Реферат: Луна - естественный спутник Земли

1.ПРИРОДА ЛУНЫ:

1) Поверхность Луны.

2) Лунные породы.

3) Физические условия.

2. ФАЗЫ ЛУНЫ.

3. ЛУННЫЕ ЗАТМЕНИЯ.

4. ТЕОРИЯ ДВИЖЕНИЯ ЛУНЫ.

1) Четыре лунных месяца

2) Лунные неравенства

3) От кинематики- кдинамики.

4) Как строить теорию.

5. ИССЛЕДОВАНИЯ ЛУНЫ.

6. РОЛЬ ЛУНЫ ДЛЯ ЖИТЕЛЕЙ ЗЕМЛИ.

ПРИРОДА ЛУНЫ.

Вокруг многих планет обращаются маленькиепланеты-спутники. У Меркурия и Венеры их нет совсем. У Земли один спутникЛуна(Селена). Луна меньше Земли по массе(в 81 раз) и по плотности. Диаметр Луны меньше земного в 4 раза. Она кажется нам большой и яркой, потому чтонаходится недалеко-384395 км. Мы видим её не только ночью, но и утром и днем.Луна освещается Солнцем и светит отраженным светом. С древности замечено, чтовнешний вид Луны не меняется. И китайцы, и вавилоняне, и египтяне видели наЛуне рисунок: одни диковинного зверя, другие «старца с мешком». Это означает,что Луна всегда обращена к Земле одной стороной, то есть в период её вращениявокруг оси совпадает с периодами обращения вокруг Земли, при чем она тозабегает вперёд и, пересекая орбиту Земли оказывается на её дневной, освещеннойСолнцем стороне, то отстает и летит позади Земли, а затем переходит на еёночную сторону.

ПОВЕРХНОСТЬ ЛУНЫ

Уже со времён Галилея начали составлятькарты видимого полушария Луны и начать изучения нашего естественного спутникалучше всего с ознакомления c основными элементами лунного рельефа,постепенно переходя от крупных деталей главных морей и кратеров – к мелким.Более темные пятна лунной поверхности названы « морями». Это низменности, вкоторых нет ни капли воды. Дно их темное и сравнительно ровное. Большую частьповерхности Луны занимают более светлые возвышенности-«материки». Есть горныехребты, названные по аналогии земных Кавказом, Кардильерами, Карпатами. Высотагор достигает 9км. (гора Курциус). Высота гор легко рассчитывается по длинетени от них. На Луне насчитывается 17 горных цепей, похожих на земные, нобольшинство гор имеет необычный вид: они свернуты кольцами. Эти горы называютсякратерами- за их отдаленное сходство с кратерами земных вулканов- и цирками,потому что они круглые, как барьер цирковой арены. Само слово «кратер» означает«чаша». Кольцевых гор на Луне много- более ста тысяч. Примерно 20 кольцевых гор на Луне имеют в поперечнике свыше ста километров. Цирк Птолелия достигает185км. в диаметре, а Клавий и Гримольди до 235 км, в них свободно уместилась быБельгия. Внутренние склоны кольцевых гор обычно круты, внешние пологи. В самомцентре лунного кратера возвышается один или несколько остроконечных пиков. Днонекоторых кратеров ниже поверхности Луны, но некоторые кратеры заполненывеществом доверху. Внутри больших цирков нет центральной горки, но там обычновидны маленькие кратеры. Маленьких кратеров на Луне великое множество, онирасполагаются и на дне, и на краях больших цирков. Так в южном полушарии хорошовиден даже в полночь кратер. Тело диаметром 60 км. и расходящиеся от негосветлые лучи. Выяснилось, что лучи образованны склонением множества кратеровсо светлыми стенками. Происхождение лунных кольцевых гор скорее всеговулканическое, они очень похожи на лавовые озера Гавайских островов на Земле с диаметромозер 5- 3 км. Лава в этих озерах, поднимаясь, переливается через края,наращивая стенку, стенку кратера. Так потухший вулкан- озеро- Маунс- Неадостигает высоты 4208 м. примерно такова же высота лунных кратеров. Когдаизвержение утихает, лава в озере опускается и застывает коркой. Озеропринимает вид лунного цирка. В том, что лавовые озера и горы на Луне большеземных, нет противоречия. Луна меньше Земли, и сила тяжести там в 6 раз слабееземной. Поэтому извержение может выбросить на Луне больше вещества, чем наЗемле, а поднятия лунной поверхности достигают больших высот в сравнении сземными. Вероятно на Земле тоже были когда-то такие- же кольцевые горы, но подвоздействием текучих вод, ветра, ледников, снега, воздуха, газов- этихизвечных врагов гор, они быстро разрушились и отыскать их можно лишь там, гдевулканическая деятельность продолжается, очень похожи на лунную поверхность некоторые места на Камчатке и в окрестностях действующего вулкана Везувий вИталии. Не следует, конечно, исключать и возникновение кратеров от ударовметеоритов о Луну, но воронки, образованные ударом метеоритов о Луну, всегдаимеют форму чаши, лунные же кратеры имеют в большинстве плоское дно, как утарелки- аналогичное дну вулканических озер на Земле. Невидимая сторона Луныпринципиально отличается от видимой, но на ней меньше « морских» впадин. Многона обратной стороне Луны и кратеров. Самым крупным присвоены имена выдающихсядеятелей науки- Ломоносов, Джордано Бруно, Циолковский, Жолио, Кюри и другие. Кнастоящему времени на Луне побывали американские космонавты и советскиеавтоматические самоходные лаборатории- луноходы. А первый полет на Луну! Да,это великое событие, которое в истории освоения космического пространства будетувековечено наряду с запуском первого искусственного спутника Земли, первымполетом Юрия Гагарина, первым выходом Алексея Леонова в открытый космос, 21июля 1969 г. в 5ч. 56 мин. По московскому времени командир американскогокосмического корабля « Апполон-2» впервые вступил на поверхность Луны.

/> /> /> /> /> /> /> <td/> /> />

Первыйискусственный

/>/>/>/> спутникЗемли.

ЛУННЫЕ ПОРОДЫ.

Благодаря мягким посадкам автоматических станций наЛуну стали известны механические свойства лунного грунта, и его химическийсостав. На Луне не оказалось толстого слоя пыли, которого когда- то опасалисьмногие конструкторы лунников, но пыль на Луне есть. Она темно- серого цвета ипо внешнему виду напоминает цемент. Химический анализ образцов лунного вещества показал, что породы Луны менее разнообразны чем земные и сходны посоставу с базальтами. В их состав входят хорошо известные на Земле химическиеэлементы- алюминий, железо, кальций, магний. Но в лунных породах больше, чемземных содержится тугоплавких элементов- титана, хрома, и других, а меньше-легкоплавких- калий, натрий. Химический состав различных участков поверхностиЛуны неодинаков. В поверхностном слое Луны (реголиже) содержатся осколкимагматических пород шлакообразные частицы с плавлеными гранями. Многие образцыкак бы обработаны песком. Их вид свидетельствует о том, что они длительноевремя подвергались своеобразной эрозии(ударов мелких метеоритов и обработкепотоками частиц, непрерывно исходящих от Солнца). Из-за отсутствия водыминералов на Луне значительно меньше, чем на Земле. Лунные породы относятся к оченьдревним- их возраст примерно составляет 4 млрд. лет, причем самыми « молодыми»(несколько более 3 млрд. лет) оказались образцы, доставленные из морскихрайонов. Частые удары метеоритов дробят лунные грунты в пыль и мелкие осколки.В условиях вакуума под воздействием « солнечного ветра» происходят молекулярноесцепление этой пыли в пористый шлакообразный слой.

ФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

На Луне нет атмосферы смягчающей палящеесолнечное излучение и защищающей от космических лучей и потоков микрометеоров.Нет там ни воды, ни облаков, ни туманов, ни радуги, ни зари с рассветом. Тенирезкие и черные. Окружающая Луну заряженная пылевая оболочка немного рассеиваетсолнечный свет. Температура подсолнечной точке Луны равна днем +120 градусов С,а в противоположной точке ночного полушария –170 градусов С. Заметногомагнитного поля у Луны не обнаружено. Но Луна не совсем мертвый мир. Так вкратере Альфоне наблюдается иногда выделение газов и недр. Луна ещё дышит, хотяна ней пока не обнаружено пород моложе 2 млрд. лет и это говорит о давнемпрекращении магматической и вулканической активности. На небе Луны видны те жесамые созвездия, что и на небе Земли. Из-за отсутствия атмосферы яркие звезды ипланеты видны на Луне и днем и ночью. Исследователям Луны необходимо иметьскафандры, запас воздуха для дыхания, радиостанции для переговоров друг сдругом и кораблем, так как звуки на Луне без воздуха не распространяются. Этомир вечного безмолвия с темным небом и ослепительно-ярким Солнцем, с крупными неперемещающими звездами. Скафандры и корабль должны надежно защищать людей отраскаленного «лунного дня» и леденящего холода «лунной ночи». Прекраснымукрашением лунного пейзажа служит Земля. Она как огромный сверкающий шар, виситнад головой и заливает поверхность Луны голубоватым светом. Земля на Луне виднав разных фазах, в зависимости от освещения Солнцем. В «полноземелье» на Луненочью можно спокойно читать, так как свет Земли в О раз ярче лунного света. В«новоземелие» с Луны можно различить на Земле огни больших городов.Исследование Луны очень важно для понимания процессов формирования планет, ихрельефа, так как на ней следы древних геологических событий не стертыпроцессами выветривания и играют роль геологического музея во времени.

ФАЗЫ ЛУНЫ.

/> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Луна движетсявокруг Земли в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси. Видимоедвижение Луны сопровождается непрерывным изменением её вида- сменой фаз- и мывидим её то в форме серпа, то полукруга(четверть), то полной. Время, когда Лунане видна, назвали новолунием- рождением новой Луны. Растущий полукруг- 1четверть, время, когда Луна видна в виде диска- полнолуние, спадающей полукруг-последняя четверть. Происходит это от того, что Луна занимает различныеположения относительно освещающего её Солнца и Земли.

Иногда в ясную ночь, когда Луна видна в видеузкого серпа, остальная её часть светиться полным светом. Объясняется это тем,что Земля освещает ночную сторону Луны отраженным солнечным светом. Фазы Землии Луны взаимно противоположны. Лунный серп и одна двенадцатая часть года у насодинаково называются месяцем. И это не случайно. Раньше люди не имели ниотрывных, ни перекидных и никаких- либо других календарей. А счет дням надобыло вести. Поэтому многие народы, а также наши предки- славяне пользовалисьфазами молодой Луны, — значит, наступил первый день месяца, стал «серпик» чутьпошире- это видно второй день. Если Луна в 1-ой четверти- прошла неделя, акогда Луна начала показываться по утрам и заходить днем, — следовательно, месяцкончается. Так фазы Луны заменяли в старину календарь и давали две природныемеры времени, который проходит между двумя новолуниями, равен 29 дней 44 минутыи 28 секунд. Это и есть лунный месяц- наше прежняя мера времени, но она неудобна, так как число суток в лунном месяце не целое, а дробное, и в видулунных месяцев не 12, а 12, 5. Эта половина сильно мешала при счете и нашипредки ещё до начала текущего тысячелетия отказались от счета времени луннымимесяцами. Они разделили год на 12 месяцев, но от старого счета у нас осталосьслово «месяц». Легко узнать «растет» Луна или «стареет», если к лунному серпуили четверти прибавить мысленно «палочку» и получается буква Р, — месяц растети на следующую ночь будет больше. Если получается буква С- Луна стареет.

ЛУННЫЕ ЗАТМЕНИЯ.

Из-за того, что Луна, обращаясь вокруг Земли,бывает иногда на одной линии Земля- Луна- Солнце, возникают солнечные илилунные затмения- интереснейшие и эффектные явления природы, вызывавшие страх впрошлые века, так как люди не понимали, что происходит. Им казалось, что какой-то невидимый черный дракон пожирает Солнце и люди могут остаться в вечноммраке. Поэтому летописцы всех народов тщательно заносили в свои хроники сведенияо затмениях. Так летописец Кирилл из Новгородского Антониева монастыря 11августа 1124 года записал: « Перед вечерней нача убывати Солнца, и наибе все.О велик страх и тьма быеть!». История донесла до нас случай, когда солнечноезатмение привело в ужас сражающихся индейцев и медян. В 603 году до н.э. натерритории современной Турции и Ирана. Воины в страхе побросали оружия ипрекратили бой, после чего, устрашенные затмением заключили мир и долго невоевали друг с другом. Солнечные затмения бывают только в новолуние, когда Лунапроходит не ниже и не выше, а как раз по солнечному диску и, словно гигантскаязаслонка, загораживает собой солнечный диск, «перекрывая Солнцу путь». Нозатмения в разных местах видны по- разному, в одних Солнце закрывается полностью-полное затмение, в других частично- неполное затмение. Суть явления заключаетсяв том, что Земля и Луна, освещенные Солнцем, отбрасывают концытеней(сходящиеся) и концы тени(расходящиеся). Когда Луна попадает на однулинию с Солнцем и Землей и находится между ними, лунная тень движется по Землес запада на восток. Диаметр полной лунной тени не превышает 250 км, поэтомуодновременно затмение Солнца видно лишь на малом участке Земли. Там, где наЗемлю падает полутень Луны, наблюдается неполное затмение Солнца. Расстояниемежду Солнцем и Землёй не всегда одинаково: зимой в северном полушарии Землиближе к Солнцу, а летом дальше. Луна обращаясь вокруг Земли, тоже проходит наразные расстояния- то ближе, то дальше от неё. В случае, когда Луна отстаетдальше от Земли и загородить полностью диск Солнца не может, наблюдатели видятвокруг черной Луны сверкающий края солнечного диска- происходит красивейшеекольцеобразное затмение Солнца. Когда у древних наблюдателей записи затменийнакопились за несколько столетий, они заметили, что затмение повторяются черезкаждые 18 лет и 11 с третью суток. Этот срок египтяне назвали «саросом», чтозначит «повторение». Однако для определения, где будет видно затмение,необходимо, конечно же, произвести более сложные вычисления. В полнолуние Лунаиногда попадает в земную тень полностью или частично, и мы видим,соответственно полное или частичное затмение Луны. Луна намного меньше Земли,поэтому затмение продолжается до 1ч. 40мин. При этом даже при полном лунномзатмении Луна остаётся видимой, но окрашивается в багровый цвет, что вызываетнеприятные ощущения. В старину затмения Луны боялись как страшногопредзнаменования, считали, что « месяц кровью обливается». Солнечные лучи,преломляясь в атмосфере Земли, попадают в конус земной тени. При этоматмосферой активно поглощаются голубые и соседние с ними лучи солнечногоспектра, а пропускаются внутрь конуса тени преимущественно красные лучи,которые поглощаются слабее, они то и придают Луне зловещий красноватый цвет.Вообще, лунные затмения- довольно редкое явление природы. Казалось бы, чтолунные затмения должны наблюдаться ежемесячно- в каждое полнолуние. Но так вдействительности не бывает. Луна проскальзывает либо под земной тенью, либо надней, и в новолуние тень Луны обычно проносится мимо Земли, и тогда затмениятоже не получаются. Поэтому затмения не так уж часты.

Схема полного затмения Луны.

/> <td/> />

ТЕОРИЯ ДВИЖЕНИЯ ЛУНЫ.

ЧЕТЫРЕ ЛУННЫХ МЕСЯЦА.

Большой интерес всегда представлял вопрос отом, как движется Луна. Она движется по эллипсу, совершая один оборот за 27, 3суток. И движение это происходит в строгом соответствии с законом Кеплера,являющимся следствием закона всемирного тяготения, открытого Ньютоном. Всё этоверно, — но… Да, есть одно но… Теория движения Луны оказалось одной из самыхсложных задач небесной механики, на решение которой ушло два с половиной века,считая только от Ньютона. В разработку этой теории вложили труд такиезамечательные учёные, как Эйлес, Клеро, Даламбер. Так в чем же были трудности?Как их удалось преодолеть? Движения Луны изучали ещё астрономы ДревнегоВавилона. Они тщательно регистрировали моменты солнечных и лунных затмений. Поэтим данным древнегреческий астроном Геппарк определил длительность основныхпериодов, характеризующих движения Луны. Основные периоды названы месяцами.Таких месяцев с древних времен было известно четыре. Сидерический или звездныймесяц- это период обращения Луны вокруг Земли, он определяется по перемещениюЛуны относительно неподвижных звезд. Синодический месяц- промежуток временимежду двумя последовательными новолуниями или полнолуниями. Аномалитическиймесяц- это период между двумя последовательными прохождениями Луны черезперигей своей орбиты. Наконец, драгонический месяц – это промежуток временимежду двумя прохождениями Луны через восходящий узел её орбиты- точкупересечения орбиты с плоскостью эклиптики. Это ни что иное, как плоскостьземной орбиты, но во времена Геппарка Земля считалась плоскостью орбиты, покоторой Солнце двигалось вокруг Земли. Геппарк расчитал, основываясь на данныхнаблюдений затмений древними астрономами, что через каждые 345 лет положениеСолнца, Луны, перигея и узлов лунной орбиты повторяется: иначе говоря 345-летний цикл содержит целое число всех четырех месяцев. Выводимые из циклаГеппарка продолжительность лунных месяцев лишь на немногие доли секундыотличаются от тех значений которыми пользуются астрономы теперь, накопивнаблюдения ещё за 21 столетие. Почему синодический месяц длиннее сидерического,объяснить нетрудно. Смена лунных фаз зависит от положения Луны относительноСолнца. Направление этого движения совпадает с направлением обращения Лунывокруг Земли. В результате движения Луны по её «околоземной» орбите происходиткак бы с отставанием: повторение лунных фаз происходит не через сидерическиймесяц, а через длительный период, который и называется синодическим месяцем.Нетрудно получить такое соотношение между длительностями сидерического(S) и синодическогомесяцев:

1\S=1\P+1\T,

где Т- длительность земного года. Тот факт, чтоаномалитический месяц, длиннее сидерического, по существу означает, что самалунная орбита как целое вращается в собственной плоскости, и линия, соединяющаяперигей и апогей орбиты, называемая линией аксид поворачивается в том женаправлении, в каком движется Луна. Так что Луне приходится постоянно«догонять» свой перигей. Драгонический месяц, напротив короче сидерического.Это значит, что линия узлов поворачивается навстречу движению Луны. Причинаповорота большой оси лунного элипса и линии узлов была найдена лишь в 18 веке,после создания Ньютоном теории всемирного тяготения. А ещё через два столетияэта теория позволила рассчитать траекторию движения искусственных спутниковЗемли, обрела, так сказать вторую молодость.

ЛУННЫЕ НЕРАВЕНСТВА.

С именем древнегреческого Клавдия Птолемеяобычно прежде всего связывают его геоцентрическую систему мира, против которойборолись Коперник, Джордано Бруно, Галилей, Кеплер.

ЛУННЫЕ МЕСЯЦЫ.

29,53059 суток СИНОДИЧЕСКИЙ(от слова synodion-встреча).

27,55455 суток АНОМАЛИТИЧЕСКИЙ( угловое расстояние Луны от её перигеяназывали аномалией).

27, 32166суток СИДЕРИЧЕСКИЙ(siderium- звездный)

27,21222 суток ДРАКОНИЧЕСКИЙ(узлы орбиты обозначают значком похожими надракона).

Но Птолемей внес большой вклад в развитиеастрономии, в частности, в теорию движения Луны, правда в тот период речь моглаидти только о кинематической теории, ибо причины и истинные законы движениянебесных тел известны не были. В течении длительного развития астрономическойнауки считалось, что небесные тела могут двигаться только равномерно поокружностям. Если движение выглядело более сложным, то его можно былопредставить комбинацией движений по нескольким окружностям. Именно так поступилПтолемей с Луной. Движение Луны по небу было неравномерным. Чтобы представитьего комбинацией равномерных движений по окружностям, надо было сначалаопределить величину отклонений от равномерного движения, или так называемыхнеравенств. И во времена Птолемея, и даже во времена Кеплера и много позже былопринято называть неравенствами отдельные компоненты отклонения положения Луныот положения воображаемой точки, движущейся по эклиптике равномерно с периодомравным сидерическому месяцу. Таким образом, слово «неравенство» в астрономииозначало совсем не то, что оно означает в математике. Впрочем, в современнойнауке мы встречаемся с подобными примерами буквально на каждом шагу. Так, слово«элемент» означает в химии одно, а в электронике совсем другое. Никто неспутает ядро политы, ядро живой клетки и ядро атома. Все положения на небеЛуны, Солнца, звезд и планет уже во времена Птолемея измерялись в системекоординат напоминавших географическую долготу и широту. И назывались этикоординаты почти так же: астрономическая долгота и астрономическая широта.Только широта небесных светил отсчитывалась от плоскости эклиптики, в тевремена так называлась плоскость, в которой лежала орбита Солнца, обращающегосявокруг Земли, а долгота от точки весеннего равноденствия, в которой Солнце разв год пересекает небесный экватор. Взявшись за определение лунных неравенств,Птолемей рассматривал в основном неравенства по долготе, выводя широту на колоннулунной орбиты, равному 5 градусам, именно таким определил этот угол Гепарк «муж трудолюбия и поклонник истины» как называл его Птолемей. По современнымданным Гепарк ошибся всего на 8 минут дуги. Общее неравенство Е движения Луныпо долготе Птолемей представил следующей формулой:

Е=6 15 sin Z+1 18 sin(2D+Z)+19 sin 2 Z

Здесь Z- угловое расстояние Луны от среднего перигеяеё орбиты, D- угловое расстояниеЛуны от Солнца. Из формулы Птолемея следовало, что лунные неравенствапериодически и являются как бы суммой нескольких отдельных неравенств. Такпервый и третий члены правой части формулы зависят от положения Луныотносительно Перигея своей орбиты. Их сумма получается и носит названиеглавного эллиптического неравенства. Но это название было дано не Птолемеем, аученым в 17 веке, когда уже было известно, что Луна движется по эллипсу.

Второй член, в который входит угловоерасстояние Луны от Солнца, связан с влиянием Солнца на движение Луны. Многопозже, уже в 17 веке, он получил название эвекции, а в конце того же столетияНьютон дал ему исчерпывающее объяснение. Но об этом чуть позже. НиколайКоперник, используя свои более точные наблюдения, впрочем, он, как и Гиппарк иПтолемей, наблюдал невооруженным глазом, уточнил коэффициенты формулы Птолемеяопределил крайние и средние значения расстояния от Земли до Луны, причем ошибкав среднем расстоянии составляла всего 0, 1 % против современного значения.Новый шаг вперёд в создании кинематической теории движения луны сделалзамечательный датский астроном- Тихо Браге. Он открыл третье по счетунеравенство, получившее название вариации. В формуле для Е, это дополнительныйчлен вида 40 sin 2 D. Затем Тихо Брагеобнаружил ещё одно, четвертое лунное неравенство, выражаемое членом(-11 sin 2), где Z- угловое расстояниеСолнца от перигея земной орбиты(Земля проходит перигей своей орбиты 1-2января). Так как период последнего неравенства равен году, оно получилоназвание годического уравнения. Здесь мы снова встречаемся с примером иногоупотребления всем привычного термина. Словом « уравнение» во времена Тихо Брагеи вплоть до начала наших дней астрономы называли некоторые математическиевеличины. Так, до сих пор в астрономии сохранился термин « уравнение времени»,означающий разность среднего и истинного солнечного времени. Тихо Браге открылтак же, что угол наклона лунной орбиты и эклиптики может изменятся в пределах+- 9, 5 от среднего значения 5,8, причем наибольшего значения наклон орбитыдостигает, когда направление Земля- Солнце совпадает с линией узлов луннойорбиты, а наименьшего- когда они перпендикулярны. Истинную формулу луннойорбиты установил Иоганн Кеплер доказавший, что Луна, как и планеты движется поэллипсу. На основе трёх законов планетных движений, открытых Кеплером, ИсаакНьютон вывел закон всемирного тяготения, нашел ту силу, которая заставляетнебесные тела двигаться по эллиптическим или иным орбитам.

ОТ КИНЕМАТИКИ – КДИНАМИКИ.

Развитие небесной механики, основанной натеории тяготения Ньютона, вселяло надежду, что и теория движения Луны будетпостроена без особого труда и все лунные неравенства получат простоеобъяснение. И действительно, Ньютон добился в этой области немалых успехов. Онпоказал, что неравенства являются следствием влияния Солнца на Луну, такназываемых солнечных возмущений. Из анализа этих влияний он получил значениеосновных лунных неравенств. Ньютон количественно объяснил движение узлов луннойорбиты и периодическое изменение её наклона к эклиптике. Но когда он попыталсявывести скорость смещения лунного перигея, то получил результат, вдвое меньшенаблюдаемого. Да, теория движения Луны оказалась крепким орешком и для самогоНьютона, и для длинного ряда его последователей. В чем же состояла главнаятрудность? Мы знаем, что основная сила, действующая на планеты, — притяжениеСолнца. Под действием этой силы планета должна описывать кеплеров эллипс.Притяжение других планет, массы которых в тысячи, сотни тысяч и миллионы разменьше массы Солнца, приводит к небольшим отклонениям от кеплерова эллипса,которые принято называть возмущениями. Эти возмущения невелики и их нетрудновычислить. Например известно, что по возмущениям движения Урана астрономы Дж.Адамс и Ливерье независимо вычислили положение и орбиту неизвестной до тогопланеты, вызывающей эти возмущения, ею оказался Нептун. В случае Луны делообстоит совершенно иначе. Луна в своём обращении вокруг Земли постоянноподвергается возмущению со стороны самого массивного тела солнечной системы –Солнца. К тому же эти возмущения изменяются в течении аномалистического месяца,с изменением расстояния от Земли до Солнца.

Прошло три четверти века со временипубликации бессмертного труда Ньютона «Математические начала натуральнойфилософии». И хотя сам Ньютон пытался разработать теорию движения Луны, еготеория не давала требуемой точности. А ведь в те годы теория движения Луныимела практическое значение, по астрономической

долготе Луны определяли географическую долготумесяца на Земле. Поскольку Луна перемещалась по небу в среднем на 13 градусов всутки, её положение на небе в данный час зависит от долготы места.мореплаватели и путешественники пользовались этим для определения долгот. И вотв 1750 году Петербургская академия наук объявила конкурс на лучшее исследованиепо теме: «Показать согласны ли все неравенства, которые наблюдаются в движенииЛуны, с ньютоновской теорией, и какой должна быть истинная теория всех этихнеравенств, чтобы по ней можно было со всей точностью определять место Луны влюбое время».

Эта формулировка была выбрана неслучайно. Мыпомним, что Ньютон потерпел неудачу в теоретическом определении скоростисмещения лунного перигея. В 1745 году эту задачу попытались решить двазамечательных французских математика Алексис Клод Клеро и Жан Лерон Даламбер.Оба они были членами Парижской академии наук, ярыми соперниками в науке, надлунной проблемой работали совершенно независимо. Решая задачу о движениилунного перигея, они оба пришли к тому же выводу, что и Ньютон: периодобращения большой оси лунного эллипса теоретически должны быть в два раза больше,чем это следует из наблюдений. Оба ученых даже высказали мысль, что законНьютона не точен не требует проверок.

Именно это заключение столь авторитетныхученых и вызвало объявление конкурса Петербургской академии наук с приведеннойвыше формулировкой. Но уже за несколько месяцев до объявления конкурса в мае1749 года, Клеро нашел причину « расхождения теории Ньютона с наблюдениями.Теория была не виновата. Дело в том, что даваемое теорией аналитическоевыражение для смещения перигея представляло собой степенной ряд вида:

К 0 + К 1М + К 2М +…+ К М +…,

Где М- отношение суточных смещений Земли и Луныпо их орбитам(М=1/3), К n — числительные коэффициенты. Значение М малопо сравнению с единицей, и каждый следующий член ряда много меньше предыдущего.И Ньютон, и Даламбер, и Клеро брали для вычислений значения смещения перигея,ограничивались лишь первым членом ряда. Это, как догадался Клеро, и приводило крезкому расхождению теоретически рассчитанной и реальной скорости смещениялунного перигея. Учтя в выражении для смещения второй член, Клеро получилобнадёживающий результат: расхождение теории с наблюдениями уменьшилось в трис лишним раза. Чем больше членов брал Клеро, тем ближе стремилось к нулюрасхождение с данными наблюдениями. В 1752 году Клеро представил Петербургскойакадемии наук большой мемуар, озаглавленный «Теория Луны, выведенная изединственного начала притяжения, обратно пропорционального квадратамрасстояний». Эта работа была удостоена премией и издана в Петербурге. В нейКлеро решает задачу на вращающемся эллипсе, каким и является в сущности орбитаЛуны. В своей работе Клеро впервые показал, что лунные неравенства проявляютсяне только в долготе и широте Луны, но и в расстоянии от неё до Земли. Вформулах теория Клеро каждая из величин выражается уже суммой из 20 членовряда. Работа Клеро дала толчек к новым исследованиям. Даламбер решил проверитьвыводы Клеро и пришел к тем же результатам, хотя и другим способом.Действительный член Петербургской академии наук Леонард Эйлер установил иусовершенствовал теорию Клеро сделав её более удобной для составления таблицдвижения Луны. Такие таблицы в скоре были составлены немецким астрономомТобиасом Майером. Спустя 20 лет Эйлер вновь обратился к теории движения Луны. В1772 году он издал труд, озаглавленный «Теория движения Луны изложенная новымспособом». И действительно в этой работе был предложен принципиально новыйспособ построения лунной теории. Идеи, заложенные во второй лунной теорииЭйлера, позволяют в принципе достичь наиболее точного описания движения Луны.Однако эти идеи определили своё время- развитие науки тогда было недостаточно,чтобы на их основе получить окончательное решение задачи. И лунные теориипродолжали развиваться по старому « протоптанному пути».

КАК СТРОИТЬ ТЕОРИЮ?

Теории Клеро, Даламбера, и первая лунная теория Эйлерапринадлежали к классу аналитических. В этих теориях выражения для координатнебесного тела выводятся как решения уравнений движения даваемых теориейНьютона. Построение таких теорий требовало тогда громадного труда. Создательодной из лучших аналитических теорий французский астроном Шарль Делоне затратил на неё 20 лет непрерываемой работы. Зато теория Делоне может бытьприменена не только к Луне, но и к любому другому спутнику планеты, в томчисле и к искусственному спутнику Земли. В численных теориях целый рядэлементов орбиты берется из наблюдений, а затем уточняется входе расчетов.Лучше из численных теорий движения Луны была теория немецкого астрономаГанзена, на основе которой были составлены таблицы движения Луны, служившиеастрономам почти полвека- до начала двадцатых годов нашего столетия. Наибольшийуспех выпал на долю численно- аналитической теорий, начала которым былоположено второй лунной теорией Эйлера. При этом лишь немногие величины берутсяиз наблюдений и подставляются в уравнение движения до их решения. В 1888 годуамериканский астроном Джордж Хилл использовал идеи Эйлера для построения своейтеории движения Луны. Ему удалось получить скорость движения перигея лунной орбитыаналитически. Все неравенства движения Луны были разделены им на классы, взависимости от того, какие величины входили в то или иное неравенство. Темсамым вся задача была как бы «расслоена» на несколько отдельных задач, каждаяиз которых решалась отдельно. Теорию Хилла довел до конца американский астрономЭрнест Браун. Ему удалось преодолеть одну за другой все оставшиеся трудноститеории и достичь точности, достаточной для удовлетворения наблюдений начала исередины двадцатого века. Выражения для долготы Луны в теории Брауна содержало552 члена, для широты- 487, для радиуса вектора Луны-304. Были учтены не толькосолнечные возмущения, но и влияние несферичности Земли, притяжение планет,небольшая релятивлетская поправка. И все же теория Брауна обнаруживаластранные неувязки, давала хотя и очень малые, но заметные расхождения снаблюдениями. Уже в 40-х годах нашего столетия было установлено, что теорияздесь опять невиновата, а имеет место неравномерность вращения Земли, а значит,и неравномерность времени, которое определяется по вращению нашей планеты. Спереходом к эфемеридному времени, текущему равномерно, все неувязки отпали.Развитие космических полетов, в том числе к Луне, установлена на поверхностиЛуны уголковых отражателей для лазерной локации существенно повысили требованияк точности лунной теории. Теперь расстояния до Луны мы можем определить сточностью до 25 см. Совершенствование ЭВМ открыло новые возможности. Группафранцузских ученых сумела с помощью ЭВМ проверить теории Делоне и Лилла- Браунаи получила все нужные величины с потрясающей точностью до 1 по углам и с«лазерной» точностью по расстоянию. Для этого пришлось брать в разложениях ужемного тысяч членов. Впрочем для ЭВМ это особого труда не составило. Созданнаятаким образом теория была затем с успехом применена и к изучению движенияискусственных спутников Земли. Так завершилась многовековая история построениятеории движения Луны. Теперь мы знаем, что скрывается за столь, казалось бы,простой фразой: «Луна движется вокруг Земли по эллипсу…»

ИССЛЕДОВАНИЯ ЛУНЫ.

Возможности научных экспериментов поизучению Вселенной за пределами атмосферы Земли поистине исчерпаны. Однако длядлительного пребывания человека в космическом пространстве приходитсяпреодолевать множество трудных проблем по его жизнеобеспечению. Гораздо прощеобстоит дело с неприхотливыми роботами.

Фотографирование обратной, никогда невидимой с Земли стороны Луны и детальной съемки всей её поверхности, мягкаяпосадка с доставкой высокоточной научной аппаратуры и сбор образцов лунногогрунта для их автоматического возвращения на Землю, маршрутные исследования потрассе движения лунохода и эксперименты на искусственных спутниках Луны- вотдалеко не полный список целей запуска к Луне космических роботов. Задесятилетие с 1966 по 1976гг. для изучения Луны в СНГ и США было запущено вобщей сложности около 40 автоматических космических станций. Собранныеавтоматами сведения позволили осуществить полет на Луну человека. В 1990г. кдвум сторонам, исследовавшим Луну с помощью космических автоматов,присоединилась третья- Япония. Первую мягкую посадку на Луну совершила вфеврале 1966 года советская лунная станция «Луна-9», будто лепестки цветкаразвернулись антенны станции, и она принялась за свой первый телевизионныйрепортаж с поверхности Луны. «Луна-92 положила конец гипотезе, будто лунныеморя покрыты слоем пыли. Американцы Ф. Борман, Дж. Ловелл и У. Андерс встретилрождество 1969г. в космическом корабле «Апполон-8» на трассе «Земля- Луна-Земля». Это был первый пилотируемый облет Луны. Полет первой американскойэкспедиции для высадки на Луну на космическом корабле «Апполон-11» началсясолнечным утром 16 июля 1969г. Контакт с лунной поверхностью произошел 20 июля.Командир экипажа Н. Армстронг медленно спустился по шаткой лестнице, словнокупальщик, пробуя холодную воду, с великой осторожностью встал на Луну. «Одиннебольшой шаг для человека, и такой огромный скачок для всего человечества»,-первые слова сказанные им на Луне. Вскоре к нему присоединился Э. Олдрин. Следыот их башмаков будут сохранятся в условиях Луны миллионы лет. Третий членэкипажа М. Коллинз терпеливо поджидал своих товарищей на окололунной орбите,черпая новости о них из рассказов с Земли. С июля 1969 года по декабрь 1972г. вСША было осуществлено 6 успешных экспедиций на Луну, в ходе которых наповерхности побывало 12 космонавтов, проведших там попарно в общей сложности 12с половиной суток. За время выполнения программы « Апполон» ещё 12 космонавтовработали в окололунном пространстве. Космонавты Дж. Янг, Ю. Сернан и Дж. Ловелллетали к Луне по 2 раза, нопоследний из них, имя которого носит один из Лунныхкратеров, так ни разу и не вышел на поверхность. Дж. Ловелл был командиромэкипажа «Апполон- 13», посадка которого на Луну из-за аварии была отменена. Взавершающих из американских экспедиций на космическом корабле «Апполон- 17»принимал участие профессиональный геолог Шмитт. Всего за 6 экспедицийамериканцы доставили на Землю около 400 кг. Образцов лунных пород. В трехзаключительных экспедициях на Луну американские космонавты использовалиэлектрический автомобиль конструированный специально для перемещения в условияхлунного бездорожья, который резко расширил возможности полевых обследованийместности. Автомобиль мог развивать скорость до 14 км\ч. Геолог Шмитт и Ю.Сернан проехали по Луне на этом автомобиле около 35 км. Ракета- носитель«Сатурн- 5», обеспечившая успешные полеты космонавтов США на Луну, до сих поростается самой крупной ракетой в мире. Её высота достигает 40- этажного дома, апри запуске в ней сгорает ежесекундно 15 тонн горючего. Вряд ли когда- ни будьсконструирует ещё более крупные ракеты, поскольку после полетов на Луну сталоясно, что даже для существования гиганта « Сатурн- 5» — нет больше никакихразумных задач. Производство этих ракет было прекращено. Подсчитано, что всеперспективные задачи космических работ выгоднее решать другими средствами. Впорядке редчайшего отступления от традиций 12 лунными кратерам были присвоеныимена живых, здравствующих людей. Шесть были названы в честь советскихпервопроходцев космических трасс- Титова, Николаева, Терешковой, Леонова,Феоктистова и Шаталова. Ещё шесть названы именами экипажей «Апполона- 8» и«Апполона- 11».

РОЛЬ ЛУНЫ ДЛЯ ЖИТЕЛЕЙ ЗЕМЛИ.

В одной из книг посвященных путешествиям,описано такое грандиозное явление: в часы приливов в лагуну одного из острововАльдабра( эти острова лежат в заливе Индийского океана у восточных береговАфрики) устремляются мощные потоки воды: в проливе соединяющим лагуну с океаном,скорость течения достигает 15 км\ч, а масса втекающей воды составляет несколькомиллиардов тонн. В часы отливов вода устремляется назад, в океан, дно лагуныобнажается почти на две трети, и на отмели бродят тысячи птиц, выискивающихдобычу. Какие же колоссальные силы « выплескивают» воду из лагуны в часы отливаи поднимают её в часы прилива? Это силы всемирного тяготения.

Часто говорят, что Ньютон пришел к мысли осуществовании сил притяжения между всеми телами природы, наблюдая паденияяблока на Землю. Но открытие и изучение силы тяготения имеет сложную историю.Много замечательных имен мы встретим изучая историю становления учения овсемирном тяготении. Это и Тихо Браге, в течении 20- ти лет наблюдавший планетысолнечной системы, и Иоганн Кеплер, установивший на основе этих данных законыдвижения планет и выказавший мысль о том, что причиной вращения Луны вокругЗемли является притяжение. Но все- таки закон всемирного тяготения был открыт.Он сыграл огромную роль в развитии науки и техники. С его помощью были открытыдве планеты Солнечной системы- Нептун и Плутон, его используют при расчетескорости необходимой для запуска космических кораблей и спутников. Но вернемсяк лагуне на островах Альдабра, к приливам и отливам. Причина возникновенияприливов и отливов- всемирное тяготение, а «главный виновник этого явления- нашспутник Луна. Будем считать, что вода распределена по Земле тонким слоем. Таккак сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами,вода, находящаяся вблизи А, притягивается Луной сильнее, чем вода, находящаясявблизи точки В.

/> /> /> /> /> /> <td/> /> />

Казалось бы, в результате этого вода должнаперетечь на «лунную» сторону Земли, где образуется водяной горб. Так как Землявращается вокруг своей оси, в каждом месте вода будет раз в сутки подниматься(прилив) и опускаться ( отлив). Однако в действительности и приливы и отливыпроисходят два раза в сутки. Почему же это так? Причина в том, что Земля и Лунане подвижны друг относительно друга. Представьте себе два шарика- тяжелый илегкий, — соединенные нитью и лежащие на гладкой горизонтальной поверхности.Легкий шарик можно привести во вращение вокруг тяжелого. Однако тяжелый шарикпри этом не останется на месте- его центр тоже будет двигаться по окружности,правда, небольшого радиуса. Неподвижной останется только некоторая точка О налинии вдоль натянутой нити, расположенная вблизи тяжелого шарика(её называютцентром масс системы). Вокруг этой точки и происходит вращение как тяжелого,так и легкого шарика. Точно так же Земля и Луна вращаются вокруг некоторойточки, которая, в следствии того, что Земля гораздо массивнее Луны, оказываетсядаже лежащие внутри Земли (но не в её центре). Центр Земли вращается вокругэтой точки, а вода на поверхности Земли отбрасывается от центра вращения. Этоприводит к тому, что и на противоположной Луне стороне Земли образуется водянойгорб. Поверхность океана принимает удлиненную форму, вытянутую в направленииЛуны и(немного меньше) в прямо противоположном направлении. Так как Земля вращаетсяи вокруг собственной оси, «двугорбая» приливная волна «бежит» по поверхностиЗемли. В тех областях, которые оказываются посредине между двумя горбами,наблюдаются отливы. Изучение приливов связано со многими трудностями. Таупрощенная модель, которую мы рассматривали, далека от реальной картины. Земля,как известно, не шар, она сплюснута у полюсов; вода не распределена равномернопо её поверхности. Луна при своем движении по орбите оказывается на разныхрасстояниях от Земли. Свой вклад в приливообразующую силу вносит и Солнце. Авзаимное расположение Солнца, Земли и Луны периодически изменяется. Эти имногие другие факторы существенно сказываются на реальной картине образования идвижения приливных волн и могут смещать положения водяных горбов, изменять ихвеличину и т. п. Но главное нам теперь ясно: причина приливов и отливов-всемирное тяготение. Можно с уверенностью сказать, что ещё в древности жрецыумели расчитывать время приливов. Иначе как они могли бы творить «чудеса»,которые описаны, например в сказках Древнего Египта… Когда достигли суда кала«Двух рыб», увидели все, что отмели обнажились и дальше продвинутьсяневозможно. Тогда его величество фараон призвал Джеди и повелел… И Джеди началпроизносить над водой магические заклинания. По слову его вода в каналеподнялась и покрыла отмели слоем в четыре локтя. И суда фараона двинулисьдальше…»

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Детская энциклопедия .-Т. 1

Издательство «Педагогика» Москва 1971г.

2. Дагаев М.М. Книга длячтения по астрономии

Москва. Просвещение.1980г.

3. Загель Ф.Ю. «Лунныегоризонты».

Москва.Просвещение 1976г.

4. Научно- популярныйжурнал

«Квант» № 8—1985 № 4- 1986г.

5. Школьныйастрономический календарь

1996-97гг.

6. В.Н.Комаров «Приглашениек звездам»