Система Земля-Луна

Сквозь волнистые туманы пробирается луна,

на печальные поляны льет печально свет она.

По дороге зимней, скучной тройка борзая бежит,

колокольчик однозвучный утомительно гремит

А.С. Пушкин

В данной теме разговор пойдёт о Луне как о небесном теле. Напомним, что в Солнечную систему входят восемь основных планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (которые также названы в честь римских богов). Некоторые планеты не имеют спутников, а у некоторых планет насчитывается несколько десятков спутников. Что касается Земли, то у неё один-единственный естественный спутник – это Луна. Поскольку ни Меркурий, ни Венера не имеют спутников, Луна – это самый близкий спутник к Солнцу.

Рассмотрим, какие объекты называются звездами, какие планетами, а какие – спутниками. Итак, звезда – это массивный газовый шар, излучающий свет и тепло в результате протекания реакций термоядерного синтеза в его недрах. Планетой называется небесное тело, вращающееся вокруг звезды (или её остатков), достаточно массивное, чтобы стать округлым под действием собственной гравитации, но недостаточно массивное для начала термоядерной реакции. Наконец спутник – это любое небесное тело, вращающееся по определенной орбите вокруг другого объекта (например, планеты). Так вот, Луна является единственным естественным спутником Земли.

Луна совершает полный оборот вокруг Земли за 27,3 земных суток и ровно с таким же периодом вращается вокруг своей оси (период обращения Луны вокруг Земли, называется сидерическим месяцем или сидерическим периодом). Именно из-за того, что Луна вращается вокруг своей оси с той же периодичностью, что и вокруг Земли, всегда видно только одно полушарие Луны. Солнце всегда освещает примерно половину поверхности Луны, но поскольку к Земле могут быть обращены части и освещенной и неосвещенной поверхности, Луна большую часть времени кажется нам неполной. Всем хорошо известны две фазы Луны – это новолуние и полнолуние. Также различают еще две фазы – это первая четверть и третья четверть. Интервал времени между двумя последовательными новолуниями составляет 29,5 земных суток. Это время называют синодическим месяцем или синодическим периодом. Именно синодический период лежит в основе лунного календаря.

С Луной связаны такие интересные явления, как солнечные и лунные затмения. В определенные моменты, Луна может частично или полностью заслонить Солнце. Такие явления, соответственно называются частными или полными солнечными затмениями.

Иногда Луна попадает в тень Земли (то есть, оказывается неосвещенной Солнцем). Такие явления называются лунными затмениями.

Конечно, солнечные и лунные затмения не происходят каждый месяц. Это объясняется тем, что ось Луны наклонена по отношению к эклиптике. Тем не менее, на сегодняшний день, солнечные и лунные затмения довольно легко предсказываются на многие годы вперед. За один земной год происходит не менее двух и не более пяти солнечных затмений, а также, не менее трех лунных затмений.

Также, Луна оказывает ощутимое гравитационное влияние на Землю. Именно из-за Луны возникают приливные явления.

Водная оболочка Земли оказывается немного вытянутой, что вызывает приливы в одних областях Земли и отливы в других областях Земли. Обозначим центр Земли за точку О, и обозначим еще 4 точки: A, B, C и D. Очевидно, что точка A испытывает более сильное притяжение со стороны Луны, чем точка О. Таким образом, возникает так называемая приливная сила (то есть разница между гравитационными силами, действующими на точки A и O). Приливные силы в точках C и D будут направлены к центру Земли. В результате действия приливных сил, вода будет оттекать из точек C и D в точки A и B. Таким образом, в точках C и D будет наблюдаться отлив, а в точках A и B – прилив.

Надо сказать, что Солнце тоже вызывает приливы на Земле, несмотря на большое расстояние между Землей и Солнцем. Однако, Солнце имеет громадную массу по сравнению с Луной, поэтому, солнечные приливы всего в 2,5 раза слабее лунных. Таким образом, на Земле наблюдаются самые большие приливы в новолуния и полнолуния (поскольку действие Луны и Солнца суммируется). И наоборот, когда Луна находится в фазе первой или третьей четверти, приливы наиболее слабые (поскольку действие Солнца вычитается из действия Луны).

Как вы видите, Луна играет довольно важную роль в жизни Земли. Но как образовалась Луна? Давайте рассмотрим наиболее известные гипотезы. Итак, согласно одной из гипотез, только что образовавшаяся Земля вращалась настолько быстро, что сбросила с себя часть вещества. Именно эта часть впоследствии образовала Луну. Вторая теория гласит, что Луна просто странствовала в космическом пространстве и случайно была захвачена гравитационным полем Земли. Ещё одна теория говорит о том, что Земля и Луна образовались совершенно независимо друг от друга в процессе формирования Солнечной Системы, и имеют приблизительно одинаковый возраст. Наконец, существует ещё одна теория: это теория гигантского столкновения. Согласно этой теории, с новообразовавшейся Земля столкнулось некое небесное тело величиной с Марс под скользящим углом. В результате такого столкновения наиболее легкие вещества оторвались от Земли, образовав пояс обломков, который, в конце концов, сформировал Луну. На сегодняшний день, последняя теория считается наиболее вероятной. Она хорошо объясняет тот факт, что Луна и Земля имеют схожий состав грунта, но при этом, на Луне нет железа, несмотря на то, что на Земле железо имеется в достаточном количестве. Однако, нет никаких доказательств, которые безоговорочно подтверждают или опровергают одну из перечисленных теорий.

Надо сказать, что иногда система Земля-Луна рассматривается как двойная планета, хотя, в общем случае это неправильно. Одним из критериев двойной планеты является то, что центр масс, вокруг которого вращаются эти планеты, должен находиться над поверхностью обоих планет.

Упражнения.

Задача 1. Найдите центр масс (барицентр), вокруг которого вращается система Земля-Луна.

Основные выводы:

– Луна – это единственный естественный спутник нашей планеты – Земли.

– Звезда – это массивный газовый шар, излучающий свет и тепло в результате протекания реакций термоядерного синтеза в его недрах.

– Планета – это небесное тело, вращающееся вокруг звезды (или её остатков), достаточно массивное, чтобы стать округлым под действием собственной гравитации, но недостаточно массивное для начала термоядерной реакции.

– Спутник – это любое небесное тело, вращающееся по определенной орбите вокруг другого объекта (например, планеты).

– Синодический период Луны – это промежуток времени между двумя последовательными новолуниями. Сидерический период Луны – это период её обращения вокруг Земли.

– С Луной связаны солнечные и лунные затмения, а также приливы и отливы.

– Луна играет важную роль в жизни Земли. В таблице сведены все основные данные о Луне и сравнительные характеристики с Землёй.

– Познакомились с наиболее известными теориями, о происхождении Луны.