Сонячна система

Середня відстань від Землі          384 400 км.

Екваторіальний діаметр   3476 км.

Період обертання            27,3 діб

Період звернення ( сидеричний ) 27,3 діб

Синодичний період звернення     29.5 діб

Температура на поверхні від -1700 C до +1300 C

Маса (Земля=1)  0.0123

Середня щільність речовини (вода=1)    3,34

Сила тягаря на поверхні (Земля=1)         0.1653

К-ть супутників    0

 

Система Земля-Місяць унікальна. І не лише тому що це батьківщина людства. Серед планет земної групи ще лише Марс має двох маленьких супутників, ймовірно, захоплених з поясу астероїдів, а по по співвідношенню размера/массы планети і супутника лише Харон і Плутон випереджають Місяць і Землю. Місяць - єдиний природний супутник Сонячної системи, який притягується Сонцем сильніше (у 2 рази), ніж "своєю" планетою. Якщо бути точними, то, швидше, Земля спотворює дорогу Місяця довкола Сонця, ніж навпаки, тому інколи Землю і  Луну  називають подвійною планетою.

Місяць обертається довкола Землі. При різних  положеннях  відносно  один одного Сонця, Землі і Місяця ми по-різному бачимо  освітлений диск нашого  супутника. Частина освітленого диска називається фазою Місяця. Прийнято виділяти  особливо фази молодика (диск повністю темний),  першої  чверті(зростаючий  місячний серп виглядає у формі  напівдиска), повного місяця  (диск  освітлений  повністю)  і останньої чверті (освітлено знов рівно півдиска, лише з іншого боку, ніж у фазі першої чверті). Період  повної  зміни  всіх місячних фаз від молодика до молодика називається синодичним періодом  звернення Місяця або синодичним місяцем, який дорівнює приблизно 29,5 дням. Саме за цей час Місяць встигає пройти по своїй орбіті таку дорогу, що двічі встигає пройти через одну і ту ж фазу. Повний оберт Місяця довкола Землі відносно зірок називається сидеричним  періодом звернення або сидеричним місяцем, він триває  27,3  дня.  Сидеричний і синодичний місяць не збігаються тому, що Земля  і Місяць рухаються довкола Сонця, і для повторення одного  і  того  ж  взаємного розташування Місяця, Землі і Сонця Луне необхідно  пройти  по  своїй  орбіті трохи більше одного витка довкола Землі. Це все неважко собі  точніше  прояснити, зробивши просте креслення, в якому потрібно врахувати,  що  Місяць  рухається довкола Землі в тому ж напрямі, що і Земля довкола Сонця.

Обертання Місяця довкола Землі виявляється не лише у видимій зміні фаз. Місяць швидко переміщається на тлі зірок, в день зразковий на 12,5°. Кожен новий день наш супутник з'являється над горизонтом на 49 хвилин пізніше. Через це в молодика Місяць досягає верхньої кульмінації опівдні, у фазі першої чверті - в 6 вечорів, в повний місяць - опівночі, а серп останньої чверті - в 6 ранку. Зростаючий молодий місячний серп ми бачимо незабаром після заходу денного світила на заході. Убуваючий старий місяць видно вранці, перед сходом Сонця на сході. При цьому місяць завжди  обернений опуклістю до Сонця.

Період обертання Місяця довкола осі дорівнює періоду її звернення довкола Землі, тому Місяць завжди поверненою до Землі однією стороною. Але земний спостерігач протягом місяця може побачити  59% площ місячної кулі із-за явища лібрації - похитування Місяця, що здається, викликаного її рухом по еліптичній орбіті ( ексцентриситет 0,055) і тим, що хоча місячна вісь обертання і складає з площиною екліптики майже прямий кут в 88,5 градуса, проте Місяць рухається не в площині орбіти Землі (екліптики), а під кутом - 5 градусів і 9 хвилин, тому в просторі вона може розташовуватися то нижче, то вище за площину земної орбіти.

Фізичними причинами сьогоднішнього стану речей є приливні сили, або інакше кажучи гравітаційну дію Землі на Луну. Різні частини Землі по разному піддаються тяжінню Місяця: сторона, повернена до Місяця, - більшою мірою, зворотна сторона - в меншій, оскільки далі знаходиться від нашого супутника. В результаті, різні частини Землі прагнуть прийти в рух у напрямі Місяця з різними швидкостями. Поверхня, звернена до Луне, роздувається, центр Землі зміщується менше, а протилежна поверхня зовсім відстає, і з цього боку теж утворюється здуття  - із-за "відставання". Земна кора деформується неохоче, на суші приливних сил ми не помічаємо. А ось про зміну рівня моря, про приливи і відливи, чули всі. Вода піддається дії Місяця, утворюючи приливні горби на двох протилежних сторонах планети. Обертаючись, Земля "підставляє" Луне різні свої сторони, і приливний горб переміщається по поверхні. Такі деформації земної кори викликають внутрішнє тертя, яке гальмує обертання нашої планети. На Луне  подібний механізм працював набагато сильніше і тепер вона дивиться на нас лише одній стороною, а приливні хвилі більше не біжать по її поверхні.

Цікаво, що зворотний вплив земних приливних виступів на Луну викликає її поступове видалення від Землі. В період своєї юності Місяць була значно ближча до Землі, ніж зараз, і здійснювала зворот довкола Землі всього за декілька діб; у ту епоху морські приливи були набагато вищі нинішніх. За видалення від нас Місяця, через закон збереження моменту імпульсу, Земля платить поступовим уповільненням свого обертання. Розрахунки показують, що мільярд років назад земна доба була на 4 години коротше сучасних. Приблизно через 5 млрд років обертання Землі загальмується настільки, що вона здійснюватиме за рік всього 9 зворотів довкола своєї осі; до того моменту і Місяць, що віддалилася, здійснюватиме за рік 9 зворотів довкола Землі. Починаючи з того моменту і вже назавжди з Місяця буде видна лише одна половина земної кулі.

Навіть при погляді неозброєним оком на Луне виділяються області двох типів: світлі - материкові, займаючі 83% площ місячної кулі, і темні - морські( як вважали раніше), такі, що становлять 17%. Материки відрізняються вищою відбивною здатністю, оскільки складені відносно світлими породами типа анортозитів, наявністю значних нерівностей і безліччю кратерів різних розмірів і міри збереження валу. Морить - відносно рівні області, покриті лавовими потоками темних порід базальтового типа, з меншою кількістю кратерів. Таким чином, морить темнішим за материки не лише із-за того що розташовані нижчим за рівень материкової поверхні, але і із-за відмінності у складі порід і унаслідок іншої структури поверхні (морить гладше і тому слабкіше розсіюють світло).

Через приливну дію Землі на зворотному боці Місяця товщина кори складає сто кілометрів, а на видимій півкулі кора удвічі тонша. Тому виверження лав з місячних надр легше відбувалося на видимій півкулі і більшість вулканічних центрів Місяця (Морея) знаходяться на її видимій стороні. Згідно з сучасними даними на видимій півкулі моря займають площу 5 937 тис. кв. км., що складає 31% площ видимої півкулі, а на зворотній півкулі лише 474 тис. кв. км., тобто менше 3% (площа всієї поверхні Місяця - 38 млн. кв. км.). На зворотній півкулі переважають кратери і крупні утворення. Спочатку їх називали талассоидами, тобто мореподобными, а останнім часом для них використовують термін басейн.

Крупні басейни зворотної сторони є антиподами Морея видимої сторони. Теоретично такий розподіл не відрізняється від випадкового але цікаво, що відомий астроном З. Копал передбачав наявність антиподів на Луне. У своїй популярній книзі "Місяць - наш найближчий небесний сусід", виданою у нас в 1963 г, він писав, що оскільки довжина кола місячної кулі складає лише 10 921 км. те поверхневі хвилі, що виникли в результаті удару метеорита, повинні зійтися зі всіх напрямів в діаметрально протилежних крапках...".

У хороший телескоп на дні Морея можна розглянути кратери куполу і гряди. вулканічного походження поперечником 5-7 км. і заввишки 200-400 м.. Ймовірно існувало, два піки тектонічної активності: 3,2. і 3,7 млрд років назад. В даний час вона надзвичайно низька. За 3 роки безперервних вимірів було зареєстровано лише 11 лунотрясений, пов'язаних з тектонікою. Проте багато спостерігачів помічали нестаціонарні явища в районі кратера Альфонс, а радянський учений Козирев зняв спектрограму цього кратера, на якій видно лінії газів, що виділяються з цього кратера. Доказом минулої тектонічної активності служить і знаменита Пряма Стіна в Морі Хмар: цей 125-кілометровий уступ заввишки 200-300 м, утворений при русі місячних плит. .

Навіть у невеликий бінокль на Луне видно кратери. Хоча переважна більшість кратерів на Луне виникли від ударів метеоритів і ядер комет, деякі з місячних кратерів все ж мають вулканічне походження. Як приклад вкажемо кратер Варгентін, по самі вінця заповнений лавою, розташований південніше за Море Вологості недалеко від крупного кратера Шиккард.  Місячна поверхня вся покрита кратерам різного розміру - від сотень  кілометрів до міліметрів. Вік більшості крупних місячних кратерів оцінюється в 1-3 млрд років  Кратери відрізняються не лише розмірами, але і мірою зруйнованості довколишнього валу: порівняно молоді кратери мають чітко виражений вал, а більш древні зруйнований вал. У більшості молодих кратерів на внутрішніх стінках валу є тераси, а на дні зустрічаються гори. На дні деяких кратерів можна бачити тріщини або ланцюжки з дрібних кратерів. В наймолодших кратерів поперечником в десятки кілометрів при прямовисно падаючих променях Сонця (у повний місяць) можна бачити світлі смуги, що радіально розходяться, тягнуться на сотні, а інколи і тисячі кілометрів. Прикладами таких кратерів є Тихо, Коперник та інші.

Особливий інтерес представляє гігантська ударна структура діаметром 2500 км. на зворотному боці Місяця. Вперше її відмітили на знімках, доставлених на Землю радянською автоматичною станцією "Зонд-6" в 1968 р. Тоді наші учені запропонували назвати цю область Морем Південно-західне, але що є у той час даних було недостатньо, аби надійно визначити її будову. Завдяки американському зонду "Клементина" тепер стало ясно, що це найзначніша освіта на нашому природному супутнику. Його вже встигли охрестити "басейн Південний Полюс - Ейткен", оскільки центр цієї області лежить між кратером Ейткен і південним полюсом Місяця. Глибина цього гігантського басейну складає близько 12 км. Якщо врахувати його розміри, то виявиться, що на сьогоднішній день це найбільше зі всіх відомих нам ударних утворень в Сонячній системі. Представте - його діаметр перевищує 2/3 діаметру Місяця! Зіткнення нашого природного супутника з тілом, породжувачем басейн Південний Полюс - Ейткен, сталося на найранішій стадії історії Місяця - близько 4 млрд. років назад. Швидше за все, тіло, що ударило в цьому місці, проникло на глибину в 120 км., досягнувши верхньої мантії. Будь це тіло ледве більше, Місяць могла б не пережити таку катастрофу і розколотися на безліч фрагментів.

Вивчення знімків гігантського басейну Південний Полюс - Ейткен показало наявність там речовини, багатої залізом і титаном. Мабуть, воно було викинуте на поверхню з місячних надр під час вибуху у момент падіння тіла, породжувача цей басейн. Тепер геологам, аби взнати склад місячних надр чотири мільярди років назад, досить буде уважне вивчити те, що знаходиться на поверхні цієї гігантської ударної освіти. Але найзначнішим відкриттям, безумовно, стало виявлення на Луне водяного льоду. Втім, для учених це не стало несподіванкою: : оскільки поблизу місячних полюсів Сонце не піднімається високо і тому не може освітити дно глибоких кратерів, там сповна могли б зберегтися поклади водяного льоду. Джерелом води можуть бути як ядра комет, що впали на Луну, так і надра самої Місяця. Буквальне перше ж зондування району Південного полюса показало, що інтенсивність і поляризація радіоМісяця від невеликої області між полюсом і кратером Амундсен різко відрізнялися від значень, характерних для звичайного місячного грунту, але виявилися близькі до даних для Гренландії і крижаних галилеевых супутників Юпітера.. На жаль, на полюсах Місяця немає суцільних снігових шапок, як в Антарктиді або на Марсе. У суміші місячного реголита з водяним льодом доля льоду складає всього 1-2% по масі.

Доставку місячного грунту на Землю з великим нетерпінням чекали не лише біологи і астрохіміки, але і геологи. Проте місячна мінералогія виявилася досить бідною: на Землі існує декілька тисяч мінералів, а на Луне їх доки відкрито не більше сотні. Втім, це легко пояснити: на Луне немає рідкої води і атмосфери, тому умови формування мінералів там значно менш всілякі, чим на Землі. Втім, приємний сюрприз геологам Місяць піднесла: при аналізі місячного грунту виявили декілька мінералів, що ніколи не зустрічалися на Землі. Особливо цікаво, що місячні частки заліза не жахаються дії земної атмосфери, тоді як виготовлені на Землі залізні вироби легко іржавіють. Виявилось, що місячне залізо не іржавіє (по-науковому, не піддається корозії) тому, що його поверхня довго опромінювалася іонами - частками сонячного вітру. Це відкриття має велике практичне значення, адже зараз кожна шоста мартенівська піч в світі працює на корозію. Зараз інженери, імітуючи місячні умови, вчаться опромінювати потоком іонів важливі металеві деталі, аби зробити їх стійкими до корозії.

Місячний грунт детально досліджений в лабораторіях найсучаснішими методами. Слідів життя не виявлено. Основні виявлені в нім хімічні елементи - це кисень, кремній, залізо, титан, магній, кальцій і алюміній. Виявилось, що темні місячні материки складені з базальтов - плагиоклаза, оливина, пироксена, ільменіту. Місячні морські базальты відрізняються від земних базальтов вищим вмістом FEO, а інколи і TiO2. Інші основні оксиди SiO2, MGO, CAO, і Al2O3 входять до складу місячних порід приблизно в тих же кількостях, що і до складу земних порід. У місячних базальтах знайдені благородні метали - срібло і золото, але їх вміст значно менший, ніж в земних базальтах. Дуже мало в місячних каменях і деяких інших металів, наприклад, индия і цинку. А грунт материкових районів Місяця складається з анортозитов, для яких характерний вище, ніж для базальтов, вміст оксидів алюмінію і кальцію і менша кількість оксидів заліза і титану.

Аналіз місячного пилу, що покриває поверхню Місяця шаром  завтовшки від декількох міліметрів до десятка сантиметрів. показав, що вміст легкого ізотопу  газу гелій-3 в мікронних місячних порошинках значно перевищує його вміст в земних породах. Це відкриття схвилювало учених: адже гелій-3 може служити прекрасним термоядерним паливом.

Цікаві результати дало вивчення місячних каменів під електронним мікроскопом, який дозволив розрізнити форму найдрібніших кристалів. На поверхні місячних зразків знайдені крихітні кратери мікронного розміру, що нагадують своєю формою крупні місячні кратери, такі як Тихо або Коперник. Мікрократери на місячних каменях утворюються від ударів швидких міжпланетних часток мікронного розміру, для яких нікчемна газова оболонка Місяця не служить перешкодою.

У Місяця практично відсутнє глобальне магнітне поле дипольної природи, але існують помітні локальні варіації магнітного поля. Околиці Моря Дощів на видимій стороні і центральна частина найкрупнішого басейну "Південні полюс-Эйткен" відрізняються підвищеною намагніченістю порід.

Оскільки маса Місяця відносно мала, атмосфери у неї практично немає. Гази вільно розсіюються в довколишньому космічному просторі. Тому поверхня Місяця освітлює прямими сонячними променями. Тіні від нерівностей рельєфу тут дуже глибокі і чорні, оскільки немає розсіяного світла. У літній полудень поблизу екватора поверхня розігрівається до +130° З, а в окремих місцях і вище, а вночі температура падає до -170° С. Бистроє охолодження поверхні спостерігається і під час затьмарень. Розріджена газова оболонка Місяця з водню, гелію, неон і аргон в десять трильйонів разів менше по щільності, чим наша атмосфера, але в тисячу разів більше, ніж кількість молекул газу в космічному вакуумі. В середньому, освітлена півкуля Місяця розсіює близько 1/10 падаючого випромінювання. Останні 9/10 сонячній енергії поглинаються породами поверхневого шару і перетворюються на тепло. Але теплопровідність місячної речовини вельми низька і тому істотно розігрівається лише самий верхній шар завтовшки близько 1 м. Нижче температура порід залишається майже постійною - 40 градусів.

Екіпажі "Аполлонов" і станції "Місяць" доставили на Землю зразки місячного грунту, здобуті з глибини до 2,5 м. А що знаходиться ще глибшим? Відповісти на це питання допомогли дослідження сейсмічної активності Місяця. Американські астронавти встановили на місячній поверхні сейсмодатчики, реєструючі нікчемні коливання грунту. Місяць стала другим об'єктом Сонячної системи після Землі, надра який були вивчені сейсмічними методами. Джерелом коливань служать удари метеоритів і лунотрясения, викликані приливним впливом Землі. За даними про швидкість поширення сейсмічних хвиль в надрах Місяця учені встановили, що вона має кору, мантію і ядро діаметром в декілька сотень кілометрів, що складається із заліза і сульфіду заліза.

Умовно місячні надра розділяють на п'ять зон. Сама верхня зона потужністю 60 км. на видимій стороні і більше 100 км. на зворотній ототожнюється з місячною корою, утвореною породами анортозитового складу. Друга зона - верхня мантія має потужність близько 250 км. Третя зона - середня мантія завтовшки близько 500 км. Тут знаходяться вогнища глубокофокусных лунотрясений. Передбачається, що морські базальты виникли унаслідок часткового плавлення речовини в середній мантії. Четверта зона - нижня мантія, речовина якої може знаходитися в розплавленому стані. Таким чином, на глибині близько 800 км. кінчається тверда оболонка - літосфера Місяця, нижче за яку розташовується астеносфера. Температура у верхній частині цього шару може доходити до 1500° С. На глибині 1400-1500 км. було виявлено різке зменшення швидкості подовжніх хвиль. Цей кордон відзначає початок п'ятої зони - місячного ядра. За даними КА "Місяцьр Проспектор" у Місяця є залізне ядро радіусом 300-400 км.

Астронавти виміряли також тепловий потік з надр Місяця, що виявився лише у декілька разів менше, ніж в Землі. Значить, місячні надра ще не встигли повністю остигнути. Оскільки Місяць значно менше Землі, тиск в її центрі складає 4 * 109 Па, що в 150 разів менше, ніж в центрі Землі. Значно нижче в центрі Місяця і температура: 1000-1500 До (тоді як в Землі 4000-5000 До). Дослідження руху штучних супутників Місяця показало, що на Луне існують гравітаційні аномалії, які виникають із-за наявності місцевих концентрацій маси (масконов). Найбільш крупні масконы створюють надлишок мас біля однієї стотисячної від маси Місяця. Мабуть, кордон кори і мантії в цих місцях найближче піднімається до поверхні а щільність речовини місячних надр повільно зростає з глибиною.