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.

ЛУНА
естественный спутник Земли, ее постоянный ближайший сосед. Это скалистое шаровидное тело без атмосферы и жизни. Ее диаметр 3480 км, т.е. немногим более четверти диаметра Земли. Ее угловой диаметр (угол, под которым диск Луны виден с Земли) составляет около 30ў дуги. Среднее расстояние Луны от Земли 384 400 км, что равно примерно 30 диаметрам Земли. Космический корабль может добраться до Луны менее чем за 3 сут. Первый достигший Луны аппарат "Луна-2" был запущен 12 сентября 1959 в СССР. Первые люди ступили на Луну 20 июля 1969; это были астронавты "Аполлона-11", запущенного в США. Еще до наступления эры космических исследований астрономы знали, что Луна - необычное тело. Хотя это не самый большой спутник в Солнечной системе, но он один из крупнейших по отношению к своей планете - Земле. Плотность Луны всего в 3,3 раза больше плотности воды, что меньше, чем у любой из планет земной группы: самой Земли, Меркурия, Венеры и Марса. Уже это обстоятельство заставляет думать о необычных условиях образования Луны. Пробы грунта с поверхности Луны позволили определить его химический состав и возраст (4,1 млрд. лет у самых старых образцов), но это лишь сильнее запутало наше представление о происхождении Луны.
ВНЕШНИЙ ВИД
Как все планеты и их спутники, Луна в основном светит отраженным солнечным светом. Обычно бывает видна та часть Луны, которую освещает Солнце. Исключение составляют периоды вблизи новолуния, когда отраженный от Земли свет слабо освещает и темную сторону Луны, создавая картину "старой Луны в объятиях молодой".

Яркость полной Луны в 650 тыс. раз меньше яркости Солнца. Полная Луна отражает только 7% падающего на нее солнечного света. После периодов бурной солнечной активности отдельные места лунной поверхности могут слабо светиться под действием люминесценции. На видимой стороне Луны - той, что всегда повернута к Земле, - бросаются в глаза темные области, названные астрономами прошлого морями (по-латински mare). Из-за относительно ровной поверхности моря были выбраны для посадки первых экспедиций астронавтов; исследования показали, что моря имеют сухую поверхность, покрытую мелкими пористыми обломками лавы и редкими камнями. Эти большие темные участки Луны резко отличаются от ярких горных областей, неровная поверхность которых значительно лучше отражает свет. Облетевшие Луну космические корабли показали, вопреки ожиданиям, что на обратной стороне Луны нет больших морей и поэтому она не похожа на видимую сторону.

Иллюзия Луны. Вблизи горизонта Луна выглядит гораздо большей, чем высоко в небе. Это оптическая иллюзия. Психологические опыты показали, что наблюдатель подсознательно регулирует свое восприятие размера объекта в зависимости от размера других объектов в поле зрения. Луна кажется меньше, когда она высоко в небе и окружена большим пустым пространством; но когда она у горизонта, ее размер легко сравнить с расстоянием между ней и горизонтом. Под влиянием этого сравнения мы неосознанно усиливаем свое впечатление о размере Луны.
Фазы. Фазы Луны возникают вследствие изменения взаимного расположения Земли, Луны и Солнца. Например, когда Луна находится между Солнцем и Землей, ее обращенная к Земле сторона темна и поэтому почти невидима. Этот момент называют новолунием, поскольку, начиная с него, Луна как будто рождается и становится видимой все больше и больше. Пройдя четверть своей орбиты, Луна демонстрирует освещенную половину диска; при этом говорят, что она находится в первой четверти. При прохождении половины орбиты у Луны становится видимой вся обращенная к Земле сторона - она вступает в фазу полнолуния. Земля тоже проходит через разные фазы, если смотреть на нее с Луны. Например, в новолуние, когда диск Луны совершенно темный для наблюдателя на Земле, астронавт на Луне видит целиком освещенную "полную Землю". И наоборот, когда на Земле мы видим полнолуние, с Луны можно наблюдать "новоземелье". В первой и третьей четвертях, когда люди на Земле видят освещенной половину лунного диска, астронавты на Луне тоже увидят освещенную половину диска Земли.
ДВИЖЕНИЕ
Основное влияние на движение Луны оказывает Земля, хотя и значительно более удаленное Солнце на него тоже влияет. Поэтому объяснение движения Луны становится одной из сложнейших проблем небесной механики. Первая приемлемая теория была предложена Исааком Ньютоном в его "Началах" (1687), где были опубликованы закон всемирного тяготения и законы движения. Ньютон не только учел все известные в то время возмущения лунной орбиты, но и предсказал некоторые эффекты.
Характеристики орбиты. Время, необходимое Луне для полного обращения по орбите вокруг Земли на 360°, составляет 27 сут 7 ч 43,2 мин. Но все это время Земля сама движется вокруг Солнца в том же направлении, поэтому взаимное положение трех тел повторяется не через орбитальный период Луны, а спустя примерно 53 ч после него. Поэтому полнолуние происходит через каждые 29 сут 12 ч 44,1 мин; этот период называют лунным месяцем. Каждый солнечный год содержит 12,37 лунных месяцев, так что 7 из 19 лет имеют 13 полнолуний. Этот 19-летний период называется "метоновым циклом", поскольку в 5 в. до н.э. афинский астроном Метон предложил этот период в качестве основы для реформы календаря, правда, не состоявшейся. Расстояние до Луны постоянно меняется; это знал еще Гиппарх во 2 в. до н.э. Он определил среднее расстояние до Луны, получив значение, довольно близкое к современному - 30 диаметров Земли. Расстояние до Луны можно определять различными методами, например, методом триангуляции из двух удаленных точек на Земле или же с помощью современной техники: по времени прохождения радарного или лазерного сигнала до Луны и обратно. Среднее расстояние в перигее (ближайшей к Земле точке орбиты Луны) составляет 362 тыс. км, а среднее расстояние в апогее (самой далекой точке орбиты) равно 405 тыс. км. Эти расстояния измеряются от центра Земли до центра Луны. Точка апогея и вместе с ней вся орбита обращается вокруг Земли за 8 лет и 310 сут.
Наклон. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца - эклиптике - примерно на 5°; поэтому Луна никогда не удаляется от эклиптики более чем на 5°, всегда находясь среди или около зодиакальных созвездий. Точки, в которых лунная орбита пересекает эклиптику, называют узлами. Солнечное затмение может произойти только в новолуние и только в те моменты, когда Луна находится вблизи узла. Это случается по меньшей мере дважды в году. В остальных случаях Луна проходит на небе над или под Солнцем. Лунные затмения происходят только в полнолуние; при этом, как и в случае солнечных затмений, Луна должна находиться вблизи узла. Если бы плоскость лунной орбиты не была наклонена к плоскости земной орбиты, т.е. если бы Земля и Луна двигались в одной плоскости, то при каждом новолунии происходило бы солнечное затмение, а при каждом полнолунии - лунное затмение. Линия узлов (прямая, проходящая через оба узла) вращается вокруг Земли в противоположном движению Луны направлении - с востока на запад с периодом 18 лет 224 сут. Этот период тесно связан с циклом "сароса", составляющего 18 лет 11,3 сут и определяющего промежуток времени между одинаковыми затмениями.
См. также ЗАТМЕНИЯ .
Система Земля - Луна. Разумеется, не совсем верно говорить о движении Луны вокруг Земли. Точнее, оба эти тела обращаются вокруг их общего центра массы, лежащего ниже поверхности Земли. Анализ колебаний Земли показал, что масса Луны в 81 раз меньше массы Земли. Гравитационное притяжение Луны вызывает приливы и отливы на Земле. Приливные движения в результате трения замедляют вращение Земли, увеличивая продолжительность земных суток на 0,001 с за столетие. Поскольку момент импульса системы Земля - Луна сохраняется, замедление вращения Земли приводит к медленному удалению Луны от Земли. Однако в нынешнюю эпоху расстояние между Землей и Луной уменьшается на 2,5 см в год из-за сложного взаимодействия Солнца и планет с Землей.
См. также ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ . Луна всегда обращена к Земле одной стороной. Детальный анализ ее гравитационного поля показал, что Луна деформирована в направлении Земли, но искажение ее формы слишком велико для современного приливного эффекта. Это искажение считают "замороженным приливом", оставшимся с тех пор, когда Луна была ближе к Земле и испытывала с ее стороны более сильное приливное влияние, чем сейчас. Но эта выпуклость может представлять собой и неоднородность внутреннего строения Луны. Сохранение как древней приливной выпуклости, так и асимметричного распределения массы требует наличия твердой оболочки, поскольку под действием собственного тяготения жидкое тело принимает шарообразную форму. Некоторые специалисты считают, что вообще вся Луна внутри твердая. Для этого она должна быть достаточно холодной. Результаты сейсмических экспериментов указывают, что внутренние области Луны действительно разогреты слабо.

ЛУНА, фотоснимок с космического корабля "Аполлон".

Гравитационные измерения, проведенные на окололунной орбите американским аппаратом "Лунар орбитер", частично подтвердили неоднородность внутреннего строения Луны: в некоторых крупных морях были обнаружены области концентрации плотного вещества, названные масконами (от слов "масса" и "концентрация"). Они возникли там, где большие массы плотных пород окружены сравнительно легкими породами.
ДЕТАЛИ ПОВЕРХНОСТИ
Хотя Луна всегда повернута к Земле одной стороной, у нас есть возможность увидеть немного больше половины ее поверхности. Когда Луна находится в наивысшей точке своей наклонной орбиты, можно наблюдать обычно скрытую область вблизи ее южного полюса, а область вокруг северного полюса становится видимой, когда Луна достигает низшей точки орбиты. Кроме этого можно наблюдать дополнительные области на восточном и западном лимбе (крае) Луны, поскольку она вращается вокруг своей оси с постоянной скоростью, а скорость ее движения вокруг Земли изменяется от максимальной в перигее до минимальной в апогее. В результате наблюдаются покачивания - либрации - Луны, которые позволяют увидеть 59% ее поверхности. Области, которые совершенно невозможно увидеть с Земли, фотографируют с помощью космических аппаратов. Старейшая полная карта видимого полушария Луны приведена в Селенографии, или описании Луны (1647) Я. Гевелия. В 1651 Дж. Риччоли предложил присваивать деталям лунной поверхности имена выдающихся астрономов и философов. Современная селенография - наука о физических характеристиках Луны - началась с детальной и подробно описанной карты Луны (1837) В. Бера и И. Медлера. Фотографирование Луны началось в 1837 и достигло наивысшего развития в Систематическом фотографическом атласе Луны (Дж. Койпер и др., 1960). В нем показаны области Луны, освещенные солнечным светом, по крайней мере, под четырьмя различными углами. Наилучшее разрешение на фотографиях, полученных с поверхности Земли, составляет 0,24 км. Пять аппаратов "Лунар орбитер", успешно запущенных в 1966 и 1967, получили с окололунной орбиты великолепную и почти полную фотографическую карту Луны. Поэтому сейчас даже детали обратной стороны Луны известны с разрешением, в десять раз лучшим, чем детали ее видимой стороны в 1960. Подробные карты Луны были изготовлены в НАСА и могут быть получены в Управлении документами правительства США. Новые детали лунной поверхности получают свои названия. Например, автоматический аппарат "Рейнджер-7" упал на безымянную площадку в 1964; теперь эта площадка называется Морем Познанным. Большие кратеры, сфотографированные на обратной стороне Луны аппаратом "Луна-3", названы именами Циолковского, Ломоносова и Жолио-Кюри. Прежде чем новое имя будет официально присвоено, оно должно быть одобрено Международным астрономическим союзом. На Луне можно выделить три основных типа образований: 1) моря - обширные, темные и довольно плоские участки поверхности, покрытые базальтовой лавой; 2) материки - яркие приподнятые области, заполненные множеством больших и маленьких круглых кратеров, часто перекрывающихся; 3) горные цепи, такие, как Апеннины, и небольшие горные системы, подобные той, что окружают кратер Коперник.
Моря. Крупнейшее из дюжины морей на видимой стороне Луны - Море Дождей диаметром ок. 1200 км. Кольцо из отдельных пиков на его дне и окружающая цепь гор с радиальными лучами говорят о том, что Море Дождей возникло вследствие удара о Луну огромного метеорита или ядра кометы. Его дно не идеально ровное, а пересечено волнообразной рябью, которую можно заметить при малом угле падения солнечных лучей. Эта рябь с сопутствующей ей разницей в цвете указывает, что лава разливалась здесь не единожды, а возможно, в результате нескольких последовательных ударов. Фотографии с окололунной орбиты обнаружили более впечатляющий бассейн, чем Море Дождей. Это Море Восточное, которое с Земли частично видно на левом лимбе Луны, но лишь "Лунар орбитер" показал его настоящий вид. Центральная темная равнина этого моря довольно мала, но она служит центром большого числа круговых и радиальных горных цепей. Центральный бассейн окружен двумя почти идеально концентрическими цепями гор диаметром 600 и 1000 км, а за внешнюю горную цепь еще более чем на 1000 км выброшены породы в виде сложных радиальных образований. Почти круглый контур Моря Ясности тоже указывает на столкновение, но меньшего масштаба. Другие моря, видимо, также заполнились лавой в результате одного или нескольких столкновений, более поздние из которых уничтожили кратер, возникший после первого столкновения. Другие крупные кратерированные области, не разрушенные мощным столкновением, могли стать морями после мощного излияния лавы. Примерами такого рода служат Океан Бурь и Море Спокойствия, имеющие неправильные контуры и содержащие частично затопленные древние кратеры. Небольшие, но необъяснимые различия в цветах характерны для разных морей. Например, центральная область дна Моря Ясности имеет красноватый оттенок, типичный для старых, более глубоких слоев, а внешняя часть этого моря и соседнее Море Спокойствия имеют голубоватый оттенок. Странное отсутствие темных морей на обратной стороне Луны говорит о том, что они формируются не так уж часто. Вероятно, вся система морей образовалась в результате лишь нескольких столкновений. Например, заполнение Океана Бурь и Моря Облаков могло произойти от одного удара в районе Моря Дождей. Возможно, эта сторона Луны сначала была отвернута от Земли. Когда в результате ударов образовавшиеся кратеры заполнились тяжелой лавой и породили масконы, возникшая асимметрия в распределении массы позволила притяжению Земли повернуть Луну и навсегда закрепить ее полушарие с морями в направлении нашей планеты.
Природа поверхности Луны. Важнейшим результатом программы "Аполлон" стало открытие у Луны мощной коры. На месте посадки "Аполлона-14" в районе кратера Фра Мауро кора имеет толщину около 65 км. Луна покрыта рыхлым обломочным материалом - реголитом, слой которого имеет толщину от 3 до 15 м. Поэтому твердая порода почти нигде не обнажена, за исключением немногих молодых крупных кратеров. Реголит в основном состоит из мелких частиц различного размера, обычно около 25 мкм. Это смесь кусочков камня, сферул (микроскопических сфер) и фрагментов стекла. Вещество очень пористое и сжимаемое, но достаточно прочное, чтобы выдержать вес астронавта. Образцы горных пород, доставленные "Аполлонами-11, -12 и -15", оказались в основном базальтовой лавой. Этот морской базальт богат железом и, реже, титаном. Хотя кислород несомненно является одним из основных элементов пород лунных морей, лунные породы существенно беднее кислородом своих земных аналогов. Особо следует подчеркнуть полное отсутствие воды, даже в кристаллической решетке минералов. Доставленные "Аполлоном-11" базальты имеют следующий состав: ________________________
Компонент Содержание, %
Двуокись кремния (SiO2) 40
Окись железа (FeO) 19
Двуокись титана (TiO2) 11
Окись алюминия (Al2O3) 10
Окись кальция (CaO) 10
Окись магния (MgO) 8,5 ________________________
Доставленные "Аполлоном-14" образцы представляют другой тип коры - брекчию, богатую радиоактивными элементами. Брекчия - это агломерат каменных обломков, сцементированных мелкими частицами реголита. Третий тип образцов лунной коры - богатые алюминием анортозиты. Эта порода светлее темных базальтов. По химическому составу она близка к породам, исследованным "Сервейором-7" в горной области у кратера Тихо. Эта порода менее плотная, чем базальт, так что сложенные ею горы как бы плавают на поверхности более плотной лавы. Все три типа породы представлены в крупных образцах, собранных астронавтами "Аполлонов"; но уверенность, что они являются основными типами породы, слагающей кору, основана на анализе и классификации тысяч мелких фрагментов в образцах грунта, собранных с различных мест на поверхности Луны. Кратеры - одна из характерных особенностей Луны. Десятки тысяч кратеров можно увидеть в телескоп среднего размера. Крупнейшие из них похожи на ровные площадки, окруженные стеной. Такие кратеры, как Гримальди, Шиккард и Циолковский (на обратной стороне Луны), имеют диаметр около 250 км и гладкое лавовое дно. Наблюдения "Рейнджеров", "Сервейоров" и "Аполлонов" открыли много мелких кратеров, вплоть до размера крошечных рытвин. Хотя большинство кратеров округлые, некоторые из самых крупных по форме похожи на многоугольники. У земного наблюдателя сильный контраст света и тени вызывает впечатление очень неровной поверхности Луны; в действительности же стенки кратеров весьма пологие.

КРАТЕРЫ на обратной стороне Луны, сфотографированные с "Аполлона-11".

Большинство кратеров образовалось вследствие ударов по поверхности Луны метеоритов и ядер комет на раннем этапе ее истории. Более крупные первичные кратеры возникли от прямого попадания космических тел, а множество вторичных кратеров образовалось после падения обломков, выброшенных первыми взрывами. Вторичные кратеры сконцентрированы вокруг первичных и часто расположены парами или имеют вытянутую форму. Ударные кратеры на Земле очень напоминают лунные. Но земные кратеры разрушает эрозия, а на Луне при отсутствии воздуха, ветра и дождей - главных причин эрозии - сохраняются очень старые образования. Некоторые кратеры могут быть результатом вулканической деятельности. Это удивительно правильные воронкообразные ямы с ослепительно белыми стенками при полной Луне. То, что они иногда расположены рядами, вероятно, над сейсмическими трещинами или на вершинах гор, только усиливает вулканическую гипотезу, предложенную американским астрономом голландского происхождения Дж.Койпером. Инфракрасные наблюдения, проведенные во время полных лунных затмений, выявили сотни необычно теплых пятен; как правило, они совпадают с яркими молодыми кратерами. Поскольку большинство кратеров расположено в светлых материковых областях, они должны быть более старыми, чем моря. Согласно Койперу, первые кратеры образовались после того, как моря приобрели гладкое лавовое дно. Позднее поверхность плавилась, но недостаточно для того, чтобы заполнить кратеры лавой, хотя вулканические излияния видны. Вблизи полнолуния кратер Тихо и несколько уединенных кратеров, таких, как Коперник и Кеплер, становятся ослепительно белыми, и от них радиально расходятся длинные белые полосы, называемые "лучами". У этих кратеров неправильные центральные горки и множество мелких обломков внутри вала. Поскольку их лучи лежат поверх других лунных образований, лучистые кратеры должны быть самыми молодыми на Луне. "Рейнджер-7" показал, что лучи представляют собой ряды многочисленных белых вторичных кратеров. Наблюдения изменений лунной поверхности весьма дискуссионны. Обычно это кажущиеся изменения из-за различия в угле падения солнечных лучей. Долго астрономы спорили, был ли Линней - яркое пятно в Море Ясности - когда-то кратером, как это указано на старой лунной карте в работе Риччоли. В 1958 советский астроном Н.А.Козырев наблюдал нечто, вероятно, представлявшее выброс газа в кратере Альфонс. После некоторого периода недоверия астрономы заинтересовались возможностью активной вулканической деятельности на Луне. Анализ разрозненных наблюдений показывает, что области ожидаемой активности сконцентрированы по краям морей.
Другие особенности. Горные цепи, столь знакомые нам на Земле, довольно редки на Луне. Основные цепи гор на видимой стороне Луны (Апеннины, Альпы и Кавказ), конечно, были сформированы столкновением, породившим Море Дождей. Концентрические цепи гор окружают и некоторые другие моря. Некоторые горы вдоль южного края Луны сравнимы по высоте с Эверестом. Морщины, образованные сжатием, видны внутри большинства морей. Часто они имеют ступенчатую структуру с параллельными, но слегка смещенными сегментами. Иногда они похожи на довольно сложную плетенку. Трещины и крутые каньоны шириной 1-2 км часто тянутся на сотни километров почти по прямой. Их глубина составляет от одной до нескольких сотен метров; более тысячи из них внесены в каталоги. Эти разрывные трещины в лавовой коре часто параллельны краям морей. Некоторые из них напоминают меандры русел земных рек. Морщины и трещины, а также широкие и узкие долины образуют гигантскую сеть. Радиальные детали рельефа, связанные с Морем Дождей, образуют самую крупную сетчатую систему на Луне. Некоторые исследователи считают, что сетчатая система отражает внутрилунные процессы напряжения и сжатия, но другие думают, что это результат внешнего воздействия, связанного со столкновениями, породившими моря. Обнаружено на Луне и множество других особенностей. Наиболее грандиозным разломом является Прямая Стена, протянувшаяся в Море Облаков примерно на 170 км; это крутой откос высотой около 300 м. Долина Рейта - пример грабена, т.е. зоны разрыва, где значительный участок поверхности стал опускаться. На дне морей обнаружено несколько маленьких потухших вулканов. Еще одна любопытная особенность лунной поверхности - небольшие лавовые купола.
См. также

Луна – небесное тело, расположенное ближе всех к Земле, которое является его естественным спутником и ярчайшим, после Солнца объектом. Кроме того, это еще и единственный объект солнечной системы, на который ступала нога человека.
Луна привлекала к себе внимание во все времена. Люди веками смотрели на нее, любуясь лунными кратерами, пытаясь изучить ее происхождение и законы. Луна вращается в том же направлении, что и большинство небесных тел. Вокруг Земли она двигается со скоростью около 1 км/с. Так как, там отсутствует атмосфера, на Луне нет ни воды, ни воздуха, ни погоды. А температура имеет довольно большой разброс: от –120 °С до +110 °С. Сила притяжении меньше Земной в 6 раз (1,62 м/с2). Еще в 1610 году, Галилео Галилей в телескопическое оборудование, наблюдал за лунной поверхностью и обнаруживал различные впадины и кратеры.

Протяженные темноватые пятна или как их называют «Лунные моря», занимают около 40 % видимого лунного рельефа. В былые времена, атаки метеоритов и астероидов на лунную поверхность, были обычным делом. Возможно даже, что Луна принимала на себя все удары небесных тел, которые предназначались нашей Земле! Но она, как своеобразный щит, отражала все нападения. Возможно именно Луне, нам следует сказать спасибо за то, что жизнь на нашей планете, не исчезла, от падения какого-нибудь, метеорита или астероида. Сейчас, частота столкновений небесных тел с Луной практически равна нулю, но кратеры, которые мы можем наблюдать на поверхности Луны навсегда остались, как своеобразное напоминание о заслугах нашего верного спутника.

Строение Луны

Масса спутника Земли в 81 раз меньше нашей планеты. Для исследования лунного строения, использовались различные методы, в том числе и сейсмические. Верхний слой лунной поверхности, представлен корой, толщина которой достигает 60 км. Кора состоит из горной породы базальт. В морских и материковых районах, его состав имеет существенные отличия. Мантия – расположенная под лунной корой, делится на верхнюю – 250 км, среднюю – 500 км и нижнюю – 1000 км. До этого уровня вещество недр находится в твердом состоянии, и представляет собой холодную и мощную литосферу, с незатухающими сейсмическими колебаниями. Приближаясь к концу границы нижней мантии, температура возрастает, приближаясь к температуре плавления, поэтому сейсмические волны быстро поглощаются. Эта часть спутника представляет собой лунную астеносферу, в центре которой находиться жидкое ядро, состоящее из сульфида железа, радиусом 350 км. Температура в нем, колеблется от 1300К до 1900К, при массе не более 2% от массы всей Луны.

Известно, что Луна повернута к Земле, только одной стороной, поэтому все давно мечтают узнать: какие же тайны скрывает обратная сторона Луны. Сама по себе, Луна не светится. Просто солнечные лучи, отражаясь от Земли, освещают разные ее части. В связи с этим объясняются и фазы Луны. Она повернута к нам темной стороной и двигается по орбите между Солнцем и Землей. Каждый месяц наступает новолуние. На следующий день на западном небе появляется яркий серп «обновленной» Луны. На остальную часть Луны, свет, отраженный от Земли практически не попадает. Через неделю, можно наблюдать половину диска Луны. Через 22 дня, наблюдается и последняя четверть. А на 30 сутки опять наступает новолуние.

Характеристики Луны

Масса: 0,0123 массы Земли, то есть 7,35*1022кг
Диаметр на экваторе: 0,273 диаметра Земли, то есть 3476 км
Наклон оси: 1,55°
Плотность: 3346,4 кг/м3
Температура поверхности: –54 °C
Расстояние от спутника до планеты: 384400 км
Скорость движения вокруг планеты: 1,02 км/с
Эксцентриситет орбиты: e = 0,055
Наклон орбиты к эклиптике: i = 5,1°
Ускорение свободного падения: g = 1,62 м/с2

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.

Химия лунных пород

Карта концентрации тория на поверхности Луны согласно данным Lunar Prospector.

Состав лунного грунта существенно отличается в морских и материковых районах Луны. Лунные породы обеднены железом, водой и летучими компонентами.

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.