Місяць, орбіта, форма, фази

Реферат на тему:

Місяць, орбіта, форма, фази.

Місяць — найближче до нас небесне тіло і єдиний супутник Землі. Пара ] «Земля — Місяць» гравітаційно пов’язана. Слід зазначити, що розрив цієї пари не відбувся тільки тому, що вона знаходиться на достатній відстані від Сонця, а також через те, що Місяць має порівняно малу масу. За час свого утворення система «Земля — Місяць» під впливом припливів зазнала значної еволюції. Наприклад, були часи, коли обидві планети були досить близькі й період обертання Землі був майже на 10% швидший, а це означає, що в девонському періоді в році було близько 450 діб.

Форма Місяця близька до кулі, екваторіальний діаметр її складає 3477 км. І Маса Місяця у 81,3 рази менша за масу Землі й складає 7,35 1022 кг. Середня густина Місяця дорівнює 3,34 г/см3 (0,61 середньої густини Землі). Через те що густина Місяця близька до густини силікатів, це означає, що в ньому немає масивного залізного ядра. Швидкість обертання Місяця навколо осі збігається з кутовою швидкістю обертання навколо Землі, тому Місяць завжди обернений f до Землі однією півкулею. Супутник Землі рухається зі швидкістю 1,02 км/с уздовж приблизно еліптичної орбіти в напрямку проти годинникової стрілки. Площина орбіти Місяця нахилена до екліптики під кутом 5°8'48″, що зазнає невеликих коливань. Велика піввісь орбіти Місяця, що дорівнює середній відстані між центрами Землі й Місяця, складає 384 400 км (приблизно 60 радіусів Землі). Внаслідок еліптичності орбіти (ексцентриситет дорівнює 0,0549) і збурювань відстань до Місяця коливається від 356 400 до 406 800 км. Період обертання МІСЯЦЯ навколо Землі (сидеричний місяць) дорівнює 27,32 земної доби, але зазнає невеликих коливань і дуже малого вікового скорочення.

Прискорення вільного падіння на поверхні Місяця в 6 разів менше, ніж на Землі, і дорівнює 1,62 м/с2. Перша космічна швидкість Місяця 1680 м/с, друга — 2 375 м/с. Місяць не має атмосфери, тому що через мале притягання вона не могла втримати газову оболонку, а також воду у вільному стані. На відміну від Землі, Місяць не має власного магнітного поля. Земля й Місяць належать до дуже давніх утворень. Близько 3 млрд років тому на Місяці був розквіт вулканізму, тоді Місяць мав сильне магнітне поле. Але потім розвиток формації багатих на залізо ме-ланократових базальтів, що виконують депресії, припинилося в результаті консолідації Місяця, а одночасно з цим припинило існування і його магнітне поле.

Поверхня Місяця досить темна, її альбедо дорівнює 0,073, тобто вона відбиває в середньому лише 7,3% світлових променів Сонця. У залежності від фаз, ця кількість світла зменшується набагато швидше, ніж площа освітленої частини Місяця, так що коли Місяць знаходиться у чверті й ми бачимо половину його диска світлим, він посилає нам не 50%, а лише 8% світла від повного Місяця. Місячне світло значно червоніше за сонячне. Місяць обертається відносно до Сонця з періодом, рівним синодичному місяцеві, тому день на Місяці триває майже 15 діб і стільки ж триває ніч. Не будучи захищеною атмосферою, поверхня Місяця нагрівається вдень до + 110 °C, а вночі остигає до -120°С, однак ці величезні температурні коливання майже ніяк не впливають на поверхню Місяця, тому що через надзвичайно слабку теплопровідність поверхневих шарів коливання проникають усередину лише на кілька дециметрів. З цієї ж причини під час повних місячних затемнень нагріта поверхня Місяця швидко охолоджується, хоча деякі місця можуть довше зберігати тепло, тому можна припустити, що на Місяці є так звані гарячі плями, які характеризуються великою теплоємністю. Рельєф поверхні Місяця був вивчений в основному за допомогою багаторічних телескопічних спостережень. Кратери (і кільцеві структури) на поверхні Місяця розподіляються на ендогенні, пов’язані з вулканічною діяльністю вибухового характеру, і космогенні, обумовлені падінням на поверхню Місяця метеоритів. Кратери ендогенної природи мають тарілкоподібну форму, зі збільшенням їхнього діаметра відзначається і незначне збільшення глибини, формування цих кратерів пов’язане з розвитком пласких вулканічних структур j загальною деструкцією й відновленням на Місяці давньої кори. Це здебільшого великі утворення діаметром від 20 до 200 км. Подібними кратерами фіксуються розтягання й тоншання кори (рифтинг) і напрямки підйому до поверхні магматичних мас на шляху формування величезних вулканічних депресій — Море Ясності, Море Дощів. Утворення вулканічних депресій — яскраво виражений прояв ендогенної активності Місяця на стадії, коли зовнішні шари її консолідувалися, а надра ще залишалися в розплавленому стані. Космогенні кратери чашкоподібні, невеликі, характеризуються швидким зростанням глибини зі збільшенням їхнього розміру.

«Місячні моря» займають близько 40% видимої поверхні Місяця і являють собою величезні рівнинні низовини, пересічені тріщинами і невисокими звивистими валами. Великих кратерів на морях порівняно мало. Багато морів оточені концентричними кільцевими хребтами. Інша, світліша поверхня вкрита численними кратерами, кільцеподібними хребтами, борознами і т. ін. Кратери на місячній поверхні мають різний відносний вік: від давніх, ледь помітних утворень до дуже чітких в обрисах молодих кратерів, іноді оточених світлими «променями». При цьому молоді кратери накладаються на більш давні, перекривають їх. В одних випадках кратери врізані в поверхню місячних морів, а в інших — гірські породи морів перекривають кратери. Тектонічні розриви то розсікають кратери і моря, то самі перекриваються більш молодими утвореннями. Разом з найбільшими депресіями простежуються витягнуті рифтові структури, наприклад Альпійська долина. За рельєфом цієї долини наочно простежуються процеси розтріскування й розтягання первинної кори Місяця під тиском флюїдних базальтових розплавів, що піднімалися з його надр.

За даними міжпланетних станцій, зворотний, невидимий бік Місяця майже Цілком представлений первинною, сильно висіченою кратерами корою і містить тільки одну вулканічну депресію діаметром близько 350 км і одну рифтову долину завдовжки близько 240 км. Це свідчить, що «темний бік» Місяця був більш ендогенно пасивним в порівнянні зі «світлим» боком, на якому вулканічна активність підсилювалася гравітаційним полем Землі.

Абсолютний вік місячних утворень встановлений тільки в декількох точках, в основному ж можна припустити, що вік найбільших кратерів (які складають основну масу) складає 3−4 млрд років, тобто утворені вони були в «доморський» періода вік наймолодших великих кратерів складає десятки й сотні мільйонів років.

Зміна місячного рельєфу відбувалася під впливом як внутрішніх, так і зовнішніх факторів. За допомогою радіоізотопного аналізу було встановлено, Що між 3,2 і 4,6 млрд років тому Місяць мав рідке ядро, у розплавленому матеріалі якого виникала конвенція, тобто надра Місяця були розігріті радіоактпвним теплом, у результаті чого на його поверхню постійно викидалася лава. Так утворилися гігантські лавові поля, неабияка кількість вулканічних кратерів, а також численні тріщини й уступи. Разом із цим на поверхню Місяця випадала величезна кількість метеоритів і астероїдів, при вибухах яких виникали кратери завбільшки від мікроскопічних лунок до кільцевих структур поперечником у кілька сотень кілометрів. Через відсутність атмосфери й гідросфери значна частина цих кратерів збереглася і до наших днів.

Зараз метеорити падають на Місяць набагато рідшевулканізм практично припинився, оскільки Місяць витратив занадто багато теплової енергії, а радіоактивні елементи були винесені в зовнішні шари. Про залишковий вулканізм свідчать витікання вуглецевмісних газів у місячних кратерах. На Місяці й зараз відбуваються незначні коливання, що нагадують слабкі землетруси, зареєстровані сейсмографами, встановленими на Місяці американськими астронавтами. Сучасна техніка також дозволила встановити і внутрішню будову Місяця, що складається з ядра радіусом близько 750 км, мантії завтовшки до 1000 км і кори, товщина якої приблизно дорівнює 60 км.

Місяць не є самосвітним тілом, тому ми можемо спостерігати його тільки в тій частині, куди потрапляють прямі сонячні промені або промені, відбиті Землею. Цим можна пояснити і фази Місяця. Щомісяця він, рухаючись по орбіті, проходить між Сонцем і Землею, тобто Місяць не відбиває сонячних променів і ніби звернений до нас своєю темною стороною, тому в цей час на Землі спостерігається молодик. Після цього через пару днів на західній частині неба спостерігається зародження «молодого» місяця у вигляді вузької яскравої серпоподібної смужки. Інша частина місячного диска може в Цей час слабко освітлюватися Землею, поверненою до супутника своєю денною півкулею. Таке слабке світіння називають попелястим світлом Місяця. Через 7 діб Місяць відходить від Сонця на 90°. Перша чверть настає, коли освітлюється рівно половина диска Місяця і термінатор (лінія розділу світлої й темної сторони) ніби стає діаметром місячного диска. У наступні дні термінатор поступово вигинається, стає опуклим, Місяць стає майже цілком освітленим, і через кілька діб настає повний місяць (повня). Потім, починаючи із західного краю диска Місяця, виникає і поступово поширюється потемніння, а на 22-гу добу вже спостерігається остання чверть, коли Місяць знову представлений у вигляді півкола, але цього разу опуклість термінатора звернена до сходу. Кутова відстань Місяця від Сонця зменшується, він знову звужується до серпоподібної форми і знову настає молодик. Проміжок між двома послідовними повнями називається синодичним місяцем, тривалість його складає 29,53 доби. Синодичний місяць більший за сидеричний, тому що Земля за цей час проходить приблизно 1/13 своєї орбіти, а Місяць, щоб пройти між Сонцем і Землею, повинен додатково пройти 1/13 частину своєї орбіти, на що йде близько двох діб.

Місяць відіграє вагому роль у житті Землі. Обертаючись навколо Землі, він викликає на ній приливи й відливи. Місяць розташований від нашої планети так близько, що притягає воду і викликає припливи тих морів і океанів, які на той момент знаходяться під ним.

Місяць — природний супутник Землі. Це найближче до нас небесне тіло, доступне спостереженню неозброєним оком. Відстань до Місяця складає.

«4 000 кілометрів, що значно менше відстані до Сонця (0,0256 астрономічної одиниціа. о. = 150 000 000 км).

Місячна орбіта

Місяць рухається навколо Землі. Середня швидкість руху Місяця по орбіті складає 1,02 км/с, форма орбіти наближається до еліпса. Напрямок орбітального руху Місяця збігається з напрямком руху більшості планет Сонячної системи. Якшо за точку відліку прийняти Північний полюс світу, то можна сказати, що Місяць рухається проти годинникової стрілки. (Нагадуємо, що Північний полюс світу і земний Північний полюс — абсолютно різні поняття. Північний полюс світу — точка на небесній сфері, навколо якої відбувається видиме добове переміщення зір, причому сама вона залишається нерухомою. У Північній півкулі така точка знаходиться там, де ми бачимо Полярну зорю.) Велика піввісь орбіти Місяця, визначувана як середня відстань між центрами Землі й Місяця, дорівнює 384 400 км (що приблизно в 60 разів більше за радіус Землі). Найменша відстань до Місяця дорівнює 356 400, найбільша — 406 800 км. Час, за який Місяць робить повний оберт навколо Землі, називається сидеричним (зоряним) місяцем. Він дорівнює 27,32 166 доби. Унаслідок дуже складного руху Місяця, на який впливає притягання Сонця, планет, а також форма Землі (геоїд), тривалість сидеричного місяця зазнає невеликих коливань, крім того, встановлено, що період обертання нашого супутника навколо Землі повільно зменшується. Вивчення руху Місяця навколо Землі є одним із найважчих завдань небесної механіки. Еліптична орбіта є лише зручною математичною абстракцією, насправді на неї накладаються чимало збурювань. Найголовніші з цих збурювань, або нерівностей, були відкриті зі спостережень. Після формулювання закону всесвітнього тяжіння були теоретично виведені збурювання, що призводять до видимих відхилень в орбітальному русі планет.

Місяць притягається Сонцем у 2,2 рази сильніше, ніж Землею, так що теоретично спостерігач з іншої планети або планетної системи сказав би, що бачить рух Місяця навколо Сонця і збурювання цього руху Землею. Однак ми спостерігаємо рух Місяця так, як це виглядає з Землі, тому гравітаційна теорія, яку розробляли чимало найвидатніших учених, починаючи з І. Ньютона, розглядає рух Місяця саме навколо Землі. Найбільш детально теоретичні основи такого вивчення були розроблені американським математиком Дж. Хіллом. На базі його розробок американський астроном Е. Браун у 1919 році розрахував можливі математичні значення, що приймаються функціями, які описують широту, довготу й паралакс Місяця, причому аргументом є час. Браун склав таблиці можливих значень змінних.

Площина орбіти Місяця не рівнобіжна до екліптики, а нахилена до неї під кутом 5°8'43″ (екліптика — лінія, що проходить через точки, на які послідовні проектується Сонце при спостереженнях із Землі, тобто видимий річний шлях Сонця на фоні зодіакальних сузір'їв). Через гравітаційні збурювання цей кут зазнає невеликих коливань. Точки перетину орбіти з екліптикою називаються висхідним і спадним вузлами. Вони зміщаються щодо неї у напрямку, протилежному напрямкові руху Місяця по орбіті, тобто' мають нерівномірний зворотний РУХ. За 6794 доби (близько 18 років) вузли роблять повний оберт по екліптиці. Місяць знаходиться в тому самому вузлі кожен драконічний місяць. Так називають інтервал часу — коротший, ніж сидеричний місяць, який у середньому дорівнює 27,21 222 доби. Тривалість драконічного місяця визначає періодичність сонячних і місячних затемнень.

У Місяця є власний рух навколо осі, хоча із Землі його не можна спостерігати. Справа в тому, що період добового обертання Місяця навколо осі, нахиленої до площини екліптики під кутом 88°28', точно дорівнює сидеричному місяцеві. Місяць робить повний оберт навколо осі за той самий час, що і повний оберт навколо Землі, тому він повернений до Землі завжди одним і тим самим боком. Періоди обертання навколо осі й орбітального обертання збігаються цілком закономірно. Вони вирівнялися в той час, коли Земля викликала приливні збурювання у твердій або рідкій оболонці Місяця. Однак рівномірне обертання Місяця навколо осі поєднується з нерівномірним рухом по орбіті. Тому відбувається періодичне відхилення напрямку видимої частини Місяця до Землі, що сягає 7°54' за довготою. У свою чергу нахил осі обертання Місяця до площини його орбіти дає відхилення до 6°50' за широтою. Спостерігачі давно визначили, що в різний час можна бачити із Землі різну за площею частину місячної поверхні - максимально до 59% усієї поверхні Місяця. Частина видимого місячного диска, розташована біля його країв, сильно перекручена і спостерігається в перспективній проекції. Невелике «хитання» Місяця щодо його середнього положення, що спостерігається із Землі, називається лібрацією Місяця (від латинського дієслова, що означає «розгойдувати»). Докладніше зупинимося на різновидах лібрації.

Лібрація за довготою викликана тим, що обертання Місяця навколо осі практично рівномірне, а обертання навколо Землі - нерівномірне. Через це із Землі можна спостерігати то західну, то східну частину зворотної сторони. Максимальне значення лібрації за довготою — 7°45'.

Лібрація за широтою відбувається тому, що площина місячного екватора нахилена до площини екліптики під кутом 1°5', а кут між місячною орбітою й екліптикою додає ще 5'. У результаті додавання кутів місячний екватор нахилений до’місячної орбіти під кутом, близьким до 6,5°. Тому при обертанні навколо Землі Місяць ледь «повертається» до спостерігача то південним, то північним полюсом, і можна частково бачити навколополярні зони зворотної півкулі. Значення лібрації за довготою сягає 6°4Г.

Точки перетину площини екватора Місяця, екліптики і місячної орбіти завжди лежать на одній прямій (закон Кассіні).

Форма Місяця

Форма Місяця (еліптичний селенощ) наближається до кулі. Місячний радіус складає 1737,53 км, що дорівнює 0,2724 екваторіального радіуса Землі. Площа поверхні Місяця складає 3,8 107 км2, а обсяг 2,2 • ІО25 см3. Маса Місяця дорівнює 0,0123 земної маси, що складає 7,35 • 10″ г. Середня густина Місяця дорівнює 3,34 г/см3, або 0,61 середньої густини Землі.

Форму Місяця дозволили уточнити дослідження лібрацій. Тривале вивчення цього ефекту допомогло оцінити розміри головних півосей селено'іда. Екваторіальна вісь, спрямована у бік Землі, більша за полярну вісь на 700 м, а екваторіальна вісь, перпендикулярна напрямкові до Землі, більша за полярну на 400 м. Це означає, що Місяць ледь витягнутий у бік Землі.

Приливні сили, створювані притяганням Землі, стали причиною виникнення твердих приливних хвиль на поверхні Місяця. Ці хвилі утворили два «приливні горби» на двох півкулях Місяця.

Фази Місяця

Місяць не є самосвітним тілом, як і всі планети. Спостерігати його можна лише настільки, наскільки він освітлюється Сонцем. Через особливості руху Місяць завжди освітлюється Сонцем тільки з одного боку, але земний спостерігач у різний час бачить освітлену половину по-різному. Місяць змінює свою видиму форму, і ці зміни називаються фазами. Фази залежать від відносного розташування Землі, Місяця й Сонця.

Молодик — фаза, коли Місяць знаходиться між Землею й Сонцем. У цей момент він невидимий для земного спостерігача.

Повня — протилежна точка орбіти Місяця, у якій його освітлена Сонцем півкуля видима земному спостерігачеві повністю.

Проміжні фази — положення Місяця між молодиком і повнею, коли земний спостерігач бачить більшу або меншу частину освітленої півкулі. їх називають чвертям и.

Перша чверть — фаза, що настає через 2−3 доби після молодика. Місяць у першій чверті з’являється в момент заходу Сонця і спостерігається на небі як тонкий серп, опуклою стороною звернений у бік Сонця. Протягом приблизно тижня видимий на небі серп Місяця збільшується в розмірах, поступово перетворюючись на півколо, — це друга чверть. Поступово збільшуючись у розмірах, півколо досягає стадії повні, а потім починає зменшуватися знову до півкола і вузького серпа, опуклою стороною знову зверненого у бік Сонця Це остання чверть. Весь цикл займає проміжок, який називається синодичним місяцем. Він дорівнює проміжкові часу між двома послідовними однаковими фазами.

Зовнішній край видимого диска називається лімбом. Межа між освітленою й неосвітленою ділянкою місячної поверхні називається термінатором. Терміна-тор під час першої й останньої чверті має форму майже прямої, він переміщається по поверхні Місяця під час зміни місячних фаз Через складність місячного рельєфу термінатор нерівний, що добре видно в телескоп Поруч із термінатором на неосвітленій частині місячного диска помітні яскраві точки — вершини гір, освітлені Сонцем.

Під час фаз, при яких Місяць виглядає вузьким серпом, у гарну погоду можна неозброєним оком побачити світіння нічної частини місячного диска. Це явище називають попелястим світлом Місяця. Попелясте світло — результат того, що Земля досить яскраво освітлює нічний бік Місяця.

Кульмінація Місяця (проходження через небесний меридіан) у різних фазах припадає на різний час. У повню Місяць кульмінує опівночі за місцевим часом, у першій чверті приблизно о 18 годині, а в останній — приблизно о 6 годині.

Синодичний місяць більший за сидеричний, тому що Земля за цей час проходить приблизно 1/13 своєї орбіти, і Місяць, щоб знову пройти між Землею і Сонцем, повинен пройти додатково ще 1/13 частину своєї орбіти, на що витрачається не набагато більше 2 діб. Якщо в молодику Місяць знаходиться поруч з одним із вузлів місячної орбіти, спостерігається сонячне затемнення Якщо ж поблизу вузла орбіти Місяць знаходиться в повню, із Землі спостерігається місячне затемнення.