Реферат: Луна

улучшение погоды. А еще в народе об этом явлении говорят «месяц в тереме».

Поверхность Луны.

Атмосферы на Луне нет. Небо над Луной всегда черное, даже среди дня, потому что

для рассеивания солнечного света и образования голубого неба, как на Земле,

необходим воздух, который там отсутствует. Звуковые волны в вакууме не

распространяются, так что на Луне царит полная тишина. Погоды тоже нет; дождь,

реки и лед не формируют лунного ландшафта, как это происходит на нашей планете.

В дневное время температура лунной поверхности под прямыми лучами Солнца

поднимается значительно выше точки кипения воды. Чтобы защититься от

невыносимой жары, люди, прибывшие на Луну для проведения исследований, носят

специальные космические костюмы, внутри которых находится воздух и

поддерживается привычные для человека физические параметры. А по ночам

температура на Луне падает до 1500 ниже точки замерзания воды.

Астрономические наблюдения указывают на пористый характер лунного поверхностного

материала. Образцы доставленного на Землю лунного грунта похожи по составу на

земные породы. Моря сложены из базальтов, континенты из анортозитов (силикатная

порода, обогащенная окислами алюминия). Встречается особый тип пород,

обогащенных калием и редкоземельными элементами. Возраст лунных изверженных

горных пород очень велик, их кристаллизация происходила четыре миллиарда лет

назад, наиболее древние образцы имеют возраст 4,5 миллиарда лет. Характер

лунной поверхности (наличие оплавленных частиц и обломков) свидетельствуют о

непрерывной метеоритной бомбардировке, но скорость разрушения ею поверхности

невелика, около 10 –7 см/год.

Поверхность Луны довольно темная, ее альбедо равно 0.073, то есть она отражает

в среднем лишь 7.3 % световых лучей Солнца. Визуальная звездная величина

полной Луны на среднем расстоянии равна - 12.7; она посылает в полнолуние на

Землю в 465 000 раз меньше света, чем Солнце. В зависимости от фаз, это

количество света уменьшается гораздо быстрее, чем площадь освещенной части

Луны, так что когда Луна находится в четверти, и мы видим половину ее диска

светлой, она посылает нам не 50 %, а лишь 8 % света от полной Луны. Показатель

цвета лунного света равен + 1.2, то есть он заметно краснее солнечного. Луна

вращается относительно Солнца с периодом, равным синодическому месяцу, поэтому

день на Луне длится почти 1.5 сутки и столько же продолжается ночь. Не будучи

защищена атмосферой, поверхность Луны нагревается днем до + 1100С, а

ночью остывает до –1200С, однако, как показали радионаблюдения, эти

огромные колебания температуры проникают вглубь лишь на несколько дециметров

вследствие чрезвычайно слабой теплопроводности поверхностных слоев. По той же

причине и во время полных лунных затмений нагретая поверхность быстро

охлаждается, хотя некоторые места дольше сохраняют тепло, вероятно, вследствие

большой теплоемкости (так называемые «горячие пятна»).

Даже невооруженным глазом на Луне видны неправильные протяженные темноватые

пятна, которые были приняты за моря; название сохранилось, хотя и было

установлено, что эти образования ничего общего с земными морями не имеют.

Телескопические наблюдения, которым положил начало в 1610 Г. Галилей,

позволили обнаружить гористое строение поверхности Луны. Выяснилось, что моря

– это равнины более темного оттенка, чем другие области, иногда называемые

континентальными (или материковыми), изобилующие горами, большинство которых

имеет кольцеобразную форму (кратеры). Обширные светлые участки лунной

поверхности, называемые материками, занимают около 60% видимого с Земли

диска. Это неровные, гористые районы. Остальные 40% поверхности – моря,

ровные гладкие области. Материки пересечены горными хребтами. Они расположены

главным образом вдоль «побережий» морей. Наибольшая высота лунных гор

достигает 9 км.

По многолетним наблюдениям были составлены подробные карты Луны. Первые такие

карты издал в 1647 Я. Гевелий в Ланцете (Гданьск). Сохранив термин «моря», он

присвоил названия также и главнейшим лунным хребтам - по земным аналогичным

образованием: Апеннины, Кавказ, Альпы, Алтай. Дж. Риччоли в 1651г. дал

обширным темным низменностям фантастические названия: Океан Бурь, Море

Кризисов, Море Спокойствия, Море Дождей и так далее, меньше примыкающие к

морям темные области он назвал заливами, например, Залив Радуги, а небольшие

неправильные пятна - болотами, например Болото Гнили. Отдельные горы, главным

образом кольцеобразные, он назвал именами выдающихся ученых: Коперник,

Кеплер, Тихо Браге и другими. Эти названия сохранились на лунных картах и

поныне, причем добавлено много новых имен выдающихся людей, ученых более

позднего времени. На картах обратной стороны Луны, составленных по

наблюдениям, выполненным с космических зондов и искусственных спутников Луны,

появились имена К. Э. Циолковского, С. П. Королева, Ю. А. Гагарина и других.

Подробные и точные карты Луны были составлены по телескопическим наблюдениям

в XIX веке немецкими астрономами И. Медлером, Й. Шмидтом и др. Карты

составлялись в ортографической проекции для средней фазы либрации, то есть

примерно такими, какой Луна видна с Земли. В конце XIX века начались

фотографические наблюдения Луны.

В 1896-1910 большой атлас Луны был издан французскими астрономами М. Леви и

П. Пьезе по фотографиям, полученным на Парижской обсерватории; позже

фотографический альбом Луны издан Ликской обсерваторией в США, а в середине

20 века Дж. Койпер (США) составил несколько детальных атласов фотографий

Луны, полученных на крупных телескопах разных астрономических обсерваторий. С

помощью современных телескопов на Луне можно заметить, но не рассмотреть

кратеры размером около 0,7 километров и трещины шириной в первые сотни

метров. Обратная сторона Луны имеет определенные отличия от стороны,

обращенной к Земле. Низменные районы на обратной стороне Луны представляют

собой не темные, а светлые области, и они, в отличие от обычных морей, были

названы талассоидами (мореподобными). На видимой с Земли стороне низменности

залиты темной лавой; на обратной стороне этого не произошло, за исключением

отдельных участков. Пояс морей продолжается на обратной стороне талассоидами.

Несколько небольших темных областей (подобных обычным морям), найденных на

обратной стороне, расположены в центре талассоидов.

Рельеф лунной поверхности.

Рельеф лунной поверхности был в основном выяснен в результате многолетних

телескопических наблюдений. «Лунные моря», занимающие около 40 % видимой

поверхности Луны, представляют собой равнинные низменности, пересеченные

трещинами и невысокими извилистыми валами; крупных кратеров на морях

сравнительно мало. Многие моря окружены концентрическими кольцевыми хребтами.

Остальная, более светлая поверхность покрыта многочисленными кратерами,

кольцевидными хребтами, бороздами и так далее. Кратеры менее 15-20 километров

имеют простую чашевидную форму, более крупные кратеры (до 200 километров)

состоят из округлого вала с крутыми внутренними склонами, имеют сравнительно

плоское дно, более углубленное, чем окружающая местность, часто с центральной

горкой. Высоты гор над окружающей местностью определяются по длине теней на

лунной поверхности или фотометрическим способом. Таким путем были составлены

гипсометрические карты масштаба 1: 1 000000 на большую часть видимой стороны.

Однако абсолютные высоты, расстояния точек поверхности Луны от центра фигуры

или массы Луны определяются очень неуверенно, и основанные на них

гипсометрические карты дают лишь общее представление о рельефе Луны. Гораздо

подробнее и точнее изучен рельеф краевой зоны Луны, которая, в зависимости от

фазы либрации, ограничивает диск Луны. Для этой зоны немецкий ученый Ф. Хайн,

советский ученый А. А. Нефедьев, американский ученый Ч. Уотс составили

гипсометрические карты, которые используются для учета неровностей края Луны

при наблюдениях с целью определения координат Луны (такие наблюдения

производятся меридианными кругами и по фотографиям Луны на фоне окружающих

звезд, а также по наблюдениям покрытий звезд). Микрометрическими измерениями

определены по отношению к лунному экватору и среднему меридиану Луны

селенографические координаты нескольких основных опорных точек, которые

служат для привязки большого числа других точек поверхности Луны. Основной

исходной точкой при этом является небольшой правильной формы и хорошо видимый

близ центра лунного диска кратер Мёстинг. Структура поверхности Луны была в

основном изучена фотометрическими и поляриметрическими наблюдениями,

дополненными радиоастрономическими исследованиями.

Лунные кратеры.

Кратеры на лунной поверхности имеют различный относительный возраст: от

древних, едва различимых, сильно переработанных образований до очень четких в

очертаниях молодых кратеров, иногда окруженных «светлыми лучами». При этом

молодые кратеры перекрывают более древние. В одних случаях кратеры врезаны в

поверхность лунных морей, а в других - горные породы морей перекрывают

кратеры. Тектонические разрывы то рассекают кратеры и моря, то сами

перекрываются более молодыми образованиями. Эти и другие соотношения

позволяют установить последовательность возникновения различных структур на

лунной поверхности; в 1949 советский ученый А. В. Хабаков разделил лунные

образования на несколько последовательных возрастных комплексов. Дальнейшее

развитие такого подхода позволило к концу 60-х годов составить

среднемасштабные геологические карты на значительную часть поверхности Луны.

Абсолютный возраст лунных образований известен пока лишь в нескольких точках;

но, используя некоторые косвенные методы, можно установить, что возраст

наиболее молодых крупных кратеров составляет десятки и сотни миллионов лет,

а основная масса крупных кратеров возникла в “до морской” период, 3-4 млрд.

лет назад.

В образовании форм лунного рельефа принимали участие как внутренние силы, так

и внешние воздействия. Расчеты термической истории Луны показывают, что

вскоре после её образования недра были разогреты радиоактивным теплом и в

значительной мере расплавлены, что привело к интенсивному вулканизму на

поверхности. В результате образовались гигантские лавовые поля и некоторое

количество вулканических кратеров, а также многочисленные трещины, уступы и

другое. Вместе с этим на поверхность Луны на ранних этапах выпадало огромное

количество метеоритов и астероидов - остатков протопланетного облака, при

взрывах которых возникали кратеры - от микроскопических лунок до кольцевых

структур поперечником во много десятков, а возможно и до нескольких сотен

километров. Из-за отсутствия атмосферы и гидросферы значительная часть этих

кратеров сохранилась до наших дней. Сейчас метеориты выпадают на Луну гораздо

реже; вулканизм также в основном прекратился, поскольку Луна израсходовала

много тепловой энергии, а радиоактивные элементы были вынесены во внешние

слои Луны. Об остаточном вулканизме свидетельствуют истечения

углеродосодержащих газов в лунных кратерах, спектрограммы которых были

впервые получены советским астрономом Н. А. Козыревым.

Лавовые потоки и сокрушительные удары.

Наиболее древние камни на Луне находятся в горных районах. Возраст пород,

взятых из морей застывшей лавы, значительно меньше. Когда Луна была совсем

молодой, ее наружный слой был жидким из-за очень высокой температуры. По мере

того как Луна остывала, формировался ее наружный покров или кора, части

которой находятся теперь в горных районах. В последующие полмиллиарда лет

лунная кора подвергалась беспрерывной бомбардировке астероидами, то есть

маленькими планетами, и гигантскими камнями, возникшими при формировании

Солнечной системы. После самых сильных ударов на поверхности оставались

громадные вмятины, постепенно превращавшиеся в моря. Подобной же

бомбардировке подвергались и планеты, но на Земле почти все следы этих

катаклизмов исчезли благодаря эрозии. По мере того как наружные слои Луны

продолжали остывать, внутренние ее области под воздействием радиоактивности

разогревались. В промежутках между 4,2 и 3,1 млрд лет тому назад лава

вытекала через отверстия в коре, затопляя круговые бассейны, оставшиеся на

поверхности после ударов колоссальной силы. Лава была совершенно жидкой и,

затопляя обширные плоские круговые территории, создавала лунные моря. Так что

Галилей был отчасти прав, когда назвал эти участки Луны «морями», поскольку

они представляют собой затвердевшие океаны породы, которая когда-то была

жидкой. Истечение лавы продолжалось около миллиарда лет. Мы узнали об этом

благодаря изучению возраста камней. Около двух миллиардов лет назад

вулканическая деятельность на Луне подошла к завершению. Наружные слои породы

стали достаточно мощными, чтобы выдерживать напор лавы, не выпуская ее на

поверхность. С этих пор все изменения поверхности Луны происходили только за

счет ударов падающих на нее тел. Кратеры большого размера с отходящими в

стороны лучами – это результат очень сильных ударов, от которых возникали

взрывы; обломки породы разносились радиально на сотни километров.

Столкновения с более мелкими кусками породы приводили к разламыванию

поверхности, к выбиванию в ней кратеров меньшей величины.

Происхождение Луны.

Происхождение Луны окончательно еще не установлено. Наиболее разработаны три

разные гипотезы. В конце XIX в. Дж. Дарвин выдвинул гипотезу, согласно

которой Луна и Земля первоначально составляли одну общую расплавленную массу,

скорость вращения которой увеличивалась по мере ее остывания и сжатия; в

результате эта масса разорвалась на две части: большую - Землю и меньшую -

Луну. Эта гипотеза объясняет малую плотность Луны, образованной из внешних

слоев первоначальной массы. Однако она встречает серьезные возражения с точки

зрения механизма подобного процесса; кроме того, между породами земной

оболочки и лунными породами есть существенные геохимические различия.

Гипотеза захвата, разработанная немецким ученым К. Вейцзеккером, шведским

ученым Х. Альфвеном и американским ученым Г. Юри, предполагает, что Луна

первоначально была малой планетой, которая при прохождении вблизи Земли в

результате воздействия тяготения последней превратилась в спутник Земли.

Вероятность такого события весьма мала, и, кроме того, в этом случае

следовало бы ожидать большего различия земных и лунных пород.

Согласно третьей гипотезе, разрабатывавшейся советскими учеными - О. Ю.

Шмидтом и его последователями в середине XX века, Луна и Земля образовались

одновременно путем объединения и уплотнения большого роя мелких частиц. Но

Луна в целом имеет меньшую плотность, чем Земля, поэтому вещество

протопланетного облака должно было разделиться с концентрацией тяжелых

элементов в Земле. В связи с этим возникло предположение, что первой начала

формироваться Земля, окруженная мощной атмосферой, обогащенной относительно

летучими силикатами; при последующем охлаждении вещество этой атмосферы

сконденсировалось в кольцо планетезималей, из которых и образовалась Луна.

Последняя гипотеза на современном уровне знаний (70-е годы 20 века)

представляется наиболее предпочтительной. Не так давно возникла четвертая

теория, которая и принята сейчас как наиболее правдоподобная. Это гипотеза

гигантского столкновения. Основная идея состоит в том, что, когда планеты,

которые мы видим теперь, только еще формировались, некое небесное тело

величиной с Марс с огромной силой врезалось в молодую Землю под скользящим

углом. При этом более легкие вещества наружных слоев Земли должны были бы

оторваться от нее и разлететься в пространстве, образовав вокруг Земли кольцо

из обломков, в то время как ядро Земли, состоящее из железа, сохранилось бы в

целости. В конце концов, это кольцо из обломков слиплось, образовав Луну.

Теория гигантского столкновения объясняет, почему Земля содержит большое

количество железа, а на Луне его почти нет. Кроме того, из вещества, которое

должно было превратиться в Луну, в результате этого столкновения выделилось

много различных газов – в частности кислород.

Новый этап исследования Луны.

Неудивительно, что первый полет космического аппарата выше околоземной орбиты

был направлен к Луне. Эта честь принадлежит советскому космическому аппарату

«Луна-l», запуск которого был осуществлен 2 января 1958 года. В соответствии

с программой полета через несколько дней он прошел на расстоянии 6000

километров от поверхности Луны. Позднее в том же году, в середине сентября

подобный аппарат серии "Луна" достиг поверхности естественного спутника

Земли.

Еще через год, в октябре 1959 года автоматический аппарат "Луна-3",

оснащенный аппаратурой для фотографирования, провел съемку обратной стороны

Луны (около 70 % поверхности) и передал ее изображение на Землю. Аппарат имел

систему ориентации с датчиками Солнца и Луны и реактивными двигателями,

работавшими на сжатом газе, систему управления и терморегулирования. Его

масса 280 килограмм. Создание "Луны-3" было техническим достижением для того

времени, принесло информацию об обратной стороне Луны: обнаружены заметные

различия с видимой стороной, прежде всего отсутствие протяженных лунных

морей.

В феврале 1966 года аппарат "Луна-9" доставил на Луну автоматическую лунную

станцию, совершившую мягкую посадку на лунную поверхность в Океане Бурь, к

западу от кратеров Марий и Рейнер, и передавшую на Землю несколько панорам

близлежащей поверхности - мрачной каменистой пустыни. Система управления

обеспечивала ориентацию аппарата, включение тормозной ступени по команде от

радиолокатора на высоте 75 километров над поверхностью Луны и отделение

станции от нее непосредственно перед падением. Амортизация обеспечивалась

надувным резиновым баллоном. Масса "Луны-9" около 1800 килограмм, масса

станции около 100 килограмм.

Следующим шагом в советской лунной программе были автоматические станции

"Луна-16, -20, -24" , предназначенные для забора грунта с поверхности Луны и

доставки его образцов на Землю. Их масса была около 1900 килограмм. Помимо

тормозной двигательной установки и четырехпалого посадочного устройства, в

состав станций входили грунтозаборное устройство, взлетная ракетная ступень с

возвращаемым аппаратом для доставки грунта. Полеты состоялись в 1970, 1972 и

1976 годах, на Землю были доставлены небольшие количества грунта.

Еще одну задачу решали "Луна-17, -21" (1970, 1973 года). Они доставили на

Луну самоходные аппараты - луноходы, управляемые с Земли по

стереоскопическому телевизионному изображению поверхности. "Луноход- 1 "

прошел путь около 10 километров за 10 месяцев, "Луноход-2" - около 37

километров за 5 мес. Кроме панорамных камер на луноходах были установлены:

грунтозаборное устройство, спектрометр для анализа химического состава

грунта, измеритель пути. Массы луноходов 756 и 840 кг.

Космические аппараты "Рейнджер" разрабатывались для получения снимков во

время падения, начиная с высоты около 1600 километров до нескольких сот

метров над поверхностью Луны. Они имели систему трехосной ориентации и были

оснащены шестью телевизионными камерами. Аппараты при посадке разбивались,

поэтому получаемые изображения передавались сразу же, без записи. Во время

трех удачных полетов были получены обширные материалы для изучения морфологии

лунной поверхности. Съемки "Рейнджеров" положили начало американской

программе фотографирования планет.

Конструкция аппаратов "Рейнджер" сходна с конструкцией первых аппаратов

"Маринер", которые были запущены к Венере в 1962 году. Однако дальнейшее

конструирование лунных космических аппаратов не пошло по этому пути. Для

получения подробной информации о лунной поверхности использовались другие

космические аппараты - "Лунар, Орбитер". Эти аппараты с орбит искусственных

спутников Луны фотографировали поверхность с высоким разрешением.

Одна из целей полетов состояла в получении высококачественных снимков с двумя

разрешениями, высоким и низким, с целью выбора возможных мест посадки

аппаратов "Сервейор" и "Аполлон" с помощью специальной системы фотокамер.

Снимки проявлялись на борту, сканировались фотоэлектрическим способом и

передавались на Землю.

Первые три "Орбитера" были выведены на круговые орбиты с небольшим

наклонением и малой высотой; на каждом из них проводилась стереосъемка

избранных участков на видимой стороне Луны с очень высоким разрешением и

съемка больших участков обратной стороны с низким разрешением. Четвертый

спутник работал на гораздо более высокой полярной орбите, он вел съемку всей

поверхности видимой стороны, пятый, последний "Орбитер" вел наблюдения тоже с

полярной орбиты, но с меньших высот. "Лунар орбитер-5" обеспечил съемку с

высоким разрешением многих специальных целей на видимой стороне, большей

частью на средних широтах, и съемку значительной части обратной с малым

разрешением. В конечном счете, съемкой со средним разрешением была покрыта

почти вся поверхность Луны, одновременно шла целенаправленная съемка, что

имело неоценимое значение для планирования посадок на Луну и ее

Страницы: 1, 2, 3