Закрытая Луна

 

ЧОУ «Гармония»

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

«Закрытая Луна»

 

 

 

 

 

Выполнил

Ученик 9 класса

Кузьмичёв Владимир Андреевич.

Научный руководитель –

Прозорова Инна Александровна.

 

 

 

 

Содержание

• 3 -  -  -  -  - Введение
• 4 - - - - - Глава 1 Физические характеристики Луны и гипотезы ее возникновения.
• 12 - - - - - Глава 2. История лунных исследований.
• 38 - - - - - Заключение
• 41 - - - - -  Список литературы и ресурсов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Меня всегда притягивал космос, ведь это кладовая тайн и загадок. Луна – часть огромной вселенной. О спутнике Земли мы знаем очень  мало, хоть он и находится на сравнительно небольшом по космическим меркам расстоянии. Луна до сих пор таит в себе множество загадок и порой необычных историй.

На Земле человеку становится тесно и уже сейчас многие желали бы попасть на Луну, построить там  жизнь, но, к сожалению, в наше время это невозможно. Спутник нашей родной планеты до сих пор не изучен. Так почему же его не исследуют? Почему с 1972 года никто не так и не навестил Луну? Ответы на эти вопросы я попытаюсь дать в своём докладе о лунных исследованиях и экспедициях.

Но сначала необходимо узнать, что собой представляет Луна: ее физические характеристики, история возникновения и т.д. Затем, анализируя все, что произошло в период с 1959 – 2012 гг я постараюсь дать ответ на вопрос: «почему лунные исследования прекратились в 1972 и что же на самом деле произошло?»

Разобраться во всем этом мне  помогли интернет сайты и научная  литература русских и американских авторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 глава. Физические характеристики  Луны и гипотезы ее возникновения.

Луна́ — единственный естественный спутник Земли. Второй по яркости объект на земном небосводе после Солнца и пятый по величине естественный спутник планет Солнечной системы. Также является первым и единственным небесным телом, помимо Земли, на котором побывал человек. Среднее расстояние между центрами Земли и Луны — 384 467 км.  

 Для начала, я бы  хотел сказать несколько слов об орбите Луны и изучении ее движения. С древних времён люди пытались описать и объяснить движение Луны, используя всё более точные теории. Современная наука может рассчитывать движение Луны и проверять расчёты на практике с ещё более высокой точностью. Так, для расчёта позиции Луны с точностью измерений лазерной локации применяются выражения с десятками тысяч членов и не существует предела количества членов в выражении, если потребуется ещё более высокая точность.

В первом приближении можно  считать, что Луна двигается по эллиптической орбите. Реальное движение Луны довольно сложно, при его расчёте необходимо учитывать множество факторов, например, сплюснутость Земли и сильное влияние Солнца, которое притягивает Луну в 2 раза сильнее, чем Земля. Более точно движение Луны вокруг Земли можно представить как сочетание нескольких движений.

Теперь несколько слов об общем строении Луны.

 Луна состоит из  коры, верхней мантии, средней мантии, нижней мантии (астеносферы) 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.

Атмосфера Луны крайне разрежена. Когда поверхность не освещена Солнцем  содержание газов над ней очень  низкое, а после восхода Солнца увеличивается на два порядка  за счёт дегазации грунта. Разреженность  атмосферы приводит высокому перепаду температур на поверхности планеты (от −160 °C до +120 °C), в зависимости от освещённости, хотя температура пород залегающая на глубине 1 м постоянная и равна −35 °C. Ввиду практического отсутствия атмосферы небо на Луне всегда чёрное со звёздами, даже когда Солнце над линией горизонта. 
 Теперь я бы хотел рассказать о гипотезах образования Луны.

Луна́ своим видом и фактом существования всегда изумляла человечество. В древности многие народы поклонялись Луне как божеству. Древние греки, возможно, первыми стали изучать Луну, используя научный подход. В третьем веке до н. э. Аристарх Самосский, наблюдая земную тень на Луне во время лунных затмений, оценил расстояние до Луны в шестьдесят радиусов Земли (замечательный результат: по современным данным, радиус лунной орбиты меняется в пределах от 55 до 63 земных радиусов).* Плутарх предполагал, что на Луне могут жить люди — селениты. Считалось, что темные пятна на Луне — это моря, а светлые места — суша*.

В 1609 году Галилео Галилей  обнаружил на Луне горы и кратеры, разглядев в телескоп отбрасываемые  ими тени. На основании своих наблюдений Галилей пришёл к выводу, что Луна является каменистым телом, как и  Земля.* С тех пор над загадкой образования Луны размышляли многие поколения ученых, начиная с Иммануила Канта и Рене Декарта. С начала семнадцатого века и до середины двадцатого было выдвинуто несколько основных гипотез, которые имели своих сторонников и свои взлеты популярности. Новая эра в изучении Луны началась в 1960-х годах, с полетов к Луне советских автоматических станций и американских «Аполлонов». Появилась новая наука—селенология. На Землю были доставлены образцы лунных пород, которые дали богатый материал для размышлений и переоценки старых идей.

Оказалось, что во многих отношениях Луна весьма отличается от Земли, в первую очередь, химическим составом: практически нет воды, малое содержание летучих элементов  и соединений. Лунные породы дают основание  полагать, что Луна подверглась полному  расплавлению, в отличие от Земли. Плотность Луны сравнима с плотностью земной мантии, у неё почти отсутствует железное ядро.

Однако обнаружено и большое  сходство Земли и Луны. Радиоизотопный анализ показывает, что оба небесных тела имеют примерно одинаковый возраст: около 4,5 миллиардов лет. Соотношение стабильных изотопов кислорода на Луне и на Земле совпадает, в то же время сильно отличаясь от такого соотношения у всех известных метеоритов. Это свидетельствует о том, что Земля и Луна сформировались по соседству — из вещества, находившегося на одинаковом расстоянии от Солнца. Существует несколько гипотез образования Луны:

Гипотеза центробежного  разделения: от быстро вращающейся протоземли под действием центробежных сил отделился кусок вещества, из которого затем сформировалась Луна. Эту гипотезу в шутку называют «дочерней».

Гипотеза захвата: Земля  и Луна сформировались независимо, в разных частях Солнечной системы. Когда Луна проходила близко к  земной орбите, она была захвачена гравитационным полем Земли и стала её спутником. Эту гипотезу в шутку называют «супружеской».

Гипотеза совместного  формирования: Земля и Луна сформировались одновременно, в непосредственной близости друг от друга (в шутку — «сестринская» гипотеза).

Гипотеза испарения: из расплавленной протоземли были выпарены в пространство значительные массы вещества, которое затем остыло, сконденсировалось на орбите и образовало протолуну.

Гипотеза многих лун: несколько  маленьких лун были захвачены  гравитацией Земли, затем они  столкнулись друг с другом, разрушились, и из их обломков сформировалась нынешняя Луна.

Гипотеза столкновения: протоземля столкнулась с другим небесным телом, а из выброшенного при столкновении вещества сформировалась Луна.

 

Гипотеза центробежного  отделения

Гипотезу отделения Луны от Земли впервые выдвинул Джордж Дарвин, сын знаменитого Чарльза Дарвина, в 1878 году.* Он предположил, что после образования молодой Земли она вращалась с очень высокой скоростью. Под действием центробежных сил планета стала настолько вытянутой по экватору, что от неё оторвался крупный кусок вещества (возможно, этому способствовали приливные силы Солнца). Из этого вещества впоследствии образовалась Луна. Эту гипотезу поддержал в 1882 году геолог Осмонд Фишер: по его мнению, бассейн Тихого океана образовался именно на том месте, где оторвалась от Земли будущая Луна. Гипотеза Дарвина-Фишера приобрела большую популярность и оставалась общепринятой в начале XX века.

Соображения за и против

Отрыв вещества от чрезмерно  растянутого экваториального выступа  хорошо объясняет имеющийся размер Луны. Этой гипотезе так же хорошо соответствует  и меньшая плотность Луны, поскольку  она соответствует плотности  земноймантии. Современные данные подтверждают и факт более быстрого вращения Земли в далёком прошлом (см. приливное ускорение Луны). Однако, требуемая для центробежного отрыва скорость вращения чрезмерно велика (один оборот Земли за 1-2 часа). Момент импульса вращения Земли в таком случае должен был в 3-4 раза превышать нынешний,  который и без того необычно высок. Появление у сформировавшейся Земли такого момента импульса вращения невозможно объяснить, как невозможно объяснить и его последующее исчезновение.

Дефицит летучих элементов  в лунном веществе не вписывается  в данную гипотезу. К тому же, современная  теория тектоники литосферных плит считает, что тихоокеанский бассейн в его нынешнем виде существует всего около 70 миллионов лет, и никак не мог образоваться при отрыве вещества от Земли.

Гипотеза захвата

Гипотезу захвата первым выдвинул в 1909 году американский астроном Томас Джефферсон Джексон Си (Thomas Jefferson Jackson See).* По этой гипотезе, Луна сформировалась как независимая планета где-то в Солнечной системе, а затем в результате неких пертурбаций перешла на эллиптическую орбиту, пересекающуюся с орбитой Земли. При очередном сближении с Землей, Луна была захвачена гравитацией Земли и стала её спутником.

Соображения за и против

Захват Луны земной гравитацией  мог бы хорошо объяснить высокий  момент импульса системы Луна-Земля. Но результаты моделирования показывают, что вероятность захвата Землей пролетающего тела с массой Луны ничтожно мала. Гораздо более вероятно, что  пролетающая планета столкнулась  бы с Землей, или наоборот, была бы отброшена гравитацией Земли  далеко за пределы земной орбиты. Вариант  с возможным захватом требует  прохождения Луны на расстоянии меньше предела Роша, то есть Луна, возможно, была бы разорвана действием приливных сил.

Если бы захват все-таки произошёл, то Луна, скорее всего, обращалась бы вокруг Земли в противоположном (ретроградном) направлении (как это наблюдается  у захваченных лун Юпитера), и по сильно вытянутой эллиптической орбите.

Малая плотность Луны и  отсутствие у неё железного ядра могут быть объяснены, если предположить, что Луна сформировалась за пределами  зоны планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс). Но тогда невозможно объяснить дефицит летучих элементов, которые есть в изобилии в зоне планет-гигантов. Трудно найти в Солнечной системе подходящую область с дефицитом и того, и другого.

Идентичность соотношения  изотопов кислорода на Луне и на Земле совершенно не вписывается  в данную гипотезу.

Свою версию гипотезы захвата — с разрушением захваченной планеты приливными силами Земли — предложили в 1989 году О. Г. Сорохтин и С. А. Ушаков.* По их теории, планета с соседней орбиты, названная Протолуной, была захвачена Землей и перешла на околоземную орбиту. Поскольку новый спутник обращался быстрее вращения планеты, интенсивные приливные силы притягивали его к Земле (одновременно «раскручивая» Землю). Наконец, новообретённый спутник приблизился на расстояние предела Роша и начал разрушаться. Вещество с Протолуны по спирали устремилось к Земле. Затем спутник был практически разорван, его железное ядро упало на Землю, а значительная часть вещества коры осталась на орбите. Из этих обломков начала формироваться Луна, обретая сферическую форму и удаляясь от Земли.

Последнее место гипотезы выглядит слабым: почему Луна стала  удаляться от Земли, если до этого  Протолуна обращалась быстрее периода вращения Земли и приливные силы Земли тормозили её, приближая к Земле? Неясно также, почему на Землю упало именно железное ядро, а не вещество коры. И наконец, сама возможность столь удачного и «плавного» захвата соседней планеты по-прежнему выглядит крайне маловероятной.

Гипотеза совместного  формирования (совместной аккреции)

Впервые подобную гипотезу представил Иммануил Кант в труде по космогонии, в 1755 году. *Он предположил, что все небесные тела появились в результате сжатия пылевого облака, а Луна и Земля сформировались вместе, из одного пылевого сгустка: сначала Земля, потом, из оставшегося вещества, Луна. Большим сторонником гипотезы совместной аккреции был знаменитый астроном Эдуард Рош. В Советском Союзе гипотезу коаккреции активно разрабатывала школа О. Ю. Шмидта (В. С. Сафронов, Е. Л. Рускол и др.).* До 1970-х годов гипотеза совместной аккреции считалась наиболее проработанной.

Гипотеза предполагает, что  Земля и Луна просто «выросли»  на одной орбите как двойная планета, из первоначального протопланетного  роя твердых частиц. Первой начала формироваться прото-Земля. Когда она набрала достаточную массу, частицы из протопланетного роя захватывались её притяжением и начинали вращаться вокруг зародыша планеты по самостоятельным эллиптическим орбитам. Из этих частиц образовался собственный околопланетный рой. Частицы роя сталкивались между собой, некоторые теряли скорость и падали на прото-Землю. Орбиты других усреднялись между собой — рой приобретал орбиту, близкую к круговой. Затем из этого роя начали формироваться зародыши будущего спутника, Луны.

Соображения за и против

Если Земля и Луна формировались  в непосредственной близости, то идентичность кислородно-изотопного соотношения  легко объясняется. Но тогда совершенно непонятными становятся отличия  в плотности двух тел, а также  дефицит железа и летучих элементов  на Луне.