Вокруг чего вращается луна?

Луна появилась из нескольким маленьких спутников

Мы уже рассмотрели «гипотезу захвата» и выяснили её невероятность. Земля не смогла бы захватить такое большое тело, как Луна, тем более перевести его на круговую околоземную орбиту. Но она запросто смогла бы захватить несколько мелких тел, наподобие крупных астероидов. Эти астероиды могли бы сталкиваться друг с другом на земной орбите, а потом из их обломков могло бы сформироваться одно большое тело.

Но эта гипотеза происхождения Луны имеет массу недостатков. Во-первых, она не объясняет сходство содержания кислорода. Если бы Луна образовалась из прилетевших извне астероидов, состав отличался бы очень сильно, а он более-менее схож с земным.

Во-вторых, очень маловероятно, что Земля смогла бы захватить столько астероидов, чтобы их хватило на формирование Луны. Венера за миллиарды лет ни одного не смогла захватить, а у Марса всего пара маленьких, хотя астероидный пояс рядом.

В-третьих, вряд ли все захваченные астероиды стали бы сталкиваться и формировать один спутник, тем более за короткое время. У того же Марса миллиарды лет имеются Фобос и Деймос, но сталкиваться они не собираются. У планет-гигантов десятки спутников, и они тоже не сталкиваются друг с другом.

Орбита или траектория

Чтобы разобраться, вращается ли Луна вокруг своей оси, рассмотрим такие понятия, как «орбита» и «траектория». Они различаются.

Орбита:

  • замкнутая и кривая;
  • форма — круглая или эллипсоидная;
  • лежит в одной плоскости;

Траектория:

  • кривая, имеющая начало и конец;
  • прямой или криволинейной формы;
  • находится в одной плоскости или в трехмерной.

Почему Луна не вращается вокруг своей оси? Известно, что тело может принимать участие только в двух видах движения одновременно. У Луны эти два допустимых вида присутствуют: вокруг Земли и вокруг Солнца. Соответственно, других видов вращения быть не может.

Если посмотреть на траекторию Луны с Земли, то увидим сложную кривую.

Наличие орбиты регулируется законом сохранения импульса, однако она может измениться, если поменяется момент импульса. Орбита – описывается законами физики, траектория – законами математики.

Пилотируемые полёты

С началом 70-ых годов прошлого века США форсируют программу высадки первого человека на Луну. Предварительно с помощью космических станций была выполнена исследовательская работа по оценке возможности подобного мероприятия. Фотографирование, «прилунение», изучение поверхности, анализ аномальных явления – всё было сделано для успеха предстоящей операции.

21 июля 1969 года экипаж «Апполон-11» ступил на лунную поверхность. Шесть раз американские космические корабли высаживали на Луну астронавтов, общим количеством – 12 человек. В конце 1972 года программа пилотируемых полётов с высадкой человека на спутник была свёрнута.
Причина банальна – нехватка средств. Возможно, с подключением ряда стран Азии, Европейского союза, Израиля, ситуация изменится. От освоения и колонизации земного спутника никто отказываться не собирается. Параллельно с пилотируемыми полётами, начинается освоение лунной поверхности с помощью луноходов.

СССР

«Луноход-1» с закрытой солнечной батареей

Первенство в создании радиоуправляемых движущихся аппаратов взял на себя Советский Союз. Созданные в СССР «Луноход-1» и «Луноход-2», успешно осваивали лунную поверхность в 1970 и 1973 году. Были и другие аппараты, но ряду причин, их миссии или не состоялись, или окончились неудачей.

США

В рамках расширения возможностей для американских астронавтов на поверхности Луны, компания «Боинг» совместно с «Дженерал Моторс» изготовила четыре лунных автомобиля. Двигающиеся на поверхности спутника со скоростью 13 км/ч, они значительно расширили возможности экипажей «Аппполон-15, -16, -17». Общий пробег «луномобилей» составил 91 км, а наибольшая удалённость от базы – 7,6 км.

Китай

Третьей державой, успешно осуществившей запуск в работу движущегося агрегата по земному спутнику, стал Китай. Его луноходы «Юйту» и «Юйту-2» в 2013 и 2019 годах продолжили эстафету радиоуправляемых луноходов.

Луноход «Юйту» (Нефритовый заяц)
Интересный факт: В рамках космической программы Китая, был выполнен спектрометрический анализ грунта, и найден необычный по химическому составу материал. А также проведены биологические эксперименты по проращиванию земных культур.

Последующее изучение

Луна является весьма перспективной в плане освоения и колонизации. Поэтому, её изучение становится всё более активным. Свои космические спутники для изучения Луны запустили страны Азии и Европейский союз.

США удалось выполнить съёмку поверхности Луны очень высокого разрешения. На фото видны оставленное предыдущими экспедициями оборудование, и даже отпечатки ног астронавтов.
В России есть своя лунная программа, рассчитанная до 2040 года. Планируются регулярные полёты, высадка экипажа, строительство лунной базы.

Частные проекты

Помимо государственных корпораций, изучение с перспективой освоения лунной поверхности, начали частные компании. Стимулом активизации их деятельности, послужил объявленный Google Lunar X PRIZE конкурс на изготовление мини-лунохода. Одним из участников которого, стала российская команда.

Google Lunar X PRIZE

Не менее заманчивой представляется организация космического туризма, о которой объявила компания Bigelow Aerospace. Астронавтов любителей планируют «покружить» вокруг Луны, либо на старых модернизированных кораблях. Или на вновь созданных многоразовых универсальных аппаратах.

Что такое прилив?

Для того чтобы понять суть этого явления и уверенно ответить на вопрос о том, вращается ли Луна вокруг собственной оси, необходимо разобрать суть приливных явлений.

Представим себе две горы на поверхности Луны, одна из которых «смотрит» прямо на Землю, другая же находится в противоположной точке лунного шара. Очевидно, что если бы обе горы не были частью одного небесного тела, а вращались вокруг нашей планеты самостоятельно, их вращение не могло бы быть синхронным, та что ближе, по законам ньютоновской механики, должна вращаться быстрее. Именно поэтому массы лунного шара, расположенные в противоположных по направлению к Земле точках, стремятся «убежать друг от друга».

Сидерический месяц и Синодический

Сидерический или звездный месяц – это тот промежуток времени, за который Луна обращается вокруг Земли, возвращаясь в то же самое место, откуда она начала движение, относительно звезд. Длится этот месяц 27,3 суток, протекающих на планете.

Синодический месяц – промежуток, за который Луна делает полный оборот, только относительно Солнца (время, за которое происходит смена лунных фаз). Длится 29,5 земных суток.

Синодический месяц длиннее сидерического на двое суток из-за вращения вокруг Солнца Луны и Земли. Так как спутник вращается вокруг планеты, а та, в свою очередь, вращается вокруг звезды, то получается, что для того, чтобы спутник прошел все свои фазы, нужно дополнительное время сверх полного оборота.

Движение небесного тела

Доказывая собственное вращение Луны, ученые используют различные методы исследования. Одним из них остается рассмотрение движения спутника Земли относительно звезд.

Их принимают за неподвижные тела, от которых ведется отсчет. Используя такой метод, получается, что относительно звезд у спутника присутствует свое вращение. В таком варианте при вопросе, почему Луна не вращается вокруг своей оси, ответ будет звучать, что она вертится. Однако такое наблюдение неверно. Поскольку центростремительное управление Луны определяется Землей, то и изучать возможности небесного тела надо относительно Земли.

Луна была захвачена Землёй

Это «гипотеза захвата», которая появилась в 1909 году. В её пользу говорят легенды некоторых народов. В них говорится, что были времена, когда Луны не было. Но это весьма шаткая опора, на которой, конечно, нельзя строить научную гипотезу. Других фактов, подтверждающих её, пока не найдено.

Зато против этой версии есть некоторые факты:

  • Луна – довольно крупное и массивное тело. Для захвата Землей она должна была пролетать очень близко, ближе предела Роша. Но в таком случае она была бы просто искорежена мощными приливными силами и разрушена. Если бы она пролетала дальше, то или отклонилась бы и столкнулась с Землей, или планета её бы отбросила, как при гравитационном манёвре.
  • Все захваченные спутники других планет движутся по ретроградной орбите – против вращения планеты. У Луны проградная орбита, она вращается в одном направлении с Землёй, как будто всегда там была.
  • Если бы Луна образовалась дальше Марса, в зоне газовых гигантов, то в её составе было бы много летучих элементов – водорода, фтора, инертных газов. А их-то как раз почти нет. Но есть небольшое ядро, как у спутников планет – гигантов.
  • У Луны и Земли слишком схожее содержание изотопов кислорода. При захвате Луны извне такое совпадение просто нереально.
  • При Захвате у Луны была бы сильно вытянутая орбита. Но на практике она не сильно отличается от круговой.

Так что гипотеза захвата тоже выглядит маловероятной. Такую операцию мог бы провернуть, например, Юпитер, или даже Нептун. Но Земля ненамного превосходит Луну по массе, чтобы издалека затормозить её и перевести на свою орбиту. А близкий контакт закончился бы катастрофой. По крайней мере, моделирование захвата Луны не подтверждает гипотезу.

Фазы Луны

Фазы Луны – это различные положения спутника Земли относительно Солнца. Первой фазой является новолуние. Затем идет первая четверть. После нее наступает полнолуние. А затем последняя четверть. Линия, отделяющая освещенную часть спутника от темной, называется терминатором.

Новолуние – это фаза, когда спутник Земли на небе не наблюдается. Луны не видно потому, что она находится ближе к Солнцу, чем наша планета, и соответственно, ее сторона, обращенная к нам, не освещается.

Первая четверть – видна половина небесного светила, звезда озаряет только ее правую часть. Между новолунием и полнолунием Луна «растет». Именно в это время мы видим сияющий серп на небе и называем его «растущим месяцем».

Полнолуние – Луна видна как светлый круг, который озаряет все своим серебряным светом. Свет небесного светила в это время может быть очень ярким.

Последняя четверть – спутник Земли виден лишь частично. В этой фазе Луну называют «старой» или «убывающей», потому что освещается лишь левая ее половина.

Отличить растущий месяц от убывающей Луны можно легко. Когда луна идет на убыль она напоминает букву «С». А когда она растет, если приставить палочку к месяцу, то получится буква «Р».

Почему она светится?

Снимок Земли и Луны с борта Mars Express

Вы не задавались вопросом, почему иногда мы видим только часть Луны? Или почему она светится? Давайте разберёмся в этом! Спутник отражает лишь 7% солнечного света падающего на нее. Это происходит, потому что в период бурной активности Солнца лишь отдельные участки ее поверхности способны поглощать и накапливать солнечную энергию, а после слабо излучать ее.

Пепельный свет — отраженный свет от Земли

Сама по себе она не может светиться, а способна лишь отражать свет Солнца. Поэтому мы видим только ту ее часть, которую ранее осветило Солнце. Данный спутник движется по определенной орбите вокруг нашей планеты и угол между ним, Солнцем и Землей постоянно меняется, в результате мы и видим различные фазы Луны.

Изменения видимой формы Луны

Поскольку Луна — сферическое тело, при её освещении сбоку возникает «серп». Освещённая сторона луны всегда указывает в сторону Солнца, даже если оно скрыто за горизонтом.

Продолжительность полной смены фаз Луны (так называемый синодический месяц) непостоянна из-за эллиптичности лунной орбиты. Средний синодический месяц составляет 29 суток 12 часов 44 минуты 2,82 секунды.

Луна проходит следующие фазы освещения:

  • новолуние — состояние, когда Луна не видна.
  • молодая луна — первое появление Луны на небе после новолуния в виде узкого серпа.
  • первая четверть — состояние, когда освещена половина Луны.
  • прибывающая луна
  • полнолуние — состояние, когда освещена вся Луна целиком.
  • убывающая луна
  • последняя четверть — состояние, когда снова освещена половина Луны.
  • старая луна

Обычно на каждый календарный месяц выпадает по одному полнолунию, но так как фазы Луны сменяются немного быстрее, чем 12 раз в году, иногда случаются и вторые полнолуния за месяц, называемые голубой луной.

Мнемоническое правило определения фаз Луны

Чтобы отличить первую четверть от последней, наблюдатель, находящийся в северном полушарии, может использовать следующие мнемонические правила. Если лунный серп в небе похож на букву «С», то это — луна «Стареющая» или «Сходящая», то есть это последняя четверть. Если же он повёрнут в обратную сторону, то, мысленно приставив к нему палочку, можно получить букву «Р» — луна «Растущая», то есть это первая четверть.

Растущий месяц обычно наблюдается вечером, а стареющий — утром.

Следует заметить, что вблизи экватора месяц всегда виден «лёжа на боку», и данный способ не подходит для определения фазы.

В южном полушарии ориентация серпа в соответствующих фазах противоположная: растущий месяц (от новолуния до полнолуния) похож на букву «С», а убывающий (от полнолуния до новолуния) похож на букву «D» без палочки.

Если по направлению движения луны передний край освещённый — луна растущая, затенённый — убывающая.

Фазы Луны

Фазы Луны – это различные положения спутника Земли относительно Солнца. Первой фазой является новолуние. Затем идет первая четверть. После нее наступает полнолуние. А затем последняя четверть. Линия, отделяющая освещенную часть спутника от темной, называется терминатором.

Новолуние – это фаза, когда спутник Земли на небе не наблюдается. Луны не видно потому, что она находится ближе к Солнцу, чем наша планета, и соответственно, ее сторона, обращенная к нам, не освещается.

Первая четверть – видна половина небесного светила, звезда озаряет только ее правую часть. Между новолунием и полнолунием Луна «растет». Именно в это время мы видим сияющий серп на небе и называем его «растущим месяцем».

Полнолуние – Луна видна как светлый круг, который озаряет все своим серебряным светом. Свет небесного светила в это время может быть очень ярким.

Последняя четверть – спутник Земли виден лишь частично. В этой фазе Луну называют «старой» или «убывающей», потому что освещается лишь левая ее половина.

Отличить растущий месяц от убывающей Луны можно легко. Когда луна идет на убыль она напоминает букву «С». А когда она растет, если приставить палочку к месяцу, то получится буква «Р».

А что же Земля?

Астрофизики утверждают, что сразу после большого столкновения, ставшего причиной образования Луны, угловая скорость вращения нашей планеты была намного больше, чем сейчас. Сутки длились не более пяти часов. Но в результате трения приливных волн о дно океана год за годом, тысячелетие за тысячелетием вращение замедлялось, и нынешние сутки длятся уже 24 часа.

В среднем каждый век прибавляет нашим суткам по 20-40 секунд. Учёные предполагают, что через пару миллиардов лет наша планета будет смотреть на Луну так же, как и Луна на неё, то есть одной стороной. Правда этого, скорее всего, не произойдёт, так как ещё раньше Солнце, превратившись в красного гиганта, «проглотит» и Землю, и ее верного спутника — Луну.

Кстати, приливные силы дарят землянам не только повышение и понижение уровня мирового океана в районе экватора. Воздействуя на массы металлов в земном ядре, деформируя горячий центр нашей планеты, Луна помогает поддерживать его в жидком состоянии. А благодаря активному жидкому ядру, наша планета имеет собственное магнитное поле, защищающее всю биосферу от убийственного солнечного ветра и смертоносных космических лучей.

Характеристики Луны

Среднее расстояние между Луной и Землей составляет 384 тысячи километров. Когда спутник находится ближе всего к нашей планете, эта точка называется Перигей, удаленность составляет 363 тысячи километров. А когда между Землей и Луной максимальное расстояние (это состояние называется апогей), оно составляет 405 тысяч километров.

Орбита Земли имеет наклон по отношению к орбите своего естественного спутника – 5 градусов.

Луна перемещается по своей орбите вокруг нашей планеты со средней скоростью 1,022 километра в секунду. А за час она пролетает приблизительно 3681 километр.

Радиус Луны, в отличие от Земли (6356), составляет приблизительно 1737 километров. Это среднее значение, так как в разных точках на поверхности он может варьироваться. Например, на лунном экваторе радиус чуть больше среднего – 1738 километров. А в районе полюса он чуть меньше – 1735. Луна тоже является скорей эллипсоидом, чем шаром, как будто ее немного «сплющили». Та же самая особенность есть и у нашей Земли. Форма нашей родной планеты получила название «геоид». Она является прямым следствием вращения вокруг оси.

Масса Луны в килограммах — приблизительно 7,3*1022, Земля весит в 81 раз больше.

Что такое лунные фазы

Почему же мы видим Луну в разных фазах? Это происходит благодаря движению Луны вокруг Солнца и существованию рядом крупной Земли. Земля отбрасывает на Луну свою тень, и в зависимости от того, как расположены Луна, Земля и Солнце друг относительно друга, на нашем небе возникает видимая часть этой планеты.

Если тень Земли попадает на край лунного диска, мы видим растущую или убывающую Луну (смотря с какой стороны падает земная тень). Когда освещена правая сторона Луны, мы видим растущую Луну, когда левая — убывающую. Если тень Земли падает на всю Луну, то мы ее вообще не можем увидеть, это период новолуния. А когда тень от Земли направлена в сторону от Луны, мы наблюдаем полнолуние.

Каждая фаза Луны занимает примерно 7,4 дня. Но между фазой новолуния и полной фазой «правой» Луны, а также между полной фазой «левой» Луны и полнолунием, то есть моментами, когда Луна либо отсутствует, либо освещена ровно наполовину, либо освещена полностью, существует множество переходных фаз.

В эти ночи мы видим серп Луны, который сначала выглядит тонким и узким, а потом достигает половины лунного диска, затем растет, достигает полнолуния и, соответственно, фазы, когда полная Луна начинает уменьшаться и в конце концов становится сначала половиной, потом едва видимым убывающим серпом и в конце концов вообще пропадает.

Посмотрите на рисунок 1. Солнце освещает Землю и двигающуюся вокруг Земли Луну. Движение Луны по земной орбите показано стрелкой. Когда Луна находится между Землей и Солнцем, свет Солнца, отраженный Луной, не достигает Земли. На Земле в такие ночи Луны не видно. Это новолуние.

Затем Луна смещается влево, а лучи Солнца освещают ее правую часть — мы на Земле видим узкий серп нарождающейся Луны. Начинается фаза роста. Потом Луна попадает в положение II, когда ее правая половина освещена для нас целиком.

Когда Луна сдвигается дальше по земной орбите, свет Солнца начинает постепенно переходить и на ее левую половину. Мы замечаем, что видимая часть диска с каждой ночью увеличивается. Так она растет, достигая в конце концов своего полного размера.

И в положении III мы видим полную Луну. Как вы заметили, Луна в этот момент находится за Землей. Солнце освещает видимую нам половину полностью, поэтому мы видим яркую и полную Луну. Миновав положение III, Луна начинает терять часть видимой поверхности.

Теперь она начинает с каждой ночью уменьшаться в размерах. В положении IV мы видим опять только половину лунного диска, но теперь освещена левая сторона Луны. А по мере прохождения Луны в сторону Солнца эта половинка будет становиться все меньше и меньше. Когда Луна достигнет исходной точки, то есть положения I, она снова станет для людей невидимой.

Виды лунных фаз

Общепринято считать фазы Луны начиная с новолуния:

  • 1-я фаза — новолуние;
  • 2-я фаза — первая четверть;
  • 3-я фаза — полнолуние;
  • 4-я фаза — четвертая четверть.

Растущая Луна появляется в небе сразу после заката Солнца. Серп растущей Луны повернут вправо. Полная Луна Появляется во время заката и держится на небе всю ночь до восхода. Убывающая Луна восходит ближе к полуночи. Серп убывающей Луны повернут влево. Новую Луну мы не видим. Между полнолуниями (новолуниями) проходит один синодический месяц, то есть 29 дней 12 часов 44 минуты и 3,2 секунды.

В те периоды, когда новая Луна попадает близко к узлам своей орбиты, можно наблюдать солнечное затмение (Луна перекрывает солнечный диск). А когда Луна в полнолуние подходит близко к одному из узлов своей орбиты, мы наблюдаем лунное затмение.

Как происходит вращение Луны?

Часто можно прочитать, что Луна вращается не только вокруг Земли, но и вокруг своей оси. Но это утверждение не совсем верно. Дело в том, что если бы Луна вращалась вокруг своей оси в буквальном смысле слова, мы видели бы ее с разных сторон. Между тем, Луна всегда обращена к Земле только одной стороной. Ее вращение вокруг собственной оси – только кажущееся, обусловленное представлениями человека о математических моделях и системах отсчета. На самом деле прямой линии, от которой расходятся центробежные силы (то есть той самой оси) у Луны вообще нет. И оборот вокруг этой условной оси можно назвать лишь косвенным.

Чтобы представить это, вообразите, что вы обходите круглый стол по часовой стрелке, не поворачиваясь к столу то боком, то спиной, то другим боком, а оставаясь все время в одном положении – к столу лицом.

К тому времени, как вы завершите обход, получится, что вы повернулись вокруг своей оси на 360 градусов. По сути же вокруг себя вы не крутились, ведь ваш взгляд был постоянно направлен в сторону стола.

Аналогичным образом и Луна, повернутая к нашей планете всегда одной стороной, совершает один оборот вокруг Земли и косвенный оборот вокруг своей оси. Если бы Луна совершала полноценный оборот вокруг своей оси, то к концу оборота вокруг Земли она делала бы уже два оборота вокруг оси. Земляне при этом могли бы увидеть скрытое от них полушарие Луны.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий