Луна – это звезда, планета или спутник? 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.

С момента изобретения телескопа началось изучение поверхности Луны, которая стала самым исследованным объектом звёздного неба.

Наш спутник – небесное тело, которое изучалось не только при помощи астрономических приборов. На Луну и ступала нога человека, и образцы её пород были доставлены на Землю.

На лунном диске можно различить невооружённым взглядом тёмные участки, условно названные «морями», и светлые, более возвышенные и гористые по сравнению с ними – «континенты», или «материки». Средняя высота «морей» примерно на 2,5 км ниже, чем у «континентов».
«Моря» — более молодые геологические образования округлой формы с гладкой поверхностью. Они занимают около 16% площади Луны. В результате вулканической деятельности вышедшая лава затопила низменные участки, в результате чего они покрылись слоем базальта, дающего тёмный цвет. Самое большое из лунных «морей» – океан Бурь, протяжённость которого составляет 2000 километров.
Большая часть лунных «морей» находится на видимой стороне спутника, но самая глубокая впадина расположена на обратной стороне. Её глубина равна 8000 метров.
Разница между самой низкой точкой Луны и самой высокой составляет 16000 метров.

Кратеры и цирки

Поверхность Луны покрыта кольцевыми горами – кратерами, имеющими центральную горку, и цирками, не имеющими её.
Количество кратеров огромно. Только с диаметром более 3500 метров их можно насчитать более 17 000 штук. Расположены они в основном на «континентах».
Кратеры появились вследствие падения метеоритов. На видимой стороне Луны их значительно меньше, чем на обратной. Также их больше на экваторе, чем на полюсах.

Масконы

Это упавшие на Луну астероиды или их остатки, лежащие близко к поверхности. Их плотность больше плотности спутника, поэтому они вызывают гравитационные возмущения. Название произошло от mass concentration – концентрация массы.

Реголит

Реголит – лунный грунт, образовавшийся под воздействием специфических условий, существующих на нашем спутнике. На его возникновение также повлияли разные виды излучений, бомбардирующие поверхность Луны из-за отсутствия у неё магнитного поля.
Исследования образцов реголита, доставленного на Землю, показали, что он состоит из спёкшихся микроскопических частиц горных пород и отличается от земных пород отсутствием связанной воды.

В 1609 году, после изобретения телескопа, человечество сумело впервые подробно рассмотреть свой космический спутник. С тех пор Луна - это наиболее изученное космическое тело, а также первое, на котором сумел побывать человек.

Первое, с чем предстоит разобраться - чем же является наш спутник? Ответ неожиданный: хотя Луна и считается спутником, технически она является такой же полноценной планетой, как и Земля. У нее большие размеры - 3476 километров в поперечнике на экваторе - и масса в 7,347×10 22 килограмм; Луна лишь немногим уступает , самой маленькой планете Солнечной Системы. Все это делает ее полноценным участником гравитационной системы Луна-Земля.

Известен и другой такой тандем в Солнечной системе, и Харон. Хотя вся масса нашего спутника составляет чуть больше сотой части массы Земли, Луна не обращается вокруг самой Земли - у них есть общий центр массы. А близость к нам спутника порождает еще один интересный эффект, приливный захват. Из-за него Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной.

Более того, изнутри Луна устроена как полноценная планета - у нее есть кора, мантия и даже ядро, а в далеком прошлом на ней существовали вулканы. Однако от древних ландшафтов уже ничего не осталось - на протяжении четырех с половиной миллиардов лет истории Луны на нее падали миллионы тонн метеоритов и астероидов, которые избороздили ее, оставив кратеры. Некоторые удары были настолько сильны, что прорвали ее кору вплоть до самой мантии. Котлованы от таких столкновений образовали лунные моря, темные пятна на Луне, которые легко различимы с . Более того, они присутствуют исключительно на видимой стороне. Почему? Об этом мы расскажем дальше.

Среди космических тел, Луна влияет на Землю сильнее всего - кроме, разве, Солнца. Лунные приливы, которые регулярно поднимают уровень воды в мировом океане - наиболее очевидное, но не самое сильное воздействие спутника. Так, постепенно отдаляясь от Земли, Луна замедляет вращение планеты - солнечный день вырос из первоначальных 5 до современных 24-х часов. А еще спутник служит естественным барьером против сотен метеоритов и астероидов, перехватывая их на подлете к Земле.

И вне сомнения, Луна - это лакомый объект для астрономов: как любителей, так и профессионалов. Хотя расстояние до Луны измерено с точностью до метра с помощью лазерных технологий, а образцы грунта с нее неоднократно привозили на Землю, там все еще остается место для открытий. Например, ученые охотятся за лунными аномалиями - таинственными вспышками и сияниями на поверхности Луны, не всем из которых находится объяснение. Оказывается, наш спутник скрывает гораздо больше, чем видно на поверхности - давайте же разберемся в тайнах Луны вместе!

Топографическая карта Луны

Характеристики Луны

Научному изучению Луны сегодня больше 2200 лет. Движение спутника на небосклоне Земли, фазы и расстояние от него до Земли были подробно описаны еще древними греками - а внутреннее строение Луны и ее история исследуются по сей день космическими аппаратами. Тем не менее века работы философов, а затем физиков и математиков дали весьма точные данные о том, как выглядит и движется наша Луна, и почему она именно такая. Все сведения о спутнике можно разделить на несколько категорий, взаимовытекающих друг из друга.

Орбитальные характеристики Луны

Как движется Луна вокруг Земли? Если бы наша планета была неподвижной, спутник вращался бы по почти идеальному кругу, время от времени незначительно приближаясь и отдаляясь от планеты. Но ведь и сама Земля вокруг Солнца - Луне приходится постоянно «догонять» планету. А еще наша Земля не является единственным телом, с которым наш спутник взаимодействует. Солнце, находящееся в 390 раз дальше Земли от Луны, массивнее Земли в 333 тысячи раз. И даже с учетом закона обратных квадратов, по которому интенсивность любого источника энергии резко падает при отдалении, Солнце притягивает Луну в 2,2 раза сильнее Земли!

Поэтому конечная траектория движения нашего спутника напоминает спираль, да еще и непростую. Ось лунной орбиты колеблется, сама Луна периодически приближается и отдаляется, а в глобальных масштабах и вовсе улетает от Земли. Эти же колебания приводят к тому, что видимая сторона Луны - это не одно и то же полушарие спутника, но разные его части, которые попеременно поворачиваются к Земле из-за «покачивания» спутника на орбите. Эти перемещения Луны по долготе и широте называются либрациями, и позволяют заглянуть за обратную сторону нашего спутника задолго до первого облета космическими аппаратами. С востока на запад Луна проворачивается на 7,5 градуса, а с севера на юг - на 6,5. Поэтому с Земли легко можно увидеть оба полюса Луны.

Конкретные орбитальные характеристики Луны полезны не только астрономам и космонавтам - к примеру, фотографами особенно ценится суперлуние: фаза Луны, в которой она достигает максимального размера. Это полнолуние, во время которого Луна находится в перигее. Приведем основные параметры нашего спутника:

Орбита Луны - эллиптическая, ее отклонение от идеального круга, составляет около 0,049. Учитывая колебания орбит, минимальное расстояние спутника до Земли (перигей) оставляет 362 тысячи километров, а максимальное (апогей) - 405 тысяч километров.
Общий центр массы Земли и Луны находится за 4,5 тысячи километров от центра Земли.
Сидерический месяц - полное прохождение Луны по своей орбите - проходит за 27,3 дня. Однако для полного оборота вокруг Земли и смены лунных фаз требуется на 2,2 дня больше - ведь за то время, что Луна идет по своей орбите, Земля пролетает тринадцатую часть собственной орбиты вокруг Солнца!
Луна находится в приливном захвате Земли - она вращается вокруг своей оси с той же скоростью, что и вокруг Земли. Из-за этого Луна постоянно повернута к Земле одной и той же стороной. Такое состояние характерно для спутников, которые находятся очень близко к планете.

Ночь и день на Луне очень долгие - по половине земного месяца.
В те периоды, когда Луна выходит из-за земного шара, ее видно на небе - тень нашей планеты постепенно сползает со спутника, позволяя освещать его Солнцу, а затем обратно закрывает его. Смены освещенности Луны, видимые с Земли, называются ее . Во время новолуния спутника не видно на небе, в фазе молодой Луны появляется ее тонкий серп, напоминающий завиток буквы «Р», в первой четверти Луна освещена ровно наполовину, а во время полнолуния ее заметно лучше всего. Дальнейшие фазы - вторая четверть и старая луна - происходят в обратном порядке.

Интересный факт: так как лунный месяц короче календарного, иногда за один месяц может быть два полнолуния - второе называется «голубой луной». Она такая же яркая, как и обычная полня - Землю она освещает на 0,25 люкс (для примера, обычное освещение внутри дома составляет 50 люкс). Сама Земля освещает Луну в 64 раза сильнее - целых 16 люкс. Разумеется, весь свет не собственный, а отраженный солнечный.

Орбита Луны наклонена к плоскости орбиты Земли и регулярно ее пересекает. Наклонение спутника постоянно меняется, варьируясь между 4,5° и 5,3°. На смену наклонения Луны уходит больше 18 лет.
Луна движется вокруг Земли со скоростью 1,02 км/с. Это намного меньше скорости движения Земли вокруг Солнца - 29,7 км/с. Максимальная скорость космического аппарата, достигнутая зондом для исследования Солнца «Гелиос-Б», составляла 66 километров в секунду.

Физические параметры Луны и ее состав

Для того чтобы понять, насколько большая Луна и из чего она состоит, людям понадобилось немало времени. Только в 1753 году ученый Р. Бошкович сумел доказать, что у Луны нет существенной атмосферы, равно как и жидких морей - при покрытии Луной звезды исчезают мгновенно, когда наличие дало бы возможность наблюдать их постепенное «затухание». Еще 200 лет понадобилось на то, чтобы советская станция «Луна-13» в 1966 году измерила механические свойства поверхности Луны. А про обратную сторону Луны вообще не было ничего не известно вплоть до 1959 года, пока аппарат «Луна-3» не сумел сделать первые ее снимки.

Команда космического корабля «Аполлон-11» доставила первые образцы на поверхность в 1969 году. Также они стали первыми людьми, которые побывали на Луне - до 1972 года на ней приземлилось 6 кораблей, и высадились 12 астронавтов. В достоверности этих полетов часто сомневались - однако многие пункты критиков исходили из их несведущести в космическом деле. Американский флаг, который по уверениям конспирологов «не мог развеваться в безвоздушном пространстве Луны», на самом деле твердый и статичный - его специально укрепили твердыми нитями. Это было сделано специально для того, чтобы сделать красивые снимки - провисшее полотно не столь зрелищное.

Многие искажения цветов и форм рельефа в отражениях на шлемах скафандров, в которых искали фальсификат, были обусловлены золотым напылением на стекле, защищающем от ультрафиолетового . Советские космонавты, которые смотрели трансляцию высадки астронавтов в реальном времени, также подтвердили достоверность происходящего. А кто сможет обмануть эксперта в своем деле?

А полные геологические и топографические карты нашего спутника составляются по сегодняшний день. В 2009 году космическая станция LRO (англ. «Lunar Reconnaissance Orbiter», Лунный Орбитальный Зонд) не только доставила самые детальные снимки Луны в истории, но и доказала наличие на ней большого количества замерзшей воды. Он же поставил точку в дискуссии о том, были ли люди на Луне, засняв следы деятельности команды «Аполлон» с низкой орбиты Луны. Аппарат был укомплектован оборудованием из нескольких стран мира, в том числе и из России.

Так как к исследованию Луны подключаются новые космические государства вроде Китая и частные компании, свежие данные поступают каждый день. Мы собрали основные параметры нашего спутника:

Площадь поверхности Луны занимает 37,9х10 6 квадратных километров - около 0,07% от всей площади Земли. Невероятно, но это лишь на 20% превышает площадь всех заселенных человеком местностей на нашей планете!
Средняя плотность Луны 3,4 г/см 3 . Она на 40% меньше плотности Земли - в первую очередь из-за того, что спутник лишен многих тяжелых элементов вроде железа, которыми богата наша планета. Кроме того, 2% массы Луны приходится на реголит - мелкую крошку камня, созданную космической эрозией и ударами метеоритов, плотность которой ниже обычной породы. Его толща в отдельных местах достигает десятков метров!
Все знают, что Луна намного меньше Земли, что сказывается на ее гравитации. Ускорение свободного падения на ней составляет 1,63 м/с 2 - всего 16,5 процентов от всей силы притяжения Земли. Прыжки астронавтов на Луне были очень высокими несмотря даже на то, что их скафандры весили 35,4 килограмма - почти как рыцарские доспехи! При этом они еще сдерживались: падение в условиях вакуума было достаточно опасным. Ниже - видео прыжков астронавта из прямой трансляции.

Лунные моря охватывают около 17% всей Луны - в основном ее видимую сторону, которая почти на треть покрыта ими. Они являются следами ударов особенно тяжелых метеоритов, которые буквально сорвали со спутника его кору. В этих местах от мантии Луны поверхность отделяет лишь тонкий, полукилометровый слой застывшей лавы - базальта. Поскольку ближе к центру любого большого космического тела концентрация твердых веществ растет, в лунных морях больше металла, чем где-либо по Луне.
Основная форма рельефа Луны - это кратеры и другие производные от ударов и ударными волнами, которастероидов. Лунные горы и цирки были построены громадными ые изменяли структуру поверхности Луны до неузнаваемости. Особенно сильна их роль была в начале истории Луны, когда та была еще жидкой - падения поднимали целые волны расплавленного камня. Это же стало причиной образования лунных морей: обращенная к Земле сторона была сильнее раскалена из-за концентрации в ней тяжелых веществ, из-за чего астероиды влияли на нее сильнее, чем на прохладную обратную сторону. Причиной такого неравномерного распределения вещества стало притяжение Земли, особенно сильное в начале истории Луны, когда та была ближе.

Кроме кратеров, гор и морей, в луне существуют пещеры и трещины - уцелевшие свидетели тех времен, когда недра Луны были также раскалены, как и , и на ней действовали вулканы. В этих пещерах часто присутствуют водные льды, как и у кратеров на полюсах, из-за чего их часто рассматривают как места для будущих лунных баз.
Настоящий цвет поверхности Луны - очень темный, ближе к черному. По всей же Луне попадаются самый разные цвета - от бирюзово-голубого до почти оранжевого. Светло-серый оттенок Луны из Земли и на снимках обусловлен высокой освещенностью Луны Солнцем. Из-за темного цвета, поверхность спутника отражает лишь 12% от всех лучей, падающих от нашего светила. Будь Луна светлее - и во время полнолуний было бы светло как днем.

Как сформировалась Луна?

Исследование минералов Луны и ее история - одна из самых тяжелых для ученых дисциплин. Поверхность Луны открыта для космических лучей, а тепло у поверхности нечему задерживать - поэтому спутник днем накаляется до 105° C, а ночью остывает до –150° C. Двухнедельная продолжительность дня и ночи усиливает влияние на поверхность - и в итоге минералы Луны изменяются до неузнаваемости со временем. Однако удалось кое-что выяснить.

Сегодня считается, что Луна - это продукт столкновения крупного зародыша планеты, Тейи, с Землей, который произошел миллиарды лет назад, когда наша планета была полностью расплавленной. Часть столкнувшейся с нами планеты (а она была размером с ) была поглощена - но ее ядро вместе с частью поверхностной материи Земли было выброшено по инерции на орбиту, где и осталалось в виде Луны.

Это доказывает уже упоминавшийся выше дефицит железа и других металлов на Луне - к тому времени, когда Тейя, вырвала кусок земного вещества, большая часть тяжелых элементов нашей планеты была притянута гравитацией внутрь, к ядру. Это столкновение отразилось на дальнейшем развитии Земли - она стала вращаться быстрее, а ось ее вращения наклонилась, из-за чего стала возможной смена сезонов.

Дальше Луна развивалась как обычная планета - у нее сформировалось железное ядро, мантия, кора, литосферные плиты и даже своя атмосфера. Однако малая масса и бедный на тяжелые элементы состав привел к тому, что недра нашего спутника быстро остыли, а атмосфера - испарилась от высокой температуры и отсутствия магнитного поля. Однако кое-какие процессы внутри все еще происходят - из-за движений в литосфере Луны иногда происходят лунотрясения. Они представляют одну из главных опасностей для будущих колонизаторов Луны: их размах доходит до 5 с половиной баллов по шкале Рихтера, а длятся они куда дольше земных - нет океана, способного вобрать в себя импульс движения земных недр.

Основные химические элементы на Луне - это кремний, алюминий, кальций и магний. Минералы, которые образуют эти элементы, схожие с земными и даже встречаются на нашей планете. Однако главное отличие минералов Луны - это отсутствие воздействия воды и кислорода, вырабатываемого живыми существами, высокая доля метеоритных примесей и следы воздействия космического излучения. Озоновый слой Земли сформировался достаточно давно, а атмосфера сжигает большую часть массы падающих метеоритов, позволяя воде и газам медленно, но уверенно менять облик нашей планеты.

Будущее Луны

Луна - это первое космическое тело после Марса, которое претендует на первоочередную колонизацию человеком. В некотором смысле Луна уже освоена - СССР и США оставили на спутнике государственные регалии, а орбитальные радиотелескопы прячутся за обратной стороной Луны от Земли, генератора множества помех в эфире. Однако что ждет наш спутник в будущем?

Главный процесс, о котором уже не раз упоминалось в статье - это отдаление Луны за счет приливного ускорения. Оно происходит достаточно медленно - спутник улетает не больше чем на 0,5 сантиметра в год. Однако важно тут совершенно другое. Дистанцируясь от Земли, Луна замедляет ее вращение. Рано или поздно может наступить момент, когда сутки на Земле будут длиться столько же, сколько лунный месяц - 29–30 дней.

Однако у удаления Луны будет свой предел. После его достижения, Луна начнет витками приближаться к Земле - причем куда быстрее, чем отдалялась. Полностью врезаться ей, однако, не удастся. За 12–20 тысяч километров от Земли начинается ее полость Роша - гравитационный предел, при котором спутник какой-либо планеты может сохранять твердую форму. Поэтому Луна на подлете будет разорвана на миллионы маленьких фрагментов. Часть из них упадет на Землю, устроив бомбардировку в тысячи раз мощнее ядерной, а остальные образуют вокруг планеты кольцо наподобие . Однако оно будет не таким ярким - кольца газовых гигантов состоят изо льда, который в разы ярче темных пород Луны - их не всегда будет видно на небе. Кольцо Земли создаст проблему астрономам будущего - если, конечно, к тому времени на планете кто-либо останется.

Колонизация Луны

Однако все это произойдет через миллиарды лет. А до тех пор человечество рассматривает Луну как первый потенциальный объект для космической колонизации. Однако что именно подразумевается под «освоением Луны»? Сейчас мы вместе просмотрим ближайшие перспективы.

Многие представляют колонизацию космоса подобно колонизации Земли времен Нового Века - поиск ценных ресурсов, их добыча, а затем доставка обратно домой. Однако это неприменимо к космосу - в ближайшие пару сотен лет доставка килограмма золота даже с ближайшего астероида будет обходиться дороже, чем его добыча из самых сложных и опасных для работы шахт. Также Луна вряд ли выступит «дачным сектором Земли» в ближайшем будущем - хотя там и есть большие месторождения ценных ресурсов, там будет тяжело выращивать еду.

Зато наш спутник вполне может стать базой для дальнейшего освоения космоса в перспективных направлениях - например, того же Марса. Главная проблема космонавтики на сегодняшний день - это ограничения по весу космических аппаратов. Для запуска приходится строить монструозные конструкции, которым нужны тонны топлива - ведь нужно преодолеть не только притяжение Земли, но и атмосферу! А если это межпланетный корабль, то нужно его еще и заправить. Это серьезно стесняет конструкторов, принуждая их предпочитать экономность функциональности.

Луна подходит для стартовой площадки космических кораблей куда лучше. Отсутствие атмосферы и низкая скорость для преодоления притяжения Луны - 2,38 км/c против 11,2 км/с Земли - делают запуски намного проще. А залежи полезных ископаемых спутника позволяют сэкономить на весе топлива - камне на шее космонавтики, который занимает значительную долю массы любого аппарата. Если развернуть производство ракетного топлива на Луне, можно будет запускать большие и сложные космические корабли, собранные с деталей, доставленных с Земли. Да и сборка на Луне будет куда проще, чем на околоземной орбите - и намного надежнее.

Существующие на сегодняшний день технологии позволяют если не полностью, то частично осуществить этот проект. Однако любые шаги в эту сторону требуют риска. Вложение громадных денег потребуют исследования на предмет нужных ископаемых, а также разработка, доставка и тестирование модулей будущих лунных баз. А одна предполагаемая стоимость запуска даже первоначальных элементов способна разорить целую сверхдержаву!

Поэтому колонизация Луны - это предмет не столько работы ученых и инженеров, сколько людей всего мира для достижения столь ценного единства. Ибо в единстве человечества кроется истинная сила Земли.

Спутник Земли с доисторических времен привлекал внимание людей. Луна - это самый заметный объект неба после Солнца, а потому ей всегда приписывались столь же значительные свойства, как и дневному светилу. Спустя века на смену поклонению и простому любопытству пришел научный интерес. Убывающая, полная и растущая Луна - это сегодня объекты самого пристального изучения. Благодаря исследованиям астрофизиков мы многое знаем о спутнике нашей планеты, однако немало осталось и неизвестного.

Происхождение

Луна - это явление, настолько привычное, что вопроса о том, откуда она взялась, практически не возникает. Между тем именно происхождение спутника нашей планеты - одна из самых значительных его тайн. Сегодня существует несколько теорий на этот счет, каждая из которых может похвастаться как наличием подтверждений, так и аргументами в пользу ее несостоятельности. Полученные данные позволяют выделить три основные гипотезы.

Луна и Земля образовались из одного протопланетного облака.
Полностью сформированная Луна была захвачена Землей.
К образованию Луны привело столкновение Земли с крупным космическим объектом.

Рассмотрим эти версии более подробно.

Совместная аккреция

Гипотеза совместного происхождения (аккреции) Земли и ее спутника признавалась в научном мире наиболее правдоподобной до начала 70-х годов прошлого столетия. Впервые выдвинул ее еще Иммануил Кант. Согласно этой версии, Земля и Луна образовались практически одновременно из протопланетных частиц. Космические тела представляли собой при этом двойную систему.

Первой начала формироваться Земля. После того как она достигла определенных размеров, вокруг нее под действием силы притяжения стали кружить частицы из протопланетного роя. Они начали двигаться по эллиптическим орбитам вокруг зародившегося объекта. Некоторые частицы падали на Землю, другие сталкивались и слипались. Затем орбита постепенно стала все больше приближаться к круговой и из роя частиц начал формироваться зародыш Луны.

За и против

Сегодня гипотеза совместного происхождения имеет больше опровержений, нежели доказательств. Она объясняет одинаковое кислородно-изотопное соотношение двух тел. Сомнительными являются выдвинутые в рамках гипотезы причины разного состава Земли и Луны, в частности, практически полного отсутствия на последней железа и летучих веществ.

Гость издалека

В 1909 году Томасом Джексоном Джеферсоном Си была выдвинута гипотеза гравитационного захвата. Согласно ей, Луна - это тело, сформировавшееся где-то в другой области Солнечной системы. Ее эллиптическая орбита пересекала траекторию движения Земли. При очередном сближении Луна была захвачена нашей планетой и стала спутником.

В пользу гипотезы ученые приводят достаточно распространенные мифы народов мира, повествующие о времени, когда Луны не было на небе. Также косвенно теорию гравитационного захвата подтверждает наличие твердой поверхности на спутнике. Согласно советским исследованиям, не имеющая атмосферы Луна, если она вращается вокруг нашей планеты уже несколько миллиардов лет, должна была быть покрыта многометровым слоем пыли, попадающей из космоса. Однако сегодня известно, что на поверхности спутника такого не наблюдается.

Гипотеза может объяснить малое количество железа на Луне: она могла образоваться в зоне планет-гигантов. Однако в этом случае на ней должна быть большая концентрация летучих веществ. Кроме того, по результатам моделирования гравитационного захвата его возможность кажется маловероятной. Тело с такой массой, как у Луны, скорее столкнулось бы с нашей планетой или было бы выдворено за пределы орбиты. Гравитационный захват мог произойти только в случае очень близкого прохождения будущего спутника. Однако и в этом варианте более вероятным становится разрушение Луны под действием приливных сил.

Гигантское столкновение

Третья из названных выше гипотез на сегодняшний день считается наиболее правдоподобной. Согласно теории гигантского столкновения, Луна - это результат взаимодействия Земли и довольно крупного космического объекта. Гипотеза была предложена в 1975 году Уильямом Хартманом и Дональдом Дэвисом. Они предположили, что с молодой Землей, успевшей набрать 90% своей массы, столкнулась протопланета, названная Тэйей. Размер ее соответствовал современному Марсу. В результате удара, пришедшегося на «край» планеты, практически все вещество Тэйи и часть земного была выброшена в космическое пространство. Из этого «строительного материала» стала формироваться Луна.

Гипотеза объясняет современную скорость а также угол наклона ее оси и многие физические и химические параметры обоих тел. Слабым местом теории является приводимые ею причины низкого содержания железа на Луне. Для этого до столкновения в недрах обоих тел должна была произойти полная дифференциация: образование железного ядра и силикатной мантии. На сегодняшний день подтверждений найдено не было. Возможно, новые данные о земном спутнике прояснят и этот вопрос. Правда, есть вероятность, что они могут и опровергнуть принятую сегодня гипотезу происхождения Луны.

Основные параметры

Для современных людей Луна - это неотъемлемая часть ночного неба. Расстояние до нее на сегодняшний день составляет примерно 384 тысячи километров. Этот параметр несколько меняется по мере движения спутника (диапазон - от 356 400 до 406 800 км). Причина кроется в эллиптической орбите.

Спутник нашей планеты движется сквозь космос со скоростью 1,02 км/с. Полный оборот вокруг нашей планеты он совершает примерно за 27,32 суток (сидерический или звездный месяц). Интересно, что притяжение Луны Солнцем в 2,2 раза сильнее, чем Землей. Этот и другие факторы влияют на движение спутника: сокращение сидерического месяца, изменение расстояния до планеты.

Ось Луны имеет наклон в 88°28". Период вращения равен сидерическому месяцу и именно поэтому спутник всегда повернут к нашей планете одной стороной.

Отражающая

Можно предположить, что Луна - это звезда, очень близко расположенная к нам (в детстве такая идея могла приходить многим). Однако в действительности она не обладает многими параметрами, присущими таким телам, как Солнце или Сириус. Так, воспетый всеми поэтами-романтиками лунный свет - лишь отражение солнечного. Сам спутник не излучает.

Фаза Луны - это явление, связанное с отсутствием у нее собственного света. Видимая часть спутника на небе постоянно изменяется, последовательно проходя четыре этапа: новолуние, растущий месяц, полнолуние и убывающая Луна. Это стадии синодического месяца. Он исчисляется от одного новолуния до другого и длится в среднем 29,5 дней. Синодический месяц больше сидерического, поскольку Земля также движется вокруг Солнца и спутнику все время приходится наверстывать некоторое расстояние.

Многоликая

Первая в цикле фаза Луны - это то время, когда для земного наблюдателя спутник на небе отсутствует. В это время он обращен к нашей планете темной, неосвещенной стороной. Длительность этой фазы - один-два дня. Затем в западной части неба появляется месяц. Луна - это лишь тонкий серп в такое время. Часто, однако, можно наблюдать весь диск спутника, но менее яркий, окрашенный в серый. Такое явление получило название пепельного цвета Луны. Серый диск рядом с ярким серпом - это часть спутника, освещенная лучами, отраженными с поверхности Земли.

Спустя семь дней от начала цикла наступает следующая фаза - первая четверть. В это время Луна освещена ровно наполовину. Характерный признак фазы - прямая линия, разделяющая темный и освещенный участок (в астрономии она называется «терминатор»). Постепенно она становится более выпуклой.

На 14-15 сутки цикла наступает полнолуние. Затем видимая часть спутника начинает уменьшаться. На 22 день наступает последняя четверть. В этот период также нередко можно наблюдать пепельный цвет. Угловое расстояние Луны от Солнца ставится все меньше и по прошествии примерно 29,5 дней она вновь полностью скрывается.

Затмения

С особенностями движения спутника вокруг нашей планеты связано еще несколько явлений. Плоскость орбиты Луны наклонена к эклиптике в среднем на 5,14°. Такое положение нетипично для подобных систем. Как правило, орбита спутника лежит в плоскости экватора планеты. Точки пересечения траекторией Луны эклиптики называются восходящим и нисходящим узлами. Они не имеют точной фиксации, постоянно, хотя и медленно, движутся. Примерно за 18 лет узлы проходят всю эклиптику. В связи с этими особенностями Луна возвращается к одному из них через период, равный 27,21 суток (он называется драконическим месяцем).

С прохождением спутника точек пересечения его оси с эклиптикой связано такое явление, как затмение Луны. Это феномен, нечасто радующий (или огорчающий) нас собой, но обладающий определенной периодичностью. Затмение происходит в тот момент, когда полнолуние совпадает с прохождением спутника одного из узлов. Столь интересное «стечение обстоятельств» возникает достаточно редко. То же справедливо и для совпадения новолуния и прохождения одного из узлов. В это время случается солнечное затмение.

Наблюдения астрономов показали, что оба феномена имеют цикличный характер. Длина одного периода равна чуть больше 18 лет. Называется такой цикл саросом. За один период происходит 28 лунных и 43 солнечных затмения (из них 13 — полных).

Влияние ночного светила

С древних времен Луна считалась одним из управителей человеческой судьбы. По мнению мыслителей того периода, она влияла на характер, отношения, настроение и поведение. Сегодня действие Луны на организм изучается с научной точки зрения. Различные исследования подтверждают, что зависимость некоторых особенностей поведения и состояния здоровья от фаз ночного светила существует.

Например, врачи Швейцарии, долгое время наблюдавшие за больными с неполадками в сердечно-сосудистой системе, установили, что растущая Луна — это опасный период для людей, предрасположенных к инфаркту. Большинство приступов по их данным совпадало с появлением на ночном небе молодого месяца.

Существует большое количество аналогичных исследований. Однако сбор подобной статистики - не единственное, что интересует ученых. Они попытались найти объяснения выявленным закономерностям. Согласно одной из теорий, Луна оказывает на человеческие клетки такое же воздействие, как и на всю Землю: вызывает В результате влияния спутника изменяется водно-солевой баланс, проницаемость мембраны, соотношение гормонов.

Другая версия во главу угла ставит воздействие Луны на магнитное поле планеты. Согласно этой гипотезе, спутник вызывает изменения электромагнитных импульсов тела, что влечет за собой определенные последствия.

Специалисты, придерживающиеся мнения об огромном влиянии на нас ночного светила, рекомендуют выстраивать свою деятельность, согласуя ее с циклом. Они предостерегают: фонари и лампы, перекрывающие лунный свет, могут навредить здоровью человека, поскольку из-за них организм не получает информации о смене фаз.

На Луне

После знакомства с ночным светилом с Земли пройдемся по его поверхности. Луна — это спутник, не защищенный от воздействия солнечных лучей атмосферой. Днем поверхность нагревается до 110 ºС, а в ночное время она остывает до -120 ºС. При этом колебания температуры характерны для небольшой зоны коры космического тела. Очень низкая теплопроводность не позволяет прогреться недрам спутника.

Можно сказать, что Луна — это земли и моря, обширные и малоисследованные, но обладающие своими именами. Первые карты поверхности спутника появились еще в семнадцатом веке. Темные пятна, ранее принимавшиеся за моря, после изобретения телескопа оказались низкими равнинами, однако сохранили свое название. Более светлые области на поверхности — это «континентальные» зоны с горами и хребтами, часто кольцевой формы (кратеры). На Луне можно встретить Кавказ и Альпы, Моря Кризисов и Спокойствия, Океан Бурь, Залив Радости и Болото Гнили (заливы на спутнике — примыкающие к морям темные области, болота — небольшие пятна неправильной формы), а также горы Коперника и Кеплера.

И только после была разведана обратная сторона Луны. Это случилось в 1959 году. Данные, полученные советским спутником, позволили составить карту скрытой от телескопов части ночного светила. Здесь также зазвучали имена великих: К.Э. Циолковского, С.П. Королева, Ю.А. Гагарина.

Совсем другая

Отсутствие атмосферы делает Луну такой не похожей на нашу планету. Небо здесь никогда не затягивают облака, его цвет не меняется. На Луне над головой космонавтов только темный звездный купол. Солнце встает медленно и неторопливо движется по небу. День на Луне длится практически 15 земных суток, такова и продолжительность ночи. Сутки равны периоду, за который спутник Земли делает один оборот относительно Солнца, или синодическому месяцу.

На спутнике нашей планеты нет ветра и осадков, также здесь отсутствует плавное перетекание дня в ночь (сумерки). Кроме того, Луна постоянно находится под угрозой падения метеоритов. О количестве их косвенно свидетельствует реголит, покрывающий поверхность. Это слой обломков и пыли толщиной до нескольких десятков метров. Состоит он из раздробленных, перемешанных и местами сплавленных останков метеоритов и разрушенных ими лунных пород.

При взгляде на небо можно увидеть неподвижно и всегда на одном и том же месте висящую Землю. Красивая, но практически никогда не меняющаяся картина объясняется синхронизацией вращения Луны вокруг нашей планеты и собственной оси. Это одно из самых чудесных зрелищ, которое довелось видеть космонавтам, впервые высадившимся на поверхности спутника Земли.

Знаменитая

Бывают периоды, когда Луна — это «звезда» не только научных конференций и изданий, но и всевозможных СМИ. Огромный интерес для большого числа людей представляют некоторые довольно редкие явления, связанные со спутником. Одно из них — это суперлуние. Оно происходит в те дни, когда ночное светило находится на самом маленьком расстоянии от планеты, причем в фазе полнолуния или новолуния. Ночное светило при этом становится визуально на 14% крупнее и на 30% ярче. Во второй половине 2015 года суперлуния можно будет наблюдать 29 августа, 28 сентября (в этот день суперлуние будет наиболее внушительным) и 27 октября.

Еще одно любопытное явление связано с периодическим попаданием ночного светила в земную тень. Спутник при этом не исчезает с неба, а приобретает красный цвет. Астрономическое событие получило название Кровавая Луна. Это явление довольно редкое, однако современным любителям космоса опять повезло. Кровавые Луны взойдут над Землей в 2015 году несколько раз. Последняя из них появится в сентябре и совпадет с полным затмением ночного светила. Такое точно стоит увидеть!

Ночное светило всегда притягивало к себе людей. Месяц и полная Луна — это центральные образы во многих поэтических очерках. По мере развития научных знаний и методов астрономии спутник нашей планеты стал интересовать не только астрологов и романтиков. Многие факты со времен первых попыток объяснения лунного «поведения» стали понятны, большое число тайн спутника было раскрыто. Однако ночное светило, как и все объекты космоса, не так просто, как может показаться.

Даже американская экспедиция не смогла ответить на все поставленные перед ней вопросы. В то же время с каждым днем ученые узнают о Луне что-то новое, хотя часто полученные данные порождают еще больше сомнений в существующих теориях. Так было с гипотезами происхождения Луны. Все три главные концепции, которые признавались в 60-70-х годах, были опровергнуты по результатам американской экспедиции. Вскоре лидирующей стала гипотеза гигантского столкновения. Вероятнее всего, в будущем нас ожидает множество удивительных открытий, связанных с ночным светилом.

Среднее расстояние между центрами Земли и Луны - 384 467 км (0,002 57 а. е., ~ 30 диаметров Земли).

Видимая звёздная величина полной Луны на земном небе −12,71m. Освещённость, создаваемая полной Луной возле поверхности Земли при ясной погоде, составляет 0,25 - 1 лк.

Луна является единственным астрономическим объектом вне Земли, на котором побывал человек.

Название

Слово луна восходит к праслав. *luna < пра-и.е. *louksnā́ «светлая» (ж. р. прилагательного *louksnós), к этой же индоевропейской форме восходит и лат. lūna «луна». Греки называли спутник Земли Селеной (др.-греч. Σελήνη), древние египтяне - Ях (Иях).

Луна как небесное тело

Орбита

С древних времён люди пытались описать и объяснить движение Луны. Со временем появлялись всё более точные теории.

Основой современных расчётов является теория Брауна. Созданная на рубеже XIX-XX веков, она описывала движение Луны с точностью измерительных приборов того времени. При этом в расчёте использовалось более 1400 членов (коэффициентов и аргументов при тригонометрических функциях).

Современная наука может рассчитывать движение Луны и проверять эти расчёты с ещё большей точностью. Методами лазерной локации расстояние до Луны измеряется с ошибкой в несколько сантиметров. Такую точность имеют не только измерения, но и теоретические предсказания положения Луны; для таких расчётов используются выражения с десятками тысяч членов и не существует предела их количества, если потребуется ещё более высокая точность.

В первом приближении можно считать, что Луна движется по эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,0549 и большой полуосью 384 399 км. Реальное движение Луны довольно сложное, при его расчёте необходимо учитывать множество факторов, например, сплюснутость Земли и сильное влияние Солнца, которое притягивает Луну в 2,2 раза сильнее, чем Земля. Более точно движение Луны вокруг Земли можно представить как сочетание нескольких движений:

обращение вокруг Земли по эллиптической орбите с периодом 27,32166 суток, это так называемый сидерический месяц (то есть движение измерено относительно звёзд);

поворот плоскости лунной орбиты: её узлы (точки пересечения орбиты с эклиптикой) смещаются на запад, делая полный оборот за 18,6 лет. Это движение является прецессионным;

поворот большой оси лунной орбиты (линии апсид) с периодом 8,8 лет (происходит в противоположном направлении, чем указанное выше движение узлов, то есть долгота перигея увеличивается);

периодическое изменение наклона лунной орбиты по отношению к эклиптике от 4°59′ до 5°19′;

периодическое изменение размеров лунной орбиты: перигея от 356,41 до 369,96 тыс. км, апогея от 404,18 до 406,74 тыс. км;

постепенное удаление Луны от Земли вследствие приливного ускорения (примерно на 4 см в год), таким образом, её орбита представляет собой медленно раскручивающуюся спираль.

Общее строение

Луна состоит из коры, верхней мантии (астеносферы), средней мантии, нижней мантии и ядра. Атмосфера практически отсутствует. Поверхность Луны покрыта так называемым реголитом - смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате столкновений метеоритов с лунной поверхностью. Ударно-взрывные процессы, сопровождающие метеоритную бомбардировку, способствуют взрыхлению и перемешиванию грунта, одновременно спекая и уплотняя частицы грунта. Толщина слоя реголита составляет от долей метра до десятков метров.

Толщина коры Луны меняется в широких пределах от 0 до 105 км. По данным со спутников гравитационной разведки GRAIL, толщина лунной коры больше на том полушарии, которое обращено к Земле.

Условия на поверхности Луны

Атмосфера Луны крайне разрежена. Когда поверхность не освещена Солнцем, содержание газов над ней не превышает 2,0·10 5 частиц/см³ (для Земли этот показатель составляет 2,7·10 19 частиц/см³), а после восхода Солнца увеличивается на два порядка за счёт дегазации грунта. Разрежённость атмосферы приводит к высокому перепаду температур на поверхности Луны (от −160 °C до +120 °C), в зависимости от освещённости; при этом температура пород, залегающих на глубине 1 м, постоянна и равна −35 °C. Ввиду практического отсутствия атмосферы, небо на Луне всегда чёрное, со звёздами, даже когда Солнце находится над горизонтом.

Земной диск висит в небе Луны почти неподвижно. Причины небольших ежемесячных колебаний Земли по высоте над лунным горизонтом и по азимуту (примерно по 7°) такие же, как у либраций. Угловой размер Земли при наблюдении с Луны в 3,7 раз больше, чем лунный при наблюдении с Земли, а закрываемая Землёй площадь небесной сферы в 13,5 раз больше, чем закрываемая Луной. Степень освещённости Земли, видимая с Луны, обратна лунным фазам, видимым на Земле: в полнолуние c Луны видна неосвещённая часть Земли, и наоборот. Освещение отражённым светом Земли примерно в 50 раз сильнее, чем освещение лунным светом на Земле, максимальная видимая звёздная величина Земли на Луне составляет приблизительно −16 m .

Гравитационное поле

Гравитационный потенциал Луны традиционно записывают как сумму трёх слагаемых:

где δW - приливный потенциал, Q - центробежный потенциал, V - потенциал притяжения. Потенциал притяжения обычно раскладывают по зональным, секторальным и тессеральным гармоникам:

где P n m - присоединённый полином Лежандра, G - гравитационная постоянная, M - масса Луны, λ и θ - долгота и широта.

Приливы и отливы

Гравитационное влияние Луны вызывает на Земле некоторые интересные эффекты. Наиболее известный из них - морские приливы и отливы. На противоположных сторонах Земли образуются (в первом приближении) две выпуклости - со стороны, обращённой к Луне, и с противоположной ей. В мировом океане этот эффект выражен намного сильнее, чем в твёрдой коре (выпуклость воды больше). Амплитуда приливов (разность уровней прилива и отлива) на открытых пространствах океана невелика и составляет 30-40 см. Однако вблизи берегов вследствие набега приливной волны на твёрдое дно приливная волна увеличивает высоту точно так же, как обычные ветровые волны прибоя. Учитывая направление обращения Луны вокруг Земли, можно составить картину следования приливной волны по океану. Сильным приливам больше подвержены восточные побережья материков. Максимальная амплитуда приливной волны на Земле наблюдается в заливе Фанди в Канаде и составляет 18 метров.

Хотя для земного шара величина силы тяготения Солнца почти в 200 раз больше, чем силы тяготения Луны, прили́вные силы, порождаемые Луной, почти вдвое больше порождаемых Солнцем. Это происходит из-за того, что приливные силы зависят не только от величины гравитационного поля, а ещё и от степени его неоднородности. При увеличении расстояния от источника поля неоднородность уменьшается быстрее, чем величина самого поля. Поскольку Солнце почти в 400 раз дальше от Земли, чем Луна, то приливные силы, вызываемые солнечным притяжением, оказываются слабее.

Магнитное поле

Считается, что источником магнитного поля планет является тектоническая активность. Например, у Земли поле создаётся движением расплавленного металла в ядре, у - последствиями прошлой активности.

«Луна-1» в 1959 году установила отсутствие однородного магнитного поля на Луне. Результаты исследований учёных Массачусетского технологического института подтверждают гипотезу, что у неё было жидкое ядро. Это укладывается в рамки самой популярной гипотезы происхождения Луны - столкновение Земли примерно 4,5 миллиарда лет назад с космическим телом размером с Марс «выбило» из Земли огромный кусок расплавленной материи, который позже превратился в Луну. Экспериментально удалось доказать, что на раннем этапе существования у Луны было аналогичное земному магнитное поле.

Наблюдение Луны с Земли

Связь фаз Луны с её положением относительно Солнца и Земли. Зелёным цветом выделен угол, на который Луна повернётся с момента окончания сидерического месяца до момента окончания синодического месяца.

В южном полушарии Луна - перевернутая, как на этом австралийском снимке.

Угловой диаметр Луны очень близок к солнечному и составляет около половины градуса. Луна с Земли выглядит бело-желтой, хотя отражает только 7 % падающего на неё солнечного света (примерно как древесный уголь). Так как Луна не светится сама, а лишь отражает солнечный свет, с Земли видна только освещённая Солнцем часть лунной поверхности (в фазах Луны, близких к новолунию, то есть в начале первой четверти и в конце последней четверти, при очень узком серпе можно наблюдать «пепельный свет Луны» - слабое освещение её лучами Солнца, отражёнными от Земли). Луна обращается по орбите вокруг Земли, и тем самым угол между Землёй, Луной и Солнцем изменяется; мы наблюдаем это явление как цикл лунных фаз. Период времени между последовательными новолуниями в среднем составляет 29,5 дней (709 часов) и называется синодический месяц. То, что длительность синодического месяца больше, чем сидерического, объясняется движением Земли вокруг Солнца: когда Луна относительно звёзд совершает полный оборот вокруг Земли, Земля к этому времени проходит уже 1/13 часть своей орбиты, и чтобы Луна снова оказалась между Землёй и Солнцем, ей нужно дополнительно около двух суток.

Лунные либрации

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. Эта синхронизация вызвана трением приливов, которые производила Земля в оболочке Луны. Согласно законам механики, Луна ориентирована в поле тяготения Земли так, что на Землю направлена большая полуось лунного эллипсоида.

Явление либрации, открытое Галилео Галилеем в 1635 году, позволяет наблюдать около 59 % лунной поверхности. Дело в том, что вокруг Земли Луна обращается с переменной угловой скоростью вследствие эксцентриситета лунной орбиты (вблизи перигея движется быстрее, вблизи апогея медленнее), в то время как вращение спутника вокруг собственной оси равномерно. Это позволяет увидеть с Земли западный и восточный края обратной стороны Луны (оптическая либрация по долготе). Кроме того, в связи с наклоном оси вращения Луны к плоскости земной орбиты с Земли можно увидеть северный и южный края обратной стороны Луны (оптическая либрация по широте). Существует ещё физическая либрация, обусловленная колебанием спутника вокруг положения равновесия в связи со смещённым центром тяжести, а также в связи с действием приливных сил со стороны Земли. Эта физическая либрация имеет величину 0,02° по долготе с периодом 1 год и 0,04° по широте с периодом 6 лет.

Из-за рефракции в атмосфере Земли при наблюдении Луны низко над горизонтом наблюдается приплюснутость её диска.

Время (1,255 секунды), за которое свет, пущенный с Земли, достигает Луны. Рисунок выполнен в масштабе.

Из-за неровностей рельефа на поверхности Луны во время полного солнечного затмения можно наблюдать чётки Бейли. Когда же, наоборот, Луна попадает в тень Земли, можно наблюдать другой оптический эффект: она краснеет, будучи подсвеченной рассеянным в атмосфере Земли светом.

Селенология

Радиальная гравитационная аномалия на поверхности Луны.

Благодаря её размеру и составу Луну иногда относят к планетам земной группы наряду с Меркурием, Венерой, Землёй и Марсом. Изучая геологическое строение Луны, можно многое узнать о строении и развитии Земли.

Толщина коры Луны в среднем составляет 68 км, изменяясь от 0 км под лунным морем Кризисов до 107 км в северной части кратера Королёва на обратной стороне. Под корой находится мантия и, возможно, малое ядро из сернистого железа (радиусом приблизительно 340 км и массой, составляющей 2 % массы Луны). Любопытно, что центр масс Луны располагается примерно в 2 км от геометрического центра по направлению к Земле. По результатам миссии «Кагуя» было установлено, что в Море Москвы толщина коры наименьшая для всей Луны - почти 0 метров под слоем базальтовой лавы толщиной 600 метров.

Измерения скорости спутников «Лунар Орбитер» позволили создать гравитационную карту Луны. С её помощью были обнаружены уникальные лунные объекты, названные масконами (от англ. mass concentration) - это массы вещества повышенной плотности.

Луна не имеет магнитного поля, хотя некоторые из горных пород на её поверхности проявляют остаточный магнетизм, что указывает на возможность существования магнитного поля Луны на ранних стадиях развития.

Не имеющая ни атмосферы, ни магнитного поля, поверхность Луны подвержена непосредственному воздействию солнечного ветра. В течение 4 млрд лет водородные ионы из солнечного ветра внедрялись в реголит Луны. Таким образом, образцы реголита, доставленные миссиями «Аполлон», оказались очень ценными для исследования солнечного ветра.

В феврале 2012 года американские астрономы обнаружили на обратной стороне Луны несколько геологических новообразований. Это свидетельствует о том, что лунные тектонические процессы продолжались ещё как минимум 950 миллионов лет после предполагаемой даты геологической «смерти» Луны.

Пещеры

Японским зондом Кагуя обнаружено отверстие в поверхности Луны, расположенное недалеко от вулканического плато Холмы Мариуса, предположительно ведущее в тоннель под поверхностью. Диаметр отверстия составляет около 65 метров, а глубина, предположительно, 80 метров.

Учёные считают, что подобные тоннели сформированы путём затвердевания потоков расплавленной породы, где в центре застыла лава. Данные процессы происходили в период вулканической активности на Луне. Подтверждением данной теории является наличие извилистых борозд на поверхности спутника.

Подобные тоннели могут послужить для колонизации, благодаря защите от солнечной радиации и замкнутости пространства, в котором проще поддерживать условия жизнеобеспечения.

Похожие отверстия имеются и на Марсе.

Сейсмология

Оставленные на Луне экспедициями «Аполлон-12», «Аполлон-14», «Аполлон-15» и «Аполлон-16» четыре сейсмографа показали наличие сейсмической активности. Исходя из последних расчетов учёных, лунное ядро состоит главным образом из раскалённого железа. Из-за отсутствия воды колебания лунной поверхности продолжительны по времени, могут длиться более часа.

Лунотрясения можно разделить на четыре группы:

приливные, случаются дважды в месяц, вызваны воздействием приливных сил Солнца и Земли;
тектонические - нерегулярные, вызваны подвижками в грунте Луны;
метеоритные - из-за падения ;
термальные - их причиной служит резкий нагрев лунной поверхности с восходом Солнца.

Наибольшую опасность для возможных обитаемых станций представляют тектонические лунотрясения. Сейсмографами НАСА за 5 лет исследований было зарегистрировано 28 подобных лунотрясений. Некоторые из них достигают 5,5 баллов по шкале Рихтера и длятся более 10 минут. Для сравнения на Земле подобные землетрясения длятся не более двух минут.

Вода на Луне

Впервые сведения об обнаружении воды на Луне были опубликованы в 1978 году советскими исследователями в журнале «Геохимия». Факт был установлен в результате анализа образцов, доставленных «Луна-24» в 1976 году. Процент найденной в образце воды составил 0,1.

В июле 2008 года группа американских геологов из Института Карнеги и Университета Брауна обнаружила в образцах грунта Луны следы воды, в большом количестве выделявшейся из недр спутника на ранних этапах его существования. Позднее бо́льшая часть этой воды испарилась в космос.

Российские учёные, с помощью созданного ими прибора LEND, установленного на зонде LRO, выявили участки Луны, наиболее богатые водородом. На основании этих данных НАСА выбрало место для проведения бомбардировки Луны зондом LCROSS. После проведения эксперимента, 13 ноября 2009 года НАСА сообщило об обнаружении в кратере Кабеус в районе южного полюса воды в виде льда.

Согласно данным, переданным радаром Mini-SAR, установленном на индийском лунном аппарате Чандраян-1, всего в регионе северного полюса обнаружено не менее 600 млн. тонн воды, большая часть которой находится в виде ледяных глыб, покоящихся на дне лунных кратеров. Всего вода была обнаружена в более чем 40 кратерах, диаметр которых варьирует от 2 до 15 км. Сейчас у учёных уже нет никаких сомнений в том, что найденный лёд - это именно водный лёд.