Текст книги "Астрономия для "чайников""
Автор книги: Стивен П. Маран
сообщить о нарушении
Текущая страница: 9 (всего у книги 27 страниц)
Диаметр Луны – 3476 км; это немного больше, чем 1/4 часть диаметра Земли. Масса Луны составляет только 1/81 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).
Рис. 5.3. Кратеры и «моря» (из лавы вулканического происхождения) на поверхности Луны
Фотография любезно предоставлена NASA
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».
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).
Рис. 5.4. Фазы Луны. Наблюдать Луну лучше всего не в полнолуние
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 благоприятных 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 ближней 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!
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.
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 полушарии 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 метеорологических 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.
Рис. 5.5. Полное затмение Луны
Вот расписание полных затмений Луны на следующие годы:
4 мая 2004 года;
28 октября 2004 года;
3 марта 2007 года;
28 августа 2007 года;
21 февраля 2008 года;
21 декабря 2010 года;
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 затмениятолько 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.
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) [15] 15
Гигантская ударная структура, диаметр которой превышает 2/3 диаметра Луны. Назван так потому, что центр бассейна находится примерно посередине между кратером Эйткен и южным полюсом Луны.
[Закрыть]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.
Ударные кратеры. Круглые структуры, образовавшиеся от ударов метеорных тел и других крупных объектов; самые большие кратеры называются бассейнами.
Моря. Слои лавы, устилающие дно бассейнов.
Лунные материки(или возвышенности). Области лунной поверхности, сильно испещренные кратерами.
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.
Рис. 5.6. Кратер Коперник и его лучи
Борозды. Извилистые каналы; на самом деле, вероятно, представляют собой пути прохождения лавы. Самая знаменитая – борозда Хэдли, на которой были астронавты с Apollo [16] 16
Apollo-15, 1971 год. Астронавты Скотт, Ирвин и Уорден.
[Закрыть].
Центральные горки. Горки из валунов, образовавшиеся в результате реакции Луны на мощный удар. Центральные горки обнаружены в некоторых, но не во всех ударных кратерах.
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.
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" [17] 17
Каменная плита, найденная в Розетте (Египет) и давшая Ж.Ф. Шампольону ключ к расшифровке египетских иероглифов.
[Закрыть]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" устанавливаются в нулевое положение (т. е. время обнуляется). Радиоактивные изотопы начинают превращаться в новые дочерние изотопы, которые оказываются во вновь сформированных кристаллах минералов. Породы, полученные с помощью лунной программы Apollo, показали, что практически вся Луна или по меньшей мере ее кора на значительную глубину была в расплавленном состоянии 4,6 миллиарда лет назад. Поэтому максимальный возраст самых древних лунных 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 °C, а ночью она падает до -169 °C. Такие резкие перепады температур обусловлены практически полным отсутствием атмосферы, 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» [18] 18
Авторы теории – американские ученые У. Хартман и Д. Дэвис.
[Закрыть]. 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 неизменным в течение минут и даже часов или постоянно меняться. Оно может мерцать, пульсировать или даже вспыхивать в небе. Таким образом, полярное сияние предстает в разных формах. Давайте рассмотрим самые распространенные из них.
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 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.
Изображения и данные ежедневных наблюдений полярных сияний с помощью спутников NASA, NOAA [19] 19
National Oceanic and Atmospheric Administration – Национальное управление США no изучению океана и атмосферы.
[Закрыть]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.
