> > > Орбита на Луната
Лунна орбита– въртене на спътника около Земята. Проучете апогей, перигей и ексцентричност, разстояние до планетата, лунни цикли и фази със снимки и как ще се промени орбитата.
Хората винаги са гледали с наслада съседния спътник, който изглежда нещо божествено поради своята яркост. Луната се върти в орбитаоколо Земята от нейното създаване, така че първите хора също са го наблюдавали. Любопитството и еволюцията доведоха до компютрите и нашата способност да забелязваме модели на поведение.
Например, оста на въртене на Луната съвпада с орбиталната. По същество сателитът се намира в гравитационен блок, тоест винаги гледаме от едната страна (така възниква идеята за мистериозната далечна страна на Луната). Поради елипсовидната си траектория небесното тяло периодично изглежда по-голямо или по-малко.
Орбитални параметри на Луната
Средният лунен ексцентрицитет е 0,0549, което означава, че Луната не обикаля около Земята в перфектен кръг. Средното разстояние от Луната до Земята е 384 748 км. Но може да варира от 364397 км до 406748 км.
Това води до промяна в ъгловата скорост и наблюдавания размер. Във фаза на пълна луна и в позиция на перихелий (най-близко) я виждаме с 10% по-голяма и 30% по-ярка, отколкото в апогей (максимално разстояние).
Средният наклон на орбитата спрямо равнината на еклиптиката е 5,155°. Сидеричният и аксиалният период съвпадат - 27,3 дни. Това се нарича синхронно въртене. Ето защо се появи „тъмна страна“, която ние просто не виждаме.
Земята също обикаля около Слънцето, а Луната обикаля около Земята за 29,53 дни. Това е синодичен период, който преминава през фази.
Цикъл на лунна орбита
Лунният цикъл поражда фазите на Луната - видима промяна във външния вид на небесно тяло в небето поради промени в количеството осветеност. Когато звездата, планетата и сателитът се подредят, ъгълът между Луната и Слънцето е 0 градуса.
През този период лунната страна, обърната към Слънцето, получава най-много лъчи, докато страната, обърната към нас, е тъмна. Следва преминаването и ъгълът се увеличава. След Новолуние обектите се разделят на 90 градуса и вече виждаме друга картина. На диаграмата по-долу можете да проучите подробно как се формират лунните фази.
Ако са разположени в противоположни посоки, тогава ъгълът е 180 градуса. Лунният месец продължава 28 дни, през които спътникът „расте“ и „отслабва“.
На една четвърт Луната е по-малко от половината пълна и расте. След това идва преходът отвъд половината и той изчезва. Срещаме последната четвърт, където другата страна на диска вече е осветена.
Бъдещето на лунната орбита
Вече знаем, че спътникът постепенно се отдалечава в орбита от планетата (1-2 см на година). И това се отразява на факта, че с всеки век денят ни става с 1/500 от секундата по-дълъг. Тоест преди приблизително 620 милиона години Земята можеше да се похвали само с 21 часа.
Сега денят обхваща 24 часа, но Луната не спира да се опитва да избяга. Свикнали сме да имаме другар и е тъжно да загубим такъв партньор. Но отношенията между обектите се променят. Просто се чудя как ще ни се отрази това.
Луна- единственото небесно тяло, което обикаля около Земята, без да се броят изкуствените спътници на Земята, създадени от човека през последните години.
Луната непрекъснато се движи по звездното небе и по отношение на която и да е звезда на ден се придвижва към дневното въртене на небето с приблизително 13° и след 27,1/3 дни се връща към същите звезди, описвайки пълен кръг в небесната сфера. Следователно периодът от време, през който Луната прави пълен оборот около Земята спрямо звездите, се нарича звезден (или звезден)) месец; това е 27,1/3 дни. Луната се движи около Земята по елиптична орбита, така че разстоянието от Земята до Луната се променя с почти 50 хиляди километра. Средното разстояние от Земята до Луната се приема за 384 386 км (закръглено - 400 000 км). Това е десет пъти дължината на екватора на Земята.
Луна Самият той не излъчва светлина, така че в небето се вижда само неговата повърхност, страната на дневната светлина, осветена от Слънцето. Нощно време, тъмно, не се вижда. Движейки се по небето от запад на изток, за 1 час Луната се измества на фона на звездите с около половин градус, т.е. с количество, близко до нейния видим размер, а за 24 часа - с 13º. ЗА месец Луната на небето догонва и изпреварва Слънцето, а лунните фази се сменят: Новолуние , първа четвърт , пълнолуние И последно тримесечие .
IN НоволуниеЛуната не може да се види дори с телескоп. Разположена е в същата посока като Слънцето (само над или под него) и е обърната към Земята от нощното полукълбо. Два дни по-късно, когато Луната се отдалечи от Слънцето, няколко минути преди залеза на западното небе на фона на вечерната зора може да се види тесен полумесец. Първата поява на лунния сърп след новолунието е наречена от гърците „неомения“ („новолуние“). От този момент започва лунният месец.
7 дни 10 часа след новолуние фаза т.нар първа четвърт. През това време Луната се отдалечи от Слънцето на 90º. От Земята се вижда само дясната половина на лунния диск, осветен от Слънцето. След залез Луна е в южното небе и залязва около полунощ. Продължава да се движи от Слънцето все повече и повече наляво. Луна вечерта се появява вече на източната страна на небето. Тя идва след полунощ, всеки ден по-късно и по-късно.
Кога Луна се появява в посока, обратна на Слънцето (на ъглово разстояние 180 от него), идва пълнолуние. След това са минали 14 дни и 18 часа Луна започва да се приближава към Слънцето отдясно.
Наблюдава се намаляване на осветеността на дясната част на лунния диск. Ъгловото разстояние между него и Слънцето намалява от 180 на 90º. Отново се вижда само половината от лунния диск, но лявата му част. Изминаха 22 дни и 3 часа от новолунието. последно тримесечие. Луната изгрява около полунощ и свети през втората половина на нощта, завършвайки на южното небе до изгрев слънце.
Ширината на лунния сърп продължава да намалява и Луна постепенно се приближава към Слънцето от дясната (западната) страна. Появявайки се в източното небе, всеки ден по-късно, лунният сърп става много тесен, но рогата му са обърнати надясно и приличат на буквата „С“.
Те казват, Луна стар В нощната част на диска се вижда пепелява светлина. Ъгловото разстояние между Луната и Слънцето намалява до 0º. накрая Луна настига Слънцето и отново става невидим. Идва следващото новолуние. Лунният месец приключи. Изминаха 29 дни 12 часа 44 минути 2,8 секунди или почти 29,53 дни. Този период се нарича синодичен месец (от гръцки sy „nodos-връзка, сближаване).
Синодичният период се свързва с видимото положение на небесното тяло спрямо Слънцето на небето. Лунен синодичен месец е периодът от време между последователни фази със същото име Луни.
Вашият път в небето спрямо звездите Луна завършва 7 часа 43 минути 11,5 секунди за 27 дни (закръглено - 27,32 дни). Този период се нарича звезден (от латински sideris - звезда), или звезден месец .
No7 Затъмнение на Луната и Слънцето, техният анализ.
Слънчевите и лунните затъмнения са интересен природен феномен, познат на човека от дълбока древност. Те се срещат сравнително често, но не се виждат от всички части на земната повърхност и затова изглеждат редки за мнозина.
Слънчево затъмнение настъпва, когато нашият естествен спътник - Луната - в своето движение преминава на фона на слънчевия диск. Това винаги се случва по време на новолуние. Луната се намира по-близо до Земята от Слънцето, почти 400 пъти, като в същото време нейният диаметър също е приблизително 400 пъти по-малък от диаметъра на Слънцето. Следователно видимите размери на Земята и Слънцето са почти еднакви и Луната може да закрие Слънцето. Но не всяко новолуние има слънчево затъмнение. Поради наклона на орбитата на Луната спрямо орбитата на Земята, Луната обикновено се "пропуска" леко и минава над или под Слънцето по време на новолуние. Но поне 2 пъти в годината (но не повече от пет) сянката на Луната пада върху Земята и настъпва слънчево затъмнение.
Лунната сянка и полусянката падат върху Земята под формата на овални петна, които се движат със скорост 1 км. за секунда преминават по земната повърхност от запад на изток. В областите, които са в лунната сянка, се вижда пълно слънчево затъмнение, тоест Слънцето е напълно скрито от Луната. В областите, покрити от полусянка, се получава частично слънчево затъмнение, тоест Луната покрива само част от слънчевия диск. Отвъд полусянката изобщо не се случва затъмнение.
Най-голямата продължителност на фазата на пълното затъмнение не надвишава 7 минути. 31 сек. Но най-често това са две до три минути.
Слънчевото затъмнение започва от десния край на Слънцето. Когато Луната напълно покрие Слънцето, настъпва здрач, както при тъмен здрач, и най-ярките звезди и планети се появяват в затъмненото небе, а около Слънцето можете да видите красиво лъчезарно сияние от перлен цвят - слънчевата корона, която е външните слоеве на слънчевата атмосфера, които не се виждат извън затъмнението поради тяхната ниска яркост в сравнение с яркостта на дневното небе. Появата на короната се променя от година на година в зависимост от слънчевата активност. Розов светещ пръстен мига над целия хоризонт - това е зоната, покрита от лунната сянка, където слънчевата светлина прониква от съседни зони, където не се случва пълно затъмнение, а се наблюдава само частично затъмнение.
СЛЪНЧЕВО И ЛУННО ЗАТЪМНЕНИЕ
Слънцето, Луната и Земята в етапите на новолуние и пълнолуние рядко лежат на една и съща линия, т.к. Лунната орбита не лежи точно в равнината на еклиптиката, а под наклон от 5 градуса спрямо нея.
Слънчеви затъмнения Новолуние. Луната блокира Слънцето от нас.
Лунни затъмнения. Слънцето, Луната и Земята лежат на една и съща линия в сцената пълнолуние. Земята блокира Луната от Слънцето. Луната става керемиденочервена.
Всяка година има средно по 4 слънчеви и лунни затъмнения. Те винаги се придружават един друг. Например, ако новолунието съвпадне със слънчево затъмнение, то лунното затъмнение настъпва две седмици по-късно, във фазата на пълнолуние.
Астрономически, слънчевите затъмнения се случват, когато Луната, докато се движи около Слънцето, напълно или частично закрива Слънцето. Видимите диаметри на Слънцето и Луната са почти еднакви, така че Луната напълно закрива Слънцето. Но това се вижда от Земята в пълната фазова лента. Частично слънчево затъмнение се наблюдава от двете страни на пълната фазова лента.
Ширината на лентата на пълната фаза на слънчевото затъмнение и нейната продължителност зависят от взаимното разстояние между Слънцето, Земята и Луната. В резултат на промените в разстоянията се променя и видимият ъглов диаметър на Луната. Когато е малко по-голямо от слънчевото затъмнение, пълното затъмнение може да продължи до 7,5 минути, когато е равно - един миг; ако е по-малко, тогава Луната не покрива напълно Слънцето. В последния случай се получава пръстеновидно затъмнение: около тъмния лунен диск се вижда тесен ярък слънчев пръстен.
По време на пълно слънчево затъмнение Слънцето изглежда като черен диск, заобиколен от сияние (корона). Дневната светлина е толкова слаба, че понякога можете да видите звезди в небето.
Пълно лунно затъмнение настъпва, когато Луната влезе в сянката на Земята.
Пълното лунно затъмнение може да продължи 1,5-2 часа. Може да се наблюдава от цялото нощно полукълбо на Земята, където Луната е била над хоризонта по време на затъмнението. Следователно в тази област пълните лунни затъмнения могат да се наблюдават много по-често от слънчевите.
По време на пълно лунно затъмнение на Луната лунният диск остава видим, но придобива тъмночервен оттенък.
Слънчевото затъмнение се случва на новолуние, а лунното - на пълнолуние. Най-често за една година има две лунни и две слънчеви затъмнения. Максималният възможен брой затъмнения е седем. След определен период от време лунните и слънчевите затъмнения се повтарят в същия ред. Този интервал се нарича сарос, което в превод от египетски означава повторение. Сарос е приблизително на 18 години и 11 дни. По време на всеки Сарос има 70 затъмнения, от които 42 слънчеви и 28 лунни. Пълните слънчеви затъмнения от определен район се наблюдават по-рядко от лунните, веднъж на 200-300 години.
УСЛОВИЯ ЗА СЛЪНЧЕВО ЗАТЪМНЕНИЕ
По време на слънчево затъмнение Луната минава между нас и Слънцето и го скрива от нас. Нека разгледаме по-подробно условията, при които може да настъпи слънчево затъмнение.
Нашата планета Земя, въртяща се около оста си през деня, едновременно се движи около Слънцето и прави пълен оборот за една година. Земята има спътник - Луната. Луната се движи около Земята и извършва пълен оборот за 29 1/2 дни.
Относителното положение на тези три небесни тела се променя през цялото време. По време на движението си около Земята Луната в определени периоди от време се оказва между Земята и Слънцето. Но Луната е тъмна, непрозрачна плътна топка. Намирайки се между Земята и Слънцето, тя като огромна завеса покрива Слънцето. По това време страната на Луната, обърната към Земята, се оказва тъмна и неосветена. Следователно слънчево затъмнение може да се случи само по време на новолуние. По време на пълнолуние Луната се отдалечава от Земята в посока, обратна на Слънцето, и може да попадне в сянката, хвърлена от земното кълбо. Тогава ще наблюдаваме лунно затъмнение.
Средното разстояние от Земята до Слънцето е 149,5 милиона километра, а средното разстояние от Земята до Луната е 384 хиляди километра.
Колкото по-близо е един обект, толкова по-голям ни се струва. Луната, в сравнение със Слънцето, е почти 400 пъти по-близо до нас, като в същото време нейният диаметър също е приблизително 400 пъти по-малък от диаметъра на Слънцето. Следователно видимите размери на Луната и Слънцето са почти еднакви. По този начин Луната може да блокира Слънцето от нас.
Разстоянията на Слънцето и Луната от Земята обаче не остават постоянни, а се променят леко. Това се случва, защото пътят на Земята около Слънцето и пътят на Луната около Земята не са кръгове, а елипси. Тъй като разстоянията между тези тела се променят, техните видими размери също се променят.
Ако в момента на слънчевото затъмнение Луната е на най-малко разстояние от Земята, тогава лунният диск ще бъде малко по-голям от слънчевия. Луната ще закрие напълно Слънцето и затъмнението ще бъде пълно. Ако по време на затъмнение Луната е на най-голямо разстояние от Земята, тогава тя ще има малко по-малък видим размер и няма да може да покрие изцяло Слънцето. Светлият ръб на Слънцето ще остане непокрит, което по време на затъмнение ще се вижда като ярък тънък пръстен около черния диск на Луната. Този тип затъмнение се нарича пръстеновидно затъмнение.
Изглежда, че слънчевите затъмнения трябва да се случват всеки месец, на всяко новолуние. Това обаче не се случва. Ако Земята и Луната се движат във видима равнина, тогава при всяко новолуние Луната всъщност ще бъде точно в права линия, свързваща Земята и Слънцето, и ще настъпи затъмнение. Всъщност Земята се движи около Слънцето в една равнина, а Луната около Земята в друга. Тези равнини не съвпадат. Затова често по време на новолуние Луната е или по-висока от Слънцето, или по-ниска.
Видимият път на Луната в небето не съвпада с пътя, по който се движи Слънцето. Тези пътища се пресичат в две противоположни точки, които се наричат възли на лунната орбита. В близост до тези точки пътищата на Слънцето и Луната се доближават един до друг. И само когато новолунието е близо до възел, то е придружено от затъмнение.
Затъмнението ще бъде пълно или пръстеновидно, ако Слънцето и Луната са почти във възел при новолуние. Ако Слънцето в момента на новолунието е на известно разстояние от възела, тогава центровете на лунния и слънчевия диск няма да съвпаднат и Луната ще покрие Слънцето само частично. Такова затъмнение се нарича частично затъмнение.
Луната се движи между звездите от запад на изток. Следователно покриването на Слънцето от Луната започва от неговия западен, т.е. десен край. Степента на затваряне се нарича от астрономите фаза на затъмнението.
Около мястото на лунната сянка има полусянка, тук се случва частично затъмнение. Диаметърът на полусянката е около 6-7 хиляди км. За наблюдател, разположен близо до ръба на този регион, само малка част от слънчевия диск ще бъде покрита от Луната. Такова затъмнение може да остане незабелязано изобщо.
Възможно ли е точно да се предскаже настъпването на затъмнение? Учените в древността са установили, че след 6585 дни и 8 часа, което е 18 години 11 дни 8 часа, затъмненията се повтарят. Това се случва, защото точно след такъв период от време местоположението в пространството на Луната, Земята и Слънцето се повтаря. Този интервал се наричаше сарос, което означава повторение.
По време на един Сарос има средно 43 слънчеви затъмнения, от които 15 са частични, 15 са пръстеновидни и 13 са пълни. Като добавим 18 години, 11 дни и 8 часа към датите на затъмненията, наблюдавани по време на един сарос, можем да предвидим появата на затъмнения в бъдеще.
На едно и също място на Земята пълно слънчево затъмнение се наблюдава веднъж на 250 - 300 години.
Астрономите са изчислили условията за видимост на слънчевите затъмнения много години предварително.
ЛУННО ЗАТЪМНЕНИЕ
Лунните затъмнения също са сред „необикновените“ небесни явления. Ето как се случват. Пълният ярък кръг на Луната започва да потъмнява в левия си край, върху лунния диск се появява кръгла кафява сянка, тя се придвижва все повече и повече и след около час покрива цялата Луна. Луната избледнява и става червено-кафява.
Диаметърът на Земята е почти 4 пъти по-голям от диаметъра на Луната, а сянката от Земята, дори на разстоянието на Луната от Земята, е повече от 2 1/2 пъти по-голяма от Луната. Следователно Луната може да бъде напълно потопена в сянката на Земята. Пълното лунно затъмнение е много по-дълго от слънчевото: може да продължи 1 час и 40 минути.
По същата причина, поради която слънчевите затъмнения не се случват при всяко новолуние, лунните затъмнения не се случват при всяко пълнолуние. Най-големият брой лунни затъмнения за една година е 3, но има години без никакви затъмнения; Така беше например през 1951 г.
Лунните затъмнения се повтарят след същия период от време като слънчевите затъмнения. През този интервал за 18 години 11 дни 8 часа (сарос) има 28 лунни затъмнения, от които 15 частични и 13 пълни. Както можете да видите, броят на лунните затъмнения в Сарос е значително по-малък от слънчевите затъмнения и все пак лунните затъмнения могат да се наблюдават по-често от слънчевите. Това се обяснява с факта, че Луната, потъвайки в сянката на Земята, престава да се вижда на цялата половина на Земята, която не е осветена от Слънцето. Това означава, че всяко лунно затъмнение се вижда на много по-голяма площ от всяко слънчево затъмнение.
Затъмнената Луна не изчезва напълно, както Слънцето по време на слънчево затъмнение, но се вижда слабо. Това се случва, защото част от слънчевите лъчи преминават през земната атмосфера, пречупват се в нея, влизат в земната сянка и удрят луната. Тъй като червените лъчи на спектъра са най-малко разпръснати и отслабени в атмосферата. По време на затъмнение луната придобива медночервен или кафяв оттенък.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Трудно е да си представим, че слънчевите затъмнения се случват толкова често: в крайна сметка всеки от нас трябва да наблюдава затъмнения изключително рядко. Това се обяснява с факта, че по време на слънчево затъмнение сянката от Луната не пада върху цялата Земя. Падналата сянка има формата на почти кръгло петно, чийто диаметър може да достигне най-много 270 км. Това петно ще покрие само незначителна част от земната повърхност. В момента само тази част от Земята ще види пълно слънчево затъмнение.
Луната се движи по орбитата си със скорост около 1 км/сек, т.е. по-бърза от куршум. Следователно сянката му се движи с висока скорост по земната повърхност и не може да покрие нито едно място на земното кълбо за дълго време. Следователно пълното слънчево затъмнение никога не може да продължи повече от 8 минути.
Така лунната сянка, движейки се по Земята, описва тясна, но дълга ивица, в която последователно се наблюдава пълно слънчево затъмнение. Дължината на пълното слънчево затъмнение достига няколко хиляди километра. И въпреки това площта, покрита от сянката, се оказва незначителна в сравнение с цялата повърхност на Земята. Освен това океаните, пустините и слабонаселените райони на Земята често са в зоната на пълно затъмнение.
Поредицата от затъмнения се повтаря почти точно в същия ред за период от време, наречен сарос (сарос е египетската дума, означаваща „повторение“). Сарос, известен в древността, е на 18 години и 11,3 дни. Наистина, затъмненията ще се повтарят в същия ред (след всяко първоначално затъмнение) след толкова време, колкото е необходимо, за да се случи същата фаза на Луната на същото разстояние на Луната от възела на нейната орбита, както по време на първоначалното затъмнение .
По време на всеки Сарос има 70 затъмнения, от които 41 слънчеви и 29 лунни. По този начин слънчевите затъмнения се случват по-често от лунните, но в дадена точка на земната повърхност лунните затъмнения могат да се наблюдават по-често, тъй като те са видими над цялото полукълбо на Земята, докато слънчевите затъмнения се виждат само в относително тясна лента. Особено рядко е да се видят пълни слънчеви затъмнения, въпреки че има около 10 от тях по време на всеки Сарос.
№ 8 Земята е като топка, елипсоид на въртене, 3-осен елипсоид, геоид.
Предположенията за сферичната форма на земята се появяват през 6 век пр. н. е., а от 4 век пр. н. е. са изразени някои от известните ни доказателства, че Земята има сферична форма (Питагор, Ератостен). Древните учени доказаха сферичността на Земята въз основа на следните явления:
- кръгов изглед на хоризонта в открити пространства, равнини, морета и др.;
- кръговата сянка на Земята върху повърхността на Луната по време на лунни затъмнения;
- промяна във височината на звездите при движение от север (N) на юг (S) и обратно, поради изпъкналостта на линията на обяд и т.н. че Земята има не само сферична форма, но има и крайни размери; Архимед (287 - 212 пр.н.е.) доказва, че повърхността на водата в спокойно състояние е сферична повърхност. Те също въведоха концепцията за сфероида на Земята като геометрична фигура, близка по форма до топка.
Съвременната теория за изучаване на фигурата на Земята произхожда от Нютон (1643 - 1727), който открива закона за всемирното притегляне и го прилага за изследване на фигурата на Земята.
До края на 80-те години на 17-ти век са известни законите на движението на планетите около Слънцето, много точните размери на земното кълбо, определени от Пикар от градусни измервания (1670 г.), фактът, че ускорението на гравитацията на земната повърхност намалява от север (N) на юг (S), законите на механиката на Галилей и изследванията на Хюйгенс върху движението на телата по криволинейна траектория. Обобщението на тези явления и факти доведе учените до обосновано виждане за сфероидността на Земята, т.е. неговата деформация по посока на полюсите (плоскост).
Известният труд на Нютон, „Математически принципи на естествената философия“ (1867), излага нова доктрина за фигурата на Земята. Нютон стига до извода, че фигурата на Земята трябва да бъде оформена като елипсоид на въртене с лека полярна компресия (този факт е оправдан от него с намаляване на дължината на второто махало с намаляване на географската ширина и намаляване на гравитацията от полюса до екватора поради фактът, че „Земята малко по-високо на екватора“).
Въз основа на хипотезата, че Земята се състои от хомогенна маса с плътност, Нютон теоретично определя полярната компресия на Земята (α) в първо приближение да бъде приблизително 1: 230. Всъщност Земята е хетерогенна: кората има плътност от 2,6 g/cm3, докато Средната плътност на Земята е 5,52 g/cm3. Неравномерното разпределение на земните маси произвежда обширни нежни изпъкналости и вдлъбнатини, които се комбинират, за да образуват хълмове, падини, вдлъбнатини и други форми. Имайте предвид, че отделни възвишения над Земята достигат височини над 8000 метра над повърхността на океана. Известно е, че повърхността на Световния океан (МО) заема 71%, сушата – 29%; средната дълбочина на Световния океан е 3800 м, а средната височина на сушата е 875 м. Общата площ на земната повърхност е 510 х 106 км2. От приведените данни следва, че по-голямата част от Земята е покрита с вода, което дава основание да я приемем за равнина (НП) и в крайна сметка като обща фигура на Земята. Фигурата на Земята може да бъде представена, като си представим повърхност, във всяка точка от която силата на гравитацията е насочена нормално към нея (по отвес).
Сложната фигура на Земята, ограничена от равна повърхност, която е началото на отчета за височини, обикновено се нарича геоид. В противен случай повърхността на геоида, като еквипотенциална повърхност, е фиксирана от повърхността на океаните и моретата, които са в спокойно състояние. Под континентите повърхността на геоида се определя като повърхността, перпендикулярна на линиите на полето (Фигура 3-1).
P.S. Името на фигурата на Земята - геоид - е предложено от немския физик И.Б. Листиг (1808 – 1882). При картографиране на земната повърхност, въз основа на дългогодишни изследвания на учени, сложната фигура на геоида, без компромис с точността, се заменя с математически по-проста - елипсоид на революцията. Елипсоид на революцията– геометрично тяло, образувано в резултат на въртене на елипса около малка ос.
Елипсоидът на въртене се доближава до тялото на геоида (на места отклонението не надвишава 150 метра). Размерите на земния елипсоид са определени от много учени по света.
Фундаменталните изследвания на фигурата на Земята, извършени от руски учени Ф.Н. Красовски и А.А. Изотов, направи възможно да се развие идеята за триаксиален земен елипсоид, като се вземат предвид големи геоидни вълни, в резултат на което бяха получени основните му параметри.
През последните години (края на 20-ти и началото на 21-ви век) параметрите на фигурата на Земята и външния гравитационен потенциал бяха определени с помощта на космически обекти и използването на астрономически, геодезически и гравиметрични изследователски методи толкова надеждно, че сега говорим за оценка на техните измервания на време.
Триаксиалният земен елипсоид, който характеризира фигурата на Земята, е разделен на общ земен елипсоид (планетарен), подходящ за решаване на глобални проблеми на картографията и геодезията, и референтен елипсоид, който се използва в отделни региони, страни по света и техните части. Елипсоидът на въртене (сфероид) е повърхност на въртене в триизмерното пространство, образувана от въртене на елипса около една от главните й оси. Елипсоидът на въртене е геометрично тяло, образувано в резултат на въртенето на елипса около малка ос.
Геоид- фигурата на Земята, ограничена от повърхността на нивото на гравитационния потенциал, която съвпада в океаните със средното ниво на океана и се простира под континентите (континенти и острови), така че тази повърхност е навсякъде перпендикулярна на посоката на гравитацията . Повърхността на геоида е по-гладка от физическата повърхност на Земята.
Формата на геоида няма точен математически израз и за конструиране на картографски проекции се избира правилната геометрична фигура, която малко се различава от геоида. Най-доброто приближение на геоида е фигурата, получена чрез завъртане на елипса около къса ос (елипсоид)
Терминът "геоид" е измислен през 1873 г. от немския математик Йохан Бенедикт Листинг, за да се отнася до геометрична фигура, по-точно от елипсоид на въртене, който отразява уникалната форма на планетата Земя.
Изключително сложна фигура е геоидът. Съществува само теоретично, но на практика не може да се пипне или види. Можете да си представите геоида като повърхност, силата на гравитацията във всяка точка от която е насочена строго вертикално. Ако нашата планета беше правилна сфера, запълнена равномерно с някакво вещество, тогава отвесът във всяка точка ще сочи към центъра на сферата. Но ситуацията се усложнява от факта, че плътността на нашата планета е разнородна. На някои места има тежки скали, на други има празнини, планини и падини са разпръснати по цялата повърхност, а равнините и моретата също са неравномерно разпределени. Всичко това променя гравитационния потенциал във всяка конкретна точка. Фактът, че формата на земното кълбо е геоид, е виновен и за ефирния вятър, който духа планетата ни от север.
Какво представляват приливите и отливите?
Приливите и отливите са периодични вертикални колебания на нивото на океана или морето, произтичащи от промени в позициите на Луната и Слънцето спрямо Земята. Всеки, който живее на брега на океана или морето, може да наблюдава явлението приливи и отливи.
Два пъти на ден океанът се приближава до брега, след което постепенно се връща обратно. Обвинете за всичко Луната.
Луната и Земята се привличат една към друга. Гравитацията на Луната е толкова силна, че под нейно влияние водата на Световния океан се огъва към нея. Но Луната не стои неподвижна, тя се върти около Земята и приливната вълна се движи с нея. Когато Луната се приближава до брега, приливът идва; когато се отдалечава, водата я следва от брега. Максималното ниво на водата (по време на прилив) се нарича пълноводие, а минималното (по време на отлив) се нарича отлив. Водата се издига от страната на Земята, обърната към Луната, и от противоположната страна, образувайки приливни пикове. Това причинява излишна вода там. Поради това в същото време нивото на водата намалява в точки на Земята, които са под прав ъгъл спрямо точките на прилив - тук приливът отслабва. Защо има две издатини в Световния океан?
Гравитационният поток от Луната "дърпа" земните океани в елипса със Земята в центъра. Ефектът е под формата на две изпъкнали морски нива спрямо Земята; един най-близо до Луната и един най-отдалечен от нея. Интервалът на лунния прилив е периодът от момента, в който Луната премине през зенитната точка над вашата област до достигане на най-високото ниво на водата по време на прилив. Слънцето също причинява приливи и отливи, защото привлича и Земята към себе си. Но поради факта, че Слънцето е много по-далеч от Земята, приливните сили на Слънцето са 2,2 пъти по-малки от приливните сили на Луната.
Ако Слънцето и Луната са разположени на една и съща линия - и това се случва на пълнолуние или новолуние - тогава приливът е най-висок.
Средното разстояние между центровете на Земята и Луната е 384 467 km (0,002 57 AU, ~ 30 диаметра на Земята).
Видимата величина на пълната Луна в земното небе е −12,71m. Осветеността, създавана от пълната Луна близо до повърхността на Земята при ясно време е 0,25 - 1 лукс.
Луната е единственият астрономически обект извън Земята, посетен от хора.
Име
Думата луна се връща към Праслав. *луна< пра-и.е. *louksnā́ «светлая» (ж. р. прилагательного *louksnós), к этой же индоевропейской форме восходит и лат. lūna «луна». Греки называли спутник Земли Селеной (др.-греч. Σελήνη), древние египтяне - Ях (Иях).
Луната като небесно тяло
Орбита
От древни времена хората са се опитвали да опишат и обяснят движението на Луната. С течение на времето се появиха все по-точни теории.
Основата на съвременните изчисления е теорията на Браун. Създаден в началото на 19-ти и 20-ти век, той описва движението на Луната с точността на тогавашните измервателни уреди. В този случай в изчисленията са използвани повече от 1400 члена (коефициенти и аргументи за тригонометрични функции).
Съвременната наука може да изчисли движението на Луната и да провери тези изчисления с още по-голяма точност. С помощта на лазерни методи за измерване на разстоянието разстоянието до Луната се измерва с грешка от няколко сантиметра. Не само измерванията, но и теоретичните прогнози за положението на Луната имат такава точност; За такива изчисления се използват изрази с десетки хиляди термини и няма ограничение за техния брой, ако се изисква още по-висока точност.
С първо приближение можем да приемем, че Луната се движи по елиптична орбита с ексцентричност 0,0549 и голяма полуос 384 399 km. Действителното движение на Луната е доста сложно; при изчисляването му трябва да се вземат предвид много фактори, например сплескаността на Земята и силното влияние на Слънцето, което привлича Луната 2,2 пъти по-силно от Земята. По-точно движението на Луната около Земята може да бъде представено като комбинация от няколко движения:
въртене около Земята в елиптична орбита с период от 27,32166 дни, това е така нареченият звезден месец (тоест движението се измерва спрямо звездите);
въртене на равнината на лунната орбита: нейните възли (точки на пресичане на орбитата с еклиптиката) се изместват на запад, като правят пълен оборот за 18,6 години. Това движение е прецесионно;
въртене на голямата ос на лунната орбита (линии на апсидата) с период от 8,8 години (възниква в посока, обратна на горното движение на възлите, т.е. дължината на перигея се увеличава);
периодична промяна на наклона на лунната орбита спрямо еклиптиката от 4°59′ до 5°19′;
периодична промяна на размера на лунната орбита: перигей от 356,41 до 369,96 хиляди км, апогей от 404,18 до 406,74 хиляди км;
постепенното отдалечаване на Луната от Земята поради приливно ускорение (около 4 см на година), като по този начин нейната орбита е бавно развиваща се спирала.
Обща структура
Луната се състои от кора, горна мантия (астеносфера), средна мантия, долна мантия и ядро. Практически няма атмосфера. Повърхността на Луната е покрита с така наречения реголит - смес от фин прах и скалисти отломки, образувани в резултат на сблъсък на метеорит с лунната повърхност. Ударно-експлозивните процеси, придружаващи метеоритната бомбардировка, допринасят за разрохкване и смесване на почвата, като същевременно синтероват и уплътняват почвените частици. Дебелината на реголитния слой варира от части от метър до десетки метри.
Дебелината на лунната кора варира в широки граници от 0 до 105 km. Според данните от гравитационните разузнавателни спътници GRAIL дебелината на лунната кора е по-голяма в полукълбото, обърнато към Земята.
Условия на повърхността на Луната
Атмосферата на Луната е изключително тънка. Когато повърхността не е осветена от Слънцето, съдържанието на газ над нея не надвишава 2,0 10 5 частици/cm³ (за Земята тази цифра е 2,7 10 19 частици/cm³), а след изгрев слънце се увеличава с два порядъка поради до обезгазяване на почвата. Тънкостта на атмосферата води до висока температурна разлика на повърхността на Луната (от −160 °C до +120 °C), в зависимост от осветеността; в този случай температурата на скалите, разположени на дълбочина 1 m, е постоянна и равна на −35 °C. Поради фактическата липса на атмосфера, небето на Луната винаги е черно, със звезди, дори когато Слънцето е над хоризонта.
Земният диск виси почти неподвижно в небето на Луната. Причините за малките месечни колебания на Земята във височината над лунния хоризонт и в азимута (около 7° всеки) са същите като при либрациите. Ъгловият размер на Земята при наблюдение от Луната е 3,7 пъти по-голям от лунния размер при наблюдение от Земята, а площта на небесната сфера, покрита от Земята, е 13,5 пъти по-голяма от тази, покрита от Луната. Степента на осветеност на Земята, видима от Луната, е противоположна на лунните фази, видими на Земята: при пълнолуние неосветената част от Земята се вижда от Луната и обратно. Осветлението от отразената светлина на Земята е приблизително 50 пъти по-силно от осветяването от лунната светлина на Земята; максималната видима величина на Земята на Луната е приблизително −16 m.
Гравитационно поле
Гравитационният потенциал на Луната традиционно се записва като сбор от три члена:
където δ У- приливен потенциал, Q- центробежен потенциал, V- потенциал за привличане. Атрактивният потенциал обикновено се разлага на зонални, секторни и тесерални хармоници:
Където P n m- свързан полином на Legendre, Ж- гравитационна константа, М- масата на Луната, λ И θ - географска дължина и ширина.
Приливи и отливи
Гравитационното влияние на Луната предизвиква някои интересни ефекти върху Земята. Най-известният от тях е морските приливи и отливи. На срещуположните страни на Земята се образуват две изпъкналости (в първо приближение) - от страната, обърната към Луната, и от страната, срещу нея. В световния океан този ефект е много по-изразен, отколкото в твърдата кора (изпъкналостта на водата е по-голяма). Амплитудата на приливите (разликата между нивата на прилив и отлив) в откритите пространства на океана е малка и възлиза на 30-40 см, но в близост до брега, поради нахлуването на приливна вълна върху твърдо дъно , приливната вълна нараства във височина по същия начин като обикновените вятърни вълни на прибоя. Като се има предвид посоката на орбитата на Луната около Земята, е възможно да се нарисува картина на приливна вълна, следваща океана. Източните брегове на континентите са по-податливи на силни приливи и отливи. Максималната амплитуда на приливната вълна на Земята се наблюдава в залива Фънди в Канада и е 18 метра.
Въпреки че за земното кълбо величината на гравитационната сила на Слънцето е почти 200 пъти по-голяма от гравитационната сила на Луната, приливните сили, генерирани от Луната, са почти два пъти по-големи от тези, генерирани от Слънцето. Това се дължи на факта, че приливните сили зависят не само от величината на гравитационното поле, но и от степента на неговата хетерогенност. С увеличаване на разстоянието от източника на полето, нехомогенността намалява по-бързо от величината на самото поле. Тъй като Слънцето е почти 400 пъти по-далеч от Земята, отколкото Луната, приливните сили, причинени от слънчевата гравитация, са по-слаби.
Магнитно поле
Смята се, че източникът на магнитното поле на планетите е тектоничната активност. Например на Земята полето се създава от движението на разтопен метал в ядрото, y - от последствията от минали дейности.
Луна 1 през 1959 г. установи липсата на еднородно магнитно поле на Луната. Резултатите от изследвания на учени от Масачузетския технологичен институт потвърждават хипотезата, че той е имал течно ядро. Това се вписва в рамките на най-популярната хипотеза за произхода на Луната - сблъсъкът на Земята преди приблизително 4,5 милиарда години с космическо тяло с размерите на Марс "изби" огромно парче разтопена материя от Земята, което по-късно се превърна в Луната. Експериментално беше възможно да се докаже, че на ранен етап от своето съществуване Луната е имала магнитно поле, подобно на земното.
Наблюдение на Луната от Земята
Връзката между фазите на Луната и нейното положение спрямо Слънцето и Земята. Ъгълът, под който Луната ще се завърти от края на звездния месец до края на синодичния месец, е подчертан в зелено.
В южното полукълбо Луната е обърната с главата надолу, както на тази австралийска снимка.
Ъгловият диаметър на Луната е много близък до този на Слънцето и е около половин градус. Луната изглежда бяло-жълта от Земята, въпреки че отразява само 7% от слънчевата светлина, падаща върху нея (приблизително колкото въглен). Тъй като самата Луна не свети, а само отразява слънчевата светлина, от Земята се вижда само частта от лунната повърхност, осветена от Слънцето (във фазите на Луната близо до новолунието, т.е. в началото на първия четвърт и в края на последната четвърт, с много тесен полумесец, може да се наблюдава „пепелява светлина на Луната“ - слабото й осветяване от слънчевите лъчи, отразени от Земята). Луната обикаля около Земята и по този начин ъгълът между Земята, Луната и Слънцето се променя; ние наблюдаваме това явление като цикъл от лунни фази. Периодът от време между последователните новолуния е средно 29,5 дни (709 часа) и се нарича синодичен месец. Фактът, че продължителността на синодичния месец е по-голяма от звездния месец, се обяснява с движението на Земята около Слънцето: когато Луната прави пълен оборот около Земята спрямо звездите, до този момент Земята вече е преминала 1/13 от своята орбита и за да може Луната отново да бъде между Земята и Слънцето, й трябват около два допълнителни дни.
Лунни либрации
Въпреки че Луната се върти около оста си, тя винаги е обърната към Земята с една и съща страна, т.е. въртенето на Луната около Земята и въртенето й около собствената си ос са синхронизирани. Тази синхронизация се причинява от триенето на приливите и отливите, които Земята произвежда в обвивката на Луната. Според законите на механиката Луната е ориентирана в гравитационното поле на Земята така, че голямата полуос на лунния елипсоид е насочена към Земята.
Феноменът на либрацията, открит от Галилео Галилей през 1635 г., прави възможно наблюдението на около 59% от лунната повърхност. Факт е, че Луната се върти около Земята с променлива ъглова скорост поради ексцентричността на лунната орбита (движи се по-бързо близо до перигея, по-бавно близо до апогея), докато въртенето на спътника около собствената му ос е равномерно. Това ви позволява да видите западния и източния край на далечната страна на Луната от Земята (оптична либрация по дължина). В допълнение, поради наклона на оста на въртене на Луната спрямо равнината на земната орбита, северният и южният край на обратната страна на Луната могат да се видят от Земята (оптична либрация по ширина). Съществува и физическа либрация, причинена от колебанията на спътника около равновесното положение поради изместения център на тежестта, както и поради действието на приливни сили от Земята. Тази физическа либрация има магнитуд 0,02° по дължина с период от 1 година и 0,04° по ширина с период от 6 години.
Поради пречупване в земната атмосфера, при наблюдение на Луната ниско над хоризонта, нейният диск е сплескан.
Времето (1,255 секунди), за което светлината, изпратена от Земята, достига до Луната. Чертежът е в мащаб.
Поради неравния терен на повърхността на Луната, броеницата на Бейли може да се види по време на пълно слънчево затъмнение. Когато, напротив, Луната попадне в сянката на Земята, може да се наблюдава друг оптичен ефект: тя става червена, осветена от светлина, разпръсната в земната атмосфера.
Селенология
Радиална гравитационна аномалия на повърхността на Луната.
Поради размера и състава си, Луната понякога се класифицира като планета от земна група заедно с Меркурий, Венера, Земята и Марс. Изучавайки геоложката структура на Луната, можете да научите много за структурата и развитието на Земята.
Дебелината на лунната кора е средно 68 км, варираща от 0 км под лунното море на кризата до 107 км в северната част на кратера Корольов от другата страна. Под кората е мантията и вероятно малко ядро от железен сулфид (с радиус приблизително 340 km и маса 2% от масата на Луната). Любопитно е, че центърът на масата на Луната се намира на около 2 км от геометричния център към Земята. Въз основа на резултатите от мисията на Кагуя беше установено, че в Московско море дебелината на кората е най-малка за цялата Луна - почти 0 метра под слой от базалтова лава с дебелина 600 метра.
Измерванията на скоростта на спътниците на Lunar Orbiter направиха възможно създаването на гравитационна карта на Луната. С негова помощ са открити уникални лунни обекти, наречени маскони (от англ. маса концентрация) - това са маси от материя с повишена плътност.
Луната няма магнитно поле, въпреки че някои от скалите на нейната повърхност показват остатъчен магнетизъм, което показва възможността за съществуване на магнитно поле на Луната в ранните етапи на развитие.
Тъй като няма нито атмосфера, нито магнитно поле, повърхността на Луната е пряко изложена на слънчевия вятър. В течение на 4 милиарда години водородните йони от слънчевия вятър са въведени в лунния реголит. По този начин пробите от реголит, върнати от мисиите на Аполо, се оказаха много ценни за изследване на слънчевия вятър.
През февруари 2012 г. американски астрономи откриха няколко геоложки образувания на обратната страна на Луната. Това показва, че лунните тектонични процеси са продължили поне още 950 милиона години след изчислената дата на геоложката „смърт“ на Луната.
Пещери
Японската сонда Kaguya откри дупка в повърхността на Луната, разположена близо до вулканичното плато на хълмовете на Мариус, което вероятно води до тунел под повърхността. Диаметърът на дупката е около 65 метра, а дълбочината се предполага, че е 80 метра.
Учените смятат, че такива тунели се образуват от втвърдяващи се потоци от разтопена скала, със замръзнала лава в центъра. Тези процеси са се случили в периода на вулканична активност на Луната. Тази теория се потвърждава от наличието на виещи се бразди по повърхността на спътника.
Такива тунели могат да служат за колонизация, поради защита от слънчева радиация и затворено пространство, в което е по-лесно да се поддържат условия за поддържане на живота.
Подобни дупки има и на Марс.
Сеизмология
Четири сеизмографа, оставени на Луната от експедициите Аполо 12, Аполо 14, Аполо 15 и Аполо 16, показаха наличие на сеизмична активност. Въз основа на последните изчисления на учените, лунното ядро се състои главно от горещо желязо. Поради липсата на вода трептенията на лунната повърхност са продължителни и могат да продължат повече от час.
Лунните земетресения могат да бъдат разделени на четири групи:
прилив, възникващ два пъти месечно, причинен от приливните сили на Слънцето и Земята;
тектонски - неправилни, причинени от движения в почвата на Луната;
метеорит - поради падане;
термични - те се причиняват от рязкото нагряване на лунната повърхност с изгрева.
Най-голямата опасност за възможните обитаеми станции представляват тектонските лунни трусове. Сеизмографите на НАСА са регистрирали 28 подобни лунни труса за 5 години изследвания. Някои от тях достигат до 5,5 по Рихтер и продължават над 10 минути. За сравнение, на Земята подобни земетресения продължават не повече от две минути.
Вода на Луната
Информацията за откриването на вода на Луната е публикувана за първи път през 1978 г. от съветски изследователи в списание Geochemistry. Фактът е установен в резултат на анализ на проби, доставени от Луна-24 през 1976 г. Процентното съдържание на вода в пробата е 0,1.
През юли 2008 г. група американски геолози от института Карнеги и университета Браун откриха в почвени проби от Луната следи от вода, изпусната в големи количества от недрата на спътника в ранните етапи на неговото съществуване. По-късно по-голямата част от тази вода се изпари в космоса.
Руски учени, използвайки създадения от тях инструмент LEND и инсталиран на сондата LRO, са идентифицирали области на Луната, които са най-богати на водород. Въз основа на тези данни НАСА избра място за сондата LCROSS, която да бомбардира Луната. След експеримента, на 13 ноември 2009 г. НАСА обяви откриването на вода под формата на лед в кратера Кабеус близо до южния полюс.
Според данни, предадени от радара Mini-SAR, инсталиран на индийската лунна сонда Chandrayaan-1, най-малко 600 милиона тона вода са открити в района на северния полюс, повечето от които са под формата на ледени блокове, почиващи на дъното на лунни кратери. Общо водата е открита в повече от 40 кратера, чийто диаметър варира от 2 до 15 км. Сега учените вече нямат съмнение, че откритият лед е воден.
Химия на лунните скали
Карта на концентрациите на торий на лунната повърхност по данни на Lunar Prospector.
Съставът на лунната почва се различава значително в морските и континенталните райони на Луната. Лунните скали са изчерпани на желязо, вода и летливи компоненти.
От незапомнени времена Луната е постоянен спътник на нашата планета и най-близкото до нея небесно тяло. Естествено, хората винаги са искали да посетят там. Но колко е да се лети до там и какво е разстоянието до него?
Разстоянието от Земята до Луната теоретично се измерва от центъра на Луната до центъра на Земята. Невъзможно е да се измери това разстояние с помощта на конвенционални методи, използвани в ежедневието. Следователно разстоянието до спътника на Земята е изчислено с помощта на тригонометрични формули.
Подобно на Слънцето, Луната изпитва постоянно движение в земното небе близо до еклиптиката. Това движение обаче е значително по-различно от движението на Слънцето. Така равнините на орбитите на Слънцето и Луната се различават с 5 градуса. Изглежда, че в резултат на това траекторията на Луната в земното небе трябва да бъде подобна като цяло на еклиптиката, като се различава от нея само с изместване от 5 градуса:
В това движението на Луната наподобява движението на Слънцето – от запад на изток, в посока обратна на денонощното въртене на Земята. Но освен това Луната се движи по земното небе много по-бързо от Слънцето. Това се дължи на факта, че Земята се върти около Слънцето за приблизително 365 дни (земна година), а Луната се върти около Земята само за 29 дни (лунен месец). Тази разлика стана тласък за разделянето на еклиптиката на 12 зодиакални съзвездия (за един месец Слънцето се движи по еклиптиката с 30 градуса). През лунния месец настъпва пълна промяна във фазите на Луната:
В допълнение към траекторията на Луната има и факторът на много удължената орбита. Ексцентрицитетът на орбитата на Луната е 0,05 (за сравнение, за Земята този параметър е 0,017). Разликата от кръговата орбита на Луната кара видимия диаметър на Луната постоянно да се променя от 29 на 32 ъглови минути.
За един ден Луната се измества спрямо звездите с 13 градуса, а за един час с около 0,5 градуса. Съвременните астрономи често използват лунни окултации, за да оценят ъгловите диаметри на звездите близо до еклиптиката.
Какво определя движението на Луната?
Важен момент в теорията за движението на Луната е фактът, че орбитата на Луната в космическото пространство не е постоянна и стабилна. Поради сравнително малката маса на Луната, тя е обект на постоянни смущения от по-масивни обекти в Слънчевата система (предимно Слънцето и Луната). В допълнение, орбитата на Луната се влияе от сплескаността на Слънцето и гравитационните полета на други планети в Слънчевата система. В резултат на това ексцентрицитетът на орбитата на Луната варира между 0,04 и 0,07 с период от 9 години. Последствието от тези промени беше явление, наречено суперлуна. Суперлуната е астрономическо явление, при което пълната луна е няколко пъти по-голяма като ъглов размер от нормалното. Така по време на пълнолунието на 14 ноември 2016 г. Луната беше на най-близкото си разстояние от 1948 г. насам. През 1948 г. Луната е била с 50 км по-близо, отколкото през 2016 г.
Освен това се наблюдават колебания в наклона на лунната орбита спрямо еклиптиката: с приблизително 18 дъгови минути на всеки 19 години.
Какво е равно на
Космическият кораб ще трябва да прекара много време в полет до спътника на земята. Не можете да летите до Луната по права линия - планетата ще се движи в орбита далеч от крайната точка и пътят ще трябва да се коригира. При втора евакуационна скорост от 11 km/s (40 000 km/h) полетът теоретично ще отнеме около 10 часа, но реално ще отнеме повече време. Това е така, защото корабът в началото постепенно увеличава скоростта си в атмосферата, довеждайки я до стойност от 11 km/s, за да избяга от гравитационното поле на Земята. След това корабът ще трябва да намали скоростта си, докато се приближава до Луната. Между другото, тази скорост е максималната, която съвременните космически кораби са успели да постигнат.
Прочутият американски полет до Луната през 1969 г. според официалните данни е отнел 76 часа. New Horizons на НАСА достигна най-бързо Луната за 8 часа и 35 минути. Вярно, той не кацна на планетоида, а прелетя - имаше друга мисия.
Светлината от Земята ще достигне нашия спътник много бързо – за 1,255 секунди. Но полетите със светлинни скорости все още са в сферата на научната фантастика.
Можете да опитате да си представите пътя до Луната с познати термини. Пеша със скорост от 5 км/ч пътуването до Луната ще отнеме около девет години. Ако карате кола със скорост 100 км/ч, ще ви отнеме 160 дни, за да стигнете до спътника на Земята. Ако самолети летяха до Луната, полетът до нея щеше да продължи около 20 дни.
Как в древна Гърция астрономите са изчислили разстоянието до Луната
Луната стана първото небесно тяло, до което беше възможно да се изчисли разстоянието от Земята. Смята се, че астрономите в Древна Гърция са първите, които са направили това.
Хората се опитват да измерят разстоянието до Луната от незапомнени времена - Аристарх от Самос е първият, който се опитва. Той оцени ъгъла между Луната и Слънцето на 87 градуса, така че се оказа, че Луната е 20 пъти по-близо до Слънцето (косинусът на ъгъл от 87 градуса е 1/20). Грешката при измерване на ъгъла доведе до 20-кратна грешка; днес е известно, че това съотношение всъщност е 1 към 400 (ъгълът е приблизително 89,8 градуса). Голямата грешка е причинена от трудността да се оцени точното ъглово разстояние между Слънцето и Луната с помощта на примитивните астрономически инструменти на древния свят. Редовните слънчеви затъмнения по това време вече са позволили на древногръцките астрономи да заключат, че ъгловите диаметри на Луната и Слънцето са приблизително еднакви. В тази връзка Аристарх заключава, че Луната е 20 пъти по-малка от Слънцето (всъщност около 400 пъти).
За да изчисли размерите на Слънцето и Луната спрямо Земята, Аристарх използва различен метод. Говорим за наблюдения на лунни затъмнения. По това време древните астрономи вече са се досетили за причините за тези явления: Луната е била затъмнена от сянката на Земята.
Диаграмата по-горе ясно показва, че разликата в разстоянията от Земята до Слънцето и до Луната е пропорционална на разликата между радиусите на Земята и Слънцето и радиусите на Земята и нейната сянка спрямо разстоянието до Луната. По времето на Аристарх вече е било възможно да се изчисли, че радиусът на Луната е приблизително 15 дъгови минути, а радиусът на земната сянка е 40 дъгови минути. Тоест размерът на Луната е бил приблизително 3 пъти по-малък от размера на Земята. От тук, знаейки ъгловия радиус на Луната, човек може лесно да прецени, че Луната се намира на около 40 земни диаметъра от Земята. Древните гърци са могли само приблизително да преценят размера на Земята. Така Ератостен от Кирена (276 - 195 пр. н. е.), въз основа на разликите в максималната височина на Слънцето над хоризонта в Асуан и Александрия по време на лятното слънцестоене, определи, че радиусът на Земята е близо до 6287 km (съвременна стойност 6371 км). Ако заместим тази стойност в оценката на Аристарх за разстоянието до Луната, тя ще съответства на приблизително 502 хиляди км (съвременната стойност на средното разстояние от Земята до Луната е 384 хиляди км).
Малко по-късно математик и астроном от 2 век пр.н.е. д. Хипарх от Никея изчислява, че разстоянието до спътника на Земята е 60 пъти по-голямо от радиуса на нашата планета. Неговите изчисления се основават на наблюдения върху движението на Луната и нейните периодични затъмнения.
Тъй като в момента на затъмнението Слънцето и Луната ще имат еднакви ъглови размери, използвайки правилата за подобие на триъгълниците, можете да намерите съотношението на разстоянията до Слънцето и до Луната. Тази разлика е 400 пъти. Прилагайки тези правила отново, само във връзка с диаметрите на Луната и Земята, Хипарх изчислява, че диаметърът на Земята е 2,5 пъти по-голям от диаметъра на Луната. Тоест, R l = R z /2,5.
Под ъгъл 1′ можете да наблюдавате обект, чиито размери са 3483 пъти по-малки от разстоянието до него – тази информация е била известна на всички по времето на Хипарх. Тоест, с наблюдавания радиус на Луната, който е 15′, тя ще бъде 15 пъти по-близо до наблюдателя. Тези. отношението на разстоянието до Луната към нейния радиус ще бъде равно на 3483/15 = 232 или S l = 232R l.
Съответно разстоянието до Луната е 232 * R з /2,5 = 60 радиуса на Земята. Това се оказва 6 371*60=382 260 км. Най-интересното е, че измерванията, направени с помощта на съвременни инструменти, потвърдиха правотата на древния учен.
В наши дни разстоянието до Луната се измерва с помощта на лазерни инструменти, които позволяват измерването му с точност до няколко сантиметра. В този случай измерванията се извършват за много кратко време - не повече от 2 секунди, през което Луната се отдалечава в орбита на приблизително 50 метра от точката, където е изпратен лазерният импулс.
Развитието на методите за измерване на разстоянието до Луната
Едва с изобретяването на телескопа астрономите успяха да получат повече или по-малко точни стойности за параметрите на орбитата на Луната и съответствието на нейния размер с размера на Земята.
По-точен метод за измерване на разстоянието до Луната се появи във връзка с развитието на радара. Първото радарно изследване на Луната е извършено през 1946 г. в САЩ и Великобритания. Радарът направи възможно измерването на разстоянието до Луната с точност до няколко километра.
Лазерното измерване на обхвата се превърна в още по-точен метод за измерване на разстоянието до Луната. За да го реализират, през 60-те години на миналия век на Луната са инсталирани няколко ъглови рефлектора. Интересно е да се отбележи, че първите експерименти с лазерно определяне на разстоянието са проведени още преди инсталирането на ъглови рефлектори на повърхността на Луната. През 1962-1963 г. в Кримската обсерватория на СССР са проведени няколко експеримента за лазерно определяне на отделни лунни кратери с помощта на телескопи с диаметър от 0,3 до 2,6 метра. Тези експерименти успяха да определят разстоянието до лунната повърхност с точност до няколкостотин метра. През 1969-1972 г. астронавтите на Аполо доставиха три ъглови рефлектора на повърхността на нашия спътник. Сред тях най-напреднал е рефлекторът на мисията Аполо 15, тъй като се състои от 300 призми, докато другите две (мисиите Аполо 11 и Аполо 14) се състоят само от сто призми всяка.
Освен това през 1970 и 1973 г. СССР достави на лунната повърхност още два френски ъглови рефлектора на борда на самоходните апарати Луноход-1 и Луноход-2, всеки от които се състои от 14 призми. Използването на първия от тези рефлектори има изключителна история. През първите 6 месеца от работата на лунохода с рефлектора беше възможно да се проведат около 20 лазерни сеанса за локация. След това обаче, поради неудачното положение на лунния роувър, не беше възможно да се използва рефлекторът до 2010 г. Само снимки на новия апарат LRO помогнаха да се изясни позицията на лунния роувър с рефлектора и по този начин да се възобновят работните сесии с него.
В СССР най-много лазерни локации са извършени на 2,6-метровия телескоп на Кримската обсерватория. Между 1976 и 1983 г. с този телескоп са направени 1400 измервания с грешка от 25 сантиметра, след което наблюденията са прекратени поради съкращаването на съветската лунна програма.
Общо от 1970 г. до 2010 г. в света са извършени около 17 хиляди високоточни лазерни локации. Повечето от тях бяха свързани с ъгловия рефлектор на Аполо 15 (както беше споменато по-горе, той е най-модерният - с рекорден брой призми):
От 40-те обсерватории, способни да извършват лазерни измервания на Луната, само няколко могат да извършват измервания с висока точност:
Повечето от свръхпрецизните измервания са направени на 2-метров телескоп в обсерваторията Mac Donald в Тексас:
В същото време най-точните измервания се извършват от инструмента APOLLO, който беше инсталиран на 3,5-метровия телескоп в обсерваторията Apache Point през 2006 г. Точността на измерванията му достига един милиметър:
Еволюция на системата Луна и Земя
Основната цел на все по-точните измервания на разстоянието до Луната е да се направи опит за по-задълбочено разбиране на еволюцията на орбитата на Луната в далечното минало и в далечното бъдеще. Към днешна дата астрономите са стигнали до извода, че в миналото Луната е била няколко пъти по-близо до Земята, а също така е имала значително по-кратък период на въртене (т.е. не е била приливно заключена). Този факт потвърждава ударната версия за образуването на Луната от изхвърления материал на Земята, която преобладава в наше време. В допълнение, приливното влияние на Луната води до постепенно забавяне на скоростта на въртене на Земята около оста си. Скоростта на този процес е увеличение на деня на Земята всяка година с 23 микросекунди. За една година Луната се отдалечава от Земята средно с 38 милиметра. Изчислено е, че ако системата Земя-Луна оцелее след превръщането на Слънцето в червен гигант, то след 50 милиарда години денят на Земята ще бъде равен на лунния месец. В резултат на това Луната и Земята винаги ще гледат само едната страна една към друга, както се наблюдава в момента в системата Плутон-Харон. До този момент Луната ще се отдалечи на приблизително 600 хиляди километра, а лунният месец ще се увеличи до 47 дни. Освен това се предполага, че изпаряването на океаните на Земята за 2,3 милиарда години ще доведе до ускоряване на процеса на отстраняване на Луната (приливите и отливите на Земята значително забавят процеса).
Освен това изчисленията показват, че в бъдеще Луната отново ще започне да се приближава до Земята поради приливно взаимодействие помежду си. Когато се приближи до Земята на 12 хиляди километра, Луната ще бъде разкъсана от приливни сили, отломките от Луната ще образуват пръстен, подобен на известните пръстени около гигантските планети на Слънчевата система. Други известни спътници на Слънчевата система ще повторят тази съдба много по-рано. Така че на Фобос са дадени 20-40 милиона години, а Тритон е на около 2 милиарда години.
Всяка година разстоянието до земния спътник се увеличава средно с 4 см. Причините са движението на планетоида по спирална орбита и постепенно намаляващата сила на гравитационното взаимодействие между Земята и Луната.
Между Земята и Луната теоретично е възможно да се поставят всички планети от Слънчевата система. Ако съберете диаметрите на всички планети, включително Плутон, ще получите стойност от 382 100 км.
Зареждане...
