Тема Система Земля-Луна

Тема 4.3 Система Земля-Луна

1. Понятие двойных планет

2. Строение Луны

3. Физические условия на Луне

4. Характерные детали лунной поверхности

1. Понятие двойных планет

Термин «двойная (бинарная) планета» описывает один из видов взаимоотношений между двумя космическими телами.

Этим термином в среде астрономов принято обозначать бинарную систему из двух космических тел, каждое из которых обладает достаточной массой для оказания гравитационного эффекта. Гравитация астрономических тел должна превосходить гравитационный эффект звезды, являющийся центром их вращения.

Еще одно требование заключается в том, что обе части такой бинарной системы должны вращаться вокруг общего центра массы, находящегося над их поверхностями.

Это условная точка, являющаяся общим центром масс, называется также барицентром.

Общий центр масс, вокруг которого вращаются Земля и Луна, располагается под земной поверхностью. Однако, несмотря на это, Европейское астрономическое общество выдвинуло предложение рассматривать систему, состоящую из Земли и ее спутника, в качестве бинарной системы.

Такая инициатива обусловлена тем, что Луна резко отличается от остальных спутников в Солнечной системе:

1. Луна — один из самых крупных и тяжелых в Солнечной системе спутников по отношению к своему центральному космическому телу. Размеры космических тел, сопровождающих другие планеты Солнечной системы, составляют 1/10 долю диаметра центральных небесных тел, а то и менее. В свою очередь, поперечник Луны составляет четверть поперечника космического объекта, вокруг которого вращается данный спутник.

2. Необычна для планетарного спутника и масса Луны. Она составляет 1/81 от масса центрального космического тела, тогда как спутники других планет Солнечной системы легче своих центров вращения в десятки тысяч раз.

Превращение пары космических тел, состоящей из Земли и ее спутника, в двойную планету прогнозируется на ближайшие несколько миллиардов лет.

Тогда Луна под действием приливных сил отдалится от сопровождаемой планеты настолько, что центр масс, вокруг которого объекты вместе вращаются, сместится из-под земной поверхности в пространство между этими астрономическими телами. Отдаление земного спутника от центра вращения происходит со скоростью 3 см 7,4 мм в год.

Рассчитать точный период времени, который понадобится для превращения пары Земля-Луна в двойную планету, пока затруднительно.

2. Строение Луны

Поверхностный слой естественного спутника Земли состоит из мелкообломочного материала — реголита и имеет толщину около 10 м. В состав лунного реголита входят также стеклянные сферические микрочастицы. Дробление лунных пород происходит в основном из-за микрометеоритной бомбардировки и резких перепадов температуры. Реголит обладает малой плотностью (верхний слой 1200 кг/м3) и очень низкой теплопроводностью (в 20 раз меньше воздуха), поэтому уже на глубине около 1 м колебания температуры практически не ощутимы.

По химическому составу лунные породы очень близки базальтовым породам Земли. Породы лунных морей отличаются высоким содержанием оксидов железа и титана, материковые — высоким содержанием оксидов алюминия.

В последнее время космические станции обнаружили запасы водяного льда в полярных областях Луны. Поскольку угол наклона лунного экватора к эклиптике всего 1,5°, то дно даже неглубоких кратеров в полярных областях никогда не освещается солнечными лучами. При постоянной температуре -173 °С дно полярных кратеров покрывает смесь реголита со льдом. Источником возникновения и накопления лунных полярных льдов могут быть упавшие в эти области кометы, которые представляют собой ледяные тела.

Внутреннее строение Луны изучено по записям сотрясений от ударов метеоритов, которые фиксировались доставленными на Луну сейсмографами.

Под слоем реголита располагается кора, толщина которой на видимой (обращенной к Земле) стороне составляет 60 км, а на обратной — 100 км.

Под корой находится мантия, толщина которой около 1000 км.

Зона глубже 1600 км напоминает земную мантию, имеет толщину 430 км и температуру около 1800 К. Последние исследования подтвердили, что в центре Луны находится металлическое ядро радиусом около 300 км, масса которого составляет около 3 % от общей массы Луны.

3. Физические условия на Луне

Луна — единственный естественный спутник Земли. Это тело шарообразной формы диаметром 3476 км. Масса Луны всего в 81 раз меньше массы Земли.

Средняя плотность Луны равна 0,6 плотности Земли, а ускорение свободного падения в 6 раз меньше земного, т. е. на лунной поверхности предметы весят в 6 раз меньше, чем на Земле.

Солнечные сутки на Луне продолжаются синодический месяц (29,5 земных суток). На Луне нет воды в жидком виде и практически нет атмосферы. За лунный день, который длится около 15 земных суток, поверхность успевает нагреться до +127 °С, а ночью охладиться до -173 °С. При высоких температурах скорость газовых молекул превышает вторую космическую скорость для поверхности Луны, равную 2,38 км/с, поэтому газы, выделяющиеся из недр спутника Земли или образующиеся при падении метеорных тел, быстро покидают Луну. Без газовой атмосферы Луна подвержена воздействию всех видов электромагнитного излучения Солнца, а также ударам метеорных тел разного размера.

4. Характерные детали лунной поверхности

Невооруженным глазом на лунной поверхности различимы светлые и темные участки. На темные, относительно ровные области поверхности, названные «морями», приходится 16,9 % всей поверхности Луны.

Более светлые гористые участки, так называемые «материки», занимают оставшуюся поверхность и характеризуются наличием горных хребтов, кольцевых гор, кратеров. Первую подробную лунную карту составил в 1647 г. польский астроном Ян Гевелий. С того времени до наших дней сохранились названия морей — Море Спокойствия, Море Кризисов и др. Названия горных хребтов, тянущихся обычно вдоль окраин морей, созвучны земным — Апеннины, Кавказ, Карпаты и др. Апеннины имеют максимальную высоту около 6 км, а Карпаты — лишь 2 км.

Самыми многочисленными образованиями на лунной поверхности являются кратеры. Их размеры колеблются от микроскопических до более 100 км в диаметре.

Кратер состоит из кольцевого вала и внутренней равнины. У большинства «молодых» кратеров на дне возвышаются центральные горки. В полнолуние у «молодых» кратеров, имеющих метеоритное происхождение, можно видеть лучевые системы — светлые полосы, радиально отходящие от кратера и тянущиеся на сотни километров.

Удар крупного метеорита или небольшого астероида о поверхность Луны сопровождается взрывом. При этом происходит выброс лунного вещества под разными углами. Значительная его часть попадает в космос, однако некоторая доля падает обратно на ее поверхность. Из струй измельченного вещества формируются лучевые системы. Для наблюдателя лучи кажутся более светлыми потому, что они отражают свет лучше, чем плотное вещество того же состава.