Будущее Луны
Луна — это первое космическое тело после Марса, которое претендует на первоочередную колонизацию человеком. В некотором смысле Луна уже освоена — СССР и США оставили на спутнике государственные регалии, а орбитальные радиотелескопы прячутся за обратной стороной Луны от Земли, генератора множества помех в эфире. Однако что ждет наш спутник в будущем?
Главный процесс, о котором уже не раз упоминалось в статье — это отдаление Луны за счет приливного ускорения. Оно происходит достаточно медленно — спутник улетает не больше чем на 0,5 сантиметра в год
Однако важно тут совершенно другое. Дистанцируясь от Земли, Луна замедляет ее вращение
Рано или поздно может наступить момент, когда сутки на Земле будут длиться столько же, сколько лунный месяц — 29–30 дней.
Столкновение Луны и Земли в представлении художника
Однако у удаления Луны будет свой предел. После его достижения, Луна начнет витками приближаться к Земле — причем куда быстрее, чем отдалялась. Полностью врезаться ей, однако, не удастся. За 12–20 тысяч километров от Земли начинается ее полость Роша — гравитационный предел, при котором спутник какой-либо планеты может сохранять твердую форму. Поэтому Луна на подлете будет разорвана на миллионы маленьких фрагментов. Часть из них упадет на Землю, устроив бомбардировку в тысячи раз мощнее ядерной, а остальные образуют вокруг планеты кольцо наподобие кольца Сатурна. Однако оно будет не таким ярким — кольца газовых гигантов состоят изо льда, который в разы ярче темных пород Луны — их не всегда будет видно на небе. Кольцо Земли создаст проблему астрономам будущего — если, конечно, к тому времени на планете кто-либо останется.
Колонизация Луны
Однако все это произойдет через миллиарды лет. А до тех пор человечество рассматривает Луну как первый потенциальный объект для космической колонизации. Однако что именно подразумевается под «освоением Луны»? Сейчас мы вместе просмотрим ближайшие перспективы.
Многие представляют колонизацию космоса подобно колонизации Земли времен Нового Века — поиск ценных ресурсов, их добыча, а затем доставка обратно домой. Однако это неприменимо к космосу — в ближайшие пару сотен лет доставка килограмма золота даже с ближайшего астероида будет обходиться дороже, чем его добыча из самых сложных и опасных для работы шахт. Также Луна вряд ли выступит «дачным сектором Земли» в ближайшем будущем — хотя там и есть большие месторождения ценных ресурсов, там будет тяжело выращивать еду.
Лунная база в представлении художника
Зато наш спутник вполне может стать базой для дальнейшего освоения космоса в перспективных направлениях — например, того же Марса. Главная проблема космонавтики на сегодняшний день — это ограничения по весу космических аппаратов. Для запуска приходится строить монструозные конструкции, которым нужны тонны топлива — ведь нужно преодолеть не только притяжение Земли, но и атмосферу! А если это межпланетный корабль, то нужно его еще и заправить. Это серьезно стесняет конструкторов, принуждая их предпочитать экономность функциональности.
Луна подходит для стартовой площадки космических кораблей куда лучше. Отсутствие атмосферы и низкая скорость для преодоления притяжения Луны — 2,38 км/c против 11,2 км/с Земли — делают запуски намного проще. А залежи полезных ископаемых спутника позволяют сэкономить на весе топлива — камне на шее космонавтики, который занимает значительную долю массы любого аппарата. Если развернуть производство ракетного топлива на Луне, можно будет запускать большие и сложные космические корабли, собранные с деталей, доставленных с Земли. Да и сборка на Луне будет куда проще, чем на околоземной орбите — и намного надежнее.
Проект жилого модуля на Луне. Смотреть в полном размере.
Существующие на сегодняшний день технологии позволяют если не полностью, то частично осуществить этот проект. Однако любые шаги в эту сторону требуют риска. Вложение громадных денег потребуют исследования на предмет нужных ископаемых, а также разработка, доставка и тестирование модулей будущих лунных баз. А одна предполагаемая стоимость запуска даже первоначальных элементов способна разорить целую сверхдержаву!
Поэтому колонизация Луны — это предмет не столько работы ученых и инженеров, сколько людей всего мира для достижения столь ценного единства. Ибо в единстве человечества кроется истинная сила Земли.
Луна влияет на нас
Луна оказывает значительное влияние на нашу планету. Она определяет биологические ритмы живых существ и стабилизирует климат. И вообще делает Землю более пригодной для жизни. Некоторые животные используют лунный свет, чтобы охотиться ночью. Птицы используют Луну для миграции и навигации. И хотя ученые до конца не уверены, как именно кораллы выбирают время для нереста, который происходит один раз в год, они знают, что это всегда происходит сразу после полнолуния.
Некоторые люди утверждают, что Луна может влиять на настроение человека. Она может свести его с ума. И даже заставить совершить убийство или самоубийство. Однако наука говорит, что это маловероятно. Тем не менее исследование, проведенное в 2013 году, показало, что участникам требовалось на целых пять минут больше, чтобы уснуть в полнолуние. Но и уснув, они ощущали влияние полной Луны. Потому что фаза глубокого сна у них была очень короткой.
Итак, мы понимаем, что Луна действительно оказывает большое влияние на жизнь на Земле. Но что произойдет, если она приблизится к нашей планете? Или даже столкнется с Землей?
Стоп. Не надо бежать Пятерочку, и скупать туалетную бумагу и гречку. Потому что есть хорошие новости. Луна, на самом деле, удаляется от Земли со скоростью 3,8 сантиметра в год. Плохая новость, однако, тоже есть. И она заключается в том, что если Вы каким-то образом переместитесь на 65 миллиардов лет вперед, есть шанс, что Луна действительно может изменить курс и направиться к Земле. И снова хорошие новости. Ни Вас, ни кого-либо из ваших знакомых скорее всего уже не будет на этой планете.
Как же тогда Луна попала сюда?
После программы «Аполлон» НАСА отправила два зонда «Вояджер» для посещения внешних планет, намереваясь, наряду с другими научными целями, изучить их спутники. Это должно было помочь выяснить, откуда взялась наша Луна. Несмотря на все, что ученые уже знали об уникальности Луны и неожиданные данные миссии «Аполлон», они все еще предполагали, что Луна должна иметь похожий сценарий происхождения, что и другие спутники в Солнечной системе. Таким образом, если бы ученые смогли выяснить, откуда появились основные спутники других планет, они смогли бы сделать выводы о происхождении Луны.
За этими теориями стоит эволюционное предположение, что Солнечная система сформировалась 4,6 миллиарда лет назад, когда облако газа и пыли сжалось под действием собственной гравитации. Большая часть материала предположительно упала в центр, в конечном итоге сформировав Солнце. Тем временем оставшийся материал сплющился в диск, в котором начали собираться мелкие частицы. Со временем эти маленькие частицы объединялись между собой. Гравитация притягивала все больше обломков, пока некоторые не стали достаточно большими, образовав планеты.
Так откуда же взялись спутники? Исследователи предлагают две возможности. Некоторые частицы, которые не падали непосредственно на планеты, могли вращаться вокруг них по мере их образования, в конечном итоге образуя планетные спутники. Другие частицы, которые не смогли присоединиться к какой-либо планете, по-видимому, стали астероидами и кометами. Позже (или так гласит теория) планеты захватили некоторые из этих астероидов, и те стали спутниками, обычно с очень эллиптическими орбитами.
Но ни один из этих сценариев не подходит нашей Луне! У Луны нет высокоэллиптической орбиты, поэтому она не могла быть захвачена. Но данные также не соответствует версии, согласно которой спутники предположительно образовались на орбите одновременно с планетами. В этому случае спутники должны вращаться вокруг экватора планеты, но Луна этого не делает. Оба этих сценария полностью проваливаются.
В результате теоретики попытались объяснить ситуацию всевозможными частными случаями. В течение некоторого времени общепринятым считалось, что другое тело размером с Марс столкнулось с Землей вскоре после ее образования. Скользящий удар предположительно выбросил обломки на орбиту, из которых позже образовалась Луна. Но даже этот маловероятный сценарий не смог объяснить четкие различия в составе Земли и Луны. Для решения данной проблемы ученые недавно предложили серию крупных ударов тел с разным материальным составом вместо одного удара.
По иронии судьбы, эти эволюционные теории требуют необыкновенных событий. Астрономы-натуралисты считают, что в Земле нет ничего необычного, и стремятся это доказать. И все же они не могут найти простой и ясной версии происхождения Земли и ее спутника. Поэтому, чтобы объяснить уникальную орбиту Луны, они придумывают все более необычные сценарии, которые не доказаны или не подтверждены данными из других частей Солнечной системы.
Сколько особых обстоятельств допускается для теории, прежде чем признать ее провал? Сколько совпадений нужно связать воедино, прежде чем разумный ученый признает, что сотворение — лучшее объяснение, чем случайность?
Солнце и живая природа
Большинству растений и животных солнечный свет жизненно необходим. В частности, листья растений содержат особый пигмент – хлорофилл, который и придаёт им зелёный цвет. С помощью хлорофилла происходит реакция фотосинтеза, конечным продуктом которой является кислород, необходимый для дыхания всем живым организмам. Для осуществления реакции нужна энергия, которую и обеспечивает солнечный свет. Ещё одним продуктом реакции фотосинтеза
является глюкоза – органическое соединение, необходимое для синтеза целлюлозы, которая входит в состав клеток растений. Таким образом, растения используют солнечную энергию не только для выработки кислорода, но и для получения веществ, необходимых для дальнейшего роста.
Растения поглощают не так уж много энергии, лишь 0,3% от всего излучения, падающего на поверхность планеты. Но даже этой скромной цифры хватает для производства огромного количества органического вещества. В процессе своего роста, растения накапливают полезные вещества, которые извлекают из почвы. А сами они, в свою очередь, являются пищей для животных и людей. В той или иной мере, солнечная энергия достаётся всем жителям Земли.
Ещё один важный момент – смена дня и ночи. Большинство животных и людей бодрствуют и ведут свою деятельность в светлое время суток, а засыпают с приходом темноты. Конечно, есть исключения, но они в меньшинстве. Длительность солнечного дня и интенсивность света тоже оказывает определённое влияние за жизнедеятельность организмов. Зимой, когда день короткий, растения сбрасывают листья, а животные либо серьёзно сокращают свою активность, либо впадают в спячку. Ближе к экватору и в тропиках, где распределение солнечного света равномерное, такой картины не наблюдается.
Не будет преувеличением сказать, что Солнце – источник жизни на земле. Благодаря его свету планета обеспечена кислородом и всеми необходимыми для жизнедеятельности условиями.
Солнце и природа
Смена лунных фаз
В разных положениях Солнца, Земли и Луны относительно друг друга светлую часть нашего спутника мы видим по-разному.
Части, освещенные светом центральной звезды, называются лунными фазами, это:
- новолуние;
- первая четверть;
- полнолуние;
- последняя четверть.
Иногда выделяют 2 промежуточные фазы: растущую (молодую) и убывающую (стареющую) луну.
Во время новолуния спутник земному наблюдателю не виден, потому что находится между планетой и Солнцем, и к планете обращена его темная сторона, не освещенная звездой. Некоторое свечение лунного диска в этот период все же можно заметить, оно имеет характерный пепельный оттенок, который небесному телу придает солнечный свет, отраженный от Земли.
Через два дня наступает фаза растущей луны, или неомения — это первое после новолуния появление объекта на небе, когда он имеет вид узкого серпа. С каждым днем он увеличивается в размерах и через 7 суток принимает вид полукруга, появляющегося вскоре после заката на западе или юго-западе.
Относительно светила Луна в этой фазе расположена на 90° в восточном направлении, ее видно только вечером и в первой половине ночи.
Через 2 недели после начала лунного цикла наступает полнолуние: Луна расположена в противостоянии с нашей звездой, в сторону Земли обращено все ее освещенное полушарие. Она восходит в момент захода солнца, видна всю ночь и заходит на рассвете.
Фазы лунного цикла. Credit: lunium. ru
Еще через неделю начинается фаза последней четверти: спутник имеет вид полукруга, видимого в восточной части неба во второй половине ночи и перед восходом.
Он будет постепенно уменьшаться в размерах и в последние дни примет вид тонкой буквы «С».
Все указанное справедливо для наблюдения из северного полушария Земли. В южном полушарии положения серпа и полукруга противоположные: букву «С» напоминает не убывающий, а растущий месяц.
Совсем иной вид спутник в разных фазах имеет на экваторе, там положение его освещенной части не вертикальное, а горизонтальное. Например, стареющая луна имеет вид узкой лодки, расположенной в нижней половине диска.
Для расчетов принята продолжительность каждой из 4 основных лунных фаз в 7,38 земных дней, но их фактическая длительность постоянно немного меняется из-за вытянутости орбиты спутника и непостоянства его орбитальной скорости.
Такое наименование обусловлено не изменением оттенка земного спутника, а происхождением из английского фразеологизма «Однажды при голубой луне», смысл которого можно трактовать как «После дождичка в четверг», т. е. никогда. Голубой цвет сателлит может принимать, но это явление крайне редкое и объясняется оптическим эффектом.
Взаимосвязь воды на Земле и Луны
Вода – источник жизни на Земле, и Луна оказывает на все источники сильнейшее влияние. Так, приливы и отливы связаны с переменой лунных фаз. Как известно, человеческий организм на 70% (в среднем) состоит из жидкостей, которые также реагируют на Луну. Спутник Земли как бы притягивает воды к себе, однако заметнее всего это в морях и океанах. Уровень воды поднимается и опускается дважды в сутки, совершая своего рода колебания. Такое явление возможно благодаря пластичности жидкостей, которая как бы тянется ввысь.
Такие явления называются приливами и отливами, и их выраженность зависит от степени приближенности ночного светила к Земле. Наибольшую силу эти явления набирают в период новолуний и полнолуний, становясь все более заметными. Древние люди научились подмечать эти закономерности, от которых могла зависеть удачная рыбалка или даже человеческая жизнь, ведь внезапный сильный прилив может скрыть берег.
В век прогресса были изобретены приливные гидроэлектростанции, позволяющие получать электроэнергию, совершенно не нанося ущерба окружающей среде. Такие гидроэлектростанции располагаются вблизи источников наибольших приливов – морей и океанов. Конечно, помимо ночного светила, на колебание уровня воды оказывает влияние и Солнце. Особенно сильные приливы происходят в те дни, когда Солнце и Луна как бы выстроены в ряд по отношению к Земле, увеличивая силу притяжения воды вдвое.
Все эти процессы возможны благодаря силе притяжения между Землей и ее спутником. В момент приближения спутника к нашей планете, жидкости подымаются «буграми» там, где Луна ближе всего к Земле, а также с противоположной стороны. Такое явление как прилив и отлив происходит каждые 24 часа и 50 минут.
Спутник нашей планеты
Луна — это естественный спутник Земли, диаметр которого составляет почти 3,5 тыс. км, а длина по экватору – около 11 тыс. км (по площади она меньше нашей планеты в три с половиной раза). Находится Селена от Земли на расстоянии в 385 тыс. км, а потому после Солнца считается вторым по яркости объектом на небосводе. По подсчётам учёных, возраст спутника составляет не менее четырёх миллиардов лет.
Существует множество версий, как именно у нашей планеты появился спутник. Одна из них гласит о том, что Земля и Луна были сформированы одновременно. Другая выдвигает предположение о том, что Селена образовалась на большом расстоянии от нашей планеты, и пролетая неподалёку, оказалась в зоне действия гравитации Земли и не смогла «вырваться».
Недавно на основе данных, полученных при анализе образцов лунного грунта, учёные выдвинули новую теорию, которая на данный момент принята в качестве основной. Речь идёт о гигантском столкновении, когда более 4 млрд. лет назад протопланета Земля (крупный планетарный зародыш) натолкнулась на протопланету Тейю, причём столкновение произошло не по центру, а по касательной.
Больше пострадала Тейя, которая выбросила на земную орбиту основную часть своих составляющих элементов, тогда как Земля выделила лишь небольшую долю земной мантии. Объединившись, эти вещества сформировали зародыш Луны. Стоит заметить, что наша планета после столкновения с Тейей на пять часов увеличила скорость своего вращения, изменив угол оси.
Состав и поверхность
Луна повторяет Землю и также располагает внутренним и внешним ядром, мантией и корой. Ядро – сплошная железная сфера, простирающаяся на 240 км. Вокруг нее сосредоточено внешнее ядро из жидкого железа (300 км).
Далее идет наполовину расплавленный слой (500 км). Полагают, что он сформировался из-за кристаллизации глобального океана магмы 4.5 млрд. лет назад. Этот процесс создал мантию с магнием и железом.
Также в мантии можно обнаружить магматические породы, где железа больше чем у нас. Кора простирается на 50 км. Ядро охватывает всего 20% от всего объекта и вмещает не только металлическое железо, но и небольшие примеси серы и никеля. Можете увидеть, как выглядит строение Луны на схеме.
Внутреннее строение Луны
Ученым удалось подтвердить наличие на спутнике воды, большая часть которой сосредоточена на полюсах в затененных кратерных формированиях и подповерхностных водохранилищах. Думают, что она появилась из-за контакта спутника с солнечным ветром.
Лунная геология расходится с земной. Спутник лишен плотного атмосферного слоя, поэтому на нем нет погоды и ветровой эрозии. Небольшой размер и низкая гравитация приводят к быстрому охлаждению и отсутствию тектонической активности. Можно отметить огромное количество кратеров и вулканов. Повсюду хребты, морщины, нагорья и впадины.
Сильнее всего замечается контраст между яркими и темными территориями. Первые именуют лунными возвышенностями, а вот темные – моря. Нагорья сформировались магматическими породами, представленными полевым шпатом и следами магния, пироксена, железа, оливина, магнетита и ильменита.
Камера LROC отобразила лунную территорию Южного полюса с протяжностью в 600 км
Базальтовая порода легла в основу морей. Часто эти участки совпадают с низинами. Можно отметить каналы. Они бывают дугообразными и линейными. Это лавовые трубы, охлажденные и разрушенные с момента вулканической спячки.
Интересная особенность – лунные купола, созданные выбросом лавы в вентиляционные отверстия. Они обладают пологими склонами, и диаметром в 8-12 км. Морщины появились из-за сжатия тектонических плит. Большинство встречается на территории морей.
Борозда Ариадеус, запечатленная миссией Аполлон-10. Темная территория справа сверху – половина кратера Босковича
Примечательная особенность нашего спутника – ударные кратеры, формирующиеся при падении крупных космических камней. Кинетическая ударная энергия формирует ударную волну, приводящую к депрессии, из-за чего вырывается много материала.
Кратеры простираются от небольших ям до 2500 км и глубины 13 км (Айткен). Самые крупные появились в ранней истории, после чего начали уменьшаться. Можно отыскать примерно 300000 углублений с шириной в 1 км.
Кроме того, интерес представляет лунная почва. Она сформировалась из-за ударов астероидов и комет миллиарды лет назад. Камни раскрошились в мелкую пыль, которая покрыла всю поверхность.
Снимок исторического следа от ботинка, оставленного астронавтами Аполлона-11
Химический состав реголита отличается в зависимости от позиции. Если в горах много алюминия и двуокиси кремния, то моря способны похвастаться железом и магнием. Геологию исследовали не только телескопическими наблюдениями, но и анализом образцов.
Изучение
Космическая эпоха лунных исследований позволила ближе взглянуть на соседа. Холодная война между СССР и США стала причиной того, что все технологии развивались быстро, а Луна стала главной целью исследований. Началось все с запусков аппаратов, а закончилось человеческими миссиями.
Советский космический зонд Луна-1
В 1958 году стартовала советская программа «Луна», где первые три зонда разбились об поверхность. Но уже через год страна успешно доставляет 15 аппаратов и добывает первые сведения (информация о гравитации и снимки поверхности). Образцы доставили миссиями 16, 20 и 24.
Среди моделей были и инновационные: Луна-17 и Луна-21. Но советскую программу закрыли и зонды ограничились лишь съемкой поверхности.
В НАСА запуск зондов стартовал в 60-х гг. В 1961-1965-х гг. действовала программа Рейнджер, которая создавала карту лунного ландшафта. Далее в 1966-1968-х гг. высаживали роверы.
В 1969 году случилось настоящее чудо, когда астронавт Аполлона-11 Нил Армстронг сделал первый шаг на спутнике и стал первым человеком на Луне. Это была кульминация для миссии Аполлон, которая изначально нацеливалась на человеческий полет.
На миссиях Аполлон-11-17 побывало 13 астронавтов. Они сумели добыть 380 кг породы. Также все участники занимались различными исследованиями. После этого наступило длительное затишье. В 1990-м году Япония стала третье страной, которой удалось установить свой зонд над лунной орбитой.
В 1994 году США отправляют корабль Климентину, который занимался созданием масштабной топографической карты. В 1998 году разведчик сумел отыскать ледяные залежи в кратерах.
Посадочная площадка Чаньэ-3 и лунная поверхность
В 2000-м году многие страны загорелись желанием исследовать спутник. ЕКА отправили корабль SMART-1, который впервые детально проанализировал химический состав в 2004 году. Китай запустил программу Чаньэ. Первый зонд прибыл в 2007 году и пробыл на орбите 16 месяцев. Второй аппарат сумел запечатлеть также прилет астероида 4179 Тутатис (декабрь 2012 года). Чаньэ-3 в 2013 году спустил на поверхность ровер.
В 2009 году на орбиту вышел японский зонд Кагуя, изучающий геофизику и создавший два полноценных видео-обзора. С 2008-2009 года на орбите вращалась первая миссия от индийской ISRO Чандраян. Они смогли создать химическую, минералогическую и фотогеологическую карты в высоком разрешении.
НАСА в 2009 году использовали аппарат LRO и спутник LCROSS. Внутреннюю структуру рассматривали еще два дополнительных ровера НАСА, запущенные в 2012 году.
Договор между странами гласит, что спутник остается общим владением, поэтому все страны могут запускать туда миссии. Китай активно готовит проект по колонизации и уже тестирует свои модели на людях, которых закрывают на длительное время в специальные купола. Не отстает и Америка, которая также намерена заселить Луну.
Что такое Луна?
Первое, с чем предстоит разобраться — чем же является наш спутник? Ответ неожиданный: хотя Луна и считается спутником, технически она является такой же полноценной планетой, как и Земля. У нее большие размеры — 3476 километров в поперечнике на экваторе — и масса в 7,347×1022 килограмм; Луна лишь немногим уступает Меркурию, самой маленькой планете Солнечной Системы. Все это делает ее полноценным участником гравитационной системы Луна-Земля.
Схема связи между Землей и Луной
Известен и другой такой тандем в Солнечной системе, Плутон и Харон. Хотя вся масса нашего спутника составляет чуть больше сотой части массы Земли, Луна не обращается вокруг самой Земли — у них есть общий центр массы. А близость к нам спутника порождает еще один интересный эффект, приливный захват. Из-за него Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной.
Более того, изнутри Луна устроена как полноценная планета — у нее есть кора, мантия и даже ядро, а в далеком прошлом на ней существовали вулканы. Однако от древних ландшафтов уже ничего не осталось — на протяжении четырех с половиной миллиардов лет истории Луны на нее падали миллионы тонн метеоритов и астероидов, которые избороздили ее, оставив кратеры. Некоторые удары были настолько сильны, что прорвали ее кору вплоть до самой мантии. Котлованы от таких столкновений образовали лунные моря, темные пятна на Луне, которые легко различимы с Земли. Более того, они присутствуют исключительно на видимой стороне. Почему? Об этом мы расскажем дальше.
Среди космических тел, Луна влияет на Землю сильнее всего — кроме, разве, Солнца. Лунные приливы, которые регулярно поднимают уровень воды в мировом океане — наиболее очевидное, но не самое сильное воздействие спутника. Так, постепенно отдаляясь от Земли, Луна замедляет вращение планеты — солнечный день вырос из первоначальных 5 до современных 24-х часов. А еще спутник служит естественным барьером против сотен метеоритов и астероидов, перехватывая их на подлете к Земле.
Как происходят приливы и отливы
И вне сомнения, Луна — это лакомый объект для астрономов: как любителей, так и профессионалов. Хотя расстояние до Луны измерено с точностью до метра с помощью лазерных технологий, а образцы грунта с нее неоднократно привозили на Землю, там все еще остается место для открытий. Например, ученые охотятся за лунными аномалиями — таинственными вспышками и сияниями на поверхности Луны, не всем из которых находится объяснение. Оказывается, наш спутник скрывает гораздо больше, чем видно на поверхности — давайте же разберемся в тайнах Луны вместе!
