Время движения луны вокруг земли. Луна: история наблюдений и исследований

8 фактов о Луне, которые вы могли не знать

Первый человек ступил на Луну 20 июля 1969 года, и это событие отметило пик в гонке по освоению космоса, которая развернулась за десять лет до этого между США и бывшим СССР. Несмотря на то, что Луна пока остается единственным телом, кроме Земли, на котором побывал человек лично, очень немногие знают о спутнике Земли все подробности. Перед вами восемь фактов, которых вы могли не знать о Луне.

1. Луна не вращается вокруг Земли

Вместо этого она путешествует с нашей планетой — иногда ближе, иногда дальше — по мере вращения Земли вокруг Солнца. Причина, по которой мы думаем, что Луна вращается вокруг Земли, заключается в том, что именно так ее движение выглядит с нашей точки зрения.

Мы не знаем, как все это выглядит на большой картине. С течением года мы должны понимать, что Луна относительна Земли, как и Солнце. Луна не совершает петли вокруг Земли, подобно тому как Земля вращается вокруг Солнца. Путь Луны пролегает вокруг Солнца, и она движется в тандеме с Землей.

Путь Луны вокруг Солнца выглядит примерно так:

1. На Земле есть лунные деревья

Сотни семян деревьев были привезены на Луну во время миссии «Аполлона-14» 1971 года. Бывший сотрудник американского лесничества (USFS) Стюарт Руза взял семена в качестве личного груза в рамках проекта NASA/USFS.

По возвращении на Землю эти семена прорастили, а полученные лунные саженцы высадили по всей территории Соединенных Штатов, в рамках празднования двухсотлетия страны в 1977 году.

1. Нет никакой темной стороны

Положите кулак на стол, пальцами вниз. Вы видите его тыльную сторону. Кто-то по другую сторону стола будет видеть костяшки пальцев. Примерно так мы видим Луну. Поскольку она приливно заблокирована по отношению к нашей планете, мы будем всегда видеть ее с одной и той же точки зрения.

Понятие «темной стороны» Луны вышло из популярной культуры — вспомним альбом Pink Floyd 1973 года «Dark Side of the Moon» и одноименный триллер 1990 года — и означает на самом деле дальнюю, ночную, сторону. Ту, которую мы никогда не видим и которая противоположна ближайшей к нам стороне.

Впрочем, у нас есть фотографии этой самой «темной стороны».

1. На отрезке времени мы видим больше половины Луны, благодаря либрации

Луна движется по своей орбитальному пути и удаляется от Земли (со скоростью порядка одного дюйма в год), провожая нашу планету вокруг Солнца.

Если бы вы смотрели на Луну в приближении по мере ее ускорения и замедления в процессе этого путешествия, вы также увидели бы, что она покачивается с севера на юг и с запада на восток в движении, известном как либрация. В результате этого движения мы видим часть сферы, которая обычно скрыта (порядка девяти процентов).

Впрочем, мы никогда не увидим другой 41%.

1. Гелий-3 с Луны мог бы решить энергетические проблемы Земли

Солнечный ветер электрически заряжен и время от времени сталкивается с Луной и поглощается породами лунной поверхности. Один из наиболее ценных газов, которые имеются в этом ветре и которые поглощаются породами, это гелий-3, редкий изотоп гелия-4 (который обычно используется для воздушных шариков).

Гелий-3 отлично подойдет для удовлетворения нужд реакторов термоядерного синтеза с последующей генерацией энергии.

Сто тонн гелия-3 могли бы удовлетворить потребности Земли в энергии на год, если верить подсчетам Extreme Tech. Поверхности Луны содержит около пяти миллионов тонн гелия-3, тогда как на Земле его всего 15 тонн.

Идея такова: мы летим на Луну, добываем гелий-3 в шахте, набираем его в баки и отправляем на Землю. Правда, это может случиться очень нескоро.

1. Есть ли доля правды в мифах о безумии полной луны?

На самом деле нет. Предположение, что мозг, один из самых водянистых органов человеческого тела, испытывает влияние луны, уходят корнями в легенды, которым несколько тысячелетий, еще во времена Аристотеля.

Поскольку гравитационное притяжение Луны управляет приливами земных океанов, а люди состоят на 60% из воды (и мозг на 73%), Аристотель и римский ученый Плиний Старший считали, что Луна должна оказывать похожий эффект на нас самих.

Эта идея породила термин «лунного безумия», «трансильванского эффекта» (который получил широкое распространение в Европе в период средневековья) и «лунного помешательства». Особого масла в огонь подлили фильмы 20 века, связавшие полную луну с психиатрическими расстройствами, автомобильными авариями, убийствами и другими происшествиями.

В 2007 году правительство британского приморского городка Брайтон распорядилось отправлять дополнительные полицейские патрули во время полнолуний (и в зарплатные дни тоже).

И все же наука говорит, что нет никакой статистической связи между поведением людей и полной луной, согласно нескольким исследованиям, одно из которых провели американские психологи Джон Роттон и Айвен Келли. Вряд ли Луна влияет на нашу психику, скорее она просто добавляет света, при котором удобно совершать преступления.

1. Пропавшие лунные камни

В 70-х годах администрация Ричарда Никсона раздала камни, доставленные с лунной поверхности во время миссий «Аполлон-11» и «Аполлон-17», лидерам 270 стран.

«Мы хотели бы поделиться этими камнями со всеми странами нашего мира», — сказал астронавт «Аполлона-17» Юджин Сернан.

К сожалению, более сотни таких камней оказались пропавшими без вести и, как предполагается, отправились на черный рынок. Работая в NASA в 1998 году, Джозеф Гутхайнц даже провел тайную операцию под названием «Лунное затмение», чтобы положить конец незаконной продаже этих камней.

С чего была вся эта шумиха? Кусочек лунного камня размером с горошину оценивался в 5 миллионов долларов на черном рынке.

1. Луна принадлежит Деннису Хоупу

По крайней мере он так считает.

В 1980 году, используя лазейку в Договоре ООН о космической собственности 1967 года, согласно которому «ни одна страна» не может претендовать на Солнечную систему, житель Невады Деннис Хоуп написал в ООН и объявил о праве на частную собственность. Ему не ответили.

Но зачем ждать? Хоуп открыл лунное посольство и начал продавать одноакровые участки по 19,99 доллара за каждый. Для ООН Солнечная система является почти такой же, как мировые океаны: за пределами экономической зоны и принадлежащие каждому жителю Земли. Хоуп утверждал, что продал внеземную недвижимость знаменитостям и трем бывшим президентам США.

Непонятно, действительно Деннис Хоуп не понимает формулировки договора или же пытается вынудить законодательные силы сделать правовую оценку своих действий, чтобы разработка небесных ресурсов началась при более прозрачных правовых условиях.

Видимое движение и фазы Луны

Сидерический и синодический месяцы

Луна является естественным спутником Земли и ближайшим к ней небесным те­лом. Она обращается вокруг Зе­мли по эллиптической орбите в том же направлении, что и Зем­ля вокруг Солнца. Среднее расстояние Луны от Земли равно 384 400 км. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости эк­липтики на 5°09′.

Наклон орбиты Луны к плоскости эклиптики

Точки пересечения орбиты Луны с эклиптикой называются узлами лунной орбиты. Движение Лупы вокруг Земли для наблюдателя представляется как ви­димое ее движение по небесной сфере. Видимый путь Луны по небесной сфере называется видимой орбитой Луны.

За сутки Луна перемещается по видимой орбите относительно звезд примерно на 13,2°, а относительно Солнца на 12,2°, так как Солнце за это время тоже перемещается по эклиптике в среднем на 1°. Промежуток времени, в течение которого Луна со­вершает полный оборот по своей орбите относительно звезд, назы­вается звездным, или сидерическим месяцем. Его продолжительность равна 27,32 средних солнечных суток.

Промежуток времени, в течение которого Луна совершает пол­ный оборот по своей орбите относительно Солнца, называется синодическим месяцем. Он равен 29,53 средних солнечных су­ток.

Сидерический и синодический месяцы различаются примерно на двое суток за счет движения Земли по своей орбите вокруг Солнца. На рисунке ниже показано, что при нахождении Земли на ор­бите в точке 1 Луна и Солнце наблюдаются на небесной сфере в одном и том же месте, например на фоне звезды К.

Синодический и сидерический месяцы

Через 27,32 сут, т. е. когда Лупа сделает полный оборот вокруг Земли, она снова будет наблюдаться на фоне той же звезды. Но так как Земля вме­сте с Луной за это время переместится по своей орбите относитель­но Солнца примерно на 27° и будет находиться в точке 2, то Луне необходимо еще пройти 27°, чтобы занять прежнее положение от­носительно Земли и Солнца, на что понадобится около 2 сут. Та­ким образом, синодический месяц длиннее сидерического на отре­зок времени, который нужен Луне, чтобы переместиться на 27°.

Движение Луны на небесной сфере

Период вращения Луны вокруг своей оси равен периоду ее об­ращения вокруг Земли. Поэтому Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной. Вследствие того, что Луна за одни сутки перемещается по небесной сфере с запада на восток, т. е. в сторо­ну, обратную суточному движению небесной сферы, на 13,2°, ее восход и заход ежесуточно запаздывают примерно на 50 мин.

Это ежедневное запаздывание приводит к тому, что Луна непрерывно меняет свое положение относительно Солнца, но через строго опре­деленный период времени вновь возвращается в исходное положе­ние. В результате движения Луны по видимой орбите происходит непрерывное и быстрое изменение ее экваториальных координат.

В среднем за сутки прямое восхождение Луны изменя­ется на 13,2°, а склонение — на 4°. Изменение экваториальных координат Луны происходит не только за счет ее быстрого дви­жения по орбите вокруг Земли, но и вследствие необычайной сложности этого движения. На Луну действуют многие силы, име­ющие различную величину и период, под влиянием которых все эле­менты лунной орбиты постоянно изменяются.

Наклон орбиты Луны к эклиптике колеблется в пределах от 4°59′ до 5°19′ за время, несколько меньшее полугода. Изменяются формы и размеры орбиты. Непрерывно с периодом 18,6 года меняется положение орбиты в пространстве, в результате чего происхо­дит перемещение узлов лунной орбиты навстречу движению Луны.
Это приводит к постоянному изменению угла наклона видимой ор­биты Луны к небесному экватору от 28°35′ до 18°17′. Поэтому пределы изменения склонения Луны не остаются постоянными. В некоторые периоды оно изменяется в пределах ±28°35′, а в дру­гие — ±18° 17′.

Смена лунных фаз во время движения на небесной сфере

Движение Луны на небесной сфере сопровождается непрерывным изменением ее внешнего вида. Происходит так называемая смена лунных фаз. Фазой Луны называется видимая часть лунной поверхности, освещенная солнечными лучами.

Рассмотрим, вследствие чего происходит изменение лунных фаз. Известно, что Луна светит отраженным солнечным светом- Половина ее поверхности всегда освещена Солнцем. Но вследствие различных взаимных положений Солнца, Луны и Земли освещен­ная поверхность представляется земному наблюдателю в разных видах. Принято разли­чать четыре фазы Луны: новолу­ние, первая четверть, пол­нолуние и последняя чет­верть.

Положения и фазы
Луны (1 — новолуние, 2 — первая четверть, 3 — полнолуние, 4 — последняя четверть)

Во время новолуния Луна про­ходит между Солнцем и Землей. В этой фазе Луна обращена к Зем­ле неосвещенной стороной, и поэто­му она не видна земному наблюда­телю.

В фазе первой четверти Луна находится в таком положении, что наблюдатель видит ее в виде поло­вины освещенного диска.

Во время полнолуния Луна находится в на­правлении, противоположном на­правлению на Солнце. Поэтому к Земле обращена вся освещенная сторона Луны и она видна в виде полного диска. После полнолуния видимая с Земли освещенная часть Луны постепенно уменьшается.

Когда Луна достигает фазы последней четверти, она снова видна в виде половины освещенного диска. В Северном полушарии в пер­вой четверти освещена правая половина диска Луны, а в послед­ней — левая.

В промежутке между новолунием и первой четвертью и в про­межутке между последней четвертью и новолунием к Земле обра­щена небольшая часть освещенной Луны, которая наблюдается в виде серпа. В промежутках между первой четвертью и полнолу­нием, полнолунием и последней четвертью Луна видна в виде ущербленного диска.

Полный цикл смены лунных фаз происходит в течение строго определенного периода времени. Его называют периодом фаз. Он равен синодическому месяцу, т. е. 29,53 сут.

Промежуток времени между основными фазами Луны равен примерно 7 сут. Количество дней, прошедших с момента новолу­ния, принято называть возрастом Луны. С изменением возраста изменяются и точки восхода и захода Луны.

Движение Луны вокруг Земли является причиной лунных и солнечных затмений — затмения происходят только тогда, когда Солнце и Луна одновременно располагаются вблизи узлов лунной орбиты. Солнечное затмение происходит, когда Луна находится ме­жду Солнцем и Землей, т. е. в период новолуния, а лунное — когда Земля находится между Солнцем и Луной, т. е. в период полно­луния.

Какой возраст Луны

Единственный естественный спутник нашей планеты с античных времен привлекал к себе внимание астрономов, физиков, математиков и философов. Одни бились над вопросом о природе ее происхождения, других интересовала способность лунного диска оказывать влияние на земную жизнь. Но даже теперь, когда человеку удалось ступить на поверхность этого небесного объекта и исследовать его атмосферу, вопрос о том, сколько лет Луне, остается для науки открытым.

Теории формирования Луны

Авторство первой научной версии рождения космического спутника Земли приписывают британцу Дж. Говарду Дарвину. В 1878 г. он выдвинул теорию, согласно которой будущая Луна отделилась когда-то от нашей планеты под действием центробежных сил в виде сгустка магмы.

Благодаря появившимся позже альтернативным гипотезам к началу XXI в. наука располагала несколькими вариантами возможного развития событий:

1. Миллиарды лет назад планета Земля столкнулась с неким небесным телом Теей. В результате удара и мощного всплеска энергии из расплавленной материи 2 космических объектов возникло облако. Частично в результате сгущения оно превратилось в Луну. А его остатки осели на поверхности Земли.
2. Когда-то Луна была единым целым с нашей планетой. Однако после того, как в космосе произошло столкновение Земли с неизвестным объектом, от нее, вероятней всего, откололся крупный кусок. Из этого осколка позже и сформировалась Луна.
3. Будущий спутник Земли изначально существовал как самостоятельное небесное тело, пока однажды, пролетая мимо Земли, не оказался захвачен ее гравитационным полем.
4. Луна образовалась из легкого кольца того же протопланетного облака, что и Земля. Таким образом, по времени своего рождения обе они практически являются ровесницами.

Любая из этих гипотез считается небезупречной и порождает многолетние дискуссии в среде профессионалов. Не стоит удивляться, что при таком разнообразии суждений установить точный возраст «царицы ночи» достаточно сложно.

История наблюдений за спутником Земли

Первые детальные исследования Луны с помощью своей «зрительной трубы» начал проводить еще Галилео Галилей. Уже тогда, в начале XVII в., итальянскому физику, математику, философу, механику и астроному удалось разглядеть на ее поверхности гористый рельеф, низменности и кратеры.

Позже на основе полученных данных учеными Европы не раз предпринимались попытки создать наиболее полный и подробный атлас поверхности Луны. И одним из важнейших исследовательских методов в этой области стала изобретенная в 1840-х гг. фотография.

Новую страницу в изучении Луны открыла эпоха освоения космоса. В начале 1959 г. первый космический аппарат «Луна-1», созданный в СССР, передал данные о химическом составе окололунного пространства. А запущенной чуть позже станции «Луна-3» удалось сфотографировать основную часть обратной стороны спутника Земли. Недостающие участки 6 лет спустя запечатлел более совершенный «Зонд-2». Эти данные позволили составить первую полную карту невидимой части Луны.

Параллельно с советскими учеными свои исследования вели американцы. После того как в сентябре 1968 г. советский «Зонд-5», в котором находились живые степные черепахи, облетел Луну, первый полет вокруг спутника Земли, но уже с людьми на борту, совершил американский космический корабль «Аполлон-8».

Астронавты США стали первыми представителями землян, ступившими на лунную поверхность. Произошло это в 1969 г. А уже в 1970-м созданная советскими инженерами первая дистанционно управляемая транспортная платформа «Луноход-1» приступила к исследованию особенностей лунной поверхности.

Современное изучение Луны

Интенсивная исследовательская работа российских и американских специалистов в 1970-80-х г. прошлого столетия на рубеже веков сменилась продолжительным затишьем. К «лунной гонке» в это время начали подключаться новые действующие лица.

В 1990-х гг. в космические исследования свою лепту внесла Япония. Запущенный ею искусственный спутник Hiten занялся изучением гравитационного поля Луны.

Ближе к концу первого десятилетия XXI в. к работе присоединились Китай и Индия. В 2019 г. китайский луноход «Чанъэ-4» впервые совершил мягкую посадку на обратной стороне спутника Земли.

Однако таких масштабных исследовательских проектов, какие осуществлялись когда-то в рамках государственных программ СССР и США, в ближайшее время не предвидится.

Зато попытки установить наиболее точный возраст Луны в последнее десятилетие активно предпринимаются геофизиками.

Основываясь на данных научного и химического анализов, в 2011 г. ученые пришли к выводу о том, что ее рождение произошло 4,36 млрд лет назад. Три года спустя цифра эта выросла до 4,47 млрд лет.

А не так давно, в 2017 г., мир облетела весть о выводах, к которым пришли специалисты Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Исследуя лунный грунт, собранный астронавтами миссии «Аполлон-14», они прибегли к методу уран-свинцового датирования содержавшихся в реголите кристаллов циркона. Так было установлено, что возраст Луны равен 4,51 млрд лет.

Что ж, наука не стоит на месте. Возможно, через некоторое время она сможет дать еще более точный ответ на вопрос о возрасте загадочного спутника Земли. А пока исследования продолжаются.

Источники:

http://hi-news.ru/space/8-faktov-o-lune-kotorye-vy-mogli-ne-znat.html

http://starcatalog.ru/osnovyi-astronomii/vidimoe-dvizhenie-i-fazyi-lunyi.html

Какой возраст Луны