Как крутится луна вокруг своей оси

Луна сопровождает нашу планету в её большом космическом путешествии вот уже несколько миллиардов лет. И показывает она нам, землянам, из века в век всегда один и тот же свой лунный пейзаж. Почему мы любуемся только одной стороной нашего спутника? Вращается ли Луна вокруг своей оси или же парит в космическом пространстве неподвижно?

Характеристики нашего космического соседа

В Солнечной системе имеются спутники гораздо крупнее Луны. Ганимед – спутник Юпитера, к примеру, в два раза тяжелее Луны. Но зато она – самый большой спутник относительно материнской планеты. Её масса составляет более процента от земной, а диаметр – около четверти земного. Таких пропорций в солнечной семье планет больше нет.

Давайте попытаемся ответить на вопрос о том, вращается ли Луна вокруг своей оси, присмотревшись повнимательнее к ближайшему нашему космическому соседу. По принятой сегодня в научных кругах теории, естественный спутник наша планета приобрела будучи ещё протопланетой — не до конца остывшей, покрытой океаном жидкой раскалённой лавы, в результате столкновения с другой планетой, меньшей по размеру. Поэтому химические составы лунного и земного грунтов слегка отличаются – тяжёлые ядра столкнувшихся планет слились, из-за чего земные породы богаче железом. Луне же достались остатки верхних слоёв обеих протопланет, там больше камня.

Вращается ли Луна

Если быть точным, то вопрос о том, вращается ли Луна, не совсем корректный. Ведь как и любой спутник в нашей системе, она оборачивается около материнской планеты и вместе с ней кружится вокруг светила. А вот, осевое вращение Луны не совсем обычно.

Сколько ни смотри на Луну, она всегда повёрнута к нам кратером Тихо и морем Спокойствия. «А вращается ли Луна вокруг своей оси?» − из века в век задавали себе вопрос земляне. Строго говоря, если оперировать геометрическими понятиями, ответ зависит от выбранной системы координат. Относительно Земли осевое вращение у Луны и вправду отсутствует.

А вот с точки зрения наблюдателя, расположенного на линии Солнце-Земля, осевое вращение Луны будет хорошо заметно, причём один полярный оборот до доли секунды окажется равен по длительности орбитальному.

Интересно, что явление это в Солнечной системе не уникально. Так, спутник карликовой планеты Плутона Харон всегда смотрит на свою планету одним боком, точно так же ведут себя спутники Марса – Деймос и Фобос.

На научном языке это называется синхронным вращением или приливным захватом.

Что такое прилив?

Для того чтобы понять суть этого явления и уверенно ответить на вопрос о том, вращается ли Луна вокруг собственной оси, необходимо разобрать суть приливных явлений.

Представим себе две горы на поверхности Луны, одна из которых «смотрит» прямо на Землю, другая же находится в противоположной точке лунного шара. Очевидно, что если бы обе горы не были частью одного небесного тела, а вращались вокруг нашей планеты самостоятельно, их вращение не могло бы быть синхронным, та что ближе, по законам ньютоновской механики, должна вращаться быстрее. Именно поэтому массы лунного шара, расположенные в противоположных по направлению к Земле точках, стремятся «убежать друг от друга».

Как «остановилась» Луна

Как действуют приливные силы на то или иное небесное тело, удобно разобрать на примере нашей собственной планеты. Мы ведь тоже вращаемся вокруг Луны, а точнее Луна и Земля, как и положено в астрофизике, "водят хоровод" вокруг физического центра масс.

В результате действия приливных сил и в ближайшей, и в наиболее удалённой от спутника точке уровень воды, покрывающей Землю, поднимается. Причём максимальная амплитуда прилива-отлива может достигать 15 и более метров.

Ещё одной особенностью данного явления является то, что эти приливные «горбы» ежесуточно огибают поверхность планеты против её вращения, создавая трение в точках 1 и 2, и таким образом потихоньку останавливают Земной шар в его вращении.

Воздействие же Земли на Луну гораздо сильнее из-за разности масс. И хотя на Луне нет океана, на каменные породы приливные силы действуют ничуть не хуже. И результат их работы налицо.

Читайте также:  Epson picturemate 500 картридж

Так вращается ли Луна вокруг своей оси? Ответ положительный. Но вращение это тесно связано с движением вокруг планеты. Приливные силы за миллионы лет выровняли осевое вращение Луны с орбитальным.

А что же Земля?

Астрофизики утверждают, что сразу после большого столкновения, ставшего причиной образования Луны, угловая скорость вращения нашей планеты была намного больше, чем сейчас. Сутки длились не более пяти часов. Но в результате трения приливных волн о дно океана год за годом, тысячелетие за тысячелетием вращение замедлялось, и нынешние сутки длятся уже 24 часа.

В среднем каждый век прибавляет нашим суткам по 20-40 секунд. Учёные предполагают, что через пару миллиардов лет наша планета будет смотреть на Луну так же, как и Луна на неё, то есть одной стороной. Правда этого, скорее всего, не произойдёт, так как ещё раньше Солнце, превратившись в красного гиганта, «проглотит» и Землю, и ее верного спутника — Луну.

Кстати, приливные силы дарят землянам не только повышение и понижение уровня мирового океана в районе экватора. Воздействуя на массы металлов в земном ядре, деформируя горячий центр нашей планеты, Луна помогает поддерживать его в жидком состоянии. А благодаря активному жидкому ядру, наша планета имеет собственное магнитное поле, защищающее всю биосферу от убийственного солнечного ветра и смертоносных космических лучей.

Луна́ — естественный спутник Земли. Самый близкий к Солнцу спутник планеты, так как у ближайших к Солнцу планет, Меркурия и Венеры, спутников нет. Второй по яркости [комм. 1] объект на земном небосводе после Солнца и пятый по величине естественный спутник планеты Солнечной системы. 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 — −12,71 m [5] . Освещённость, создаваемая полной Луной возле поверхности Земли при ясной погоде, составляет 0,25 — 1 лк.

Луна является единственным внеземным астрономическим объектом, на котором побывал человек.

Содержание

Название [ править | править код ]

Русское слово Луна восходит к праслав. *luna *louksnā́ «светлая» (ж. р. прилагательного *louksnós), к этой же индоевропейской форме восходит и лат. lūna «луна» [6] . Греки называли спутник Земли Селеной (др.-греч. Σελήνη ), древние египтяне — Ях (Иях) [7] , вавилоняне — Син [8] .

Луна как небесное тело [ править | править код ]

Орбита [ править | править код ]

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 [9] . 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. Действительное движение Луны довольно сложное, и при его расчёте необходимо учитывать множество факторов, например, сплюснутость Земли и сильное влияние Солнца, которое притягивает Луну в 2,2 раза сильнее, чем Земля [комм. 2] . Более точно движение Луны вокруг Земли можно представить как сочетание нескольких движений [10] :

  • 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 (на 38 мм в год) [11][12] , таким образом, её орбита представляет собой медленно раскручивающуюся спираль[13] .
Читайте также:  Как выделить текст в скайпе жирным шрифтом

Общее строение [ править | править код ]

Луна состоит из коры, верхней мантии (астеносферы), средней мантии, нижней мантии и ядра. Атмосфера практически отсутствует. Поверхность Луны покрыта 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 [14] .

Толщина коры Луны меняется от 0 до 105 км [15] , при этом толщина лунной коры в среднем меньше на 8-12 км на том полушарии, которое обращено к Земле [16] .

Условия на поверхности [ править | править код ]

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 −173 °C ночью до +127 °C в подсолнечной точке) [19] , 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 и со звёздами, даже когда Солнце находится над горизонтом. Однако на дневных фотографиях звёзды не видны, так как для их отображения потребовалась бы такая экспозиция, при которой освещённые Солнцем объекты были бы пересвечены.

Около 3,5 млрд лет назад, во время масштабных излияний лавы, лунная атмосфера была плотнее. Расчёты показывают, что высвобождавшиеся из лавы летучие вещества (CO, S, Н2O) могли образовать атмосферу с давлением 0,01 земного. Время её рассеяния оценивают в 70 млн лет [20] .

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 раза [21] больше, чем лунный при наблюдении с Земли, а закрываемая Землёй площадь небесной сферы в 13,5 раза [22] 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 41 раз [23] сильнее, чем освещение лунным светом на Земле; наибольшая видимая звёздная величина Земли на Луне составляет приблизительно −16 m [24] .

Лунная поверхность характеризуется низкой отражательной способностью и отражает всего 5—18 % солнечного света; цветовые различия на Луне крайне малы. Её поверхность имеет коричневато-серую или черновато-бурую окраску (данные 1970 года) [25] .

Наилучшие на 2017 год колориметрические изображения поверхности Луны были получены широкоугольной, мультиспектральной камерой WAC космического аппарата LRO с использованием фильтров в трёх цветовых каналах: 689 нм (красный), 415 нм (зелёный) и 321 нм (голубой) [26] (описание карты [27] ). На цветоделительных изображениях буроватый оттенок имеют: центральная часть Моря Ясности, восточная часть Моря Дождей, Море Холода, плато Аристарх. Синий оттенок имеют: Море Спокойствия, периферийная часть Моря Ясности, северная часть Моря Изобилия, западная часть Моря Дождей, западная и южная части Океана Бурь. Все эти цветовые особенности отдельных районов Луны подтвердились в дальнейшем [28] . Глаз почти не различает цветовые особенности отдельных деталей поверхности. Применение обычной цветной фотографии также не даёт должного эффекта — лунная поверхность выглядит однотонной [29] . В XXI веке цвета лунной поверхности легко регистрируются даже любительской цифровой фотокамерой.

Уменьшение альбедо поверхности в коротковолновой части спектра приводит к тому, что зрительно Луна кажется слегка желтоватой [30] .

При наблюдении с Земли всегда видна одна и та же половина земного спутника. Поэтому у наблюдателя может возникнуть вопрос о том, вращается ли Луна вокруг своей оси.

Характеристики Луны

Если рассматривать параметры всех спутников Солнечной системы по сравнению с планетами, которые они сопровождают, Луна является рекордсменом: ее диаметр составляет около 25% от земного, а масса — 1/100 часть от массы Земли. Однако если иметь в виду абсолютные величины, то в Солнечной системе существуют спутники и гораздо крупнее Луны.

Читайте также:  Как делать образ диска в ultraiso

Образование естественного земного спутника наиболее распространенная сегодня версия связывает с последствиями столкновения двух протопланет неравного размера. В результате тяжелые, имеющие более высокую плотность, ядра космических тел слились в единую структуру, а из осколков верхних слоев грунта обеих протопланет сформировался естественный спутник.

С таким механизмом образования связано более высокое содержание железа в земных породах и преобладание каменных пород в составе лунного грунта.

Естественный спутник Земли движется по эллиптической траектории. Эксцентриситет орбиты Луны (величина, выражающая степень отклонения от окружности) — 0,0549. Средний радиус его составляет 1737,1 км. Скорость движения Луны по орбите — 1,023 км/с.

Фазы Луны

Фазой Луны называют освещенный Солнцем фрагмент планеты, видимый с Земли. Смена лунных фаз обусловлена взаимным расположением Солнца, Земли и Луны. В различные отрезки времени с земной поверхности наблюдаются разные части лунного диска, освещенные солнечным светом.

В течение синодического месяца фазы последовательно сменяют друг друга — от новолуния, когда освещенность лицевой стороны лунной поверхности 0%, до 100% при полнолунии.

Наблюдатели за ночным светилом выделяют 4 основные лунные фазы:

  • новолуние;
  • первая четверть;
  • полнолуние;
  • третья четверть.

Каждая из них имеет продолжительность около 7,4 суток. Это величина непостоянная, она изменяется по причине эллиптической конфигурации лунной орбиты.

Вращение спутника

Как любой спутник, Луна вращается вокруг материнской планеты. Кроме того, сопровождая Землю, она одновременно с ней оборачивается вокруг Солнца. Осевое вращение Луны, с точки зрения наблюдателя, располагающегося на Земле, незаметно. Поэтому может появиться впечатление, что вокруг оси это тело не вращается, а, наоборот, земля вращается вокруг луны, стоящей неподвижно.

Если точку наблюдения расположить вне Земли, то можно увидеть, что спутник не только двигается по отношению к планете, но и совершает вращение вокруг оси.

Закономерность осевого вращения земного спутника заключается в том, что один полный оборот по времени точно равен длительности путешествия небесного тела по орбите. Получается, что за сутки небесное тело осуществляет полный поворот вокруг своей оси.

Аналогичный режим свойственен и спутникам других планет: Харон, сопровождающий планету Плутон, тоже всегда обращен к своей планете одним и тем же боком. По той же схеме вращаются и небесные тела, сопровождающие Марс, — Деймос и Фобос.

В научных кругах такое явление принято называть синхронным вращением или приливным захватом.

Такой режим обращения обусловливает тот факт, что при наблюдении с основного космического тела за спутником всегда на виду одна и та же его половина. В то же время с поверхности самого спутника основное небесное тело будет выглядеть висящим в небе без движения. С противоположной стороны такого спутника «материнское» небесное тело никогда не будет видно.

С явлением приливного захвата ученые связывают и способность вращения Луны влиять на климат Земли. В частности, описано явление большего количества атмосферных масс у того полушария планеты, которое обращено в данный период к естественному спутнику.

Следствием являются повышение атмосферного давления в области соответствующего полушария и последующие изменения погодных условий. Согласно гипотезам климатологов, такие «воздушные приливы» оказывают влияние и на интенсивность атмосферных осадков.

Однако дальнейший анализ данных, касающихся атмосферных осадков в течение предшествующих 15 лет, засвидетельствовал, что, хотя лунная гравитация и оказывает влияние на атмосферу, происходит это в меньшей степени, чем предполагалось учеными ранее.

Согласно мнению исследователей, по аналогичному механизму, под действием тех же сил происходят и морские приливы и отливы — их порождает влияние гравитационного поля Луны.

Сидерический месяц и синодический

Сидерический месяц — период, за который спутник Земли, совершив оборот по орбите, вновь занимает исходное положение относительно звезд. Величина этого периода времени непостоянна, что обусловлено неравенствами лунного движения (это связано с тем, что радиус эллиптической лунной орбиты в разных местах неодинаков).

Данный период может изменяться в пределах нескольких часов. Средняя продолжительность периода обращения небесного тела вокруг Земли составляет 27,322 земных суток.

Синодический месяц — отрезок времени между одинаковыми фазами Луны — также не имеет постоянного значения. Средняя длительность этого временного периода составляет 29,5 земных суток.