1025 г
(Місяць у 81,5 разів легше Землі). До недавнього часу система Земля-Місяць
вважалася найбільш подвійною планетою (основне тіло і супутник найближче один до
другу за розміром), але тепер першість за цим показником перейшло до системи
Плутон-Харон.
Діаметр Місяця - 3 476 км, приблизно чверть земного (0,27).
Площа поверхні - 7,5% земної поверхні (площа Північної та Південної Америк
разом). Обсяг - в 50 разів менша за Землю.
Щільність Місяця значно менше щільності Землі --
3,34 г/см3. Це дуже важливий параметр, на підставі якого судять про походження
Місяця (див. нижче).
Сила тяжіння в 6 разів слабкіше, ніж на Землі (0,16
земної). За словами Нейла Армстронга: "... відчуття тяжіння на Місяці
приємніше, ніж земне, і навіть приємніше стану невагомості "[Улубеков,
1984].
Температура коливається від мінус 160 до плюс 120
градусів Цельсія (опівночі, а в полудень). За пізнішими даними - від мінус
155 до плюс 105 градусів Цельсія.
Води й атмосфери на Місяці немає. Саме через це
існують такі різкі перепади температури. Через це немає і півтінь.
Вранці і ввечері підведені ділянки (гори, кратери) відкидають довгі чіткі
тіні і особливо добре видно з Землі в телескоп. Лінія, що розділяє освітлену
і неосвітленій частину Місяця, називається термінатором.
Місяць у середньому жовтувато-коричнева. Найяскравіші
точки відображають 22% світла, найтемніші ( "моря") - 4 - 5%. Значить,
речовин на кшталт крейди або снігу там немає [Марков, 1955]. Місяць за кольором схожа з
вулканічним попелом, і діапазон кольоровості там менше, ніж на Землі.
Зверху місячна поверхня покрита тонким шаром пилу (кілька
см), під яким до глибини 4 - 12 м лежить місячний реголіт - дрібний уламковий
матеріал, викинутий з невеликих кратерів. Далі до глибини 30 м знаходяться
викиди з великих кратерів. Далі до 1 км - тріщинуватих базальт. По крайней
мірою, така будова має місячна поверхню в місці посадки земних апаратів
[Жарков, 1983].
На поверхні Місяця є "моря" - сухі і
темніші низинні області, "материки" - світліші і
кілька піднесені області, гори у вигляді кілець, метеоритні кратери (з крутою
височиною в середині) і метеоритні цирки (без центральної гірки), ланцюжки
кратерів (див. нижче). З "морів" найбільш великі Океан Бур, Море
Ясності, Море Спокою, Море Дощів, Море Изобилия, Море Криз. Останні
дві розташовані поруч, що лягло в основу деяких анекдотів щодо
планів Радянського Союзу з освоєння Місяця (помилково не там сіли).
Теоретично в південній полярній області Місяця можливий
лід у кратерах, так як Сонце там ніколи не світить, і температура становить
мінус 230 градусів Цельсія [Лід на Місяці! 1995]. Може бути шар льоду та снігу в
50 см - від крижаних метеоритів. Американська станція "Клементина" в
1994 зафіксувала незвичайний характер радіосигналів у районі південного полюса.
Таким повинно бути відбиття від розрізнених плям снігу і льоду. Для перевірки
планувався запуск зонда "Lunar Prospector" у вересні 1997 р. [У
пошуках місячної вологи, 1997]. Зонд був запущений в січні 1998 р., виміряв енергію
нейтронів, що виникають у місячному грунті від космічних променів. Відомо, що вода
сповільнює нейтрони. За цими даними вважається, що на Місяці немає суцільного
крижаного покриву ніде, але є кристали льоду в місячному реголіт (від 0,3 до
1% маси в кратерах на полюсах). Станція через якийсь час була переведена
на нижчу орбіту (100 - 20 км), щоб збільшилась її роздільна
здатність і знайдені були кратери, де води особливо багато [Бережний, 1999].
Переконливих результатів не було, і станція була направлена в один з кратерів,
де розбилася зі швидкістю 1 км/с. Сподівалися, що при ударі водяна пара буде
викинутий у навколомісячного простору і бачили з Землі, але наслідки падіння
не були видні [ "Lunar Prospector "..., 2000].
Основна бомбардування Місяця метеоритами відбувалася
від 4,6 до 3,5 мільярдів років тому, але є і відносно недавні кратери,
які відрізняються "променями" - прямими, що розходяться в усі сторони
викидами речовини, які не встигли потемніти. Промені, наприклад, тягнуться від
кратерів Коперник і Тиша. Вони видно навіть у підзорну трубу. Кратер Коперник
виник "усього" 800 мільйонів років тому (вік визначається за
кількості більш молодих дрібних кратерів поверх старого кратера). Відомо до
300 систем променів [Марков, 1955].
Деякі місячні кратери метеоритні досягають
діаметру 150 - 200 км, чого немає на Землі. Є залишки кратерів ще більшого
розміру. Море Дощів - це колишній кратер діаметром 1 000 км, що заповнив
лавою, що піднялася після удару по тріщинах.
На Місяці є ланцюжка явно взаємопов'язаних
одновікові кратерів. Раніше думали, що одна з таких кратерів основний, а
інші вторинні (падало речовина, викинута при першому ударі). Після
кометної бомбардування Юпітера в 1994 р. (див. нижче) з'явилася гіпотеза,
аналогічно пояснює ці ланцюжки: Місяць спочатку розриває відповідне до неї
тіло приливними силами, уламки шикуються один за одним на орбіті і,
здійснивши половину витка, бомблять крутилася Місяць один за одним [Походження
кратерного ланцюжків на Місяці, 1994]. На Місяці також відомі альбедние аномалії,
які не виявляються в рельєфі. Можливо, це сліди зіткнення з кометами
[Бережний, 1999].
Найвищі місячні гори досягають 8 км, тобто
відповідні найвищим земним горах.
На зворотному боці Місяця дещо менше
"морів", але в іншому обидві сторони Місяця подібні. Море Східне --
стародавній кратер діаметром 900 км, який оточений кількома пасмами кільцевих
гір, наче по воді від кинутого камінця побігли і застигли кілька кругових
хвиль. Інші "моря" (Винахідників, Москви) не великі за площею.
За сучасними уявленнями в Місяця є невелике
і, можливо, залізне ядро (виходячи з відсутності магнітного поля і порівняно
малої щільності). Далі йде зона частково розплавленого речовини (наявністю її
пояснюють зареєстровані приладами місяцетрясіння). Далі - мантія. Далі - кора.
На видимій стороні Місяця кора має товщину 60 км, на зворотному - 100 км [Жарков,
1998]. Через відмінності в потужності кори центр маси на 2 км зміщений до Землі
[Жарков, 1983]. Відмінності в потужності кори поки не пояснені, але нерівномірність
параметрів на осі Земля-Місяць навряд чи випадкова.
Сейсмічні станції, встановлені на Місяці екіпажами
"Аполлон" реєстрували струсу від ударів метеоритів, падінь
космічних апаратів, а також власне місяцетрясіння [Кусков, 1998]. Ці
дані дозволяють стверджувати, що щільність місячних надр майже не зростає з
глибиною, а тиск в центрі Місяця відповідає земній на глибині 150 км.
Місячна кора видимої сторони повинна мати товщину 58 км, верхня мантія залягати
на глибинах 58 - 270 км, середня мантія - 270 - 500 км, нижня мантія - від 500.
Далі за характером поширення сейсмічних хвиль ясно, що до глибини 1000
- 1200 км ніякого ядра в Місяця немає, але в самому центрі все-таки може бути
залізне ядро радіусом 300 - 400 км або сульфідні ядро (FeS) радіусом 480 - 600
км. Загалом, якщо ядро є, то воно маленьке.
Сумарна річна енергія місяцетрясіння на 9 порядків
менше, ніж землетрусів [Жарков, 1983].
Серед власних місяцетрясіння розрізняються:
теплові добові;
глибинні з глибиною вогнища в 100 км (на кордонах
кругових морів, до 5 на рік);
глубокофокусние з глибиною вогнища в 700 - 1100 км
(дуже слабкі, між літосферою і астеносферою, викликані нерівномірністю фігури
Місяця, періодичність місячним припливам - 13.6; 27.2; 27.5; 206 діб; 6 років).
При ударі метеорита і т.п. Місяць довше Землі
"звучить" сейсмічно (як дзвін), так як менша за Землю і тверда, а
тому не гасить хвилю [Жарков, 1983].
Власне магнітне поле на Місяці, як уже
говорилося, відсутня, але 4,6 - 3,2 мільярди років тому воно було. Зараз
є тільки різні за потужністю місцеві магнітні поля, пов'язані з
метеоритами [Жарков, 1983].
Місяць - унікальне тіло в Сонячній системі. Тут
найнижче значення Fe/Si (залізо/кремній) для відомих тіл, включаючи
планети, їх супутники, комету Галлея і метеорити. У цьому відношенні Місяць
протилежна маленькому, але важкого Меркурію [Кусков, 1998]. Материкові
породи на Місяці збагачені алюмінієм і збіднена залізом і магнієм. Гористі
райони Місяця складені анортозитами, який утворюється при поступовому застиганні
магми, коли легкі і багаті алюмінієм з'єднання спливають. Але є басейн
Ейткена діаметром 2600 км, де алюмінію мало, зате багато заліза і титану.
Басейн виник, коли при зіткненні верхній шар опинився зідраний, і
оголилися породи, багаті залізом. "Моря" виникли пізніше через
повторного плавлення железомагнезіальних порід на глибині більше 400 км (від 4,3
до 3 млрд. років тому). У морі Спокою, де сів "Apollo-11",
виявилося приблизно в 10 разів більше титану, ніж в середньому [Хімічний склад
Місяця, 2002].
Існує кілька гіпотез виникнення Місяця [Як
утворився Місяць, 1986]:
земна мантія відірвалася від молодої і швидко
обертається в той час Землі (розподіл);
захоплена планета (місячний грунт різко відрізняється від
земної по складу);
виникла одночасно і разом із Землею з однієї і
того ж газово-пилової хмари;
вибита в результаті зіткнення Землі з тілом
важче Марса (тому Місяць легка, тому що виникла не з земного ядра, а з
земної мантії і кори).
Теоретично при певному збігу обставин все
чотири випадки можливі, але популярніший за все остання гіпотеза, так як тільки
вона пояснює, чому в Місяця немає або майже немає залізного ядра, і вся вона схожа
з земною мантією [Грів, 1990; "Ударне" походження Місяця, 1990].
Втім, схожість з земною мантією не повне, і, беручи ударну гіпотезу,
слід припустити, що вдарив тіло принесло багато свого речовини [Кусков,
1998].
Місяць еволюціонувала [Жарков, 1983]:
4,57 - 4,46 млрд. років тому, гаряча Місяць, період формування
макроструктури надр, осідає розтоплене ядро (Fe - FeS), існує
магнітне поле, Місяць вже повернений до Землі однією стороною, а її кора
асиметрична;
4,46 - 3,86 млрд. років тому, освіта
макроструктури материків, кристалізація верхній мантії, вулканізм, інтенсивна
бомбардування метеоритами і зростання кори, Місяць рівномірно "побита"
метеоритами - скрізь кратери з кількома кільцями гір; на Землі від цієї епохи
не залишилося слідів, і найдавніші гірські породи мають вік 3,8 млрд. років
[Жарков, Мороз, 2000];
4 - 3,9 млрд. років тому, ударний освіта кругових
морів і зникнення колишньої поверхні;
3,9 - 3,16 млрд. років тому (за іншими даними - 2,8
млрд. років тому) базальтова лава заповнила западини місячних морів, з тих пір в
"морях" менше кратерів, ніж на "материках", де колишня
поверхня повністю вціліла; в цей час зникає магнітне поле;
послеморской період, додалися тільки окремі
кратери з "променями" (Коперник, Тихо і безліч дрібних).
Система Земля-Місяць теж пройшла тривалу еволюцію.
Колись і Місяць, і Земля оберталися навколо своїх осей значно швидше, ніж
зараз, і були ближче один до одного. Потім обертання навколо осей загальмувалося
через приливне тертя: Земля стала обертатися повільніше, а Місяць відносно Землі
повністю зупинилася (більш 4,5 млрд. років тому). Але це означає, що Місяць
мала поступово відсунутися від Землі згідно закону збереження
кількості руху (повільніше рух навколо осі - швидше рух по
орбіті). Відібравши у Землі частина енергії, Місяць прискорилася і стала обертатися
навколо Землі за більш далекій орбіті. Те ж саме можна сказати більше
конкретно. Тому що Земля обертається навколо осі швидше, ніж навколо неї обертається
Місяць, приливні виступи на Землі трохи випереджають події. Найближчий до Місяця
виступ при цьому розганяє Місяць на орбіті, причому більшою мірою, ніж її
гальмує відсталий дальній виступ [Жарков, 1983].
Система продовжує еволюціонувати у тому ж
напрямку, і Місяць щороку відсувається від Землі на 3,8 см (за даними лазерної
локації). Або на 4,4 см на рік (за даними вивчення затемнень) [Жарков, 1983]. Так
буде відбуватися до тих пір, поки Місяць не зупинить Землю. Тоді
воспреобладают сили тертя про космічну середу (це не зовсім пустота - там
метеорні частки, якась кількість газу, частинки сонячного вітру,
гравітаційні поля і т.п.). Місяць почне передавати енергію космічної середовищі і
поступово зближуватися із Землею. Коли-небудь вона зблизитися так, що приливні
сили Землі розірвуть Місяць і перетворять на кільце - приблизно таке ж, як навколо
Сатурна, але більш значне. Втім, Земля і Місяць можуть значно
змінитися і навіть зникнути ще до цього з-за розширення Сонця.
Місяць активно вивчалася в середині століття, а тепер
інтерес до неї впав. Його можна підхльоснути тільки економічним використанням
Місяця (перевалочний пункт на шляху в більш далекий Космос, сировинна база і т.п.).
Одне з можливих використань - використання радіоактивного гелію (гелій
три), принесеного сонячним вітром. Це гарне термоядерний паливо,
можливе паливо для майбутніх космічних кораблів, і здобути його можна, нагрів
місячний грунт до 600 градусів Цельсія (початок виділення - 200 градусів, при 600
градусах - виділяється 75%) [Кульчинський, Шмітт, 1990]. Хто буде володіти Місяцем,
той буде володіти Землею ...
Список літератури
Для підготовки
даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.seminarium.narod.ru
