КУРС ОБЩЕЙ АСТРОНОМИИ
Происхождение Луны Естественный спутник Земли – Луна, наиболее изученное небесное светило. Происхождение Луны окончательно еще не установлено. Наиболее разрабо таны три разные гипотезы. В конце 19 в. Дж. Дарвин выдвинул гипотезу, согласно которой Луна и Земля первоначально состав ляли одну общую расплавленную массу, скорость вращения которой увеличивалась по мере ее остывания и сжатия; в результате эта масса разорвалась на две части: большую Землю и меньшую Луну. Эта гипотеза объясняет малую плотность Луны, образованной из внешних слоев первона чальной массы. Однако она встречает серьезные возражения с точки зрения механизма подобного процесса; кроме того, между породами земной оболочки и лунными породами есть существенные геохимические различия. Гипотеза захвата, разработанная немецким ученым К. Вейцзеккером, шведским ученым Х. Альфвеном и американским ученым Г. Юри, предполагает, что Луна первоначально была малой планетой, которая при прохождении вблизи Земли в результате воздействия тяготения последней превратилась в спут ник. Земли. Вероятность такого события весьма мала, и, кроме того, в этом случае следовало бы ожидать большего разли чия земных и лунных пород. Согласно третьей гипотезе, разрабатывавшейся советскими учеными О. Ю. Шмидтом и его последователями в середине 20 века, Луна и Земля образовались одновременно путем объединения и уплотнения боль шого роя мелких частиц. Но Луна в целом имеет меньшую плотность, чем Земля, поэтому вещество протопланетного облака должно было разделиться с концентра цией тяжелых элементов в Земле. В свя зи с этим возникло предположение, что первой начала формироваться Земля, окруженная мощной атмосферой, обога щеннойотносительно летучими силика тами; при последующем охлаждении ве щество этой атмосферы сконденсирова лось в кольцо планетезималей, из которых и образовалась Луна. Последняя гипотеза на современном уровне знаний (70 е годы 20 века) представляется наиболее предпо чтительной.
Поверхность Луны Рельеф лунной поверхности был в основном выяснен в результате мно голетних телескопических наблюдений. “Лунные моря”, занимающие около 40 % видимой поверхности Луны, представляют собой равнинные низменности, пересе ченные трещинами и невысокими изви листыми валами; крупных кратеров на морях сравнительно мало. Многие моря окружены концентрическими кольцевы ми хребтами. Остальная, более светлая поверхность покрыта многочисленными кратерами, кольцевидными хребтами, бо роздами так далее. Кратеры менее 15 и 20 километров имеют простую чашевидную форму, бо лее рупные кратеры (до к 200 километров) состоят из округлого вала с крутыми внутренними склонами, имеют сравнительно плоское дно, более углубленное, чем окружающая местность, часто с центральной горкой. Высоты гор над окружающей местностью определяются по длине теней на лунной поверхности или фотометрическим способом. Таким путем были составлены гипсометрические карты масштаба 1: 1 000000 на большую часть видимой стороны. Однако абсолютные высоты, расстояния точек поверхности Луны от центра фигуры или массы Луны определяются очень неуверен но, основанные на них гипсометрические кар ты и дают лишь общее представление о ре льефе уны. Гораздо подробнее и точнее Л изучен рельеф краевой зоны Луны, которая, в за висимости т фазы либрации, о ограничи вает диск Луны. Для этой зоны немецкий ученый Ф. Хайн, советский ученый А. Нефедьев, американский ученый Ч. Уотс составили гипсометрические карты, которые используются для учета неровностей края Луны при наблюде ниях целью определения координат Луны (такие наблюдения с производятся мери дианными кругами и по фотографиям Луны на фоне окружающих звезд, а также по наблюдениям покрытий звезд). Микрометрическими измерениями определены по отношению к лунному экватору и среднему ме ридиану Луны селенографические координаты нескольких основных опорных точек, которые служат для при вязки большого числа других точек поверх ности Луны. Основной исходной точкой при этом является небольшой правильной формы и хорошо видимый близ центра лунного диска кратер Мёстинг.
• Моря: Север: 1 Море Холода (Mare Frigoris) 2 Море Дождей (Mare Imbrium) 3 Залив Зноя (Sinus Aestuum) Северо Восток: 4 Центральный Залив (Sinus Medi 5 Море Паров (Mare Vaporum) 6 Море Ясности (Mare Serenitatis) 7 Море Спокойствия (Mare Tranquillitatis) 8 Море Кризисов (Mare Crisium) 17 Озеро Сновидений (Lacus Somniorum) 18 Болота Сна (Palus Somnii) 19 Море Змей (Mare Anguis) 20 Море Волн (Mare Undarum) Юго Восток: 9 Море Изобилия (Mare Fecunditatis) 10 Море Нектара (Mare Nectaris) 21 Море Пены (Mare Spumans) Юго Запад: 11 Море Облаков (Mare Nubium) 12 Море Влажности (Mare Humorum) 13 Море Познанное (Mare Cognitum 22 Болото Эпидемий (Palus Epidemiarum) Запад: 14 Океан Бурь (Oceanus Procellarum Северо Запад: 15 Залив Росы (Sinus Roris) 16 Залив Радуги (Sinus Iridum)
Движение Луны Орбита невозмущенного движения Луны вокруг Земли есть эллипс, эксцентриситет которого равен 0, 055 или 1/18, а общая полуось равна 384400 км. В перигее расстояние от Земли до Луны меньше среднего на 21000 км, а в апогее – на столько же больше. Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики в среднем под углом 5 09’. Луна движется вокруг Земли в направлении с запада к востоку, т. е. в том же направлении, что и Земля вокруг Солнца. Период обращения Луны вокруг Земли называется сидерическим или звездным месяцем. Его продолжительность равна 27, 32 суток. По истечении этого времени Луна снова занимает прежнее положение на своей орбите по отношению к звездам. Движение Луны является одним из самых трудных для исследования по двум причинам: 1) возмущения в движении Луны очень велики; 2) Луна близка к Земле, и поэтому в ее движении заметны такие отклонения, которые ускользают при наблюдении более далеких небесных тел. Вследствие возмущений элементы лунной орбиты постоянно изменяются. Периодическим возмущениям подвержены все элементы лунной орбиты. Например, наклонение орбиты, равное в среднем 5° 09’, колеблется в пределах от 4° 58’ до 5° 20’ за время, несколько меньше полугода. Каждый элемент лунной орбиты имеет не одно периодическое возмущение, а несколько сотен с разыми периодами и амплитудами. Вследствие этого действительное движение Луны необычно сложно, и его исследование составляет одну из самых трудных задач небесной механики. Вековым возмущениям подвержены долгота восходящего узла и долгота перигея лунной орбиты. Лунные узлы непрерывно перемещаются навстречу движению самой Луны, т. е. к западу, совершая полный оборот по эклиптике за 18 лет 7 месяцев (6793 средних суток). Перигей лунной орбиты непрерывно движется к востоку, завершая полный оборот почти за 9 лет (3232 средних суток).
Движение Луны (продолжение) За каждый оборот Луны вокруг Земли перемещение узлов составляет около 1. 5. Следовательно, по истечении звездного месяца Луна никогда не возвращается в точности к прежнему положению, и каждый следующий оборот она совершает, строго говоря, по новому пути. И только через 18 лет 7 месяцев, когда узлы сделают полный оборот по эклиптике, плоскость лунной орбиты займет опять прежнее положение. Когда восходящий узел лунной орбиты совпадает с точкой весеннего равноденствия, то орбита Луны расположена дальше от небесного экватора, чем эклиптика. Следовательно, угол между орбитой Луны и небесным экватором в этом случае равен 28 35’ (23 26’+5 09’). Если в точке весеннего равноденствия находится нисходящий узел, то орбита Луны расположена между небесным экватором и эклиптикой, а угол между орбитой Луны и небесным экватором равен 18 17’ (23 26’ 5 09’). Таким образом, в первом случае склонение Луны в течение месяца будет изменяться от +28 35’ до 28 35’ , а во втором случае от + 18 17’ до 18 17’ , т. е. в меньших пределах. В итог движение узлов лунной орбиты и связанное с ним изменение пределов склонения Луны оказывает существенное влияние на условия ее видимости. Орбита Луны 5 09 23. 5 Эклиптика Экватор Земли
Видимое движение и фазы Луна в течение звездного месяца перемещается среди звезд всегда в одну и ту же сторону – с запада на восток, или прямым движением. Наблюдаемое движение Луны сопровождается непрерывным изменением внешнего вида. В некоторые дни Луна совсем не видна на небе. В другие дни она имеет вид узкого серпа, полукруга или полного круга. Различные формы видимой освещенной части Луны называется ее фазой. Величиной фазы называется освещенная доля диаметра, перпендикулярного линии, соединяющей концы серпа. Лунные фазы объясняются тем, что Луна подобно Земле является темным, непрозрачным телом и при движении вокруг Земли занимает различные положения относительно Солнца. 1 – новолуние; 3 – 1 я четверть; 5 – полнолуние; 7 – 2 я четверть.
(Продолжение) Из за удаленности Солнца солнечные лучи, падающие на Луну, почти параллельны и освещают половину лунного шара; другая его половина остается темной. Но так к Земле обычно обращены часть светлого полушария и часть темного, то Луна чаще кажется нам неполным кругом. Линия, отделяющего темную часть диска Луны от светлой, называется терминатором и всегда является полуэллипсом. Угол ψ с вершиной в центре Луны между направлениями к Земле и к Солнцу называется фазовым углом. Различаются четыре основные фазы Луны, которые переходят одна в другую в следующей последовательности: новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть. Во время новолуния Луна проходит между Солнцем и Землей (т. е. находиться в соединении с Солнцем), фазовый угол ψ = 180 , к Земле обращена темная сторона Луны и она не видна на небе. Дня через два после новолуния Луна видна в виде узкого серпа на западе, в лучах вечерней зари, вскоре после захода Солнца. Лунный серп, обращенный выпуклостью к Солнцу, ото дня ко дню постепенно расширяется и приблизительно через семь суток после новолуния принимает форму полукруга. Наступает фаза квадратуре, т. е. на 90 к востоку от Солнца, фазовый угол ψ = 90 , и к Земле обращена половина освещенного и половина неосвещенного полушарии Земли. При этой фазе Луна видна в первой половине ночи, а затем заходит за горизонт. С каждым днем с Земли видна все большая часть освещенного полушария Луны и приблизительно через семь суток после первой четверти наступает полнолуние, когда Луна имеет вид полного круга. Во время полнолуния Луна находится в противостоянии с Солнцем, ψ = 0 , и к Земле обращено все освещенное полушарие Луны. Полная Луна видна на небе в направлении, противоположном направлению на Солнце (ее эклиптическая долгота отличается от долготы Солнца на 180 ).
(Продолжение) Поэтому полная Луна видна на небе всю ночь; восходит она приблизительно во время захода Солнца, а заходит около момента его восхода. После полнолуния Луна начинает «убывать» , с западной стороны ее диска появляется «ущерб» , который постепенно растет, так как с каждым днем с Земли видна все меньшая часть освещенного полушария Луны. Приблизительно через семь дней после полнолуния Луна снова видна в виде полукруга. Наступает последняя четверть. В это время Луна находится в западной квадратуре, ψ = 90 , и к Земле снова обращены половина освещенного и половина неосвещенного полушария Луны. Но теперь Луна отстоит уже на 90° к западу от Солнца и видна во второй половине ночи, вплоть до восхода Солнца. Постепенно ущерб лунного диска увеличивается, Луна снова принимает вид узкого серпа и видна на востоке, в лучах утренней зари, незадолго перед восходом Солнца. Через два три дня лунный серп исчезает, и Луна снова не видна на небе, так как приблизительно через семь суток последней четверти опять наступает новолуние. Соединение Луны с Солнцем во время новолуния и противостояние во время полнолуния называются сизигиями.
Периоды обращения Луны Промежуток времени между двумя последовательными одноименными фазами Луны (например, между двумя полнолуниями) называется синодическим месяцем. Из наблюдений установлено, что синодический месяц в среднем равен 29, 53 средних солнечных суток. Таким образом, синодический месяц длиннее сидерического. Это легко понять из рис. на котором положение 1 соответствует взаимному расположению Луны, Земли и Солнца в момент полнолуния. Через 27, 32 суток, т. е. через сидерический месяц, Луна, сделав полный оборот по своей орбите, займет прежнее положение относительно звезд, но так как Земля за это время переместится в положение 2, то полнолуния еще не будет. Оно наступит спустя некоторое время когда Земля займет положение 3. Математическая связь синодического и сидерического обращения Луны та же, что и для внутренних планет. Кроме сидерического и синодического периодов обращений в движении Луны различают еще три периода: аномалистический месяц – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями луны через перигей, (27, 55 средних суток); драконический месяц – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел своей орбиты(27, 21 средних суток); тропический месяц – промежуток времени, в течение которого долгота Луны увеличивается на 3600. Вследствие прецессии тропический месяц короче сидерического месяца приблизительно на семь секунд. Драконический месяц короче сидерического из за движения узлов лунной орбиты навстречу движению Луны, а аномалистический месяц длиннее сидерического потому, что перигей лунной орбиты движется в ту же сторону, что и сама Луна. 29, 53059 суток 27, 55455 суток аномалией). 27, 32166 суток 27, 21222 суток СИНОДИЧЕСКИЙ(от слова synodion встреча). АНОМАЛИТИЧЕСКИЙ( угловое расстояние Луны от её перигея называли СИДЕРИЧЕСКИЙ(siderium звездный) ДРАКОНИЧЕСКИЙ(узлы орбиты обозначают значком похожими на дракона
Затмение Луны и Солнца Затмения солнечные и лунные, происходят либо когда Земля попадает в тень, отбрасываемую Луной (солнечные затмения), либо когда Луна попадает в тень Земли (лунные затмения). Длительность полных солнечных затмений не превышает 7, 5 мин, частных (большой фазы) — 2 ч. Лунная тень скользит по Земле со скоростью ок. 1 км/с, пробегая расстояние до 15 тыс. км, ее диаметром ок. 270 км — это максимальная ширина области полного солнечного затмения. Полные лунные затмения могут длиться до 1 ч 45 мин. Затмения повторяются в определенной последовательности через период времени в 6585 1/3 сут (т. н. сарос). Ежегодно бывает не более 7 затмений (из них не более 3 лунных).
Схема солнечного затмения
Схема лунного затмения
Телескоп рефрактор • Телескоп Галилея • Телескоп Кеплера
Телескопы рефлекторы • Телескоп Ньютона • Телескоп Кассегрена
• Телескоп Максутова • Телескоп Шмидта
Скачать презентацию КУРС ОБЩЕЙ АСТРОНОМИИ Происхождение Луны Естественный спутник
Луна, движение Луны.ppt