---

Луна

Наиболее заметной чертой ночного неба является естественный спутник Земли - Луна. Из-за своей близости к Земле Луна уступает только Солнцу по кажущейся яркости среди небесных объектов. Она также кажется примерно такого же размера, как и Солнце, хотя на самом деле Солнце примерно в 400 раз больше и в 400 раз дальше.

В астрономии однако с точки зрения термина Луна - это довольно обычный скалистый объект. Её свет - это просто отраженный солнечный свет, с тусклым отраженным светом от Земли, иногда видимым со стороны, не освещенной Солнцем. Она вращается вокруг Земли точно так же, как десятки других спутников, или лун, вращаются вокруг других планет Солнечной системы.

Луна довольно велика по сравнению с ее первичной планетой, хотя и составляет более четверти диаметра Земли. Только карликовая планета Плутон - спутник Харона имеет больший относительный размер - более половины диаметра самого Плутона. Относительно большие размеры Луны оказывают значительное влияние на Землю, наиболее заметное в океанских приливах, которые являются результатом гравитационного притяжения Луны к Земле и ее океанам.

Фото Луны

Луна наиболее заметна ночью, хотя обычно она видна и днем. Как и большинство небесных тел, она находится над горизонтом примерно половину времени. Освещенная Солнцем сторона Луны кажется довольно яркой в тёмном ночном небе. Однако по сравнению с другими объектами в солнечном свете она на самом деле является несколько темно-серой, отражая только около 7 % видимого солнечного света, который попадает на неё.

Невооруженным глазом на её поверхности видны лишь некоторые особенности. Наиболее заметными являются гладкие, темные равнины. Острый глаз может заметить яркие полосы, исходящие от нескольких больших кратеров.

Вращение Луны

Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной. Почти половину её поверхности - вторую сторону никогда не видно с Земли. Это происходит потому, что Луна вращается вокруг Земли с той же средней скоростью, с которой она вращается вокруг своей оси. Время вращения Луны -время, необходимое для вращения вокруг своей оси - составляет приблизительно 27 дней.

Скорость обращения Луны - время, необходимое для завершения одной орбиты вокруг Земли - также составляет приблизительно 27 дней. Таким образом, Луна поворачивается вокруг своей оси только один раз каждый раз, когда она вращается вокруг Земли. Из-за того, что Луна вращается очень медленно во время своей орбиты вокруг Земли, одна и та же сторона всегда обращена к нам.

С течением времени небольшая некруглость орбиты Луны в сочетании с ее устойчивым вращением делает видимым с Земли около 59 % ее поверхности. У Луны нет постоянной “темной” или “светлой” стороны. Ближняя и дальняя стороны со временем получают одинаковое количество солнечного света.

Красная Луна

Иногда Луна кажется желтоватой, оранжевой или почти красной. Это обычно происходит, когда Луна находится близко к горизонту, и её свет должен пройти длинный путь через атмосферу Земли, прежде чем достичь наблюдателя. Более короткие, голубые длины волн света в значительной степени рассеиваются, оставляя в основном красноватые цвета. Этот эффект не является уникальным для Луны. Солнце также выглядит более красноватым вблизи заката и восхода солнца.

Лунная иллюзия

Большинство людей также думают, что Луна кажется намного больше, когда она находится вблизи горизонта, чем когда она высоко в небе. Это перцептивный эффект, широко известный как “Лунная иллюзия". Кроме этой иллюзии, есть небольшие изменения в кажущихся размерах Луны, потому что она не всегда одинаково далека от Земли на своей орбите. Её апогей (наибольшее расстояние от Земли) до 13 % больше, чем её перигей (ближайшая точка к Земле).

Фазы Луны

Угол между Солнцем и Луной в небе определяет, какая часть стороны Луны, обращенной к Земле, освещена, что дает начало последовательности фаз. Фазовый цикл часто считается начинающимся с “новой” Луны, которая невидима с Земли. В этой фазе Луна находится почти или непосредственно между Землей и Солнцем, поэтому вся освещенная Солнцем часть Луны обращена в сторону от Земли.

Орбита Луны несет её на восток относительно Солнца в небе. Через несколько дней после новолуния Луна появляется ранним вечером в виде полумесяца, освещенная сторона её обращена на запад, туда, где только что зашло солнце. Остальная часть лунного диска может быть слабо видна из-за света, отраженного от земли. Этот полумесяц заходит через несколько часов после восхода солнца.

Примерно через неделю после новолуния Луна появляется наполовину освещенной и высоко в небе, на 90 градусов к востоку от Солнца, на закате. Эта Луна называется первой четвертью (четверть пути ее месячного цикла). Она взойдет около полудня и, возможно, будет видна на голубом небе днем. В течение следующих нескольких ночей Луна восходит ближе к вечеру и продолжает расти или показывать большую освещенную часть. Примерно через две недели она восходит в виде полной Луны на востоке - напротив солнца на закате.

Затем, в третьей четверти, она появляется в виде “полумесяца” с освещенной восточной половиной. В этой фазе Луна восходит около полуночи, достигает максимума на восходе и заходит около полудня. На самом деле Луна вращается вокруг Земли с периодом 27,32 суток, но за это время Земля переместится почти на 1/12. Таким образом, чтобы Луна вернулась на свое место между Землей и Солнцем, ей потребуется 2.21 дополнительных дня.

Стоит отметить, что освещенная часть Луны всегда обращена к Солнцу, так как именно оно дает свет. Это означает, что ночью освещенная часть Луны всегда должна быть обращена немного вниз (часто наклонена под некоторым углом), так как Солнце садится.

Затмения

Солнечное затмение

Путь Луны по небу, видимый на фоне звезд, очень близок к пути Солнца, называемому эклиптикой. По этой причине в новолуние Луна может пройти прямо между Землей и Солнцем, отбрасывая свою тень на землю. Во время такого события - называется солнечное затмение - Луна частично или полностью блокирует солнечный свет.

Если Луна находится немного ближе к Земле, она кажется достаточно большой на небе, чтобы полностью покрыть диск Солнца примерно на 7 минут. Такие полные затмения - впечатляющие события. Солнечная корона, или внешняя атмосфера, видна вокруг черного диска Луны в дневном небе, почти таком же темном, как ночь. Путь полного затмения обычно имеет ширину всего около 160 километров. Люди за пределами этой области не видят затмения.

Лунное затмение

Земля также может находиться точно между Солнцем и Луной, отбрасывая тем самым тень на Луну. Это называется лунным затмением, и оно, естественно, происходит в полнолуние. Если Луна полностью переходит в тень Земли, то затмение называется тотальным. Ранее полная Луна почти полностью исчезает с ночного неба. Только тусклый красноватый солнечный свет, преломленный на Луне атмосферой Земли, делает её видимой.

Если бы видимые траектории Луны и Солнца на небе были одинаковыми, лунные и солнечные затмения происходили бы каждый месяц. Однако орбита Луны наклонена примерно на 5 градусов относительно орбиты Земли вокруг Солнца. Оба типа затмений могут быть предсказаны с большой точностью.

Наблюдение Луны в телескоп

Итальянский ученый Галилео Галилей был первым человеком, который использовал телескоп. В 1609 году он обратил одно из своих собственных изобретений к изучению Луны. Он сразу же понял, что это не та идеально гладкая сфера, которую постулировал Аристотель и большинство астрономов после него.

Там были чашеобразные долины (кратеры) и горы, в дополнение к гладким участкам, видимым невооруженным глазом. Галилей отметил, что в этом отношении Луна кажется довольно похожей на Землю, предполагая, что эти два тела имеют сходную природу. На самом деле Галилей считал это важным доказательством, подтверждающим теорию Коперника, что Земля - это тело, вращающееся вокруг Солнца. Если Луна движется и похожа на Землю, то, возможно, Земля тоже движется.

Сегодня даже небольшие телескопы, используемые астрономами-любителями, показывают гораздо больше деталей, чем прибор Галилея. Видны тысячи кратеров различных размеров, некоторые из них перекрываются или встроены в другие, и многие из них демонстрируют “лучи” более светлого материала, излучающиеся из них.

Горные хребты имеют относительно мало кратеров. Местами видны длинные долины, называемые риллами. Когда они расположены вблизи Терминатора - разделительной линии между лунным днем и ночью, они отбрасывают длинные, резкие тени.

Приливы

Луна и Земля, как и все другие пары масс во Вселенной, гравитационно притягивают друг друга. Сила гравитации уменьшается с расстоянием, так что Луна сильнее притягивается к ближайшей к ней стороне Земли, чем к дальней. Эта разница в силе вызывает небольшое растяжение Земли, наиболее очевидное в текучем теле океанов, вдоль направления линии от Земли до Луны. Исаак Ньютон правильно определил это как причину приливов. Как правило, высокий прилив происходит как на стороне Земли, обращенной к Луне, так и на стороне, удаленной от нее, с низким приливом в районах, где Луна находится близко к горизонту.

Когда Солнце, Земля и Луна выровнены в новолуние или полнолуние, приливы более выражены, чем обычно, ситуация называется “Весенний прилив". Когда они находятся под прямым углом (в первой или третьей четверти Луны), приливы уменьшаются по амплитуде и называются "неаполитанскими приливами".

Физические характеристики Луны

Приблизительное расстояние и размеры Луны известны уже более 1800 лет. В 3 веке до н. э. Аристарх Самосский отметил видимый размер тени Земли , когда Луна проходила через нее во время лунных затмений. Это наблюдение позволило ему очень приблизительно вычислить размер и расстояние Луны относительно диаметра Земли.

Во 2 веке до нашей эры греческий астроном Гиппарх улучшил эти оценки. Он отметил, что когда в районе Геллеспонта на территории нынешней западной Турции наблюдалось полное солнечное затмение, из Александрии в Египте, было видно только 80 % солнечного диска. Используя раннюю тригонометрию и зная приблизительное расстояние между этими двумя местами, он смог вычислить, что расстояние до Луны примерно в 63 раза больше радиуса Земли.

Около 150 года нашей эры Птолемей Александрийский уточнил это значение примерно до 60 радиусов Земли, или 30 диаметров Земли. Он смог определить, что диаметр Луны составляет чуть более одной четверти земного.

Расстояние от Земли до Луны

Современное значение среднего расстояния от центра Земли до Луны составляет 384 400 километров. Однако оно колеблется от примерно 363 300 километров в среднем перигее до примерно 405 500 километров в среднем апогее.

Диаметр Луны

Диаметр Луны составляет 3472 километра от полюса до полюса и 3476 километров на её экваторе, или около 27 % диаметра Земли.

Масса Луны

При попытках определить массу Луны учитывались её гравитационные эффекты. Различные исследователи, в том числе Пьер-Симон Лаплас (1749-1827), использовали исследования океанских приливов для уточнения этой величины. Масса Луны составляет 7.35×10²² килограмма, или примерно 1/81 массы Земли.

Сейчас это значение особенно хорошо известно по данным многочисленных космических аппаратов, вращавшихся вокруг Луны. Ускорение, вызванное гравитацией на Луне, составляет 1,62 метра в секунду, или примерно одну шестую от земного. Тот, кто весит 100 килограмм на Земле, будет весить только около 16,5 килограмм на Луне.

Плотность Луны

Средняя плотность Луны составляет 3,34 грамма на кубический сантиметр, или около 60 % плотности Земли. Это важно, поскольку показывает, что Луна должна состоять в среднем из материалов несколько менее плотных, чем те, из которых состоит Земля. Хотя считается, что внешние слои Луны примерно похожи на внешние слои Земли, считается, что Луна имеет богатое железом ядро, которое пропорционально намного меньше, чем у Земли. Вероятно, с этим связан тот факт, что Луна практически не имеет координированного магнитного поля. Присутствуют только слабые, локально изменяющиеся магнитные поля, и они, вероятно, были заморожены в коре при формировании.

Поверхность Луны

Поверхность Луны состоит из каменистого материала, большая часть которого превратилась в пыль и другие мелкие осколки в результате миллиардов лет бомбардировки метеоритами, большими и маленькими. Толщина этого слоя, называемого реголитом, колеблется от 3 до 15 метров.

Под реголитом находится скалистая кора, толщина которой варьируется от очень тонкой в некоторых областях до более чем 100 километров в некоторых частях обратной стороны Луны. Большая часть остальной части Луны представляет собой мантию из полу-расплавленной породы, которая, как полагают, окружает небольшое металлическое ядро.

Атмосфера на Луне

На Луне почти нет атмосферы, что объясняет черное небо, несмотря на яркое Солнце. Были обнаружены очень небольшие количества газов, таких как гелий, водород, аргон и неон.

Температура на Луне

Нехватка воздуха в сочетании с днями более двух недель, за которыми следуют столь же длинные ночи, позволяет поверхности достигать чрезвычайно высоких и низких температур. В среднем температура поверхности достигает около 107 °C днем, но затем падает примерно до минус 153 °C ночью. Однако в некоторых районах температура может достигать примерно 123 °C или около  минус 233 °C.

Лунная география

Относительно светлые и сильно изрытые кратерами нагорья покрывают около 83 % поверхности Луны. Большая часть остатка состоит из более гладких, более темных пятен - Мария. Однако эти характеристики распределены неравномерно; почти вся Мария находится на ближней стороне.

Ранние телескопические наблюдатели полагали, что темные гладкие участки, которые они видели, могли быть водоемами, поэтому они называли их “Мария”, что по-латыни означает “море” . Теперь известно, что на Луне нет ни морей, ни озер, ни рек, ни какой-либо жидкой воды. "Мария" - это сухие равнины.

Возраст пород Марии, колеблется от 3,1 до 3,9 миллиарда лет. Возраст обитателей высокогорья в основном составляет от 4,0 до 4,5 миллиардов лет. Скалы Марии - это в основном базальт, вулканическая порода, распространенная на Земле. Высокогорье состоит в основном из анортозита, другого типа магматических пород.

Лунные кратеры

Лунные кратеры варьируются по размеру от крошечных ям, до многочисленных впадин более 160 километров в поперечнике, до гигантского бассейна Южного полюса – Айткена на южной дальней стороне. Эта впадина имеет более 2400 километров в диаметре и местами достигает 13 километров в глубину. Многие кратеры, такие как большие кратеры Тихо и Коперник, имеют светлые лучи, выступающие наружу на сотни километров во всех направлениях.

Кратер Айткен:

В течение многих лет ученые спорили о том, имеют ли эти кратеры преимущественно вулканическое происхождение или были вызваны ударами астероидов и комет. Форма кратеров указывает на столкновения. Современные теории формирования Солнечной системы описывают период интенсивной бомбардировки в самом начале е` истории. Некоторые кратеры присутствуют и на Земле, но большинство из них были сильно эродированы или субдуцированы под другие континентальные плиты. Луна хранит гораздо более нетронутые результаты этой ранней бомбардировки.

После того, как Луна сформировалась около 4,5 миллиардов лет назад, она подвергалась частым ударам. Примерно 4 миллиарда лет назад Луна выглядела бы примерно так же, как сегодня, только без Марии. Начиная примерно с 3,9 миллиарда лет назад, серия крупных эпизодов таяния, возможно, вызванных или вызванных большими ударами, расплавила большие площади, главным образом на ближней стороне.

Считается, что резкое усиление скорости удара, называемое Поздней тяжелой бомбардировкой, произошло на Луне и в других местах Солнечной системы примерно 3,9 миллиарда лет назад. Период интенсивной бомбардировки, возможно, был результатом позднего формирования или миграции наружу Урана и Нептуна. Таким образом, ледяные тела выбрасывались из внешней части Солнечной системы внутрь, к Солнцу.

Лунные горы

Лунные горы, некоторые из которых по высоте соперничают с Гималаями, обычно образуются в результате совершенно иных процессов, чем на Земле. Большинство земных гор - это результат столкновения гигантских континентальных плит земной коры с другими или их нагромождения. Большинство лунных гор в основном представляют собой края гигантских ударных бассейнов или, в некоторых случаях, центральные вершины кратеров, возникающие в результате своего рода эффекта отскока после ударов, которые образовали кратеры.

Происхождение Луны

За последние сто с лишним лет было предложено несколько объяснений происхождения Луны. Одной из них была гипотеза деления, согласно которой ранняя Земля вращалась так быстро, что от нее отделилась капля и превратилась в Луну. Гипотеза захвата предполагала, что Луна сформировалась в другом месте Солнечной системы и позже была гравитационно захвачена при прохождении вблизи Земли. Согласно гипотезе коакреции, Луна сформировалась рядом с Землей и на орбите вокруг нее из одного и того же вещества.

Каждая из этих идей имеет существенные недостатки. Гипотеза деления и модель совместной аккреции предсказывали бы, что орбитальная плоскость Луны пройдет более или менее через экватор Земли. На самом деле он находится ближе к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца. Захват по своей сути маловероятен, так как тело, проходящее мимо Земли, должно было бы продолжать гиперболический путь; какое-то третье тело могло бы потребоваться, чтобы лишить Луну энергии.

Короче говоря, все три гипотезы весьма проблематичны. Однако стоит отметить, что совместная аккреция и захват могут быть правдоподобными объяснениями происхождения некоторых других лун в Солнечной системе.

Четвертый вариант, модель гигантского воздействия, была предложена в 1970-х годах и стала консенсусной моделью выбора. В этом сценарии ранняя Земля была поражена другим предшественником планеты, по крайней мере, с половиной диаметра Земли (размером примерно с Марс). Большая часть обломков могла гравитационно сгуститься и образовать Луну.

Гравитация притягивала все большие и большие частицы друг к другу образуя планеты. Кроме того, компьютерное моделирование предполагает, что такое воздействие может учитывать многие наблюдаемые свойства Земли и Луны.

Возможно, произошло двойное столкновение, причем остатки ударного элемента упали обратно на Землю после первоначального удара. Тем не менее, модель удара имеет меньше проблем, чем другие, и стала широко признанной среди планетологов.

Исследование Луны

Советский Союз первым первым отправил "Луну-1" мимо Луны в январе 1959 года. В сентябре 1959 года Советская "Луна-2" стала первым аппаратом, который ударил по поверхности Луны (как это и было задумано). В следующем месяце "Луна-3" передала по радио первую фотографию обратной стороны Луны.

3 февраля 1966 года советский аппарат "Луна-9" успешно совершил мягкую посадку и передал по телевидению первые снимки с поверхности другого мира. В июне того же года "Сюрвейор-1" Соединенных Штатов мягко приземлился и отправил обратно фотографии и другие научные данные. Эти фотографии позволили ученым составить карту поверхности Луны с беспрецедентными подробностями.

Луна удаляется от Земли со скоростью 3,8 см. в год из-за приливных взаимодействий с Землей, которые также постепенно замедляют вращение Земли. Этот процесс потенциально может увеличить орбитальный радиус Луны на 50 % в течение миллиардов лет. Если бы у неё было достаточно времени, она могла бы замедлить вращение Земли до тех пор, пока одна сторона Земли не будет всегда обращена к Луне. Подобное взаимодействие уже имело подобный эффект на Луне - следовательно, одна сторона всегда обращена к Земле.

Полёты на Луну

С 1970-х годов не было ни одного полета на Луну с экипажем, и ни одна миссия без экипажа не была отправлена до запуска японского орбитального корабля Hiten в 1990 году. Американские орбитальные аппараты "Клементина" и "Лунный разведчик" в 1994 и 1998 годах, соответственно, отправили много научных данных. То же самое произошло и с аппаратом Европейского космического агентства SMART-1, который вращался вокруг Луны в течение нескольких лет, прежде чем был отправлен на столкновение с поверхностью в 2006 году.

В следующем году японский орбитальный аппарат "Кагуя" прибыл на Луну для изучения ее геологии и геофизики. Корабль развернул два небольших спутника-ретранслятора, чтобы помочь ему составить карту лунного гравитационного поля. Орбитальный аппарат был официально назван Селенологическим и инженерным исследователем (SELENE).

Китай и Индия также запустили лунные космические зонды. Китайский спутник "Чанъэ-1" начал вращаться вокруг Луны в 2007 году. Индийская ракета "Чандрайан-1" вышла на орбиту, а затем в 2008 году врезалась в лунную поверхность ударным зондом.

Китай направил на Луну дополнительные зонды. Чанъэ-2 вращался вокруг Луны в 2010-11 годах, а затем изучил магнитное поле Земли. Он посетил околоземный астероид Туатис в 2012 году. Чанъэ-3 приземлился в северном полушарии Луны в 2013 году. Таким образом, Китай стал третьей страной после Советского Союза и Соединенных Штатов, которая высадила космический корабль на Луну.

Чанъэ-3 был оснащен ультрафиолетовым телескопом для проведения астрономических наблюдений. Он также выпустил на поверхность Луны марсоход "Юту". Миссия обнаружила новый тип базальта. Марсоход эксплуатировался до 2016 года. В начале 2019 года "Чанъэ-4" стал первым космическим аппаратом, совершившим посадку на дальней стороне Луны.

Лунный календарь

Выдающееся положение Луны на небе и ее регулярные циклы привлекали внимание людей во всем мире. На протяжении многих тысячелетий люди использовали видимые движения более очевидных небесных тел в качестве основы для хронометража (часто для установления дат различных религиозных праздников).

Наиболее важным таким телом является Солнце, но большинство культур пытались включить лунные циклы в календарь тоже. Однако возникает проблема: 29,53-дневный лунный фазовый цикл (по сути, “месяц”) не делится на целое число раз в солнечный год (365,256 дня).

В году, или 12 “месяцах”, таких лунатизмов бывает 12.37, а в запасе остается около 11 дней. Одним из таких решений является “лунно-солнечный” календарь, в который каждые несколько лет вводится своего рода “високосный месяц”, чтобы исправить расхождение в 11 дней в году.

Этот подход используется в Еврейском, Китайском и Индуистском календарях. Исламский календарь, с другой стороны, является чисто лунным, но используется наряду с солнечным. Наиболее широко используемый современный календарь - Григорианский - является чисто солнечным, поэтому его месяцы немного длиннее лунного цикла, и не предпринимается никаких усилий, чтобы соотнести их с этим циклом.

Лунные суеверия

Огромное количество суеверий связано с Луной. Её подозревали в том, что он вызывает или лечит болезни, помогает или замедляет рост урожая, изменяет погоду и приносит либо удачу, либо неудачу тем, кто её видит. Одно из таких верований состояло в том, что сон при лунном свете делает человека “лунатиком” или сумасшедшим. Такой человек был бы тогда “лунатиком".

Идея о том, что Луна влияет на поведение человека, сохранилась и в наше время. Многие люди верят, что полнолуние связано с чем угодно - от роста преступности до роста рождаемости. Некоторые ранние исследования, по-видимому, подтверждают эти идеи, но более поздние крупные исследования показали мало корреляции между фазой Луны и такими явлениями. Например, исследование 70 миллионов рождений в Соединенных Штатах не выявило статистически значимой корреляции между числом рожденных детей и фазой Луны, несмотря на широко распространенное мнение (даже со стороны некоторых медицинских работников), что больше детей рождается вблизи полной Луны.

Приливное воздействие Луны на человека

Некоторые люди верят, что Луна оказывает приливное влияние на тело. Поучительно сравнить приливное влияние Луны с влиянием человека, стоящего в дюжине футов от нее. Луна примерно в 1021 раз массивнее человека, но она также находится примерно в 108 раз дальше. Поскольку приливные эффекты изменяются как обратный куб расстояния, это ослабляет эффект. В результате один человек, стоящий напротив другого, оказывает на него примерно в 1000 раз большее приливное воздействие, чем Луна.

Хотя теперь кажется, что любое лунное воздействие на человека в лучшем случае неуловимо, есть явные эффекты влияния на многие морские организмы. Эти эффекты в значительной степени обусловлены важностью приливов, но, возможно, также и вариациями лунного света. Поведение некоторых ночных наземных существ также может быть связано с Луной, вероятно, из-за важности лунного света.

Карта Луны