Луна — спутник Земли
Луна — единственный естественный спутник Земли. В мифах практически всех народов Луна отождествляется с богинями разного ранга. Русское название «Луна», вероятно, восходит через латинские «luna» и «luksna» к «lux» — лат. «свет». Луной прежде назывался диск светила в фазе полнолуния. Название месяц происходит от древнего индоевопейского «mes» — «луна» Слово «mes» ассоциировалось со словом «мера», и поэтому было отнесено только к фазам Луны, поскольку они делят год на 12 частей, тоже названных месяцами.
Астрономия Луны
Луна расположена на расстоянии 384 тыс. км от поверхности Земли. Период движения Луны по околоземной орбите и период ее обращения вокруг собственной оси практически совпадают, в результате чего спутник всегда повернут к Земле одной и той же стороной. Свет Луны, наблюдаемый с Земли, есть не что иное, как отраженный свет Солнца. Луна находится так далеко от светила, что можно считать, будто солнечные лучи освещают ровно половину темного лунного шара. В первом приближении орбита Луны является эллиптической. Средняя скорость орбитального движения Луны (с запада на восток) равна 1,02 км/с. Точка орбиты, в которой Луна наиболее близка к Земле, называется перигеем, а диаметрально противоположная точка, в которой Луна наиболее сильно удалена от Земли — апогеем.
Прямая, по которой плоскость околоземной лунной орбиты пересекается с плоскостью эклиптики, называется линией узлов и всегда лежит в плоскости земной околосолнечной орбиты. Узлами же называются точки пересечения лунной орбиты с эклиптикой. Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики под углом около 5 градусов 9 минут.
Наблюдаемые с Земли виды лунного диска, изменяющиеся от тонкого серпа до полного диска, называют фазами Луны.
Смена фазы Луны обусловлена переменами в условиях освещения Солнцем тёмного шара Луны при её движении по орбите. С изменением взаимного расположения Земли, Луны и Солнца терминатор (граница между освещённой и неосвещённой частями диска Луны) перемещается, что и вызывает изменение очертаний видимой части Луны. Поскольку Луна — сферическое тело, при ее частичном боковом освещении возникает «серп» . Освещенная сторона луны всегда указывает в сторону Солнца, даже если оно скрыто за горизонтом.
Фаза Луны, при которой к Земле обращено ее полностью неосвещенное полушарие, называется новолунием. Новолуние наступает при прохождении Луны между Землей и Солнцем. Характерно, что солнечное затмение может наступить только во время новолуния. Если бы плоскости земной и лунной орбит совпадали, то солнечные затмения происходили бы каждое новолуние. Но благодаря наклону лунной орбиты земной спутник проходит каждый раз несколько ниже или выше Солнца, и теоретически затмение возможно только тогда, когда новолуние наступает в одном из узлов лунной орбиты или вблизи него.
Впрочем, исходя из геометрии движения Луны и Земли, можно рассчитать, что Луна может полностью заслонить солнечный диск, будучи даже на весьма значительном расстоянии от узла лунной орбиты — до 18 градусов в обе стороны от узла. Солнечные затмения — явление, при котором Солнце полностью или частично перестает быть видимым для земного наблюдателя, т.к. его диск закрывается Луной, — известны всем. При движении вокруг Земли, Луна нередко полностью или частично попадает в конус тени, отбрасываемой Землей, и также на некоторое время перестает быть видимой для земного наблюдателя. Такое явление носит название лунного затмения.
Лунные затмения происходят только во время полнолуний и только в том случае, если Луна при этом находится вблизи одного из узлов своей орбиты или в нем. Первым вступает в земную тень левый, восточный край лунного диска; постепенно его форма приближается к серповидной, но этот серп сильно отличается от серпа лунных фаз: здесь линия, разделяющая на лунной поверхности свет и тень — край земной тени. Если в конус тени войдет вся Луна, то затмение будет полным; диаметр земной тени на линии лунной орбиты превышает диаметр Луны в 2,5 раза, и полное затмение может продолжаться до 2 часов.
Во время затмения Луна, не имеющая собственного свечения, отовсюду кажется темной; ее одинаково хорошо видно на всем полушарии Земли, обращенном в сторону Луны, и для всего полушария затмение начинается и кончается в один и тот же физический момент. Все это время Луна светится слабым медно-красным светом, причина происхождения которого — преломление солнечных лучей в земной атмосфере, благодаря которому красные лучи изгибаются внутрь конуса земной тени и попадают на лунный диск.
Подсчитано, что общее число солнечных и лунных затмений в году не может превышать семи: пять солнечных и два лунных или четыре солнечных и три лунных. Наименьшее возможное число затмений — два, причем оба солнечные. Однако чаще всего за год наблюдается четыре затмения: два солнечных и два лунных.
Астрофизика Луны
Радиус Луны составляет 1738 км, масса приблизительно в 81 раз меньше земной массы. Тем не менее, для спутника Луна более чем крупна, и поэтому систему «Земля — Луна» нередко называют «двойной планетой». Тем не менее, Луна далеко не самый большой естественный спутник в Солнечной системе. По размерам ее превосходят спутник Сатурна — Титан, спутник Нептуна — Тритон, а также спутники Юпитера Ганимед и Каллисто. Ганимед, кроме того, вдвое тяжелее Луны, что позволило ему сохранить атмосферу, пусть и очень разреженную. Масса Луны оказалась недостаточной, чтобы ее притяжение смогло удержать атмосферу. Магнитосферы и радиационных поясов у Луны также нет. Отсутствие атмосферы отчасти объясняет как сильное нагревание той стороны, что обращена к Солнцу, так и весьма низкие температуры обратной стороны. Объясняет оно и резкие тепловые и световые контрасты: «днем» температура поверхности Луны поднимается до 130 С, «ночью» же падает до минус 170 С.
Луна имеет почти твердое силикатное ядро, диаметр которого составляет приблизительно один километр. Как и у Земли, ядро Луны окружено плотной мантией. Толщина лунной коры не превышает 50 — 60 км, и на глубине 40 км температура уже достигает 300 °С. Поверхность Луны разделяется на два доминирующих типа — моря и материки. Моря, обширные углубления вроде котловин, зрительно воспринимаются, как более темные участки лунного диска. Светлые материки возвышаются над этими пространствами, занимая в общей сложности 84% поверхности спутника.
Моря представляют собой вулканические равнины. Они сложены потоками базальтовых лав, которые отличаются по химическому составу от земных базальтов исключительно малым количеством летучих компонентов. Впрочем, то же можно сказать о химическом составе лунных материков, которые также слагаются базальтовыми отложениями.
Материки носят следы интенсивной космической бомбардировки, более явные, чем на морском ложе. В основном процессы метеоритной бомбардировки завершились 3 млрд лет назад. Материковые породы сложены брекчиями из скученных, слипшихся обломков пород — анортозитов, норитов, троктолитов. В целом на поверхности Луны в результате воздействия солнечного ветра, энергичных космических излучений и редких падений метеоритов образуется слой разрыхленного, неплотного реголита.
В разнообразных породах Луны, более сложных по структуре и текстуре, чем земные базальты, обнаружено 50 видов минералов, состоящих из 70 химических элементов. Наиболее обычны пять минералов: плагиоклаз, авгит, пижонит, ромбический пироксен, оливин. Еще 4-5 видов встречаются относительно нечасто, хотя и присутствуют в малом количестве в пробах грунта, это ильменит, шпинель кристобаллит, тридимит. Остальные 40 видов минералов довольно редки.
Из всех химических соединений преобладает двуокись кремния. На втором месте идут окислы железа, далее прочие оксиды — алюминия, кальция, магния и прочих элементов.
Исследования Луны начались в январе 1959 г., когда в направлении спутника была запущена советская ракета «Луна-1». Эта станция, представлявшая собой приборный контейнер, прошла на расстоянии 5500 км от Луны и стала первым искусственным телом Солнечной системы. «Луна-2», запущенная в сентябре того же года, достигла поверхности Луны и передала на Землю первые данные о планете. В октябре «Луна-3» передала первые фотоснимки обратной стороны Луны.
США также начали исследования Луны в 1959 г. при помощи кораблей серии «Аполлон». 16 июля 1969 г. с Земли стартовал корабль «Аполлон-11», целью которого была высадка на Луну человека.
Приливы и отливы на Луне
Воздействует Луна на Землю и непосредственно. Благодаря силе лунной гравитации уровень Мирового океана Земли испытывает постоянные колебания. В течение приблизительно четверти суток он повышается, затем — на протяжении такого же времени — понижается; этот процесс, как нетрудно подсчитать, повторяется дважды в сутки. Подъем воды, нагоняющий ее на берег, носит название прилива, обратный процесс именуется отливом.
Примечательно, что каждые сутки прилив и отлив наступают с набольшим запаздыванием (в среднем около 50 мин.), точно соответствующим запаздыванию кульминации Луны. Приливы объясняются тем, что под влиянием лунного притяжения центр Земли, а с ним и все твердое тело планеты каждое мгновение смещается по направлению к Луне, причем величина этого ежесекундного смещения постоянна. Частицы же океана смещаются иначе: под действием гравитационных сил земная гидросфера принимает форму эллипсоида, вытянутого по направлению к Луне. По тем же причинам происходят и малозаметные атмосферные приливы и отливы, а также еще менее ощутимые приливы и отливы в твердом теле Земли: точки земной поверхности дважды в сутки поднимаются и опускаются в среднем на несколько десятков сантиметров.
