Xreferat.com » Рефераты по астрономии » Луна - естественный спутник Земли

Луна - естественный спутник Земли

1. ПРИРОДА ЛУНЫ:


1) Поверхность Луны.


2) Лунные породы.


3) Физические условия.


2. ФАЗЫ ЛУНЫ.


3. ЛУННЫЕ ЗАТМЕНИЯ.


4. ТЕОРИЯ ДВИЖЕНИЯ ЛУНЫ.


  1. Четыре лунных месяца


  1. Лунные неравенства


  1. От кинематики- к динамики.


  1. Как строить теорию.


5. ИССЛЕДОВАНИЯ ЛУНЫ.


6. РОЛЬ ЛУНЫ ДЛЯ ЖИТЕЛЕЙ ЗЕМЛИ.


ПРИРОДА ЛУНЫ.


Вокруг многих планет обращаются маленькие планеты-спутники. У Меркурия и Венеры их нет совсем. У Земли один спутник Луна(Селена). Луна меньше Земли по массе(в 81 раз) и по плотности. Диаметр Луны меньше земного в 4 раза. Она кажется нам большой и яркой, потому что находится недалеко-384395 км. Мы видим её не только ночью, но и утром и днем. Луна освещается Солнцем и светит отраженным светом. С древности замечено, что внешний вид Луны не меняется. И китайцы, и вавилоняне, и египтяне видели на Луне рисунок: одни диковинного зверя, другие «старца с мешком». Это означает, что Луна всегда обращена к Земле одной стороной, то есть в период её вращения вокруг оси совпадает с периодами обращения вокруг Земли, при чем она то забегает вперёд и, пересекая орбиту Земли оказывается на её дневной, освещенной Солнцем стороне, то отстает и летит позади Земли, а затем переходит на её ночную сторону.


ПОВЕРХНОСТЬ ЛУНЫ


Уже со времён Галилея начали составлять карты видимого полушария Луны и начать изучения нашего естественного спутника лучше всего с ознакомления c основными элементами лунного рельефа, постепенно переходя от крупных деталей главных морей и кратеров – к мелким. Более темные пятна лунной поверхности названы « морями». Это низменности, в которых нет ни капли воды. Дно их темное и сравнительно ровное. Большую часть поверхности Луны занимают более светлые возвышенности-«материки». Есть горные хребты, названные по аналогии земных Кавказом, Кардильерами, Карпатами. Высота гор достигает 9км. (гора Курциус). Высота гор легко рассчитывается по длине тени от них. На Луне насчитывается 17 горных цепей, похожих на земные, но большинство гор имеет необычный вид: они свернуты кольцами. Эти горы называются кратерами- за их отдаленное сходство с кратерами земных вулканов- и цирками, потому что они круглые, как барьер цирковой арены. Само слово «кратер» означает «чаша». Кольцевых гор на Луне много- более ста тысяч. Примерно 20 кольцевых гор на Луне имеют в поперечнике свыше ста километров. Цирк Птолелия достигает 185км. в диаметре, а Клавий и Гримольди до 235 км, в них свободно уместилась бы Бельгия. Внутренние склоны кольцевых гор обычно круты, внешние пологи. В самом центре лунного кратера возвышается один или несколько остроконечных пиков. Дно некоторых кратеров ниже поверхности Луны, но некоторые кратеры заполнены веществом доверху. Внутри больших цирков нет центральной горки, но там обычно видны маленькие кратеры. Маленьких кратеров на Луне великое множество, они располагаются и на дне, и на краях больших цирков. Так в южном полушарии хорошо виден даже в полночь кратер. Тело диаметром 60 км. и расходящиеся от него светлые лучи. Выяснилось, что лучи образованны склонением множества кратеров со светлыми стенками. Происхождение лунных кольцевых гор скорее всего вулканическое, они очень похожи на лавовые озера Гавайских островов на Земле с диаметром озер 5- 3 км. Лава в этих озерах, поднимаясь, переливается через края, наращивая стенку, стенку кратера. Так потухший вулкан- озеро- Маунс- Неа достигает высоты 4208 м. примерно такова же высота лунных кратеров. Когда извержение утихает, лава в озере опускается и застывает коркой. Озеро принимает вид лунного цирка. В том, что лавовые озера и горы на Луне больше земных, нет противоречия. Луна меньше Земли, и сила тяжести там в 6 раз слабее земной. Поэтому извержение может выбросить на Луне больше вещества, чем на Земле, а поднятия лунной поверхности достигают больших высот в сравнении с земными. Вероятно на Земле тоже были когда-то такие- же кольцевые горы, но под воздействием текучих вод, ветра, ледников, снега, воздуха, газов- этих извечных врагов гор, они быстро разрушились и отыскать их можно лишь там, где вулканическая деятельность продолжается, очень похожи на лунную поверхность некоторые места на Камчатке и в окрестностях действующего вулкана Везувий в Италии. Не следует, конечно, исключать и возникновение кратеров от ударов метеоритов о Луну, но воронки, образованные ударом метеоритов о Луну, всегда имеют форму чаши, лунные же кратеры имеют в большинстве плоское дно, как у тарелки- аналогичное дну вулканических озер на Земле. Невидимая сторона Луны принципиально отличается от видимой, но на ней меньше « морских» впадин. Много на обратной стороне Луны и кратеров. Самым крупным присвоены имена выдающихся деятелей науки- Ломоносов, Джордано Бруно, Циолковский, Жолио, Кюри и другие. К настоящему времени на Луне побывали американские космонавты и советские автоматические самоходные лаборатории- луноходы. А первый полет на Луну! Да, это великое событие, которое в истории освоения космического пространства будет увековечено наряду с запуском первого искусственного спутника Земли, первым полетом Юрия Гагарина, первым выходом Алексея Леонова в открытый космос, 21 июля 1969 г. в 5ч. 56 мин. По московскому времени командир американского космического корабля « Апполон-2» впервые вступил на поверхность Луны.



Первый искусственный

спутник Земли.


ЛУННЫЕ ПОРОДЫ.

Благодаря мягким посадкам автоматических станций на Луну стали известны механические свойства лунного грунта, и его химический состав. На Луне не оказалось толстого слоя пыли, которого когда- то опасались многие конструкторы лунников, но пыль на Луне есть. Она темно- серого цвета и по внешнему виду напоминает цемент. Химический анализ образцов лунного вещества показал, что породы Луны менее разнообразны чем земные и сходны по составу с базальтами. В их состав входят хорошо известные на Земле химические элементы- алюминий, железо, кальций, магний. Но в лунных породах больше, чем земных содержится тугоплавких элементов- титана, хрома, и других, а меньше- легкоплавких- калий, натрий. Химический состав различных участков поверхности Луны неодинаков. В поверхностном слое Луны (реголиже) содержатся осколки магматических пород шлакообразные частицы с плавлеными гранями. Многие образцы как бы обработаны песком. Их вид свидетельствует о том, что они длительное время подвергались своеобразной эрозии(ударов мелких метеоритов и обработке потоками частиц, непрерывно исходящих от Солнца). Из-за отсутствия воды минералов на Луне значительно меньше, чем на Земле. Лунные породы относятся к очень древним- их возраст примерно составляет 4 млрд. лет, причем самыми « молодыми» (несколько более 3 млрд. лет) оказались образцы, доставленные из морских районов. Частые удары метеоритов дробят лунные грунты в пыль и мелкие осколки. В условиях вакуума под воздействием « солнечного ветра» происходят молекулярное сцепление этой пыли в пористый шлакообразный слой.


ФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ


На Луне нет атмосферы смягчающей палящее солнечное излучение и защищающей от космических лучей и потоков микрометеоров. Нет там ни воды, ни облаков, ни туманов, ни радуги, ни зари с рассветом. Тени резкие и черные. Окружающая Луну заряженная пылевая оболочка немного рассеивает солнечный свет. Температура подсолнечной точке Луны равна днем +120 градусов С, а в противоположной точке ночного полушария –170 градусов С. Заметного магнитного поля у Луны не обнаружено. Но Луна не совсем мертвый мир. Так в кратере Альфоне наблюдается иногда выделение газов и недр. Луна ещё дышит, хотя на ней пока не обнаружено пород моложе 2 млрд. лет и это говорит о давнем прекращении магматической и вулканической активности. На небе Луны видны те же самые созвездия, что и на небе Земли. Из-за отсутствия атмосферы яркие звезды и планеты видны на Луне и днем и ночью. Исследователям Луны необходимо иметь скафандры, запас воздуха для дыхания, радиостанции для переговоров друг с другом и кораблем, так как звуки на Луне без воздуха не распространяются. Это мир вечного безмолвия с темным небом и ослепительно-ярким Солнцем, с крупными не перемещающими звездами. Скафандры и корабль должны надежно защищать людей от раскаленного «лунного дня» и леденящего холода «лунной ночи». Прекрасным украшением лунного пейзажа служит Земля. Она как огромный сверкающий шар, висит над головой и заливает поверхность Луны голубоватым светом. Земля на Луне видна в разных фазах, в зависимости от освещения Солнцем. В «полноземелье» на Луне ночью можно спокойно читать, так как свет Земли в О раз ярче лунного света. В «новоземелие» с Луны можно различить на Земле огни больших городов. Исследование Луны очень важно для понимания процессов формирования планет, их рельефа, так как на ней следы древних геологических событий не стерты процессами выветривания и играют роль геологического музея во времени.


ФАЗЫ ЛУНЫ.


Л











уна движется вокруг Земли в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси. Видимое движение Луны сопровождается непрерывным изменением её вида- сменой фаз- и мы видим её то в форме серпа, то полукруга(четверть), то полной. Время, когда Луна не видна, назвали новолунием- рождением новой Луны. Растущий полукруг- 1 четверть, время, когда Луна видна в виде диска- полнолуние, спадающей полукруг- последняя четверть. Происходит это от того, что Луна занимает различные положения относительно освещающего её Солнца и Земли.

Иногда в ясную ночь, когда Луна видна в виде узкого серпа, остальная её часть светиться полным светом. Объясняется это тем, что Земля освещает ночную сторону Луны отраженным солнечным светом. Фазы Земли и Луны взаимно противоположны. Лунный серп и одна двенадцатая часть года у нас одинаково называются месяцем. И это не случайно. Раньше люди не имели ни отрывных , ни перекидных и никаких- либо других календарей. А счет дням надо было вести. Поэтому многие народы, а также наши предки- славяне пользовались фазами молодой Луны, - значит, наступил первый день месяца, стал «серпик» чуть пошире- это видно второй день. Если Луна в 1-ой четверти- прошла неделя, а когда Луна начала показываться по утрам и заходить днем, - следовательно, месяц кончается. Так фазы Луны заменяли в старину календарь и давали две природные меры времени, который проходит между двумя новолуниями, равен 29 дней 44 минуты и 28 секунд. Это и есть лунный месяц- наше прежняя мера времени, но она не удобна, так как число суток в лунном месяце не целое, а дробное, и в виду лунных месяцев не 12, а 12, 5. Эта половина сильно мешала при счете и наши предки ещё до начала текущего тысячелетия отказались от счета времени лунными месяцами. Они разделили год на 12 месяцев, но от старого счета у нас осталось слово «месяц». Легко узнать «растет» Луна или «стареет», если к лунному серпу или четверти прибавить мысленно «палочку» и получается буква Р, - месяц растет и на следующую ночь будет больше. Если получается буква С- Луна стареет.


ЛУННЫЕ ЗАТМЕНИЯ.


Из-за того, что Луна, обращаясь вокруг Земли, бывает иногда на одной линии Земля- Луна- Солнце, возникают солнечные или лунные затмения- интереснейшие и эффектные явления природы, вызывавшие страх в прошлые века, так как люди не понимали, что происходит. Им казалось, что какой- то невидимый черный дракон пожирает Солнце и люди могут остаться в вечном мраке. Поэтому летописцы всех народов тщательно заносили в свои хроники сведения о затмениях. Так летописец Кирилл из Новгородского Антониева монастыря 11 августа 1124 года записал: « Перед вечерней нача убывати Солнца, и наибе все. О велик страх и тьма быеть!». История донесла до нас случай, когда солнечное затмение привело в ужас сражающихся индейцев и медян. В 603 году до н.э. на территории современной Турции и Ирана. Воины в страхе побросали оружия и прекратили бой , после чего, устрашенные затмением заключили мир и долго не воевали друг с другом. Солнечные затмения бывают только в новолуние, когда Луна проходит не ниже и не выше, а как раз по солнечному диску и, словно гигантская заслонка, загораживает собой солнечный диск, «перекрывая Солнцу путь». Но затмения в разных местах видны по- разному, в одних Солнце закрывается полностью- полное затмение, в других частично- неполное затмение. Суть явления заключается в том, что Земля и Луна, освещенные Солнцем, отбрасывают концы теней(сходящиеся) и концы тени(расходящиеся) . Когда Луна попадает на одну линию с Солнцем и Землей и находится между ними, лунная тень движется по Земле с запада на восток. Диаметр полной лунной тени не превышает 250 км, поэтому одновременно затмение Солнца видно лишь на малом участке Земли. Там, где на Землю падает полутень Луны, наблюдается неполное затмение Солнца. Расстояние между Солнцем и Землёй не всегда одинаково: зимой в северном полушарии Земли ближе к Солнцу, а летом дальше. Луна обращаясь вокруг Земли, тоже проходит на разные расстояния- то ближе, то дальше от неё. В случае, когда Луна отстает дальше от Земли и загородить полностью диск Солнца не может, наблюдатели видят вокруг черной Луны сверкающий края солнечного диска- происходит красивейшее кольцеобразное затмение Солнца. Когда у древних наблюдателей записи затмений накопились за несколько столетий, они заметили, что затмение повторяются через каждые 18 лет и 11 с третью суток. Этот срок египтяне назвали «саросом», что значит «повторение». Однако для определения, где будет видно затмение, необходимо, конечно же, произвести более сложные вычисления. В полнолуние Луна иногда попадает в земную тень полностью или частично, и мы видим, соответственно полное или частичное затмение Луны. Луна намного меньше Земли, поэтому затмение продолжается до 1ч. 40мин. При этом даже при полном лунном затмении Луна остаётся видимой, но окрашивается в багровый цвет, что вызывает неприятные ощущения. В старину затмения Луны боялись как страшного предзнаменования, считали, что « месяц кровью обливается». Солнечные лучи, преломляясь в атмосфере Земли, попадают в конус земной тени. При этом атмосферой активно поглощаются голубые и соседние с ними лучи солнечного спектра, а пропускаются внутрь конуса тени преимущественно красные лучи, которые поглощаются слабее , они то и придают Луне зловещий красноватый цвет. Вообще, лунные затмения- довольно редкое явление природы. Казалось бы, что лунные затмения должны наблюдаться ежемесячно- в каждое полнолуние. Но так в действительности не бывает. Луна проскальзывает либо под земной тенью, либо над ней, и в новолуние тень Луны обычно проносится мимо Земли, и тогда затмения тоже не получаются. Поэтому затмения не так уж часты.


Схема полного затмения Луны.








ТЕОРИЯ ДВИЖЕНИЯ ЛУНЫ.

ЧЕТЫРЕ ЛУННЫХ МЕСЯЦА.


Большой интерес всегда представлял вопрос о том, как движется Луна. Она движется по эллипсу, совершая один оборот за 27, 3 суток. И движение это происходит в строгом соответствии с законом Кеплера, являющимся следствием закона всемирного тяготения, открытого Ньютоном. Всё это верно, - но… Да, есть одно но… Теория движения Луны оказалось одной из самых сложных задач небесной механики, на решение которой ушло два с половиной века, считая только от Ньютона. В разработку этой теории вложили труд такие замечательные учёные, как Эйлес, Клеро, Даламбер. Так в чем же были трудности? Как их удалось преодолеть? Движения Луны изучали ещё астрономы Древнего Вавилона. Они тщательно регистрировали моменты солнечных и лунных затмений. По этим данным древнегреческий астроном Геппарк определил длительность основных периодов, характеризующих движения Луны. Основные периоды названы месяцами. Таких месяцев с древних времен было известно четыре. Сидерический или звездный месяц- это период обращения Луны вокруг Земли, он определяется по перемещению Луны относительно неподвижных звезд. Синодический месяц- промежуток времени между двумя последовательными новолуниями или полнолуниями. Аномалитический месяц- это период между двумя последовательными прохождениями Луны через перигей своей орбиты. Наконец, драгонический месяц – это промежуток времени между двумя прохождениями Луны через восходящий узел её орбиты- точку пересечения орбиты с плоскостью эклиптики. Это ни что иное, как плоскость земной орбиты, но во времена Геппарка Земля считалась плоскостью орбиты, по которой Солнце двигалось вокруг Земли. Геппарк расчитал, основываясь на данных наблюдений затмений древними астрономами, что через каждые 345 лет положение Солнца, Луны, перигея и узлов лунной орбиты повторяется: иначе говоря 345- летний цикл содержит целое число всех четырех месяцев. Выводимые из цикла Геппарка продолжительность лунных месяцев лишь на немногие доли секунды отличаются от тех значений которыми пользуются астрономы теперь, накопив наблюдения ещё за 21 столетие. Почему синодический месяц длиннее сидерического, объяснить нетрудно. Смена лунных фаз зависит от положения Луны относительно Солнца. Направление этого движения совпадает с направлением обращения Луны вокруг Земли. В результате движения Луны по её «околоземной» орбите происходит как бы с отставанием: повторение лунных фаз происходит не через сидерический месяц, а через длительный период, который и называется синодическим месяцем. Нетрудно получить такое соотношение между длительностями сидерического(S) и синодического месяцев:


1S=1P+1T,

где Т- длительность земного года. Тот факт, что аномалитический месяц, длиннее сидерического, по существу означает, что сама лунная орбита как целое вращается в собственной плоскости, и линия, соединяющая перигей и апогей орбиты, называемая линией аксид поворачивается в том же направлении, в каком движется Луна. Так что Луне приходится постоянно «догонять» свой перигей. Драгонический месяц, напротив короче сидерического. Это значит, что линия узлов поворачивается навстречу движению Луны. Причина поворота большой оси лунного элипса и линии узлов была найдена лишь в 18 веке, после создания Ньютоном теории всемирного тяготения. А ещё через два столетия эта теория позволила рассчитать траекторию движения искусственных спутников Земли, обрела, так сказать вторую молодость.


ЛУННЫЕ НЕРАВЕНСТВА.


С именем древнегреческого Клавдия Птолемея обычно прежде всего связывают его геоцентрическую систему мира, против которой боролись Коперник, Джордано Бруно, Галилей, Кеплер.


ЛУННЫЕ МЕСЯЦЫ.


29, 53059 суток СИНОДИЧЕСКИЙ(от слова synodion-встреча).


27, 55455 суток АНОМАЛИТИЧЕСКИЙ( угловое расстояние Луны от её перигея называли аномалией).


27, 32166 суток СИДЕРИЧЕСКИЙ(siderium- звездный)


27, 21222 суток ДРАКОНИЧЕСКИЙ(узлы орбиты обозначают значком похожими на дракона).


Но Птолемей внес большой вклад в развитие астрономии, в частности, в теорию движения Луны, правда в тот период речь могла идти только о кинематической теории, ибо причины и истинные законы движения небесных тел известны не были. В течении длительного развития астрономической науки считалось, что небесные тела могут двигаться только равномерно по окружностям. Если движение выглядело более сложным , то его можно было представить комбинацией движений по нескольким окружностям. Именно так поступил Птолемей с Луной. Движение Луны по небу было неравномерным . Чтобы представить его комбинацией равномерных движений по окружностям, надо было сначала определить величину отклонений от равномерного движения, или так называемых неравенств. И во времена Птолемея, и даже во времена Кеплера и много позже было принято называть неравенствами отдельные компоненты отклонения положения Луны от положения воображаемой точки, движущейся по эклиптике равномерно с периодом равным сидерическому месяцу. Таким образом, слово «неравенство» в астрономии означало совсем не то, что оно означает в математике. Впрочем, в современной науке мы встречаемся с подобными примерами буквально на каждом шагу. Так, слово «элемент» означает в химии одно, а в электронике совсем другое. Никто не спутает ядро политы, ядро живой клетки и ядро атома. Все положения на небе Луны, Солнца, звезд и планет уже во времена Птолемея измерялись в системе координат напоминавших географическую долготу и широту. И назывались эти