загрузка...

Земля и ее спутник Луна


/3 э*иой главе...
Планета Земля
Понятие о времени и временах года
Фазы Луны и наблюдение затмений
Лунные кратеры ак правило, люди считают, что планеты — это такие небесные объекты, как Юпитер # или Марс. Древние греки — как и многие другие народы после них, — проводили различие между Землей, которую они считали центром Вселенной, и планетами. А планетами называли маленькие светящиеся точки в небе, которые вращались вокруг Земли.
Сегодня мы знаем больше. Земля не является ни центром Вселенной, ни даже центром Солнечной системы; центр последней— Солнце. Луна обращается вокруг Земли наряду с сотнями искусственных спутников. И вместе с Землей вокруг Солнца вращаются еще восемь планет, их спутники, пояс астероидов и другой космический мусор. И, тем не менее, на-сколько нам известно, жизнь в Солнечной системе существует только на Земле.
В представлении человека Земля утратила свое высокое положение центра Вселенной, чтобы получить настоящий, не менее важный статус нашей родной планеты. И на самом деле в Солнечной системе нет другого такого же "домашнего" места.
Астрономы называют Землю планетой земной группы (terrestrial). Может показаться, что это определение из серии "масло масляное", поскольку к какой еще группе может относиться Земля? Но в научном определении планета земной группы — это одна из ближайших к Солнцу планет, по своей плотности, размерам и внутреннему строению сходная с Землей. В Солнечной системе существует четыре планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс (в порядке удаления от Солнца).
Некоторые считают, что Луна — тоже планета земной группы и рассматривают систему "Земля-Луна" как двойную планету. Наверное, это хорошая идея с точки зрения инопланетян, собирающихся посетить нас: "Направляйтесь к этой желто-белой звезде в секторе 49 832 Руки Ориона на Млечном Пути и ищите третью планету от Солнца; это двойная планета, которую очень легко обнаружить".
Зелил: чйіо в ней особенного?
И в самом деле — что же в ней особенного? А вот что. Земля — это единственная известная нам планета, имеющая следующие характеристики.
S Наличие на поверхности воды в жидком состоянии. На Земле, в отличие 1 от любой другой планеты, есть озера, реки и океаны. Океаны занимают больше 70% поверхности Земли. S Большой процент кислорода в воздухе. В воздухе Земли содержится 21% кислорода; в нынешней атмосфере остальных планет присутствуют только і следы кислорода.
І S Тектоника плит, или дрейф континентов. Кора Земли состоит из огромных движущихся каменных плит; когда плиты сталкиваются, происходят землетрясения и поднимаются новые горы. Дно океана расширяется, и в районе океанических хребтов образуется новая кора.
S Активные вулканы. Горячая расплавленная порода, поднимающаяся из глубин земли, формирует огромные вулканические образования, такие как Гавайские острова. Каждый день где-нибудь на Земле происходит извержение вулкана.
S Жизнь, разумная или не очень. О разумности можете судить сами, но на Земле присутствует множество разнообразных форм жизни, от одноклеточных амеб, бактерий и вирусов до цветов и деревьев, рыб и птиц, насекомых и млекопитающих.
Существуют признаки того, что у Марса и Венеры когда-то тоже были некоторые из этих характеристик (подробнее — в главе 6). Но, насколько нам известно, в настоящее время они этими свойствами не обладают.
Ученые считают, что присутствие на поверхности Земли воды в жидком состоянии — это одна из главных причин возникновения на ней жизни. Можно легко представить себе развитые формы жизни в других мирах— нечто подобное мы часто видим в фантастических фильмах. Но все это — только плод нашего воображения. И несмотря на некоторые недавние заявления, у ученых нет убедительных доказательств существования жизни в какой-либо форме, в прошлом или в настоящем, нигде, кроме Земли.
Сфе/tbt влилниа на Земле
На рис. 5.1 показаны четыре картинки Земли из космоса. Ясно видны очертания континентов, океаны и облака.
Ученые различают следующие оболочки Земли (или геосферы):
S литосферу, т.е. твердую (каменную) оболочку Земли;
S гидросферу, которая включает воду океанов, рек, озер и других водных ресурсов;
S криосферу, т.е. ледовый покров Земли — в основном, в Арктике, Антарктике и Гренландии;
; ^ атмосферу, т.е. воздушный слой над землей толщиной в тысячи километров;
S биосферу, включающую все формы жизни на суше, в воздухе, в воде и под землей.
Так что мы — часть биосферы, которая живет на литосфере, пьет из гидросферы, возможно, катается на криосфере или использует ее для охлаждения напитков и дышит атмосферой. Я не знаю другого места в космосе, где мы могли бы делать все то же самое.
Помимо всех описанных выше оболочек, существует еще одна, причем очень важная, — магнитосфера, которая играет заметную роль в защите Земли от ультрафиолетового и других жестких излучений Солнца, о чем мы поговорим в главе 10. Магнитосфера порождается геомагнитным полем, о котором пойдет речь в следующем разделе.
Магнитосфера
Магнитосферу иногда называют поясами земного излучения, или поясами излучения Ван- Аллена . Она состоит из заряженных частиц, в основном, электронов и протонов, которые хаотично движутся над Землей, захваченные ее магнитным полем.
Время от времени некоторые электроны "вырываются на свободу" и, попадая в находящуюся под магнитосферой атмосферу, ударяют атомы и молекулы, заставляя их светиться. В результате получается полярное сияние — северное, которое наблюдается в Северном полушарии, и южное, наблюдаемое в Южном полушарии. Во врезке, помещенной в конце главы, подробно говорится о наблюдении полярных сияний.
Магнитное поле Земли
Твердая поверхность Земли, на которой вы стоите, — это кора. Под корой находится мантия, а еще глубже — ядро. Ядро в основном состоит из расплавленного железа и никеля; температура в центре ядра достигает 6200°С. Ядро тоже состоит из слоев: внешний находится в расплавленном состоянии, а внутренний — твердый.
Причиной затвердения расплавленного железа во внутреннем слое ядра считается чрезвычайно высокое давление верхних слоев. И по мере остывания Земли на протяжении будущих миллионов лет твердая часть ядра будет увеличиваться в размере за счет окружающей расплавленной части ядра, так же как кубик льда увеличивается, когда окружающая его жидкость становится холоднее.
Ядро Земли намного глубже, чем мы могли бы докопаться при всем желании, но оно создает эффекты, которые все могут наблюдать на поверхности. Движущиеся потоки расплавленного железа во внешнем ядре генерируют магнитное поле, которое охватывает всю планету и простирается далеко в космос. Оно называется геомагнитным полем.
Геомагнитное поле:
[] S заставляет стрелку компаса указывать в определенном направлении;
I S создает невидимую систему ориентации для почтовых голубей, перелетных птиц и даже живущих в океане бактерий;
\\ S формирует магнитосферу высоко над Землей;
| S защищает Землю от летящих из космоса заряженных частиц— солнечного ветра и многих видов космического излучения.
Геомагнитное поле — это глобальное планетарное магнитное поле. Это означает, что оно охватывает всю Землю и генерируется непрерывно. Ни на Марсе, ни на Венере, ни на Луне нет глобального магнитного поля, как на Земле, и этот важный факт позволяет ученым делать выводы относительно ядра данных небесных тел. В частности, о ядре Луны речь пойдет в разделе "Гигантское столкновение. Теория происхождения Луны" в этой главе.
Расширение дна океана
Согласно результатам геофизических исследований, по обеим сторонам срединно- океанических хребтов существует "узор" намагниченной породы. Намагничивание породы происходило по мере ее остывания из расплавленного состояния, что привело к фиксации определенного направления магнитного поля, которое действовало во время затвердевания породы. Поэтому породы на океанском дне — это магниты, поле которых имеет определенную силу и направление. После затвердения поро-ды ее магнитное поле уже не может измениться; теперь это магнитное поле представляет собой "окаменелость", такую же, как окаменелые остатки динозавров, которые навсегда останутся такими, какими были в момент смерти.
"Узор", обнаруженный возле срединно-океанических хребтов, состоит из полосок намагниченной породы длиной в сотни километров, параллельных хребту и чередующихся по направлению магнитного поля. У одной полоски магнитное поле направлено на север, у следующей — в противоположном направлении, т.е. на юг, и т.д.
Вы спросите, почему я говорю обо всех этих вещах на дне океана в книге по астрономии? Потому что это необычное свойство Земли может быть связано с феноменом, открытым на Марсе. Ученые, собирая различные сведения о планетах земной группы, включая Землю, находят сходства и различия, которые помогают лучше понять происходящие процессы. Такой вид исследований называется сравнительной планетологией и более подробно о ней мы поговорим при описании Марса и Венеры в главе 6.
Чередующиеся полоски с противоположной магнитной ориентацией сформировались в результате того, что в центре срединно-океанических хребтов появлялась новая порода, которая остывала, намагничивалась и расходилась в стороны от хребтов, по мере того как ее отодвигала более новая порода. Чередование полосок с противоположной намагниченностью говорит о том, что направление геомагнитного поля периодически меняется на противоположное, причем период этот составляет несколько сотен тысяч лет.
Что заставляет геомагнитное поле Земли, генерируемое ее ядром, так часто менять направление на противоположное, — неизвестно. Но свидетельства этого сохранились как на дне океана, так и в некоторых местах суши, которые когда-то находились под водой.
SfteMSL и движение Земли
В наши дни для измерения времени с большой точностью используются атомные часы. Но в древности и еще совсем недавно система измерения времени в нашем мире была основана на вращении Земли.
Земля совершает один оборот вокруг своей оси за 24 часа. Она вращается с запада на восток (или против часовой стрелки, если смотреть сверху, со стороны Северного полюса). И вокруг Солнца Земля обращается против часовой стрелки (если смотреть из космоса сверху, со стороны северного небесного полюса). Продолжительность дня, 24 часа, — это среднее время, которое (с нашей точки зрения) требуется Солнцу, чтобы взойти, сесть и взойти опять. Это называется средним солнечным временем (mean solar time), которое эквивалентно стандартному времени, отсчитываемому на наших часах.
Поэтому продолжительность дня равна 24 часам среднего солнечного времени. А в году приблизительно 365 дней — именно такое время требуется Земле, чтобы совершить один полный оборот вокруг Солнца.
Системы измерения времени
Поскольку Земля движется вокруг Солнца, время его восхода зависит и от вращения Земли, и от ее движения по орбите.
Относительно звезд Земля совершает полный оборот вокруг своей оси за
часа 56 минут и 4 секунды. Этот промежуток времени называется сидерическими (или звездными) сутками (sidereal day). Заметьте, что разница между
часами и 23 часами 56 минутами 4 секундами равна 3 минутам 56 секундам, что составляет всего V365 долю суток. И это не совпадение. Это вызвано тем, что в течение суток Земля проходит V365 часть своей орбиты вокруг Солнца.
Астрономы привыкли пользоваться особыми, звездными часами, которые отмеряют сидерическое время: 24 сидерических часа равны 23 часам 56 минутам 4 секундам среднего солнечного времени. Сидерические часы, минуты и секунды немного короче соответствующих им единиц измерения солнечного времени. Использование сидерических часов позволяет астрономам следить за звездами и правильно направлять телескопы. Но теперь ни астрономам, ни вам больше не нужно этого делать. Компьютерные программы-планетарии, которые опреде-ляют направление телескопов или создают изображение неба (об этом говорилось в главе 2) сделают за вас все необходимые вычисления. Поэтому, чтобы выяснить, в каком месте неба появятся определенные звезды и созвездия, вам достаточно взять за основу стандартное время.
С другой стороны, в отчетах об астрономических наблюдениях обычно применяются стандартные системы времени, принятые астрономами всего мира: это всемирное время (Universal Time — UT) или время по Гринвичу (Greenwich Mean Time). UT — это просто стандартное время в Гринвиче (Великобритания). Согласно международ-ному соглашению, принято считать, что сутки начинаются в Гринвиче. (Иными словами, они начинаются, когда в Гринвиче полночь, т.е. 0:00 часов UT.) Например, в Москве разница со всемирным временем составляет плюс 3 часа, а в Нью-Йорке — минус 5 часов, потому что в Москве солнце встает на три часа раньше, а в Нью- Йорке — на пять часов позже, чем в Гринвиче. Таким образом, когда в Гринвиче 6 часов утра, в Москве уже 9 часов утра, а в Нью-Йорке — только час ночи.
Еще одна сложность в определении местного времени связана с тем, что во многих странах для более полного использования светлого времени суток и экономии электроэнергии осуществляют переход на "летнее" и "зимнее" время. При переходе на "летнее" время стрелки часов сдвигают на час вперед по сравнению с "зимним".
Более точно определенное время, всемирное координированное время (Coordinated Universal Time — UTC), которое совпадает с UT, если использовать его во всех практических целях, — это официальный международный стандарт .
Смена времен года
Объяснить студентам причину смены на Земле времен года — это, наверное, самая сложная задача для любого преподавателя астрономии. Как бы преподаватель ни старался объяснить, что смена времен года никак не связана с тем, насколько далеко Земля находится от Солнца, многие или даже большинство студентов в это не верят. Проведенные опросы показали: даже выпускники Гарвардского университета думают, что лето — это когда Земля находится ближе всего к Солнцу, а зима — когда Земля дальше всего от Солнца.
При этом студенты забывают, что, когда в Северном полушарии лето, в Южном полушарии — зима. И когда в Австралии лето, в России — зима. Но и Австралия, и Россия находятся на одной и той же планете Земля.
Истинная причина смены времен года — это наклон земной оси (рис. 5.2). Ось вращения, воображаемая линия, соединяющая северный и южный полюса Земли, не перпендикулярна плоскости земной орбиты, по которой она движется вокруг Солнца. И отклонение оси от перпендикуляра составляет 23,5°. Ось направлена на север в точку среди звезд возле Полярной звезды. (На самом деле, ось медленно меняет свое направление и со временем будет указывать не на Полярную, а на другую звезду.)
zrrnm года
РИС. 5.2. Смена времен года
В настоящее время Полярная звезда (т.е. та, на которую указывает северный полюс Земли) — это а Малой Медведицы. Если вы потеряетесь ночью и захотите идти на север, то ищите Малую Медведицу (более подробно о поиске Полярной звезды говорится в главе 3).
Ось Земли направлена "вверх" сквозь Северный полюс и "вниз" — сквозь Южный. Когда Земля находится на одной стороне своей орбиты, ось, направленная "вверх", указывает тоже примерно в сторону Солнца, поскольку в полдень в Северном полушарии Солнце находится высоко в небе. Через шесть месяцев ось, направленная "вверх", теперь будет указывать в противоположную сторону от Солнца. На самом деле, ось всегда направлена в одном и том же направлении в космосе, но теперь Земля находится с противоположной стороны от Солнца.
Лето приходит в Северное полушарие, когда ось, направленная через Северный полюс вверх, указывает примерно в сторону Солнца. В этой ситуации Солнце в полдень находится выше над горизонтом, чем во все остальные сезоны года, поэтому оно лучше освещает Северное полушарие и дает больше тепла. В это же самое время ось, проходящая вниз через Южный полюс, направлена от Солнца, поэтому Солнце в полдень находится ниже над горизонтом, чем в любое другое время года, и хуже освещает Южное полушарие. В это время в Австралии наступает зима.
Летом светлого времени суток больше, чем зимой, потому что Солнце находится выше над горизонтом. Поэтому ему требуется больше времени, чтобы сначала подняться на эту высоту, а потом — спуститься. И, поскольку день длится дольше, в это время года теплее.
По мере того как Земля движется по орбите вокруг Солнца, кажется, что Солнце перемещается по небу по некой окружности, которая называется эклиптикой (об этом говорилось в главе 3). Плоскость эклиптики наклонена к плоскости экватора точно под таким же углом, как ось Земли— 23,5°. С этой точки зрения определим следующие понятия.
Момент пересечения небесного экватора центром видимого солнечного диска. Весеннее равноденствие наступает, когда Солнце переходит из южного полушария небесной сферы в северное и обычно происходит около 21 марта. Осеннее равноденствие бывает около 23 сентября. Вблизи равноденствия продолжительность дня в средних широтах примерно равна продолжительности ночи.
В Северном полушарии летнее солнцестояние приходится на день, когда светлое время суток наибольшее в году. В этот день Солнце поднимается на самую высокую точку над горизонтом, поэтому ему требуется больше всего времени, чтобы подняться на эту высоту, а потом спуститься. Аналогично, зимнее солнцестояние в Северном полушарии приходится на день, когда светлое время суток наименьшее в году.
Ну вот, пожалуй, и все, что я хотел сказать о времени и временах года.
Возраст Земли Радиоактивное датирование — это единственный имеющийся у нас точный способ датирования различных древностей, как на Земле, так и в Солнечной системе. Некоторые химические элементы, такие как уран, имеют разновидности (отличающиеся атомной массой), называемые радиоактивными изотопами. Радиоактивный изотоп превращается в другой изотоп того же самого элемента или в другой элемент со скоростью, определяемой периодом полураспада радиоактивного элемента. Предположим, период полураспада составляет миллион лет. Тогда через миллион лет половина имевшегося первоначально радиоактивного изотопа превратится в другое вещество (называемое дочерним изотопом), а вторая половина останется радиоактивной. Затем за следующий миллион лет в дочерний изотоп превратится половина оставшегося вещества. Таким образом, через два миллиона лет останется только 25% первоначального количества атомов радиоактивного изотопа. А через три миллиона лет останется только 12,5% и т.д.
Когда первоначальные атомы радиоактивного изотопа, называемые родительскими атомами, и дочерние атомы оказываются вместе в куске камня (или металла), например в метеорите, ученые могут подсчитать соответствующее количество атомов и определить возраст этого камня. Это называется методом радиоактивного датирования.
Но, согласно методу радиоактивного датирования, самые древние породы на Земле имеют возраст примерно 3,8 миллиарда лет. А Земля, без сомнения, гораздо старше. Эрозия, процессы горообразования и вулканические процессы (извержение расплавленной лавы из недр Земли, а также образование новых вулканов) — все это постоянно оказывает разрушающее влияние на породы на поверхности Земли, поэтому первоначальные породы, из которых состояла поверхность Земли, давно исчезли.
Однако для метеоритов метод радиоактивного датирования дает возраст примерно 4,6 миллиарда лет. Считается, что метеориты — это осколки астероидов, а астероиды — это фрагменты вещества, из которого состояла Солнечная система в самом начале ее образования, когда происходило формирование планет (более подробно об астероидах речь пойдет в главе 7).
Поэтому ученые считают, что возраст Земли и друг их планет — примерно 4,6 миллиарда лет. Луна, как оказывается, моложе. Но это уже другая история.
Uifna, cniftnHUtc Земли
Диаметр Луны — 3476 км; это немного больше, чем V4 часть диаметра Земли. Масса Луны составляет только V81 часть массы Земли, а ее плотность примерно в 3,3 раза больше плотности воды, что заметно меньше плотности Земли (поскольку ее плотность в 5,5 раза больше плотности воды). На Луне практически нет атмосферы, только "следы" водорода, гелия, неона и аргона и других элементов в еще меньших количествах. По всей видимости, Луна состоит из твердых каменистых пород (рис. 5.3).
Плотность Луны, хотя и меньше средней плотности Земли, такая же, как плотность мантии Земли, т.е. слоя, расположенного между корой и ядром. Средняя плотность Земли больше плотности ее мантии, потому что ядро почти целиком состоит из железа и никеля, которые намного плотнее камня. Плотность ядра Земли больше средней ее плотности, а плотность мантии — меньше средней плотности.
Эти различия очень важны, как вы поймете в разделе "Теория возникновения Луны".
Фазы Луны
За исключением времени лунного затмения, одна половина Луны всегда освещена Солнцем, в то время как на другой — ночь. Некоторые люди думают, что это ближняя и дальняя стороны Луны, но это не так. Ближняя и дальняя — это стороны Луны, которые обращены к Земле и от нее соответственно, и это всегда одни и те же стороны (т.е. Луна всегда обращена к Земле одной и той же стороной). А половинки Луны, на которых день или ночь — это полусферы, обращенные к Солнцу и от него соответственно. И они все время меняются по мере движения Луны вокруг Солнца (рис. 5.4).
Новолуние — это начало месячного лунного цикла, или лунного месяца. В это время ближняя к Земле сторона Луны повернута от Солнца, поэтому она темная и не видна. Первая фаза — молодой лунный серп, или растущая Луна — видна через 24 часа после новолуния (в наиболее благо-приятных случаях). Это означает, что освещенная область Луны увеличивается. Во время этой фазы Луна постепенно отходит от положения на одной линии с Землей и Солнцем (в новолуние), одновременно обращаясь вокруг Земли. Одна половина Луны, обращенная к Солнцу, всегда освещена, но в фазе роста большая часть освещенной области повернута от Земли и не видна нам.
Двигаясь по орбите, Луна достигает точки, в которой линия "Земля-Луна" образует прямой угол с линией "Земля-Солнце". В этой фазе, которая называется первой четвертью, мы видим ровно половину лунного диска.
Как же может половина равняться четверти? Видите ли, то, что в обычной жизни невозможно, у астрономов — нормальное явление. Дело в том, что в этой фазе освещена половина ближ-ней стороны Луны, т.е. обращенной к Земле. Но освещенная часть Луны, которую мы видим, — это только половина освещенной полусферы, обращенной к Солнцу, а половина половины — это четверть. Поспорьте с друзьями, что четверть может равняться половине, и вы выиграете! /у у Солнечный "У сВет
Первая четверть
Лунный серп (стареющий)
Убывающая Луна (ущерб)
Орбита и фазы Луны
Лунный серп У (растущий) v Когда освещенная часть Луны, которую мы видим, уже больше половины, но пока еще меньше полной Луны, ее называют прибывающей.
Люди часто спрашивают, почему солнечное затмение не происходит каждый месяц в новолуние. Причина в том, что Земля, Луна и Солнце в новолуние обычно не выстраиваются точно на одной линии. А вот когда выстраиваются, тогда и случается солнечное затмение. А когда Земля, Луна и Солнце точно выстраиваются на одной линии в полнолуние, происходит затмение Луны.
Когда Луна оказывается в самой дальней точке своей орбиты противоположно Солнцу, то лунное полушарие, обращенное к Земле, полностью освещено. Это фаза полнолуния. По мере дальнейшего движения Луны по орбите освещенная область уменьшается, и эта фаза называется убывающей Луной, или ущербом (Луна меньше полной, но больше половины). Вскоре от Луны остается половина — эта фаза называется последняя четверть. Затем, по мере приближения к моменту, когда она снова окажется на одной линии с Землей и Солнцем, наступает фаза стареющего лунного серпа. Затем наступает новолуние, и цикл фаз начинается сначала.
Самое удивительное, что у Земли есть такие же фазы, как и у Луны! Но, чтобы увидеть их, нужно смотреть на Землю с Луны. Когда люди на Земле видят полнолуние, для наблюдателей на Луне наступит фаза "новой Земли", а когда для землян настанет новолуние, "луняне" будут наслаждаться зрелищем полной Земли.
Затмения Луны
Полные затмения Луны не так знамениты, как полные затмения Солнца, но мы можем наблюдать их чаще. Дело в том, что полное затмение Солнца можно наблюдать только с узкой полосы Земли. Но когда тень Земли закрывает Луну, ее затмение можно видеть во всем по-лушарии Земли, где в данный момент ночь.
Лунное затмение происходит, когда Луна выстраивается точно по линии "Солнце-Земля". И тогда Луна попадает в полную тень (umbra) Земли. Лунное затмение выгодно отличается от солнечного тем, что на него смотреть совершенно безопасно (постарайтесь только не удариться обо что-то в темноте и не стойте посреди дороги).
Во время полного затмения Луна все-таки видна, хотя и находится в тени Земли (рис. 5.5). На Луну не попадает прямой солнечный свет, но некоторые лучи, искривляясь при прохождении через земную атмосферу по краям Земли (как видно с Луны), падают на Луну. Солнечный свет, проходя через земную атмосферу, "фильтруется", и обычно остаются только красные и оранжевые лучи. Этот эффект меняется от одного затмения к другому, в зависимости от ме-теорологических условий и наличия облаков над Землей. Поэтому во время полного затмения Луна может быть бледно-оранжевого цвета или бледно-красного или очень темно-красного. А в некоторых случаях различить Луну во время полного затмения можно только еле-еле.
Затмение Дуны > Тень Земли, шириной Орбита Дуны больше 8500 км
Вокруг Земли ;
Солнце
X'
ё(
Полная \ Луна N
Л Ж *
Земля" Лунное затмение
Рис. 5.5. Полное затмение Луны Вот расписание полных затмений Луны на следующие годы:
4 мая 2004 года;
28 октября 2004 года; . S 3 марта 2007 года;
S 28 августа 2007 года;
S 21 февраля 2008 года;
' ^ 21 декабря 2010 года;
S 15 июня 2011 года;
' 10 декабря 2011 года.
О точном времени лунных затмений и о том, в какой части Земли они будут видны, можно узнать заранее на англоязычных Web-сайтах Astronomy.com (ww2.astronomy.com) и Sky & Telescope (www.skypub.com) и русскоязычных Web-сайтах (www.astronet.ru, www.astronomy.ru,http://cobr.kts.ru/ astron/moon/moonz5 .htm), а также в астрономических журналах.
Частичные затмения не так интересны. Во время частичного затмения только часть полной Луны попадает в тень Земли, и это выглядит так, как будто Луна просто находится в другой фазе. Люди, которые не знают, что происходит лунное затмение, или не знают, что сейчас должно быть полнолуние, вообще не заметят ничего особенного. Они просто подумают, что сейчас время какой-либо четверти или лунного серпа. Но если бы они продолжали наблюдать в течение часа или больше, то увидели бы, как полная Луна выходит из тени Земли. И тогда они поняли бы, что происходит.
Лунная "геология"
Вся поверхность Луны усеяна кратерами всевозможных размеров, от микроскопических ямок до огромных бассейнов диаметром в сотни километров. Самый большой— бассейн "Южный полюс-Эйткен" (South Pole-Aitken) диаметром 2600 км. Эти кратеры появились в результате столкновения с Луной различных небесных объектов (астероидов, метеорных тел и комет), которые происходили, по большей части, очень давно. Появление микроскопических кратеров, которые были обнаружены на камнях, взятых с поверхности Луны, вызвано микрометеоритами, т.е. мельчайшими каменными частицами, летающими в космосе. Всем этим кратерам и бассейнам дали общее название ударные кратеры (impact crater), чтобы отличать их от вулканических кратеров.
Да, на Луне происходили вулканические процессы, но не в такой форме, как на Земле. Здесь нет вулканов, т.е. больших вулканических гор с кратерами наверху. Но зато есть небольшие вулканические холмы с закругленной вершиной, какие встречаются в некоторых районах Земли, где идут вулканические процессы. Кроме того, извилистые каналы на лунной поверхности (борозды) похожи на пути прохождения потоков лавы, что также типично для рельефа в районах Земли с вулканической активностью (например, в северной Калифорнии). Но самый заметный признак — то, что на Луне есть огромные, покрытые лавой равнины, образующие дно больших бассейнов, возникших в результате столкновения. Эти равнины лавы называют морями.
Если всмотреться в очертания лунных кратеров, то можно увидеть "человека на Луне". Так вот, темные области, которые сформировали некоторые его очертания, и есть моря.
В древние времена некоторые ученые думали, что лунные моря — это настоящие океаны. Но, увы, это просто безжизненные высохшие пласты лавы. Если бы это были океаны, то мы увидели бы яркое отражение от них солнечного свега, — такое же, как от моря в солнечный день, если смотреть на него сверху, с самолета. Большие светлые участки на "лице человека" — это лунные материки, сильно испещренные кратерами. В морях тоже есть кратеры, но в расчете на квадратный километр их меньше, чем на материках, а это означает, что моря моложе. Бассейны морей были образованы в результате ударов огромной мощности, и эти удары "стерли" существовавшие прежде кратеры. Затем бассейны заполнились лавой, излившейся из глубин и уничтожившей следы всех новых кратеров, образовавшихся после этих мощных ударов. И все кратеры, которые видны в морях сейчас, — это результат метеоритных ударов уже после застывания лавы.
В конце 1990-х годов с помощью космического аппарата NASA под названием Lunar Prospector удалось получить косвенное свидетельство возможности существования замерзшей воды на дне нескольких кратеров в районах северного и южного полюсов Луны, которые никогда не освещаются Солнцем. На полюсах Луны Солнце, в лучшем случае, висит низко над горизонтом и края кратеров не дают его лучам достать до дна. Возможно, этот лед был принесен кометами, которые "бомбардировали" Луну в прошлом, поскольку эти ледяные пришельцы время от времени попадают в Луну и другие планеты. Другой воды на Луне, похоже, нет.
Лунный пейзаж
Луна — это один из самых "благодарных" объектов для наблюдения. Ее можно увидеть в туманную погоду, когда небо частично покрыто облаками, а иногда даже днем. Причем кратеры видны даже в самый малый телескоп. С помощью небольшого телескопа хорошего качества можно увидеть сотни и даже тысячи элементов лунной поверхности.
г S Ударные кратеры. Круглые структуры, образовавшиеся от ударов метеорных тел и других крупных объектов; самые большие кратеры называются бассейнами.
У S Моря. Слои лавы, устилающие дно бассейнов.
• S Лунные материки (или возвышенности). Области лунной поверхности, сильно испещренные кратерами.
І; ^ Лучи. Светлые радиальные линии, выходящие из молодых светлых ударных кратеров, таких как Тихо и Коперник (рис. 5.6). Они образованы выбросами мелко раздробленного лунного вещества от ударов крупных небесных объектов.
Кратер Коперник на Луне
Космический телескоп "Хаббл"
PRC99-M • STSd ОРО » J CaUwslCtoKUn г !*>. A. S в .) ЇТ=А • id KASm
Рис. 5.6. Кратер Коперник и его лучи
Фотография любезно предоставлена NASA
• S Борозды. Извилистые каналы; на самом деле, вероятно, представляют собой пути прохождения лавы. Самая знаменитая — борозда Хэдли, на которой были астронавты с Apollo .
: S Центральные горки. Горки из валунов, образовавшиеся в результате реакции Луны на мощный удар. Центральные горки обнаружены в некоторых, но не во всех ударных кратерах.
г S Лунные горы. Края больших кратеров или ударных бассейнов, разрушенные
; последующими ударами, в результате чего остались только части стены, напоминающие горные цепи. Но они совсем не похожи на горы Земли.
Чтобы узнать, какой кратер, борозду или лунную горную цепь вы видите в телескоп, вам понадобится карта Луны (которую можно приобрести, например, в планетарии).
Карты Луны и их подробное описание можно найти в Web, например, по таким адресам http: / /cobr. kts . ru/astron/moon/moonch. htm, http://www.astrolab.ru/cgi-bin/manager2.cgi?id=31&level=2.
Как выглядит обратная сторона Луны
С Земли можно увидеть только одну сторону Луны, потому что последняя находится в синхронном вращении, т.е. за время одного оборота вокруг Земли она делает ровно один виток вокруг своей оси (и это время составляет 27 дней 7 часов 43 минуты).
Но, тем не менее, в планетариях продаются глобусы Луны, на которых отображена вся ее поверхность — и видимая, и обратная стороны. Первые фотографии обратной стороны Луны были сделаны 4 октября 1959 года с помощью советской автоматической станции "Луна-3". С тех пор Луну постоянно изучали и фотографировали советские и американские космические аппараты, включая Lunar Orbiter и Clementine. Но для наблюдения Луны вам не понадобится карта ее обратной стороны, поскольку вы ее не увидите.
Подружитесь с терминатором
Терминатор — это линия, отделяющая темную часть обращенного к Земле диска Луны от светлой. Самое лучшее время для наблюдения практически любого объекта на Луне — это когда он находится рядом с терминатором. Дело в том, что в это время (когда объект наблюдения находится на освещенной стороне совсем рядом с терминатором) лучше всего можно рассмотреть детали.
И, наверное, самое худшее время наблюдения объектов на Луне — это полнолуние. В полнолуние Солнце находится высоко в небе над большей частью видимой стороны Луны, поэтому теней почти нет или они невелики. А ведь именно тени помогают лучше выявить неровности рельефа.
В течение месяца, т.е. примерно от одного полнолуния до другого, терминатор равномерно перемещается по видимой стороне лунной поверхности, поэтому раньше или позже любой объект на этой стороне окажется рядом с терминатором. В зависимости от фазы Луны, терминатор находится или с той стороны, где Солнце восходит, или с той, где оно заходит. Как нам известно из "земного" опыта, предметы отбрасывают самые длинные тени, когда Солнце встает или садится, и самые короткие — когда оно находится высоко над горизонтом (в полдень). Зная длину тени и высоту Солнца над горизонтом, можно определить высоту элемента лунного рельефа, отбрасывающего ее.
Гигантское столкновение. Теория происхождения Луны
Ученые собрали большой объем информации о породах, залегающих в различных районах Луны. Эти данные были получены с помощью метода радиоактивного датирования образцов лунной породы, привезенных на Землю шестью экипажами астронавтов кораблей Apollo, которые высаживались на Луне в разное время с 1969 по 1972 год.
До осуществления лунной программы Apollo несколько высококлассных специалистов уверенно предсказывали, что Луна будет "розеттским камнем" Солнечной системы. При отсутствии воды в жидком состоянии, которая размывала бы поверхность, атмосферы и активных вулканических процессов на поверхности Луны, по их мнению, должно было быть много первичного материала, сохранившегося со времени образования Луны и планет Солнечной системы. Но, увы, лунные образцы, полученные с помощью кораблей Apollo, "бросили камень" в их теорию.
Когда порода плавится, остывает и снова кристаллизуется, все ее "радиоактивные часы" ус-танавливаются в нулевое положение (т.е. время обнуляется). Радиоактивные изотопы начинают превращаться в новые дочерние изотопы, которые оказываются во вновь сформированных кри-сталлах минералов. Породы, полученные с помощью лунной программы Apollo, показали, что практически вся Луна или по меньшей мере ее кора на значительную глубину была в расплав-ленном состоянии 4,6 миллиарда лет назад. Поэтому максимальный возраст самых древних лун-ных пород "всего лишь" 4,5 миллиарда лет. Разница между 4,6 и 4,5 миллиарда лет составляет 100 миллионов лет. И, в отличие от минералов в земных породах, в структуре которых в связанном состоянии содержится вода, в лунных породах совершенно нет воды.
Негостеприимная Луна
Днем температура на поверхности Луны повышается до 117 °С, а ночью она падает до -169 °С. j Такие резкие перепады температур обусловлены практически полным отсутствием атмосферы, j которая служила бы "изоляционным слоем" и сокращала потери тепла ночью. На Луне также нет ! воды в жидком состоянии. Здесь слишком горячо, слишком холодно и слишком сухо, чтобы могла существовать жизнь, как мы ее себе представляем. Ситуация настолько неблагоприятна, что даже наличие воздуха вряд ли улучшило бы ее.
Чтобы объяснить все эти факты и избавиться от недостатков предыдущих теорий, была выдвинута теория происхождения Луны под названием "Гигантское столкновение" . Согласно этой теории, Луна состоит из материала, вырванного из мантии Земли гигантским объектом, в три раза массивнее Марса, который нанес юной Земле удар по касательной. Считается, что Луна также содержит часть пород из мантии этого объекта.
От этого мощного удара по юной Земле часть ее вещества испарилась и была выброшена в космическое пространство. А из этого облака образовалась Луна. Все удары, породившие кратеры, которые мы теперь видим на поверхности Луны, происходили гораздо позже, но большинство — свыше 3 миллиардов лет назад.
Согласно этой теории, плотность Луны в целом меньше плотности Земли и примерно совпадает с плотностью мантии Земли (поскольку Луна состоит из материала мантии). По этой же теории, у Луны не должно быть большого железного ядра (либо его вообще нет). Если же у малого объекта (т.е. у Луны) малое ядро, то он должен был остыть и замерзнуть очень давно, и вряд ли вообще когда-либо содержал железо в жидком состоянии. Исходя из этого, Луна не должна генерировать глобальное магнитное поле. Именно об этом и говорят факты, полученные в результате космических экспериментов и измерений. Lunar Prospector, искусственный спутник, запущенный на орбиту вокруг Луны в конце 1990-х годов, обнаружил магнитные поля, но только в отдельных местах Луны. Это просто остатки древних магнитных полей, которые были генерированы неизвестным путем в древние времена.
Сегодня эта теория считается самой лучшей теорией происхождения Луны. К сожалению, пока никто не придумал простого способа ее проверки. Например, не существует особого вида лунной породы, которая могла бы доказать правильность этой теории.
Будем считать, что это хорошая теория, хотя на самом деле мы можем так никогда и не раскрыть тайну происхождения Луны.
Полярное сияние
Полярное сияние — это одно из самых захватывающих зрелищ на ночном небе, причем его могут увидеть далеко не все. Если вы живете в Северном полушарии, то можете увидеть северное полярное ' сияние, а если в Южном — южное полярное сияние.
Полярное сияние — это загадочное свечение на темном ночном небе, вид которого может оставаться і неизменным в течение минут и даже часов или постоянно меняться. Оно может мерцать, пульсировать J или даже вспыхивать в небе. Таким образом, полярное сияние предстает в разных формах. Давайте \ рассмотрим самые распространенные из них.
s Свечение. Самая простая форма полярного сияния, когда кажется, что тонкое облако в некоторой J части неба отражает лунный свет или городские огни. Но на самом деле никакого облака нет, а есть 5 только таинственный свет полярного сияния.
s Дуга. Напоминает радугу, но в отсутствие солнечного света, благодаря которому она могла бы ' возникнуть. Чаще всего встречается ровная или пульсирующая зеленая дуга, но иногда можно . увидеть красноватую дугу. \
s Занавес (или драпировка). Эта эффектная форма полярного сияния напоминает колышущийся 5 театральный занавес, это и есть "гвоздь программы" наблюдаемого небесного шоу.
s Лучи. Одна или несколько длинных тонких линий в небе, которые кажутся таинственными лучами, j ниспадающими с небес. j
s Корона. Напоминает корону высоко в небе, от которой во всех направлениях расходятся лучи.
Полярное сияние возникает от потоков электронов, порожденных солнечными вспышками. Отклоняясь = под действием магнитного поля Земли, они ударяются об атмосферные частицы, вызывая их свечение. Полярные сияния можно постоянно наблюдать в высоких широтах, т.е. в приполярных районах Земли — возле Северного и Южного полюсов. Люди, живущие в этих районах, могут видеть полярное сияние каждую ночь. Но есть и исключения из этого правила. Когда радиация очень мощных солнечных ; вспышек достигает магнитосферы Земли, районы наблюдения полярных сияний смещаются в сторону экватора. И тогда жители приполярных районов могут лишиться привычного зрелища, но зато его і увидят люди, живущие в других местностях (ближе к экватору, т.е. в низких широтах), для которых это в диковинку. Чаще всего это случается через несколько лет после пика солнечной активности.
Вы спросите: а почему полярные сияния наблюдаются именно в полярных районах? Дело в том, что магнитное поле Земли отклоняет частицы, устремляющиеся к экватору, и направляет их к магнитным | полюсам Земли. j
Изображения и данные ежедневных наблюдений полярных сияний с помощью спутников NASA, NOAA ; и Военно-воздушных сил США можно найти на сайте канадского университета Лесбриджа по адресу http://solar.uleth.ca/solar/aurora.html, а прогнозы предстоящих полярных СИЯНИЙ МОЖНО посмотреть ПО адресу solar. uleth. ca/monitor.
<< | >>
Источник: Стивен П. Маран. АСТРОНОМИЯ для"ЧАЙНИКОВ". 2004

Еще по теме Земля и ее спутник Луна:

  1. 56.Луна и ее природныересурсы
  2. Метеоры, кометы и искусственные спутники
  3. СПУТНИКИ
  4. 2.11. Размерные связи при изготовлении деталей на спутниках в ГПС
  5. Чистая земля чистого духа
  6. КНИГА IV. ФАКТОРЫ ПРОИЗВОДСТВА: ЗЕМЛЯ, ТРУД, КАПИТАЛ И ОРГАНИЗАЦИЯ
  7. Урок 29. Земля - наш дом
  8. 3.1. Земля как фактор производства
  9. Проблема Большого Эксперимента на планете Земля
  10. § 2. Земля - основная сфера захвата
  11. Лекция 3. Земля как планета. Физические факторы современного состояния географической оболочки
  12. Вечный спутник человечества. Трактовка учения Сократа в советский период (к 2400-летию со времени смерти Сократа)