С астрономией на "ты". 5-7 классы

Спутник - космическое тело, обращающееся по орбите вокруг другого космического тела большей массы.

Спутник не обязательно должен быть несамосветящимся космическим телом. Спутником можно назвать меньшую звезду в двойной звёздной системе. Спутником можно назвать даже небольшую галактику, которая обращается вокруг более массивной и крупной галактики. Спутником можно назвать Землю по отношению к Солнцу. Спутники есть не только у планет, но и у некоторых астероидов.

Спутники бывают искусственные (созданные человеком) и естественные (созданные природой). Луна - единственный естественный спутник Земли. 

Диаметр Луны около 3 474 км (конечно же из-за вращения Луна немного сжата с полюсов, но поскольку это вращение очень медленное, то и сжатие очень небольшое). По диаметру Луна примерно в 4 раза меньше Земли и примерно в 400 раз меньше Солнца. Среди спутников других планет Луна занимает пятое место.

Луна сама не светится, и поэтому с Земли мы можем видеть только освещённую Солнцем часть лунного диска - лунную фазу. Поскольку Луна обращается вокруг Земли, то лунные фазы меняются. В таких случаях говорят о смене лунных фаз.

Основных лунных фаз четыре:

• новолуние - Луна находится между Солнцем и Землёй, к Земле обращено неосвещённое Солнцем полушарие Луны и поэтому с Земли Луну не видно (кроме случаев, когда Луна заслоняет от нас Солнце - солнечных затмений);
  
• первая четверть - Луна прошла 1/4 часть своей орбиты, на небе выглядит в виде половины диска (выпуклость к западу);
  
• полнолуние - Земля находится между Солнцем и Луной, к Земле обращено всё освещённое Солнцем полушарие Луны, Луна видна в виде полностью освещённого диска (иногда Луна попадает в тень Земли и тогда мы видим лунное затмение);
  
• последняя четверть - Луне осталось пройти последнюю четверть своей орбиты до следующего новолуния, Луна выглядит на небе в виде половины диска (выпуклость к востоку).
  

Между основными фазами находятся промежуточные. Смена лунных фаз происходит всегда в одном и том же порядке:

Средний период смены лунных фаз (от одного новолуния до следующего) составляет 29 суток 12 часов 44 минуты 03 секунды (29,5305882 суток). Это так называемый синодический лунный месяц (в переводе с греческого "синодос" означает "соединение"; новолуние - это и есть конфигурация соединения Луны с Солнцем). Если разделить его продолжительность на 4, то получим примерно 7,4 суток - столько времени проходит между основными фазами Луны. Это чуть больше недели. От новолуния до полнолуния в течение 2 недель происходит увеличение фазы ("растущая Луна"), а затем в течение 2 недель - уменьшение фазы ("убывающая Луна").

Возраст лунной фазы (или возраст Луны) - это количество земных суток, прошедших с момента новолуния. Возраст лунной фазы измеряется в пределах от 0 до 30 суток. Следует научиться по виду лунной фазы определять на глаз её возраст.

Если остановить Землю, то было бы легко заметить направление движения Луны вокруг Земли. Луна обращается вокруг Земли в ту же сторону, в какую вращается сама Земля - с запада на восток. Но т.к. движение Луны вокруг Земли весьма медленное, то при вращении Земли Луна восходит в восточной стороне горизонта, как Солнце и звёзды, и заходит в западной. Как же увидеть смещение Луны относительно звёздного неба?

Для этого нужно выбрать момент, когда поблизости от Луны видна яркая звезда или планета, и сфотографировать их. Если потом их сфотографировать ещё раз через несколько часов, то при сличении снимков сразу станет видно, что Луна сместилась к востоку, отстала от звезды (планеты). В среднем Луна отстаёт от звёздного неба на 13º в сутки. Луна возвращается к одной и той же звезде через каждые 27 суток 07 часов 43,1 минуты (27,321582 суток). Это так называемый сидерический лунный месяц. Он короче синодического лунного месяца примерно на 2 суток 05 часов.

Луна обращается вокруг Земли по эллиптической (слегка вытянутой) орбите. Ближайшая к Земле точка лунной орбиты называется перигей, а наиболее удалённая её точка - апогей лунной орбиты. Когда Луна находится в перигее, расстояние от Земли до неё составляет ≈ 363 100 км, а когда в апогее - ≈ 405 700 км. Расстояние до Луны постоянно и плавно изменяется в пределах 363 100 - 405 700 км. Соответственно, видимый диаметр лунного диска на земном небе тоже плавно изменяется от 33’ 40” до 29’ 24”. Среднее расстояние до Луны (оно обычно используется в задачах) составляет примерно 384 000 км.

Если внимательно наблюдать за Луной в течение месяца, то мы убедимся, что она повёрнута к нам всё время одной и той же стороной. Нам может показаться, что Луна не вращается. Здесь нужно быть внимательным. Относительно Земли Луна действительно не вращается. А вот относительно Солнца, далёких звёзд, планет - вращается. Происходит это оттого, что период вращения Луны совпадает с сидерическим периодом обращения Луны вокруг Земли. Луна смотрит на Землю всё время одним и тем же своим полушарием. Такое движение называется синхронным. Оно присуще не только Луне, но и многим спутникам других планет.

Если посмотреть на ускоренную съёмку изменения лунных фаз в течение лунного месяца, мы заметим также, что Луна как бы покачивается. Эти покачивания называются либрациями (от слова "либра", что в переводе означает "весы"):

Из-за либраций Луны мы с Земли можем видеть 59% лунной поверхности. Если бы либраций не было, то нам было бы доступно только 50% поверхности Луны.

Так как Луна примерно в 400 раз ближе к Земле, чем Солнце, и во столько же раз меньше его по диаметру, то видимые диаметры дисков Луны и Солнца на земном небе примерно одинаковы и составляют ≈ 0,5º. Орбита Луны так расположена относительно орбиты Земли, что диск Луны изредка может загораживать диск Солнца. При этом на поверхности Земли наблюдается солнечное затмение.

Мы уже знаем, что из-за эллиптичности орбиты Земли видимый диаметр солнечного диска на небе изменяется в пределах до 32’ 31” до 32’ 27”, а у Луны - от 33’ 40” до 29’ 24”. Изредка во время полного солнечного затмения случается так, что Солнце имеет наибольший видимый диаметр, а Луна - наименьший. Тогда Луна не может полностью перекрыть солнечный диск - остаётся тонкий светящийся ободок. Такое затмение называется кольцеобразным.

Иногда случается наоборот: Солнце во время солнечного затмения имеет наименьший видимый диаметр, а Луна - наибольший. В этом случае полная фаза солнечного затмения может длиться до 11 минут.

Если солнечные затмения происходят только в новолуния, то лунные затмения происходят только в полнолуния.

Наиболее интересно полное лунное затмение, потому что оно включает все фазы: частную полутеневую, полутеневую, частную теневую и полную теневую. При полутеневом и частном полутеневом лунных затмениях яркость лунного диска уменьшается так незначительно, что для невооружённого глаза это не заметно. Даже странно называть эти явления затмениями.

Полные лунные затмения в Европе будут видны нескоро.

ПРИРОДА ЛУНЫ

Установлено, что Луна образовалась 4,36 миллиарда лет тому назад. А вот как она образовалась, мы можем лишь догадываться. Одна из современных теорий утверждает, что в результате столкновения только что "родившейся" Земли с такой же молодой планетой меньшего размера (её условно назвали Тейя). Большая масса вещества была выброшена за пределы Земли, но не рассеялась в пространстве и не упала обратно на Землю, а оформилась в небольшое шарообразное тело, которое теперь мы называем Луной.

Луна состоит из коры, верхней мантии, нижней мантии и ядра. Толщина коры Луны меняется в широких пределах от 0 до 105 км. Поверхность Луны покрыта так называемым реголитом — смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате столкновений метеоритов с лунной поверхностью. Толщина слоя реголита составляет от долей метра до десятков метров. 

Рельеф поверхности Луны можно разделить на два типа: очень старая гористая местность (материк) и относительно гладкие и более молодые лунные моря. Лунные моря, которые составляют приблизительно 16 % всей поверхности Луны, представляют собой огромные низины, затопленные базальтовой лавой, которая изливалась постепенно на поверхность после ударов крупных метеоритов и затвердевала.

Попытки объяснить происхождение кратеров на Луне начались с конца 80-х годов XVIII века. Основных гипотез было две — вулканическая и метеоритная. Согласно вулканической теории, выдвинутой немецким астрономом И. Шрётером, лунные кратеры были образованы вследствие мощных извержений на поверхности. Но в 1824 году также немецкий астроном Ф. Груйтуйзен сформулировал метеоритную теорию, согласно которой при столкновении небесного тела с Луной происходит продавливание поверхности спутника и образование кратера. Полёты к спутнику Земли с 1964 года, совершённые американскими аппаратами «Рейнджер», а также открытие кратеров на других планетах Солнечной системы (Марс, Меркурий, Венера) подвели итог этому вековому спору о происхождении кратеров на Луне. Сегодня метеоритная теория образования лунных кратеров является общепринятой.

Кроме морей и кратеров, на Луне встречаются такие формы рельефа, как борозды, купола, хребты. Деталям лунной поверхности присваивают названия. 

Хорватский астроном Руджер Бошкович в 1753 г. доказал, что у Луны практически отсутствует атмосфера, так что даже днём небо имеет чёрный цвет, и на нём можно различить яркие звёзды. Отсутствие атмосферы и медленное вращение вокруг оси приводят к тому, что днём поверхность Луны сильно нагевается солнечными лучами. Температура достигает +120 °С. Зато ночью поверхность бысто остывает. Температура опускается до -160 ºС. Такой же эффект наблюдается на Меркурии, т.к. у него тоже почти нет атмосферы.

Одним из первых начал фотографировать Луну Льюис Резерфорд. В 1865 г. он сделал вот эту фотографию:

Первым человеком, ступившим на поверхность Луны, является Нил Армстронг, американец. Это произошло 21 июля 1969 г.