Лунная атмосфера. Почему Луна лишена атмосферы и воды

Вопрос этот принадлежит к тем, которые уясняются, если сначала их, так сказать, перевернуть. Прежде чем говорить о том, почему Луна не удерживает вокруг себя атмосферу, поставим вопрос: почему удерживается атмосфера вокруг нашей собственной планеты? Вспомним, что воздух, как и всякий газ, представляет хаос не связанных между собой молекул, стремительно движущихся в различных направлениях. Средняя их скорость при t = 0 °C – около 1/2 км в секунду (скорость ружейной пули). Почему же не разлетаются они в мировое пространство? По той же причине, по какой не улетает в мировое пространство и ружейная пуля. Истощив энергию своего движения на преодоление силы тяжести, молекулы падают обратно на Землю. Вообразите близ земной поверхности молекулу, летящую отвесно вверх со скоростью 1/2 км в секунду. Как высоко может она взлететь? Нетрудно вычислить: скорость v, высота подъема h и ускорение силы тяжести g связаны следующей формулой:

v 2 = 2gh.

Подставим вместо v его значение – 500 м/с, вместо g – 10 м/с 2 , имеем

h = 12 500 м = 12 1/2 км.

Но если молекулы воздуха не могут взлетать выше 12 1/2 км, то откуда берутся воздушные молекулы выше этой границы? Ведь кислород, входящий в состав нашей атмосферы, образовался близ земной поверхности (из углекислого газа в результате деятельности растений). Какая же сила подняла и удерживает их на высоте 500 и более километров, где безусловно установлено присутствие следов воздуха? Физика дает здесь тот же ответ, какой услышали бы мы от статистика, если бы спросили его: «Средняя продолжительность человеческой жизни 70 лет; откуда же берутся 80-летние старики?» Все дело в том, что выполненный нами расчет относится к средней, а не реальной молекуле. Средняя молекула обладает секундной скоростью в 1/2 км, но реальные молекулы движутся одни медленнее, другие быстрее средней. Правда, процент молекул, скорость которых заметно отклоняется от средней, невелик и быстро убывает с возрастанием величины этого отклонения. Из всего числа молекул, заключающихся в данном объеме кислорода при 0°, только 20 % обладают скоростью от 400 до 500 м в секунду; приблизительно столько же молекул движется со скоростью 300–400 м/с, 17 % – со скоростью 200–300 м/с, 9 % – со скоростью 600–700 м/с, 8 % – со скоростью 700–800 м/с, 1 % – со скоростью 1300–1400 м/с. Небольшая часть (меньше миллионной доли) молекул имеет скорость 3500 м/с, а эта скорость достаточна, чтобы молекулы могли взлететь даже на высоту 600 км.

Действительно, 3500 2 = 20h , откуда h=12250000/20 т. е. свыше 600 км.

Становится понятным присутствие частиц кислорода на высоте сотен километров над земной поверхностью: это вытекает из физических свойств газов. Молекулы кислорода, азота, водяного пара, углекислого газа не обладают, однако, скоростями, которые позволили бы им совсем покинуть земной шар. Для этого нужна скорость не меньше 11 км в секунду, а подобными скоростями при невысоких температурах обладают только единичные молекулы названных газов. Вот почему Земля так прочно удерживает свою атмосферную оболочку. Вычислено, что для потери половины запаса даже самого легкого из газов земной атмосферы – водорода – должно пройти число лет, выражающееся 25 цифрами. Миллионы лет не внесут никакого изменения в состав и массу земной атмосферы.

Чтобы разъяснить теперь, почему Луна не может удерживать вокруг себя подобной же атмосферы, остается досказать немного.

Напряжение силы тяжести на Луне в шесть раз слабее, чем на Земле; соответственно этому скорость, необходимая для преодоления там силы тяжести, тоже меньше и равна всего 2360 м/с. А так как скорость молекул кислорода и азота при умеренной температуре может превышать эту величину, то понятно, что Луна должна была бы непрерывно терять свою атмосферу, если бы она у нее образовывалась.

Когда улетучатся наиболее быстрые из молекул, критическую скорость приобретут другие молекулы (таково следствие закона распределения скоростей между частицами газа), и в мировое пространство должны безвозвратно ускользать все новые и новые частицы атмосферной оболочки.

По истечении достаточного промежутка времени, ничтожного в масштабе мироздания, вся атмосфера покинет поверхность столь слабо притягивающего небесного тела.

Можно доказать математически, что если средняя скорость молекул в атмосфере планеты даже втрое меньше предельной (т. е. составляет для Луны 2360: 3 = 790 м/с), то такая атмосфера должна наполовину рассеяться в течение нескольких недель. (Устойчиво сохраняться атмосфера небесного тела может лишь при условии, что средняя скорость ее молекул меньше одной пятой доли от предельной скорости.) Высказывалась мысль – вернее, мечта, – что со временем, когда земное человечество посетит и покорит Луну, оно окружит ее искусственной атмосферой и сделает таким образом пригодной для обитания. После сказанного читателю должна быть ясна несбыточность подобного предприятия.

Гостевая статья.

Луна - единственный естественный спутник Земли. От нашей планеты её отделяет чуть меньше 400 000 км. По космическим меркам - всего ничего. Тем не менее, поверхность Луны очень отличается от земной. На Луне нет ни растений, ни животных. И, скорее всего, никогда не будет. Почему? Попробуем разобраться вместе.

Воздушный скафандр

Космос - удивительное, но очень опасное место. Низкое давление, минусовая температура и радиоактивное излучение создают серьёзные помехи для возникновения жизни. Чтобы на планете появились даже самые простые живые организмы, необходимо обеспечить им комфортные условия для развития и размножения. И защитить их от негативного влияния открытого космического пространства.

Земле очень повезло: у неё для этого есть атмосфера. И состоит она не из углекислого газа, как на Венере, и не из водорода и гелия, как на Юпитере или Сатурне. Земная атмосфера - смесь азота и кислорода. Это сочетание - одно из самых выигрышных в космической лотерее Вселенной. Сбалансированный состав воздушной оболочки помогает задерживать большую часть вредного электромагнитного излучения, испускаемого Солнцем. При этом свет и тепло достигают поверхности планеты и поддерживают оптимальную животных и растений температуру.

Что случилось с атмосферой Луны?

Атмосфера - космический скафандр, благодаря которому миллиарды лет назад на Земле начался процесс абиогенеза, то есть превращения неживой природы в живую. У нашего спутника такого скафандра, к сожалению, нет. Атмосфера Луны настолько разрежена, что ей можно пренебречь. И это - одна из главных причин отсутствия на ней жизни.

Из-за низкой плотности атмосферы на Луне температура за сутки может подниматься до +127 °C и падать до -173 °C. В таких условиях грунт не успевает прогреваться: на глубине 1 м царит вечная мерзлота. Кроме того, поверхность спутника постоянно бомбардируется метеоритами, дробящими скалистую лунную породу в песок.

Учёные считают, что 3,5 миллиарда лет назад атмосфера Луны была плотнее. Но из-за теплового движения молекул и недостаточной силы притяжения остывающего ядра газовая оболочка постепенно рассеялась. И вместе с ней - последний шанс на возникновение жизни.

Человек и Луна

Единственный способ заселить Луну - строительство научно-исследовательских баз с искусственной гравитацией. Своеобразный «город под куполом». Внутри такого сооружения люди смогут жить в привычных для себя условиях, выращивать домашних животных, сажать растения и т. д. Да, это звучит фантастически, но при сохранении современных темпов развития космических технологий - вполне возможно.

Разработкой проектов таких станций сейчас занимаются многие зарубежные компании. Правда, многим учёным кажется, что Марс больше подходит на роль второго дома для колонистов с Земли. Но Луна намного ближе красной планеты. И, к тому же, на её поверхность уже садились космические корабли. Поэтому и строить жилые объекты и исследовательские сооружения будет намного проще. Ведь люди уже знают, чего ожидать от спутника и к чему готовиться.

Без возведения закрытых построек с искусственной гравитацией сделать Луну обитаемой не получится. Этому мешают космический вакуум и полное отсутствие магнитного поля. Радиоактивные солнечные ветры, не удерживаемые атмосферой, способны уничтожить любое живое существо. Постоянные перепады температуры и низкое давление не позволят выжить на поверхности Луны ни человеку, ни бактериям. Если, конечно, они не будут защищены мощным куполом, отражающим ионизирующие электромагнитные волны и метеоритные дожди.

Сейчас, когда человек тщательно исследовал поверхность Луны, он узнал много интересного о ней. Но факт, что на Луне нет жизни, человек знал задолго до того, как достиг Луны.

На Луне нет атмосферы. Астрономы установили это, потому что на Луне не бывает сумерек, заката. На Земле ночь наступает постепенно, потому что воздух отражает солнечные лучи даже после захода Солнца. На Луне совсем иначе: только что было светло, и в один момент наступила темнота. Отсутствие атмосферы ведет к тому, что Луна не защищена от любого солнечного излучения. Солнце излучает тепло, свет и радиоволны. Жизнь на Земле зависит от этого тепла и света.

Но Солнце излучает еще и вредную радиацию. Земная атмосфера защищает нас от нее. А на Луне отсутствует атмосфера, которая могла бы поглотить эту вредную радиацию. И все солнечные лучи, полезные и вредные, благополучно достигают поверхности Луны.

Поскольку отсутствует атмосфера, поверхность Луны или чрезмерно горячая, или чрезмерно холодная. Луна вращается, и та сторона, которая повернута к Солнцу, становится очень горячей. Температура может достигать более 150 градусов Цельсия. Это горячей кипящей воды. Жаркий лунный день длится две недели.

За ним следует ночь, которая тоже длится две недели. Ночью температура падает до 125 градусов ниже нуля. Это в два раза холодней, чем температура, которая наблюдается на Северном Полюсе.

При таких условиях не может существовать ни одна из форм жизни, известных на Земле.

Луна - естественный спутник Земли, удаленный от нее на расстояние около 384000 км (239000 миль). Луна намного легче и меньше Земли. Ей требуется 29 дней, чтобы обернуться вокруг Земли. Луна не излучает собственного света, а только отражает свет Солнца. Поскольку Луна путешествует вокруг Земли, она появляется перед нами в различной форме. Эти различные формы мы называем фазами Луны. Они получаются в результате того, что, вращаясь вокруг Солнца, Земля по-разному затеняет Луну. Луна в зависимости от этого отражает различное количество света.

К Земле повернута всегда одна и та же сторона Луны. До 1959 года, когда советский спутник «Луна-3» сфотографировал Луну с обратной стороны, мы не знали, как выглядит ее другое полушарие.

Луна состоит из твердых пород. На ее поверхности видны тысячи кратеров. Там встречаются обширные плоские равнины, покрытые пылью, и высокие горы. Возможно, что кратеры образовались из пузырей, лопавшихся в лунной коре в результате вулканической активности миллионы лет назад. На орбите вокруг Земли Луну удерживает сила земного притяжения. Сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Время от времени вода земных океанов устремляется навстречу Луне. Это вызывает приливы.

Теперь, когда люди уже побывали на Луне, они имеют конкретное представление о спутнике Земли и, соответственно, могут планировать строительство станций па этой планете. Конечно, условия для жизни там достаточно тяжелые. Поверхность Луны буквально изрыта огромными кратерами, есть там и довольно высокие горы, обнаружены большие моря из застывшей вулканической лавы. Когда-то на Луне происходили извержения вулканов, но сегодня они уже бездействуют. Моря и внутренняя поверхность кратеров покрыты толстым слоем пыли. Там нет ни воздуха, ни воды, ни животных, ни растений. На Луне не слышно ни звука, так как звуки распространяются благодаря молекулам воздуха. Поэтому людям для передвижения на Луне нужен специальный скафандр. Жилища человека на Луне должны быть абсолютно герметичными, как батискафы для подводных исследований. Все, что необходимо для поддержания жизнедеятельности, вплоть до самого воздуха, должно доставляться с Земли.

На протяжении очень долгого периода люди мечтательно смотрели на Луну, считая, что на ближайшем спутнике Земли может быть жизнь. Множество фантастических романов было написано на эту тему. Большинство авторов предполагали, что на Луне есть не только воздух, такой же как на земле — но и растения, животные — и даже разумные существа, похожие на людей.

Однако, примерно век назад, учеными было неопровержимо доказано, что на Луне не может быть никакой жизни (даже бактериальной), в силу полного отсутствия атмосферы для дыхания — а следовательно, на поверхности спутника космический вакуум и сильнейший перепад дневных/ночных температур.

Действительно, Луна, хоть и приходится самым близким к Земле небесным телом — является крайне враждебной средой любому земному биологическому организму. А чтобы выжить там, хотя бы короткое время — необходимо принять беспрецедентные меры безопасности. В купе с тем, что лунный ландшафт представляет эстетическое зрелище чуть хуже, чем самая сухая земная пустыня — вполне понятно, почему в последние десятилетия человечество утратило интерес к Луне.

Но если бы жителям Земли повезло чуть больше, и естественный спутник не был пустынным «куском камня» — а обладал всем необходимым для жизни — жизнь была бы намного интересней. Если бы сто лет назад точно знали, что на Луне есть атмосфера, жизнь или даже братья по разуму — то и в космос бы полетели намного раньше… Это была бы отличная цель! Сейчас бы уже ходили рейсовые корабли на Луну, чуть ли не каждый день и стоимость перелетов не была бы столь огромной — если бы миллионы умов работали над усовершенствованием технологий.

Интересно, а сможет ли в будущем Луна стать таким местом, где можно спокойно ходить, дышать воздухом, купаться в водоемах, выращивать растения, строить дома — то есть жить полноценно, как на Земле?

Многие скажут, что на Луне не может быть собственной плотной атмосферы — только внутри герметичных капсул, типа космического корабля — которые возможно будут построены в будущем. Выходить из таких зданий следует только в специальных скафандрах, которые создадут такую же герметичную капсулу вокруг тела человека. Без скафандра — жизнь человека подвергается смертельной опасности.

Вариант с кислородным баллоном с маской для подводного плавания (как у дайвера) — на Луне не пройдет: космический вакуум моментально «вытянет из организма все соки»: если к телу прикрепить присоску (например — вакуумные медицинские банки на спине) — то на этом месте остается синяк. Кратковременное пребывание в полном вакууме покроет таким «синяком» все тело. Слизистая оболочка глаз, ушей, рта — начнет кипеть, стремительно высыхая. Ходят слухи, что в вакууме закипает и сворачивается даже кровь внутри кровеносной системы — что конечно же глупость: у человека кровеносная система замкнутая и внутри сосудов давление практически не изменится.

В общем — Луна не место для прогулок. В современных скафандрах, предназначенных для работы в открытом космосе — находиться крайне не удобно и движения стеснены неповоротливыми шарнирами. Строительство больших куполов, в которых можно находиться без скафандра — крайне дорогостоящий проект, и в нем в общем нет никакого смысла: отдыхать и загорать можно и на Земле. Судя по всему, нет нам места на Луне, по крайней мере в ближайшем будущем: разве что очень малому количеству людей, в сугубо научных целях удастся побывать в этом месте — но это вряд ли будет веселое времяпровождение.

Но вернемся к атмосфере. Интересно, почему на Земле она есть, а Луна полностью лишена воздуха? Для многих ответ очевиден: размер. Луна слишком мала, чтобы удержать атмосферу. А как же закон всемирного тяготения? Между любыми телами, имеющими массу — существует сила взаимного притяжения . Луна тело, имеющее массу? Так точно. А молекула, например кислорода является телом? Конечно. Оно имеет массу? Несомненно. Стало быть, Луна (как и любое другое тело, имеющее массу) — способна удержать атмосферу, причем любое ее количество!

Подозреваю, что кто-то сейчас скажет о том, что это нонсенс, не может быть, во всех учебниках написано, что этого не может быть. Позволю с ним не согласиться, потому, что в учебниках именно этого не написано. В школьной литературе, скорей всего этот вопрос затронуть лишь вскольз, без рассмотрения основных причин; а преподаватели иногда не очень глубоко знают свой предмет и вполне могут неверно «резюмировать» те данные, которые получили из своих учебных материалов. Лично я не знаю ни одного учителя физики, который смог назвать причину, по которой с поверхности Земли улетучивается гелий и водород (признаю — я разговаривал с небольшим количеством учителей). Практический каждый скажет, что эти газы легче других — поэтому, согласно закону Архимеда — поднимаются вверх. Но почему они преодолевают земное притяжение и уходят в открытый космос — ответить редко кто сможет.

Абсолютно всё, что находится в свободном (не закрепленном) состоянии — притягивается к Земле (или к любому другому массивному телу), любой сгусток материи, имеющий массу. И пылинка, и молекула, и атом. Единственное условие, при котором какое-нибудь тело может «не упасть» (пока не изобрели антигравитацию) — это скорость больше или равная Первой космической (7,9 тысяч метров в секунду). Молекул любого газа это касается так же, как и железной гири: если скорость меньше 7,9 км/с — добро пожаловать обратно на поверхность Земли! Что-то или кто-то может воздействовать, поднять или вытолкнуть, может выбросить очень высоко — но на высоте около 50 километров над землей — уже практически ничего нет, что может воздействовать — значит путь обратно, к Земле. И только, если по какой-то причине молекула водорода разгонится до первой космической скорости или выше — тогда есть возможность выйти на круговую орбиту, или на эллиптическую — или вообще уйти в межпланетное пространство и стать микроскопическим спутником Солнца. А что может подействовать на молекулу водорода, чтобы она разогналась до такой высокой скорости? Похоже, что только фотоны света на это способны, и скорей всего, налицо действие Солнца.

Итак: атмосфера не может улетучиться ни с какой планеты , спутника или астероида по причине того, что это тело «слишком мало»… У каждого газа есть своя собственная тепловая скорость молекул — то есть, с какой скоростью движутся молекулы при определенной температуре. У водорода она самая высокая, у гелия чуть меньше. В верхних слоях атмосферы, под непосредственным попаданием солнечных лучей молекулы этих газов способны разогнаться выше 7,9 км/сек — что не значит, что они моментально достигают этих скоростей: вокруг полно других молекул, которые из-за соударений серьезно замедляют скорость — мешают разогнаться. Кроме того фотоны солнечного света в большинстве случаев «бомбардируют» молекулу, «приталкивая» ее к Земле. Если молекула все-же разогналась до космической скорости — но направление движения как раз в сторону Земли — то она приблизится и «увязнет» среди других молекул атмосферы. Может пройти очень и очень много времени, прежде чем одной молекуле «посчастливится» вырваться. В атмосфере Земли присутствует приличное количество водорода и гелия, хотя, в принципе они могли бы улетучиться — не всё так быстро..!

На других, более мелких планетах, первая космическая скорость — по другому «круговая орбитальная скорость» — меньше, чем у Земли. Для Луны такая скорость равна 1,7 км/секунду, то есть водород или гелий, очевидно улетучатся быстрей. Но другие, более тяжелые газы имеют намного более низкую тепловую скорость. Например, молекулы водяного пара обычных условиях имеют среднюю скорость 0,6 км,секунду, азота — 0,5 км/сек, кислорода — тоже около 0,5 км/сек, углекислого газа — 0,4 км/сек. Эти газы (при температуре около 20 градусов Цельсия) не имели бы никакой возможности покинуть поверхность Луны. Хотя, следуют внести точность: несмотря на то, что среднегодовая/среднесуточная температура на поверхности Луны почти такая же, как и на Земле — около 20 градусов Цельсия — все же в дневные пики, температуры может быть достаточно — чтобы некоторые молекулы разогнались до круговой орбитальной скорости и покинули зону притяжения. К тому же, есть потоки магнитно-заряженных частиц «солнечного ветра».

Но количество молекул, которые в случайном порядке каждый день разгоняются и улетают под действием Солнца — достаточно мизерное. Если бы на Луне была атмосфера с давлением, равным земному — то через 10 тысяч лет давление упало бы примерно вдвое! [Википедия ] Что это означает? А то, что если бы сейчас на Луне был воздух, то там можно было бы спокойно жить, по крайней мере в течении 1000 лет — и сильно не переживать, что проснешься утром — а дышать то нечем! 🙂

А откуда вообще берется атмосфера? Во вселенной газов огромное количество. Они, как правило, присутствуют в виде облаков, причем размеры таких «межзвездных туч» просто колоссальные: могут достигать тысяч световых лет в длину. Но эти облака очень разряженные: молекулы газов супер-легкие и движутся довольно быстро — по этому, почти никогда не «слепляются» друг с другом под действием собственной гравитации — а если сталкиваются, то разлетаются в разные стороны. Если планета пройдет через такое облако, то много газа не соберет — около 1 молекулы на кубический метр — в общем, ничто. Но если происходят события, при которых газы «спресовываются» — то они могут стать жидкостью или льдом. А в кубометре льда таких молекул намного больше, примерно столько: 33500000000000000000000000000.

Куски замерзшего газа, в виде льда могут храниться, вдалеке от горячих звезд — практически вечно. В нашей Солнечной системе таких ледяных «айсбергов» весьма приличное количество. Некоторые из них настолько огромны, что им даже дают имена: речь идет про кометы, которые состоят из замерзшего газа, вращаются вокруг Солнца, иногда подлетают близко, тают и оставляют за собой пышные газовые хвосты. Большинство газа хранится не в хвосте — а в этой ледяной глыбе, которая иногда падает на какую-нибудь планету. По версии современной науки, вся вода на Земле, а равно и атмосфера произошла исключительно из-за падения комет. Один такой ледяной шар, в диаметре несколько километров может принести триллионы кубометров газа.

А в Луну врезАлись кометы ранее? По всей видимости да, об этом свидетельствует колоссальное количество кратеров на поверхности, некоторые очень огромны. Кратеры, конечно образовались не только от комет — но и от обычных — каменных или железных метеоритов и астероидов, но и кометы, скорей всего тоже были — и не мало. Бывала ли на Луне атмосфера после падения крупной кометы? 99,9% , что ДА. Хоть ударов по Луне, видимо было очень много — все же, падение крупных объектов, в земном смысле, происходит очень редко. Может раз в миллион лет, а может и реже. За несколько сотен тысяч лет, от газов, принесенных кометой — не остается и следа. Но непосредственно после падения кометы — Луна, вполне может обрести атмосферу, а может даже и гидросферу!

Если бы последняя комета упала на Луну около тысячи лет назад — сегодня, возможно, наш спутник был бы прекрасным местом: расположен не слишком далеко-но и не слишком близко от Солнца (как и Земля), если бы с кометой «прилетел» так же и водяной лед — то часть поверхности Луны могла бы быть покрыта жидкой водой! Происходило бы испарение влаги, выпадение дождей или снегов, если бы туда каким-то образом еще были бы «закинуты» семена — то за тысячу лет все бы заросло огромными растениями (на Луне меньше притяжение, по этому деревья или трава вырастали бы быстрей и в несколько раз выше). Такой, околоземный рай ! Если бы давление было близко к Земному — можно было бы ходить по поверхности без громоздких скафандров. Если бы это было — мы бы жили в другую эпоху!

Но, как мы видим — этого не произошло. Ни сто тысяч лет назад, ни даже миллион лет назад в Луну не попадала достаточно крупная комета, состоящая из замерзших газов и жидкостей. Но раз давно не падала в прошлом — значит это может произойти в будущем?! Может, очень «хорошая» — большая, с нужными газами и жидкостями — ни разу еще не падала вовсе, либо это было так давно, что русла рек, котлованы озер и следы жизни давным-давно засыпаны реголитом? И поверх них огромное количество кратеров от обычных метеоритов? Ну, по теории вероятности, если давно не было — значит скоро будет!

Представим, что большая комета, диаметром в три километра летит в сторону солнца, потом приблизилась к Земле, но отклонилась и подлетает к Луне. Из какого материала она должна состоять? В идеале — из замерзшего азота и немного замерзшего кислорода: примерно 80% на 20% — таков состав привычной нам атмосферы. Ну, если будет состоять целиком из замерзшей воды — то тоже ничего. На худой конец, она может состоять из «сухого льда» — то есть из замерзшего углекислого газа: углекислый газ потребляется растениями, и если бы на луне была углекислая атмосфера — то на ней можно было бы заниматься сельским хозяйством: растения, потребляют углекислый газ для фотосинтеза — в течении долгого лунного дня растения могут вырасти очень быстро и, возможно «мутировать» в причудливые формы!

А не разрушит ли комета наш маленький спутник? Очевидно, нет. Луна, по меркам спутников — имеет довольно внушительный размер: 3000 километров в диаметре, комета в 3 километра имеет массу менее 0,1 % от массы Луны. Но вспышка будет яркая! Её хорошо будет видно с Земли, возможно даже днем! Если бы какая-то экспедиция в этот момент находилась на Луне — ей бы не поздоровилось. Но сейчас, когда никого нет, и почти никаких строений на Луне нет — самый подходящий момент.

Волна перегретой плазмы прокатится по всей поверхности, часть грунта может выбросить в космос и некоторые фрагменты могут упасть на Землю — хотя, вероятность падения крупных кусков не велика. Очень высокая температура растопит весь лед кометы в считанные дни. Луна, буквально на глазах начнет покрываться мутным «одеялом» атмосферы, с Земли коричневые пятна ночного светила исчезнут, зато видимый размер спутника станет больше и он из желтоватого — изменит цвет, сначала на красноватый, а через время, возможно голубоватый или даже синий. Яркость Луны на земном небе станет намного больше: в ясную лунную ночь станет светло, почти как днем в пасмурную погоду.

А что на самой Луне? Если комета содержала в основном водный лед — то атмосфера станет состоять из водного пара. Когда давление повысится — вода перестанет кипеть на поверхности, будут собираться крупные водоемы во всех низменностях. С гор будут течь мутные потоки воды смешанные с реголитом и собираться в реки. Температура будет стремительно понижаться, и возможно, через несколько месяцев понизится до уровня, соответствующего Земному. Начнутся ветра, будет постоянно идти дождь — но на Луне можно будет находиться без скафандра! Дышать водяным паром, конечно не получится — нужно будет носить с собой маску и баллон со сжатым воздухом, все тело будет постоянно мокрым, но если находиться в достаточно теплом месте — то это вполне приемлемо! Долгой лунной ночью, температура будет конечно ниже, все покроется снегом, реки и озера замерзнут. Хотя, установившиеся постоянные ветра будут приносить тепло с дневной стороны, возможно в экваториальной части Луны будет не так уж холодно, даже ночью.

Если, вместе со льдом, комета принесет какое-то количество кислорода, или перекиси водорода, азота и углекислого газа, еще какое-то количество минералов и солей (а эти сопутствующие элементы почти всегда присутствуют во льдах комет) — то в Лунных озерах, создадутся условия для примитивных живых организмов! Хотя, в самой почве Луны, возможно уже присутствуют какие-либо микроэлементы, которые могут быть использованы биологическими существами. Когда на Луне будет больше возможностей для существования — количество полетов людей и доставки грузов с Земли увеличится во много раз. В ближайшие годы, на Луне будет основано поселение, которое, довольно скоро сможет выживать самостоятельно и не будет полностью зависеть от земного снабжения.

У Луны есть несколько забавных особенностей: на ней легко ходить, можно далеко прыгать — из-за низкой силы тяжести. Тело чувствует себя легко — даже спать намного приятнее, чем на Земле. В некоторых местах ночью красивый вид на небе: Земля, в виде огромного полумесяца занимает часть небосвода. На Луне очень длинный день (около 14 земных суток) и такая же длинная ночь. Зато, Луна не так велика в размере, по этому, если нужен день — можно приехать туда, где светло; а если нужна темнота — то поехать «в ночь».

А если на Луне будет атмосфера… люди смогут летать , как птицы! Взяв в каждую руку по большому вееру, сделав взмахи мышечным усилием можно создать воздушный поток, который поднимет собственное тело, которое на Луне будет весить в 6 раз легче, чем на Земле! В нашем мире, лишь не многие животные способны летать: самые крупные из них весят полтора десятка килограмм, похоже это предел. У птиц специальное строение тел, их кости пустые внутри — довольно хрупкие, но очень легкие. Температура крови птиц — 42 градуса, они должны принимать ежедневно огромное количество пищи. Все из-за того, что на Земле высокая сила тяжести, и полеты требуют больших затрат. На Луне же — с этим все намного проще. Человек, который привык к земному притяжению, будет чувствовать себя на Луне — как пушинка, и легко сможет подняться в воздух, силой собственных мышц. И технические приспособления, конечно же смогут летать на Луне. Вертолет, не нужно заправлять авиационным керосином — он легко полетит на обычном бензине, на аккумуляторах или даже от педального привода.

Если на Луне будет атмосфера — там будет летать практически все. Прикрутил к велосипеду небольшие крылья, сел — и полетел! Взял кайт (воздушный змей), поймал ветер — и полетел. Спрыгнул с горы с зонтиком в руках — и полетел! С появлением атмосферы, на Луне будут устойчивые ветра от нагретой дневной поверхности — к холодной ночной. Скорость такого пассата, будет равна скорости вращения Луны. Если использовать параплан, то на нем можно «зависнуть» так, что солнце будет оставаться на одном месте, например на закате. Все внизу медленно перемещается — а пилот параплана производит постепенный облет вокруг мира. Возможно даже строительство воздушных зданий , которые смогут постоянно плавать в атмосфере, опираясь на воздушные потоки!

Мир, очень близкий к нашему дому, в отличии от любой другой планеты Солнечной системы — обладающий комфортной для человека температурой, с прекрасным видом на Землю, с низкой гравитацией, с простой возможностью перемещения — это просто рай для туризма! Как минимум, половина всех людей будет ездить в отпуска именно на Луну — или мечтать об этом. Я даже вижу рекламный слоган туристических компаний, типа «У нас Вы сможете летать, не только во сне «…

И что для этого нужно? Одну комету! Ну, конечно не любую — но в принципе, при некотором стечении обстоятельств — такое могло бы случиться. А может человечеству можно как-то об этом позаботиться самому? Взять комету, направить в нужное место? Или отбуксировать несколько небольших астероидов? Или привезти с земли антарктического льда? А может в недрах самой Луны есть залежи замерзших жидкостей или газов, которые достаточно просто поднять на поверхность — и они сами растают на солнце. Есть целое направление, под названием «терраформирование планет», что означает создание климатических условий на планете или спутнике — близких к земным. Пока это отдаленное будущее — ведь человек сделал только первые шаги за пределами родной планеты. Но, если будет достаточный интерес общественности, то решение может быть принято достаточно быстро. Проблема ультрафиолетового излучения так же решаема, и даже может решиться сама, с появлением гроз и образованием озона, а солнечную радиацию можно попытаться «заэкранировать» или придумать искусственное магнитное поле.

Если потребовать от правительств разных стран заниматься не войнами — а освоением новых территорий, если элиты увидят в этом запрос общества, а бизнес — возможность выгодных вложений — то освоение Луны может пойти очень быстрыми темпами. Чтобы максимально ускорить этот процесс — следует популяризовать идею тераформирования, или хотя бы возродить идею развития космической отрасли. Каждый из нас может сделать это.

Дмитрий Беленец (Dmitry Belenets)

Предмет: Астрономия.

Класс: 10 -11

Учитель: Елакова Галина Владимировна.

Место работы: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №7» г Канаш Чувашской Республики

Проверочная работа по теме «Система Земля – Луна. Природа Луны».

Проверка и оценка знаний – обязательное условие результативности учебного процесса. Тестовый тематический контроль может проводиться письменно или по группам с разным уровнем подготовки. Подобная проверка достаточно объективна, экономна по времени, обеспечивает индивидуальный подход. Кроме того, учащиеся могут использовать тесты для подготовки к зачетам и ВПР. Использование предлагаемой работы не исключает применения и других форм и методов проверки знаний и умений учащихся, как устный опрос, подготовка проектных работ, рефератов, эссе и т.д.

Вариант I :

1.Чем объясняется отсутствие атмосферы у Луны?

А. В 6 раз меньшим, чем на Земле, ускорением свободного падения.

Б. В 6 раз большим, чем на Земле, ускорением свободного падения.

В. В 1,6 раз меньшим, чем на Земле, ускорением свободного падения.

2. Каковы структура и физические свойства верхнего слоя лунной поверхности?

А. Пористая структура.

Б. Структура пористая, прочность малая, в вакууме частицы, составляющие верхний слой, слипаются.

В. Поверхность материкового типа.

3. Можно ли наблюдать на Луне метеоры?

А. Да, вследствие отсутствия атмосферы.

Б. Нет, вследствие отсутствия атмосферы.

В. Да, это явление наблюдается на всех телах Солнечной системы.

4. Чем отличается по форме утренний серп Луны от вечернего?

А. Утренний серп Луны имеет выпуклость влево (напоминает букву «С»). Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о к западу (вправо) от Солнца. Вечерний серп Луны имеет выпуклость вправо. Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о восточнее (левее) Солнца.

Б. Утренний серп Луны имеет выпуклость влево (напоминает букву «Р»). Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о к западу (вправо) от Солнца. Вечерний серп Луны имеет выпуклость вправо. Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о восточнее (левее) Солнца.

В. Утренний серп Луны имеет выпуклость влево (напоминает букву «С»). Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о к западу (влево) от Солнца. Вечерний серп Луны имеет выпуклость влево. Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о восточнее (правее) Солнца.

5. Во сколько раз Луна быстрее Солнца перемещается по небу?

А. Солнце и Луна движутся по небу в направлении, противоположном суточному вращению неба. За сутки Солнце проходит приблизительно 1 о, а Луна – 13 о. Следовательно, Луна перемещается по небу в 13 раз быстрее Солнца.

Б. Солнце и Луна движутся по небу в направлении, противоположном суточному вращению неба. За сутки Солнце проходит приблизительно 13 о, а Луна – 1 о. Следовательно, Луна перемещается по небу в 13 раз медленнее Солнца.

В. Солнце и Луна движутся по небу в направлении, соонапрвленному суточному вращению неба. За сутки Солнце проходит приблизительно 1 о, а Луна – 13 о. Следовательно, Луна перемещается по небу в 13 раз медленнее Солнца.

6. Какие два основных фактора, постоянно изменяющие форму земных гор, не принимают участия в формировании лунных гор?

А. Атмосфера и температура.

Б. Вода и температура.

В. Атмосфера и вода.

7. При нынешнем положении Луны океанские приливы и отливы чередуются приблизительно через каждые 6 часов и имеют вдали от берега высоту около 50 км. А что было бы, будь Луна вдвое дальше от Земли?

А. При удалении Луны вдвое приливная сила уменьшится в 8 раз и в 8 же раз уменьшится и высота морских приливов, пропорциональная приливной силе.

Б. При удалении Луны вдвое приливная сила уменьшится в 6 раз и в 6 же раз уменьшится и высота морских приливов, пропорциональная приливной силе.

В. При удалении Луны вдвое приливная сила уменьшится в 2 раза и в 2 же раза уменьшится и высота морских приливов, пропорциональная приливной силе.

8. Чем отличается вид неба, движение Солнца и звезд для наблюдателей, находящихся на Луне и Земле?

А. Суточное движение Солнца и звезд более быстрое, и они могут быть видны одновременно вследствие отсутствия атмосферы.

Б. Суточное движение Солнца и звезд более медленное, и они могут быть видны одновременно вследствие отсутствия атмосферы.

В. Суточное движение звезд более медленное, и звезды не могут быть видны одновременно вследствие отсутствия атмосферы.

9. Угловой диаметр кратера Коперник на Луне равен 40". Расстояние до Луны 3,8·10 5 км. Каков линейный диаметр этого кратера?

А. Примерно 670 км

Б. Примерно 97 км

В. Примерно 76 км.

10. Каков наименьший линейный размер образований на Луне, которые можно различить невооруженным глазом?

А. Наименьший линейный размер образований на Луне, различимых невооруженным глазом, составляет 150 км.

Б. Наименьший линейный размер образований на Луне, различимых невооруженным глазом, составляет 120 км.

Вариант II :

1.Чем объясняются значительные перепады температуры на лунной поверхности ото дня к ночи?

А. Отсутствием атмосферы, а также большой пористостью и малой теплопроводностью верхнего слоя Луны.

Б. Отсутствием атмосферы.

В. Большой пористостью и малой теплопроводностью верхнего слоя Луны.

2. Каким образом можно судить о различии возраста кратеров, наблюдаемых на Луне?

А. Из-за породы базальтового типа.

Б. По химическому составу породы.

В. По степени разрушенности и последовательности формирования.

3. Что представляют собой моря, образующие своими очертаниями «лунное лицо»?

А. Ледяные глыбы.

Б. Твердое тело, содержащее 90% железа.

В. Застывшие лавовые излияния.

4. Кеплер в книге «Лунная астрономия» писал: «Левания (Луна) состоит из двух полушарий: одно обращено к Земле, другое – в противоположную сторону. С первого всегда видна Земля, со второго Землю увидеть невозможно … В Левании, как и у нас, происходит смена дней и ночей … Кажется, что Земля неподвижна». Верны ли сведения о Луне, приведенные Кеплером? Чему равны сутки на Луне?

А. Сведения, приведенные Кеплером, практически верны. На лунном небе Земля почти неподвижна. Для космонавта на большей части лунной поверхности она не восходит и не заходит. Солнечные сутки на Луне равны 29,5 земных суток, а звездные – 27,3 суток.

Б. Сведения, приведенные Кеплером, не верны. Для космонавта на большей части лунной поверхности она не восходит и не заходит. Солнечные сутки на Луне равны 29,5 земных суток, а звездные – 27,3 суток.

В. Сведения, приведенные Кеплером, практически верны. На лунном небе Земля почти неподвижна. Для космонавта на большей части лунной поверхности она не восходит и не заходит. Солнечные сутки на Луне равны 27,5 земных суток, а звездные – 29,3 суток.

5. Чему равны сутки на Луне, как видна Земля для космонавта на Луне и существуют ли области на Луне, где Земля восходит и заходит?

А. Солнечные сутки на Луне равны 29,5 земных суток. Земля на Луне практически неподвижно висит на небе и не совершает таких движений, как Луна на небе Земли. Это следствие того, что Луна всегда обращена к Земле одной своей стороной. Но благодаря физическим либрациям (покачиваниям) Луны, из областей около края лунного диска можно наблюдать регулярные восходы и заходы Земли. Земля восходит и заходит (приподнимается над горизонтом и опускается за горизонт) с периодом около 27,3 земных суток.

Б. Солнечные сутки на Луне равны 27,3 земных суток. Земля на Луне практически неподвижно висит на небе и не совершает таких движений, как Луна на небе Земли. Это следствие того, что Луна всегда обращена к Земле одной своей стороной. Но благодаря физическим либрациям (покачиваниям) Луны, из областей около края лунного диска можно наблюдать регулярные восходы и заходы Земли. Земля восходит и заходит (приподнимается над горизонтом и опускается за горизонт) с периодом около 29,5 земных суток.

В. Солнечные сутки на Луне равны 29,5 земных суток. Земля на Луне практически неподвижно висит на небе и не совершает таких движений, как Луна на небе Земли. Но благодаря физическим либрациям (покачиваниям) Луны, из областей около края лунного диска можно наблюдать регулярные восходы и заходы Земли. Земля восходит и заходит (приподнимается над горизонтом и опускается за горизонт) с периодом около 29,3 земных суток.

6. Чем отличается история лунной геологической активности от земной?

А. Через 1 млрд. лет после своего образования Луна стала геологически мертвым небесным телом, а на Земле действуют вулканы, происходят горообразование и дрейф континентов.

Б. Через 2 млрд. лет после своего образования Луна стала геологически мертвым небесным телом, а на Земле действуют вулканы, происходят горообразование и дрейф континентов.

В. Через 2 млрд. лет после своего образования Луна стала геологически мертвым небесным телом, а на Земле действуют вулканы.

7. На Земле наблюдается частное солнечное затмение. Момент его наибольшей фазы наступил во время T , сама же наибольшая фаза наблюдается в пункте A . На какой высоте над горизонтом находится Солнце в этом пункте в это время? Как относительно диска Солнца располагается диск Луны?

А. Диск Луны будет находиться точно над диском Солнца, частично затмевая его сверху.

Б. Диск Солнца будет находиться точно над диском Луны, частично затмевая его сверху.

В. Наибольшая фаза затмения будет наблюдаться в точке Земли, глубже всего вошедшей в лунную полутень. Солнце и Луна в этой точке Земли будут находиться на горизонте, диск Луны будет находиться точно над диском Солнца, частично затмевая его сверху.

8. Угловой диметр лунного кратера при наблюдениях его с Земли (расстояние

3,8 · 10 5 км) равен 30". На каком расстоянии от Луны должен пролететь космический корабль, чтобы космонавт, находящийся на его борту, увидел этот кратер невооруженным глазом, разрешающая способность которого 2"?

А. 9,8 ·10 5 км.

Б. 9,5 ·10 4 км.

В. 3,8 ·10 5 км.

В. Наименьший линейный размер образований на Луне, различимых невооруженным глазом, составляет 180 км.

9. Почему солнечные затмения, которые случаются чаще, чем лунные, видны реже?

А. Потому что солнечные затмения можно наблюдать на территории того полушария Земли, где Луна находится над горизонтом, а лунные – только в узкой полосе, по которой проходит тень Солнца.

Б. Потому что лунные затмения можно наблюдать только на экваторе, где Луна находится над горизонтом, а солнечное – только в узкой полосе, по которой проходит тень Луны.

В. Потому что лунные затмения можно наблюдать на территории того полушария Земли, где Луна находится над горизонтом, а солнечное – только в узкой полосе, по которой проходит тень Луны.

10. Каково должно было бы быть расстояние до Луны, чтобы на ее орбите в Солнечной системе имелись точки перегиба? Считать, что Луна движется строго в плоскости эклиптики, а ее орбита относительно Земли - круговая.

А. Примерно 260 тысяч км.

Б. Примерно 7260 тысяч км.

В. Примерно 26 тысяч км.

Ответы:

Вариант I : 1 – А; 2 – Б; 3 - Б; 4 – А; 5 - А; 6 – В; 7 – А; 8 – Б; 9 - В; 10 – Б.

Вариант II : 1 – А; 2 – В; 3 – В; 4 – А; 5 – А; 6 – Б; 7 – В; 8 – Б; 9 - В; 10 – А.

Решения.

Вариант I :

Задание №7: Приливная сила пропорциональна разности гравитационных воздействий Луны на переднюю и заднюю точки Земли. Нетрудно показать, что она обратно пропорциональна кубу расстояния от Земли до Луны. Поэтому при удалении Луны вдвое приливная сила уменьшится в 8 раз. В 8 же раз уменьшится и высота морских приливов, пропорциональная приливной силе.

Задание №9: r = D p / 206265" = 3,8 ·10 5 км · 40"/ (2·10 5 )" = 76 км.

Задание №10: Расстояние от Земли до Луны равно примерно 400000 км, а разрешение глаза радиана. Поэтому наименьший линейный размер образований на Луне, различимых невооруженным глазом, составляет км. Наибольшие кратеры имеют чуть больший размер и близки к пределу разрешения. В бинокль с шестикратным увеличением кратеры уже хорошо видны.

Вариант II :

Задание №7: Так как затмение частное, то линия, соединяющая центры Солнца и Луны, не попадает на Землю. В этом случае наибольшая фаза затмения будет наблюдаться в точке Земли, глубже всего вошедшей в лунную полутень. Если смотреть со стороны Луны, то эта точка будет находиться на краю диска Земли (ближайшему к центру тени и полутени). Это означает, что Солнце и Луна в этой точке Земли будут находиться на горизонте. Несложные геометрические рассуждения приводят к тому, что диск Луны будет находиться точно над диском Солнца, частично затмевая его сверху.

Задание №8: Так как p 1 / p 2 = D 2 / D 1 ; D 1 = 3,8 ·10 5 км · 30"/2·60" = 9,5 · 10 4 км.

Задание №10: Поскольку в условии задачи употреблено сослагательное наклонение, это означает, что на самом деле путь Луны относительно Солнца, т.е. ее орбита в Солнечной системе, точек перегиба не имеет и везде обращена выпуклостью от Солнца. Этот факт мало кто знает, и он кажется неожиданным. Понятно, что кривизна траектории Луны в Солнечной системе меняется с синодическим периодом, являясь наибольшей в полнолунии и наименьшей в новолунии. Чтобы выпуклость даже в новолунии была обращена от Солнца, надо, чтобы равнодействующая сил притяжения Луны к Солнцу и к Земле была бы направлена к Солнцу. Иначе говоря, сила притяжения Луны к Солнцу должна быть больше, чем сила ее притяжения к Земле . Мы имеем:

Отсюда

так что Луна притягивается к Солнцу примерно вдвое сильнее, чем к Земле . Чтобы на лунной орбите в Солнечной системе были бы точки перегиба, в новолунии должно быть , так что расстояние до Луны должно было бы быть тыс. км (множитель здесь не точный, он взят из полученной выше оценки значения в "реальной" Солнечной системе).

Литература.

1. И. М. Малахова, Е.К. Страут: Дидактический материал по астрономии: Пособие для учителя, м.: Просвещение, 1989.

2. В.Ф. Орлов «300 вопросов по астрономии», издательство «Просвещение», Москва, 1967.

3. Д. Моше: Астрономия: Кн. для учащихся. Пер. с англ. / Под ред. А.А. Гурштейна. – М.: Просвещение, 1985.

4. Г. И. Малахова, Е.К. Страут, пособие для учителя «Дидактический материал по астрономии», М.; «Просвещение», 1989г.

5. Б.А. Воронцов-Вильяминов, Е.К. Страут; «Астрономия», Издательство «Дрофа».

6. Левитан Е.П., «Астрономия», М.: «Просвещение»,1994.

7. Перельман Я. И. «Занимательная астрономия», - Д.: ВАП, 1994.

8. Шеффер О.Р., Шахматова В.В., «Методика изучения астрономии в курсе физики основной и средней (полной) школе»; Челябинск, Издательство: ИИУМЦ «Образование», 2010

9. Зигель Ф. Ю.: Астрономия в ее развитии: Кн. для учащихся 8-10 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1988. – 159 с.