Реферат: Луна - естественный спутник Земли

 

«Луна — Естественный спутник Земли»

Оглавление

1.    Введение

Раздел 1

2.1. Мифологическая история Луны

2.2. Происхождение Луны

Раздел 2

3.1. Лунные затмения

3.2. Затмения в прежние времена

Раздел 3

4.1. Форма Луны

4.2. Поверхность Луны

4.3. Рельеф лунной поверхности

4.4. Лунный грунт.

4.5. Внутреннее строение Луны

Раздел 4

5.1. Фазы Луны.

5.2. Новый этап в исследовании Луны.

5.3. Магнетизм Луны.

Раздел 5

6.1. Исследование приливных электростанций

Раздел 6

7.1. Вывод.

1. Введение.

Луна — естественныйспутник Земли и самый яркий объект на ночном небе. На Луне нет привычной длянас атмосферы, нет рек и озер, растительности и живых организмов. Сила тяжестина Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. День и ночь с перепадами температурдо 300 градусов длятся по две недели. И, тем не менее, Луна все большепривлекает землян возможностью использовать ее уникальные условия и ресурсы.

      Добычаприродных запасов на Земле затрудняется с каждым годом. По прогнозам ученых вближайшем будущем человечество вступит в сложный период. Земная среда обитанияисчерпает свои ресурсы, поэтому уже сейчас необходимо начинать осваиватьресурсы других планет и спутников. Луна, как ближайшее к нам небесное телостанет первым объектом для внеземного промышленного производства. Созданиелунной базы, а затем и сети баз, планируется уже в ближайшие десятилетия. Излунных пород можно извлекать кислород, водород, железо, алюминий, титан,кремний и другие полезные элементы. Лунный грунт является прекрасным сырьем дляполучения различных строительных материалов, а также для добычи изотопагелий-3, который способен обеспечить электростанции Земли безопасным иэкологически чистым ядерным горючим. Луна будет использоваться для уникальныхнаучных исследований и наблюдений. Изучая лунную поверхность ученые могут«заглянуть» в очень древний период нашей собственной планеты,поскольку особенности развития Луны обеспечили сохранность рельефа поверхностив течение миллиардов лет. Кроме того, Луна послужит экспериментальной базой дляотработки космических технологий, а в дальнейшем будет использоваться какключевой транспортный узел межпланетных сообщений.

Луна, единственныйестественный спут­ник Земли и ближайшее к нам небесное тело; среднее расстояниедо Луны — 384000 километров.

      Луна  движется вокруг Земли со среднейскоростью 1,02 км/сек по приблизительно эллиптической  орбите в том женаправлении, в котором движется по­давляющее большинство других тел Солнеч­нойсистемы, то есть  против часовой стрелки, если смотреть на орбиту Луны состороны Северного полюса мира. Большая полуось орбиты Луны, равная среднемурасстоянию меж­ду центрами Земли и Луны, составляет 384 400 км (приблизительно60 земных радиусов).

Поскольку масса Луныотносительно мала, плотной газовой оболочки — атмосферы у нее практически нет.Газы свободно рассеиваются в окружающем космическом  пространстве. Поэтомуповерхность Луны освещается прямыми солнечными лучами. Тени от неровностейрельефа здесь очень глубоки и черны, поскольку нет рассеянного света. Да иСолнце с лунной поверхности будет выглядеть гораздо ярче. Разреженная газоваяоболочка Луны из водорода, гелия, неона и аргона в десять триллионов раз меньшепо плотности, чем наша атмосфера, но в тысячу раз больше, чем количествомолекул газа в космическом вакууме. Поскольку Луна не имеет плотной защитнойоболочки из газа, на ее поверхности в течение суток происходят очень большиеизменения температуры. Солнечное излучение поглощается лунной поверхностью,которая слабо отражает лучи света.

Вследствиеэллиптичности орби­ты  и воз­мущений расстояние до Луны колеблется между 356400 и 406 800 км. Период обраще­ния Луны вокруг Земли, так называемый   сидерический (звездный) месяц равен 27,32166 суток, но подвержен небольшимколебаниям и очень малому вековому сокращению. Движение Луны вокруг Земли оченьсложно, и его изучение составляет одну из труднейших задач небесной ме­ханики.Эллиптическое движение представ­ляет собой лишь грубое приближение, на негонакладываются многие возмуще­ния, обусловленные притяжением Солнца, планет.Главней­шие из этих возмущений, или неравенств, были открыты из наблюденийзадолго до теоретического вы­вода их из закона всемирного тяготения. ПритяжениеЛуны Солнцем в 2,2 раза сильнее, чем Землей, так что, строго говоря, следовалобы рассматривать движение Луны вокруг Солнца и возмущения этого движенияЗемлей. Однако, поскольку исследователя интересует движение Луны, каким оновидно с Земли, гравитационная тео­рия, которую разрабатывали многие круп­нейшиеученые, начиная с И. Ньютона, рассматривает движение Луны именно вок­руг Земли.В 20 веке пользуются теорией американского математика Дж. Хилла, на основекоторой американский астроном Э. Браун вычислил (1919 г.) математически, ряды исоставил таблицы, содержащие широту, долготу и параллакс Луны. Аргументомслужит время.

Плоскость орбиты Лунынаклонена к эклиптике под углом 5*8”43”, подверженным небольшим колебаниям.Точки пересечения орбиты с эклиптикой, называются восходящим и нисходящимузлами, имеют  неравномерное попятное движение и совершают полный оборот поэклиптике за  6794 суток (около 18 лет), вследствие чего  Луна возвращается кодному и тому же узлу через интервал времени — так называемый драконический месяц, — более короткий, чем сидерический и в среднем  равный 27.21222 суток, сэтим месяцем  связана периодичность солнечных и лун­ных затмений.

Луна вращается вокругоси, наклоненной к плоскости эклиптики под углом 88°28', с периодом, точноравным сидерическому месяцу, вслед­ствие чего она повернута к Земле всегдаодной и той же стороной. Однако сочетание равномерного враще­ния снеравномерным движением по ор­бите вызывает небольшие периодические от­клоненияот неизменного направления к Земле, достигающие 7° 54' по долготе, а наклон осивращения Луны к плоскости ее орбиты обусловливает отклонения до 6°50' пошироте, вследствие чего в разное время с Земли можно видеть до 59 % всейповерхности Луны (хотя области близ краев лунного диска видны лишь в сильномперспективном ракурсе); та­кие отклонения называются либрацией Луны. Плоскостиэкватора Луны, эклиптики и лун­ной орбиты всегда пересекаются по одной прямой(закон Кассини).

В движение Луны различаютчетыре лунных месяца.

 

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

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

27, 32166суток           СИДЕРИЧЕСКИЙ(siderium- звездный)

27, 21222 суток           ДРАКОНИЧЕСКИЙ(узлыорбиты обозначают значком   похожими на дракона).

Цель: Узнать как можнобольше о естественном единственном спутнике Земли – Луне. О её пользе изначении в жизни людей о происхождении, истории, движении, и т.д.

Задачи:

1.   Узнать об историиЛуны.

2.   Узнать о лунныхзатмениях.

3.   Узнать о строенииЛуны.

4.   Узнать о новыхисследованиях Луны.

5.   Исследовательскаяработа.

6.   Вывод

 2.1. Мифологическаяистория Луны.

 

  Луна в римской мифологии является богиней ночного света. Луна имела несколькосвятилищ, одно вместе с богом солнца. В египетской мифологии богиня луны –Тефнут и ее сестра Шу – одно из воплощений солнечного начала, были близнецами.В индоевропейской и балтийской мифологии широко распространен мотив ухаживаниямесяца за солнцем и их свадьбы: после свадьбы месяц покидает солнце, за что емумстит бог-громовержец и разрубает месяц пополам. В другой мифологии месяц,живший на небе вместе со своей женой-солнцем, пошел на землю посмотреть, какживут люди. На земле за месяцем погналась Хоседэм (злое женское мифологическоесущество). Месяц, торопливо возвращающийся к солнцу, только наполовину успеловойти в его чум. Солнце схватило его за одну половину, а Хоседэм за другую иначали тянуть его в разные стороны, пока не разорвали пополам. Солнце пыталосьпотом оживить месяц, оставшийся без левой половины и тем самым без сердца,пробовало сделать ему сердце из угля, качало его в колыбели (шаманский способвоскрешения человека), но все было тщетно. Тогда солнце повелело месяцу, чтобыон светил ночью оставшейся у него половиной. В армянской мифологии Лусин(«луна») – молодой юноша попросил у матери, державшей тесто, булочку.Рассерженная мать дала пощечину Лусину, от которой он взлетел на небо. До сихпор на его лице видны следы теста. По народным поверьям, фазы луны связаны сциклами жизни царя Лусина: новолуние – с его юностью, полнолуние – созрелостью; когда луна убывает и появляется полумесяц, наступает старостьЛусина, который затем уходит в рай (умирает). Из рая он возвращаетсявозрожденным.

Известны также мифы опроисхождении луны из частей тела (чаще всего из левого и правого глаза). Убольшинства народов мира есть особые Лунные мифы, объясняющие возникновениепятен на луне, чаще всего тем, что  там находится особый человек  («лунныйчеловек» или «лунная женщина»). Божеству луны многие народы придают особоезначение, считая, что оно дает необходимые элементы для всего живого.

2.2. Происхождение Луны.

Происхождение Луны окончательно еще неустановлено. Наиболее разработаны три разные гипотезы. В конце XIX в. Дж.Дарвин выдвинул гипотезу, согласно которой Луна и Земля первоначальносоставляли одну общую расплавленную массу, скорость вращения которойувеличивалась по мере ее остывания и сжатия; в результате эта масса разорваласьна две части: большую — Землю и меньшую — Луну. Эта гипотеза объясняет малуюплотность Луны, образованной из внешних слоев первоначальной массы. Однако онавстречает серьезные возражения с точки зрения механизма подобного процесса;кроме того, между породами земной оболочки и лунными породами есть существенныегеохимические различия.

Гипотеза захвата, разработанная немецкимученым К. Вейцзеккером, шведским ученым Х. Альфвеном и американским ученым Г.Юри, предполагает, что Луна первоначально была малой планетой, которая припрохождении вблизи Земли в результате воздействия тяготения последнейпревратилась в спутник Земли. Вероятность такого события весьма мала, и, крометого, в этом случае следовало бы ожидать большего различия земных и лунныхпород.

Согласно третьей гипотезе, разрабатывавшейсясоветскими учеными — О. Ю. Шмидтом и его последователями в середине XX века, Луна и Земляобразовались одновременно путем объединения и уплотнения большого роя мелкихчастиц. Но Луна в целом имеет меньшую плотность, чем Земля, поэтому веществопротопланетного облака должно было разделиться с концентрацией тяжелыхэлементов в Земле. В связи с этим возникло предположение, что первой началаформироваться Земля, окруженная мощной атмосферой, обогащенной относительнолетучими силикатами; при последующем охлаждении вещество этой атмосферысконденсировалось в кольцо планетезималей, из которых и образовалась Луна. Последняягипотеза на современном уровне знаний (70-е годы 20 века) представляетсянаиболее предпочтительной. Не так давно возникла четвертая теория, которая ипринята сейчас как наиболее правдоподобная. Это гипотеза гигантскогостолкновения. Основная идея состоит в том, что, когда планеты, которые мы видимтеперь, только еще формировались, некое небесное тело величиной с Марс согромной силой врезалось в молодую Землю под скользящим углом. При этом болеелегкие вещества наружных слоев Земли должны были бы оторваться от нее иразлететься в пространстве, образовав вокруг Земли кольцо из обломков, в товремя как ядро Земли, состоящее из железа, сохранилось бы в целости. В концеконцов, это кольцо из обломков слиплось, образовав Луну. Теория гигантскогостолкновения объясняет, почему Земля содержит большое количество железа, а наЛуне его почти нет. Кроме того, из вещества, которое должно было превратиться вЛуну, в результате этого столкновения выделилось много различных газов – вчастности кислород. 

3.1. Лунные затмения.

     Из-за того, что Луна, обращаясь вокругЗемли, бывает иногда на одной линии Земля- Луна- Солнце, возникают  солнечныеили лунные затмения- интереснейшие и эффектные явления природы, вызывавшиестрах в прошлые века, так как люди не понимали, что происходит. Им казалось,что какой- то невидимый черный дракон пожирает Солнце и люди могут остаться ввечном мраке. Поэтому летописцы всех народов тщательно заносили в свои хроникисведения о затмениях. Так летописец Кирилл из Новгородского Антониева монастыря11 августа 1124 года записал: « Перед вечерней  нача убывати Солнца, и наибевсе. О велик страх и тьма быеть!». История донесла до нас случай, когдасолнечное затмение привело в ужас сражающихся индейцев и медян. В 603 году дон.э. на территории современной Турции и Ирана. Воины в страхе побросали оружияи прекратили 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 закрываетсяполностью- полное затмение, в других частично- неполное затмение. Суть явлениязаключается в 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.

                                        Схемаполного затмения Луны.

/> <td/> />

 

         Полные Лунные Затмения

                  1995 – 2005 гг.

  Дата                                  Продолжительность

19964 апреля                           1 ч 24 мин

 1996  27 сентября                    1 ч 12 мин                          

 1997  16 сентября                    1 ч  6 мин 

 2000  21 января                        1 ч 16 мин 

 2000  16 июля                                  1 ч             

 2001  9 января                               30 мин                

 2003  16 мая                                  26 мин         

 2004  4 мая                                    38 мин

 2004 28 октября                            40 мин

                                          

3.2. Затмения в прежние времена.

     В древности затмения Солнца и Лунычрезвычайно интересовали людей. Философы Древней Греции были убеждены, чтоЗемля является шаром, поскольку они заметили, что тень Земли, падающая на Луну,всегда имеет форму круга. Более того, они подсчитали, что Земля примерно втроебольше Луны, просто исходя из продолжительности затмений. Данные археологиипозволяют предположить, что многие древние цивилизации пытались предсказыватьзатмения. Результаты наблюдений в Стоунхендж, в Южной Англии, могли даватьвозможность людям позднего каменного века, 4000 лет назад, предсказыватьнекоторые затмения. Они умели вычислять время прихода летнего и зимнего солнцестояний.В Центральной Америке 1000 лет назад астрономы майя могли предсказыватьзатмения, выстраивая длинный ряд наблюдений и отыскивая повторяющиеся сочетанияфакторов.  Почти одинаковые затмения повторяются каждые 54 года 34 дня. 

 4.4. Как часто мы можем видеть затмения.

Хотя Луна проходит по своей орбите вокругЗемли раз в месяц, затмения не могут происходить ежемесячно из-за того, чтоплоскость орбиты Луны наклонена относительно плоскости орбиты Земли вокругСолнца. Самое большее, за год может произойти семь затмений, из которых два илитри должны быть лунными. Солнечные затмения происходят только в новолуние,когда Луна находится в точности между Землей и Солнцем. Лунные же затмениявсегда бывают в полнолуние, когда Земля находится между Землей и Солнцем. Завсю жизнь мы можем надеяться увидеть 40 лунных затмений (при условии, что небобудет ясным). Наблюдать солнечные затмения более трудно из-за узости полосызатмений Солнца.                       

4.1. Форма Луны

Форма Луны очень близка к шару с  радиусом1737 км, что равно 0,2724 экваториального радиуса Земли. Площадь  поверхностиЛуны составляет 3,8 * 107 кв. км., а объем 2,2 * 1025 см3. Более детальноеопреде­ление фигуры Луны затруднено тем, что на Луне, из-за отсутствия океанов,нет явно выраженной уровненной поверхности по отношению к которой можно было быопре­делить высоты и глубины; кроме того, поскольку Луна повернута к Землеодной стороной, измерять с Земли радиусы то­чек поверхности видимого полушарияЛуны (кроме точек на самом краю лунною диска) представляется возможным лишь наосновании слабого стереоскопического эф­фекта, обусловленного либрацией. Изу­чениелибрации позволило оценить разность главных полуосей эллипсоида Луны. Полярнаяось меньше экваториальной, направленной в сторону Земли, примерно на  700 м именьше экваториальной оси, перпендикулярной направлению на Землю, на 400 м.Таким образом, Луна под влиянием приливных сил, немного вытянута в  сторонуЗемли. Масса Луны точнее всего определяется из наблюдений её искусственныхспутников. Она в 81 раз меньше массы земли, что соответствует 7.35 *1025 г.Средняя плотность Луны равна 3,34 г. см3 (0.61 средней плотности Земли). Ускорениесилы тяжести на поверхности Луны в 6 раз больше, чем на Земле, составляет 162.3см. сек и уменьшается на 0.187 см. сек2 при подъеме на 1 километр. Перваякосмическая скорость 1680 м. сек, вторая 2375 м. сек. Вследствие малогопритяжения Луна не смогла удержать вокруг себя газовой оболочки, а также воду всвободном состоянии.

4.2. Поверхность Луны

  Поверхность Луны довольно темная,  ееальбедо равно 0.073, то есть  она отражает в среднем лишь 7.3 % световых  лучейСолнца. Визуальная звездная величина полной Луны на среднем расстоянии равна — 12.7; она посылает в полнолуние на Землю в 465 000 раз меньше света, чемСолнце. В зависимости от фаз, это количество света уменьшается гораздо быстрее,чем площадь освещен­ной части Луны, так что когда Луна находится в четверти, имы видим половину ее диска светлой, она посылает нам не 50 %, а лишь 8 % светаот полной Луны Показатель цвета лунного света равен + 1.2, то есть  он заметнокраснее солнечного. Луна вра­щается относительно Солнца с периодом, равнымсинодическому месяцу, поэтому день на Луне длится почти 1.5 сутки и столько жепродолжается ночь. Не будучи защищена атмосферой, поверхность Луны нагреваетсяднем до + 110о С, а ночью остывает до -120° С, однако, как показалирадионаблюдения, эти огромные колебания температуры проникают вглубь лишь нанесколько дециметров вследствие чрезвычайно слабой теп­лопроводностиповерхностных слоев. По той же причине и во время полных лунных затменийнагретая поверхность бы­стро охлаждается, хотя некоторые места дольше

     Даже невооруженным глазом на Луне  виднынеправильные протяженные темноватые пятна, которые были приняты за  моря;название сохранилось, хотя и было  установлено, что эти образования ничегообщего с земными морями не имеют.  Телескопические наблюдения, которым положил начало в 1610 Г. Галилей, позволили об­наружить гористое строение поверхностиЛуны. Выяснилось, что моря — это равнины более темного оттенка, чем другие области, иногда называемые континентальны­ми (или материковыми), изобилующиегорами, большинство которых имеет коль­цеобразную форму (кратеры). По много­летнимнаблюдениям были составлены подробные карты Луны. Первые такие кар­ты издал в1647 Я. Гевелий в Ланцете (Гданьск). Сохранив термин “моря”, он присвоилназвания также и главней­шим лунным хребтам — по аналогичным земнымобразованием: Апеннины, Кав­каз, Альпы. Дж. Риччоли  в 1651 дал обширным темнымнизменностям фантастические названия: Океан Бурь, Море Кризисов, МореСпокойствия, Мо­ре Дождей и так далее, меньше примыкаю­щие к морям темныеобласти он назвал заливами, например, Залив Радуги, а неболь­шие неправильныепятна — болотами, например Болото Гнили. Отдельные горы, главным образомкольцеобразные, он назвал именами выдающихся ученых: Коперник, Кеплер, ТихоБраге и другими. Эти названия сохранились на лунных картах и поныне, причемдобавлено много новых имен вы­дающихся людей, ученых более позднего времени. Накартах обратной стороны Луны, составленных по наблюдениям, выпол­ненным скосмических зондов и искусст­венных спутников Луны, появились имена К. Э.Циолковского, С. П. Королева, Ю. А. Гагарина и других. Подробные и точные картыЛуны были составлены по телескопическим наблюдениям в 19 веке немецкимиастрономами И. Медлером, Й. Шмидтом и др. Карты составлялись в ортографическойпроекции для средней фазы либрации, то есть  примерно такими, какой Луна виднас Земли. В конце 19 века начались фотографические наблюдения Луны.

     В 1896-1910 большой атлас Луны был изданфранцузскими астрономами М. Леви и П. Пьюзе по фотографиям, полученным наПарижской обсерватории; позже фотографический альбом Луны издан Ликской обсер­ваториейв США, а в середине 20 века Дж. Койпер (США) составил несколько детальныхатласов фотографий Луны, полученных на крупных телескопах разныхастрономических обсерваторий. С помощью современных телескопов  на Луне можнозаметить, но не рассмотреть кратеры размером около 0,7 километров и трещинышириной в первые сот­ни метров.

     Большинство морей и кратеров на видимойстороне были названы итальянским астрономом Риччиолли в середине семнадцатоговека в честь астрономов, философов и других ученых. После фотографированияобратной стороны Луны появились новые названия на картах Луны. Названияприсваиваются посмертно. Исключением являются 12 названий кратеров в честьсоветских космонавтов и американских астронавтов. Все новые названияутверждаются Международным астрономическим союзом.

4.3. Рельеф луннойповерхности.

     Рельеф лунной поверхности был в основномвыяснен в результате мно­голетних телескопических наблюдений. “Лунные моря”,занимающие около 40 % видимой поверхности Луны, представляют собой равнинныенизменности, пересе­ченные трещинами и невысокими изви­листыми валами; крупныхкратеров на морях сравнительно мало. Многие моря окружены концентрическимикольцевы­ми хребтами. Остальная, более светлая поверхность покрытамногочисленными кратерами, кольцевидными хребтами, бо­роздами и так далее.Кратеры менее 15-20 километров имеют простую чашевидную форму, бо­лее крупныекратеры (до 200 километров) состоят из округлого вала с крутыми внутреннимисклонами, имеют сравнительно плоское дно, более углубленное, чем окружающаяместность, часто с центральной горкой. Высоты гор над окружающей местностьюопределяются по длине теней на лунной поверхности или фотометрическим способом.Таким путем были составлены гипсометрические карты масштаба 1: 1 000000 набольшую часть видимой стороны. Однако абсолютные высоты, расстояния точекповерхности Луны от центра фигуры или массы Луны определяются очень неуверен­но,и основанные на них гипсометрические кар­ты дают лишь общее представление о ре­льефеЛуны. Гораздо подробнее и точнее изучен рельеф краевой зоны Луны, которая, в за­висимостиот фазы либрации, ограничи­вает диск Луны. Для этой зоны немецкий ученый Ф.Хайн, советский ученый А. А. Нефедьев, американский ученый Ч. Уотс составилигипсометрические карты, которые используются для учета неровностей края Луныпри наблюде­ниях с целью определения координат Луны (такие наблюденияпроизводятся мери­дианными кругами и по фотографиям Луны на фоне окружающихзвезд, а также по наблюдениям покрытий звезд). Микрометрическими измерениямиопределены по отношению к лунному экватору и среднему ме­ридиану Луныселенографические  координаты нескольких основных опорных точек, которые служатдля при­вязки большого числа других точек поверх­ности Луны. Основной исходнойточкой при этом является небольшой правильной формы и хорошо видимый близцентра лунного диска кратер Мёстинг. Структура по­верхности Луны была восновном изучена фотометрическими и поляриметрическими наблюде­ниями,дополненными радиоастрономическими исследованиями.

     Кратеры на лунной поверхности имеютразличный относительный возраст: от древних, едва различимых, сильно пере­работанныхобразований до очень четких в очертаниях молодых кратеров, иногда окруженныхсветлыми “лучами”. При этом молодые кратеры перекрывают более древние. В однихслучаях кратеры врезаны в поверхность лунных морей, а в других — горные породыморей пере­крывают кратеры. Тектонические разрывы то рассекают кратеры и моря,то сами пере­крываются более молодыми образова­ниями. Эти и другие соотношенияпозво­ляют установить последовательность воз­никновения различных структур налун­ной поверхности; в 1949 советский ученый А. В. Хабаков разделил лунныеобразо­вания на несколько последовательных возраст­ных комплексов. Дальнейшееразвитие такого подхода позволило к концу 60-х годов составить среднемасштабныегеологические карты на значительную часть поверхности Луны. Абсолютный возрастлунных образований известен пока лишь в нескольких точках; но, используянекоторые косвенные методы, можно установить, что возраст наиболее молодыхкрупных кратеров составляет десятки и сочни миллионов  лет, а основная массакрупных кратеров возникла в “доморской” период, 3-4 млрд. лет назад.

     В образовании форм лунного рельефапринимали участие как внутренние силы, так и внешние воздействия. Расчетытермической истории Луны показывают, что вскоре после её образования недра былиразогреты радиоактивным теплом и в значительной мере расплавлены, что привело кинтенсивно­му вулканизму на поверхности. В результате образовались гигантскиелаво­вые поля и некоторое количество вулканических кратеров, а такжемногочисленные тре­щины, уступы и другое. Вместе с этим на по­верхность Луны наранних этапах выпадало огромное количество метеоритов и асте­роидов — остатковпротопланетного об­лака, при взрывах которых возникали кра­теры — отмикроскопических лунок до коль­цевых структур поперечником во много десятков, авозможно и до нескольких сотен километров. Из-за отсутствия атмосферы игидросфе­ры значительная часть этих кратеров сохрани­лась до наших дней. Сейчасметеориты выпадают на Луну гораздо реже; вулка­низм также в основномпрекратился, по­скольку Луна израсходовала много тепловой энергии, арадиоактивные элементы были вынесены во внешние слои Луны. Об остаточномвулканизме свидетельствуют истечения углеродосодержащих газов в лунныхкратерах, спектрограммы которых были впервые получены советским астро­номом Н.А. Козыревым.   

4.4. Лунный грунт.

     Всюду, где совершали посадки космическиеаппараты, Луна покрыта так называемым  реголитом. Это разнозернистыйобломочно-пылевой слой толщиной от нескольких метров  до нескольких десятковметров. Он возник в результате дробления, перемешивания и спекания лунных породпри падениях метеоритов и микрометеоритов. Вслед­ствие воздействия солнечноговетра реголит насыщен нейтральными газами. Среди обломков реголита найденычасти­цы метеоритного вещества. По радиоизотопам было установлено, чтонекоторые облом­ки на поверхности реголита находились на одном и том же местедесятки и сотни миллионов лет. Среди образцов, доставленных на Землю,встречаются породы двух ти­пов: вулканические (лавы) и породы, возникшие засчет раздробления и расплавления лунных образований при па­дениях метеоритов.Основная масса вулканических пород сходна с зем­ными базальтами. По-видимому,такими породами сложены все лунные мо­ря.

     Кроме того, в лунном грунте встреча­ютсяобломки иных пород, сходных с зем­ными и так называемым  KREEP — порода,обогащенная калием, редкоземельными элементами и фосфором. Очевидно, эти породыпред­ставляют собой обломки вещества лунных материков. “Луна-20” и“Аполлон-16”, совершившие посадки на лунных мате­риках, привезли оттуда породытипа анортозитов. Все типы пород  образовались в результате длительной эволю­циив недрах Луны. По ряду признаков лунные породы отличаются от земных: в нихочень мало воды, мало калия, натрия и других летучих элементов, в некоторыхобразцах очень много титана и железа. Возраст этих пород, определяемый посоотношениям радиоактивных элементов, равен 3 — 4.5 млрд. лет, чтосоответствует древней­шим периодам развития Земли.

4.5. Внутреннее строение Луны

 

     Структура недр Луны также определяется сучетом ограничений, которые налагают  на модели внутреннего строения данные офигуре небесного тела и, особенно о характере распространения Р — и S — волн.Реальная фигура Луны, оказалась близкой к сферически равновесной, а из анализагравитационного потенциала сделан вывод о том, что ее плотность несильноизменяется с глубиной, т.е. в отличие от Земли нет большой концентрации масс вцентре.

     Самый верхний слой представлен корой,толщина которой, определенная только в районах котловин, составляет 60 км.Весьма вероятно, что на обширных материковых площадях обратной стороны Луныкора приблизительно в 1,5 раза мощнее. Кора сложена изверженнымикристаллическими горными породами — базальтами. Однако по своемуминералогическому составу базальты материковых и морских районов имеют заметныеотличия. В то время как наиболее древние материковые районы Луныпреимущественно образованы светлой горной породой — анортозитами (почти целикомсостоящими из среднего и основного плагиоклаза, с небольшими примесямипироксена, оливина, магнетита, титаномагнетита и др.), кристаллические породылунных  морей, подобно земным базальтам, сложены в основном плагиоклазами имоноклинными  пироксенами (авгитами). Вероятно, они образовались при охлаждениимагматического  расплава на поверхности или вблизи нее. При этом, посколькулунные базальты менее окислены, чем земные, это означает, что оникристаллизовались с меньшим отношением кислорода к металлу. У них, кроме того,наблюдается меньшее содержание некоторых летучих элементов и одновременнообогащенность многими тугоплавкими элементами по сравнению с земными породами.За счет примесей оливинов и особенно ильменита районы морей выглядят болеетемными, а плотность слагающих их пород выше, чем на материках.

     Под корой расположена мантия, в которой,подобно земной, можно выделить верхнюю,  среднюю и нижнюю. Толщина верхнеймантии около 250 км, а средней примерно  500 км, и ее граница с нижней мантиейрасположена на глубине около 1000 км. До этого уровня скорости поперечных волнпочти постоянны, и это означает, что вещество недр находится в твердомсостоянии, представляя собой мощную и относительно  холодную литосферу, вкоторой долго не затухают сейсмические колебания. Состав верхней мантиипредположительно оливин-пироксеновый, а на большей глубине присутствуют шницельи встречающийся в ультраосновных щелочных породах минерал мелилит. На границе снижней мантией температуры приближаются к температурам плавления, отсюданачинается сильное поглощение сейсмических волн. Эта область представляет собойлунную астеносферу.

     В самом центре, по-видимому, находитсянебольшое жидкое ядро радиусом менее 350 километров, через которое не проходятпоперечные волны. Ядро может быть железосульфидным либо железным; в последнемслучае оно должно быть меньше, что лучше согласуется с оценками распределенияплотности по глубине. Его масса, вероятно, не превышает 2 % от массы всей Луны.Температура в ядре зависит от его состава и, видимо, заключена в пределах 1300- 1900 К. Нижней границе отвечает предположение  об обогащенности тяжелойфракции лунного протовещества серой, преимущественно  в виде сульфидов, иобразовании ядра из эвтектики Fe — FeS с температурой  плавления (слабозависящей от давления) около 1300 К. С верхней границей лучше согласуетсяпредположение об обогащенности протовещества Луны легкими металлами (Mg, Са,Na, Аl), входящими вместе с кремнием и кислородом в состав важнейшихпородообразующих минералов основных и ультраосновных пород — пироксенов иоливинов. Последнему предположению благоприятствует и пониженное содержание вЛуне железа и никеля, на что указывает ее низкая средняя площадь.

     Образцы горных пород, доставленные«Аполлонами-11, -12 и -15», оказались в основном базальтовой лавой. Этотморской базальт богат железом и, реже, титаном. Хотя кислород несомненноявляется одним из основных элементов пород лунных морей, лунные породысущественно беднее кислородом своих земных аналогов. Особо следует подчеркнутьполное отсутствие воды, даже в кристаллической решетке минералов. Доставленные«Аполлоном-11» базальты имеют следующий состав:

 

Компонент

Содержание, %

Двуокись кремния (SiO2) 40 Окись железа (FeO) 19 Двуокись титана (TiO2) 11 Окись алюминия (Al2O3) 10 Окись кальция (CaO) 10 Окись магния (MgO) 8,5

     Доставленные «Аполлоном-14» образцыпредставляют другой тип коры – брекчию, богатую радиоактивными элементами.Брекчия – это агломерат каменных обломков, сцементированных мелкими частицамиреголита. Третий тип образцов лунной коры – богатые алюминием анортозиты. Этапорода светлее темных базальтов. По химическому составу она близка к породам,исследованным «Сервейором-7» в горной области у кратера Тихо. Эта порода менееплотная, чем базальт, так что сложенные ею горы как бы плавают на поверхностиболее плотной лавы.

      Все три типа породы представлены вкрупных образцах, собранных астронавтами «Аполлонов»; но уверенность, что ониявляются основными типами породы, слагающей кору, основана на анализе иклассификации тысяч мелких фрагментов в образцах грунта, собранных с различныхмест на поверхности Луны.

                      

                                              

5.1. Фазы Луны

 

Не будучи самосветящейся, Луна видна только втой части, куда падают солнечные лучи, либо лучи, отраженные Землей. Этимобъясняются фазы Луны. Каждый месяц Луна, двигаясь по орбите, проходит междуЗемлей и Солнцем и обращена к нам темной стороной, в это время происходитноволуние. Через 1 — 2 дня после этого на западной части неба появляется узкийяркий серп молодой Луны. Остальная часть лунного диска бывает в это время слабоосвещена Землей, повернутой к Луне своим дневным полушарием. Через 7 суток Лунаотходит от Солнца на 900, наступает первая четверть, когда освещена ровнополовина диска Луны и терминатор, то есть линия раздела светлой и темнойстороны, становится прямой — диаметром лунного диска. В последующие днитерминатор становится выпуклым, вид Луны приближается к светлому кругу и через14 — 15 суток наступает полнолуние. На 22-е сутки наблюдается последняячетверть. Угловое расстояние Луны от солнца уменьшается, она опять становитсясерпом и через 29.5 суток вновь наступает новолуние. Промежуток между двумяпоследовательными новолуниями называется синодическим месяцем, имеющем среднююпродолжительность 29.5 суток. Синодический месяц больше сидерического, так какЗемля за это время проходит примерно 113 своей орбиты и Луна, чтобы вновьпройти между Землей и Солнцем, должна пройти дополнительно еще 113 часть своейорбиты, на что тратится немногим более 2 суток. Если новолуние происходитвблизи одного из узлов лунной орбиты, происходит солнечное затмение, аполнолуние близ узла сопровождается лунным затмением. Легко наблюдаемая системафаз Луны послужила основой для ряда календарных систем.

                                                 

                                        

5.2. Новый этап исследования Луны.

    Неудивительно,что первый полет космического аппарата выше околоземной орбиты был направлен кЛуне. Эта честь принадлежит советскому космическому аппарату«Луна-l», запуск которого был осуществлен 2 января 1958 года. Всоответствии с программой полета через несколько дней он прошел на расстоянии6000 километров от поверхности Луны. Позднее в том же году, в середине сентябряподобный аппарат серии «Луна» достиг поверхности естественногоспутника Земли.

     Еще через год, в октябре 1959 годаавтоматический аппарат «Луна-3», оснащенный аппаратурой дляфотографирования, провел съемку обратной стороны Луны (около 70 % поверхности)и передал ее изображение на Землю. Аппарат имел систему ориентации с датчикамиСолнца и Луны и реактивными двигателями, работавшими на сжатом газе, системууправления и терморегулирования. Его масса 280 килограмм. Создание«Луны-3» было техническим достижением для того времени, принеслоинформацию об обратной стороне Луны: обнаружены заметные различия с видимойстороной, прежде всего отсутствие протяженных лунных морей.

     В феврале 1966 года аппарат«Луна-9»  доставил на Луну автоматическую лунную станцию, совершившуюмягкую посадку и передавшую на Землю несколько панорам близлежащей поверхности- мрачной каменистой пустыни. Система управ­ления обеспечивала ориентациюаппарата, включение тормозной ступени по команде от радиолокатора на высоте 75километров над поверхностью Луны и отделение станции от нее непосредственноперед падением. Амортизация обеспечивалась надувным резино­вым баллоном. Масса«Луны-9» около 1800 килограмм, масса станции около 100 килограмм.

        

     Следующим шагом в советской луннойпрограмме были автоматические станции «Луна-16, -20, -24»,предназначенные для забора грунта с поверхности Луны и доставки его образцов наЗемлю. Их масса была около 1900 килограмм. Помимо тормозной двигательнойустановки и четырехлапого посадочного устройства, в состав станций входилигрунтозаборное устройство, взлетная ракетная ступень с возвращаемым аппаратомдля доставки грунта. Полеты состоялись в 1970, 1972 и 1976 годах, на Землю былидоставлены небольшие количества грунта.

     Еще одну задачу решали «Луна-17,-21» (1970, 1973 года). Они доставили на Луну самоходные аппараты — луноходы, управляемые с Земли по стереоскопическому телевизионному изображениюповерхности. «Луноход- 1 » прошел путь около 10 километров за 10месяцев, «Луноход-2» — около 37 километров за 5 мес. Кроме панорамныхкамер на луноходах были установлены: грунтозаборное устройство, спектрометр дляанализа химического состава грунта, измеритель пути. Массы луноходов 756 и 840кг.

     Космические аппараты«Рейнджер» разрабатывались для получения снимков во время падения,начиная с высоты около 1600 километров до нескольких сот метров над по­верхностьюЛуны. Они имели систему трехосной ориентации и были оснащены шестьютелевизионными камерами. Аппараты при посадке разбивались, поэтому получаемыеизображения передавались сразу же, без записи. Во время трех удачных полетовбыли получены обширные материалы для изучения морфологии лунной поверхности.Съемки «Рейнджеров» положили начало американской программефотографирования планет.

Первое изображение Луны, полученное американским КА «Рейнджер 7» за 17 минут до падения аппарата на лунную поверхность 31 июля 1964 г.  Размер кадра по вертикали — 360 км. Большой кратер справа от центра -Альфонс диаметром 108 км. Над ним — Птолемей, внизу — Арзахель. В центре, слева — Море Облаков.

/>     Конструкцияаппаратов «Рейнджер» сходна с конструкцией первых аппаратов«Маринер», которые были запущены к Венере в 1962 году. Однакодальнейшее конст­руирование лунных космических аппаратов не пошло по этомупути. Для получения подробной информации о лунной поверхности использовалисьдругие космические аппа­раты — «Лунар Орбитер». Эти аппараты с орбитискусственных спутников Луны фотографировали поверхность с высоким разрешением.

     Одна из целей полетов состояла в получениивысококачественных снимков с двумя разрешениями, высоким и низким, с цельювыбора возможных мест посадки аппаратов «Сервейор» и«Аполлон» с помощью специальной системы фотокамер. Снимки прояв­лялисьна борту, сканировались фотоэлектрическим способом и передавались на Зем­лю.Число снимков ограничивалось запасом пленки (на 210 кадров). В 1966-1967 годахбыло осуществлено пять запусков «Лунар орбитер» (все успешные).Первые три «Орбитера» были выведены на круговые орбиты с небольшимнаклонением и малой высотой; на каждом из них проводилась стереосъемкаизбранных участков на видимой стороне Луны с очень высоким разрешением и съемкабольших участков обратной стороны с низким разрешением. Четвертый спутникработал на гораздо более высокой полярной орбите, он вел съемку всейповерхности видимой стороны, пятый, последний «Орбитер» велнаблюдения тоже с полярной орбиты, но с меньших высот. «Лунарорбитер-5» обеспечил съемку с высоким разрешением многих специальных целейна видимой стороне, большей частью на средних широтах, и съемку значительнойчасти обратной с малым разрешением. В конечном счете съемкой со среднимразрешением была покрыта почти вся поверхность Луны, одновременно шлацеленаправленная съемка, что имело неоценимое значение для планирования посадокна Луну и ее фотогеологических исследований.

     Дополнительно было проведено точноекартирование гравитационного поля, при этом были выявлены региональныеконцентрации масс (что важно и с научной точки зрения, и для целей планированияпосадок) и установлено значительное смещение центра масс Луны от центра еефигуры. Измерялись также потоки радиации и микрометеоритов.

     Аппараты «Лунар орбитер» имелисистему трехосной ориентации, их масса состав­ляла около 390 килограммов. Послезавершения картографирования эти аппараты разбивались о лунную поверхность,чтобы прекратить работу их радиопередатчиков.

     Полеты космических аппаратов«Сервейор», предназначавшихся для получения научных данных иинженерной информации (такие механические свойства, как, напри­мер, несущая

способность лунного грунта), внесли большойвклад в понимание приро­ды Луны, в подготовку посадок аппаратов«Аполлон».

Мозаика снимков КА «Сервейор 7» северной части вала кратера Тихо. «Сервейер 7 опустился на лунную поверхность 10 января 1968 г. в районе 40,9 ю. ш., 11,4 з. д. и в течение месяца передал на Землю 21 000 снимков. Камень на переднем плане имеет поперечник 0,5 м, а кратер — диаметр 1,5 м. Холмы, видимые на горизонте, находятся в 13 км.

/>     Автоматическиепосадки с ис­пользованием последовательности команд, управляемых радаром сзамкнутым контуром, были большим техническим достижением того времени.»Сервейоры" запускались с помощью ракет «Атлас-Центавр»(криогенные верхние ступени «Атлас» были другим техническим успехомтого времени) и выводились на перелетные орбиты к Луне. Посадочные маневрыначинались за 30 — 40 минут до посадки, главный тормозной дви­гатель включалсярадаром на расстоянии около 100 километров до точки посадки. Конечный этап(скорость снижения около 5 м/с) проводился после окончания работы главногодвигателя и сброса его на высоте 7500 метров. Масса «Сервейора» призапуске составляла около 1 тонны и при посадке — 285 килограмм. Главныйтормозной двигатель представлял собой твердотопливную ракету массой около 4тонн Космический аппарат имел трехосную систему ориентации.

      Прекрасный инструментарий включал двекамеры для панорамного обзора местности, небольшой ковш для рытья траншеи вгрунте и (в последних трех аппа­ратах) альфа-анализатор для измерения обратногорассеяния альфа — частиц с целью определения элементного состава грунта подпосадочным аппаратом. Ретроспективно результаты химического эксперимента многоепрояснили в природе поверхности Луны и ее истории. Пять из семи запусков«Сервейоров» были успешными, все опустились в экваториальной зоне,кроме последнего, который сел в районе выбросов кратера Тихо на 41° ю.ш.«Сервейор-6» был в некотором смысле пионером — первым американскимкосмическим аппаратом, запущенным с другого небесного тела (но всего лишь ковторому месту посадки в нескольких метрах в стороне от первого).

      Пилотируемые космические аппараты«Аполлон» были следующими в американской программе исследований Луны.После «Аполлона» полеты на Луну не проводились. Ученым пришлосьдовольствоваться продолжением обработки данных от  автоматических ипилотируемых полетов в 1960 — е и 1970 — е годы. Некоторые из них предвиделиэксплуатацию лунных ресурсов в будущем и направили свои усилия на разработку процессов,которые смогли бы превратить лунный грунт в материалы, пригодные длястроительства, для производства энергии и для ракетных двигателей. Припланировании возвращения к исследованиям Луны без сомнения найдут применениекак автоматические, так и пилотируемые космические аппараты.

                 

5.3. Магнетизм Луны.

     Очень интересные сведения имеются натему: магнитное поле луны, ее магнетизм. Магнитометры, установленные на лунеобнаружу 2 типа лунных магнитных полей: постоянные поля, порожденные«ископаемым» магнетизмом лунного вещества, и переменные поля,вызванные электрическими токами, возбуждаемыми в недрах Луны. Эти магнитныеизмерения дали нам уникальную информацию об истории и современном состоянииЛуны. Источник «ископаемого» магнетизма неизвестен и указывает насуществование некоторой необычайной эпохи в истории Луны. Переменные полявозбуждаются в Луне изменениями магнитного поля, связанного с «солнечнымветром» — потоками заряженных частиц, испускаемых солнцем. Хотянапряженность постоянных полей, измеренных на Луне, составляет менее 1%напряженности магнитного поля Земли, лунные поля оказались гораздо сильнее, чемпредполагалось на основе измерений, проводимых ранее советскими аппаратами иамериканскими.

     Приборы, доставленные на поверхностьЛуны «Аполлонами», засвидетельствовали то, что постоянные поля наЛуне меняются от точки к точке, но не укладываются в картину глобальногодипольного поля, аналогичного земному. Это говорит о том, что обнаруженные полявызваны местными источниками. Более того, большая напряженность полейуказывает, что источники приобрели намагниченность во внешних полях, гораздоболее сильных, чем существующее не Луне в настоящее время. Когда-то в прошломлуна либо сама обладала сильным магнитным полем, либо находилась в областисильного поля. Мы сталкиваемся здесь с целой серией загадок лунной истории:имела ли Луна поле, подобное земному? Была ли она гораздо ближе к Земле там,где земное магнитное поле было достаточно сильным? Приобрела ли онанамагниченность в каком-то ином районе солнечное системы и позднее былазахвачена Землей? Ответы на эти вопросы могут быть зашифрованы в№ископаемом" магнетизме лунного вещества.

      Переменные поля, порождаемыеэлектрическими токами, текущими в недрах Луны, связаны со всей Луной, а не скакими-либо ее отдельными районами. Эти поля быстро растут и убывают всоответствии с изменениями солнечного ветра. Свойства индуцированных лунныхполей зависят от проводимости лунных полей недр, а последняя, в свою очередь,тесно связано с температурой вещества. Поэтому магнитометр может бытьиспользован как косвенный «термометр сопротивления» для определениявнутренней температуры Луны.

                                       Исследовательскаяработа:

                               

6.1. Исследования Приливных Электростанций.

 

     Под влиянием притяжения Луны и Солнцапроисходят периодические поднятия и опускания поверхности морей и океанов –приливы и отливы. Частицы воды совершают при этом и вертикальные игоризонтальные движения. Наибольшие приливы наблюдаются в дни сизигий(новолуний и полнолуний), наименьшие (квадратурные) совпадают с первой ипоследней четвертями Луны. Между сизигиями и квадратурами амплитуды приливовмогут изменяться в 2,7 раза.

     Вследствие изменения расстояния междуЗемлей и Луной, приливообразующая сила Луны в течение месяца может изменятьсяна 40%, изменение приливообразующей силы Солнца за год составляет лишь 10%.Лунные приливы в 2,17 раза превышают по силе солнечные.

     Основной период приливов полусуточный.Приливы с такой периодичностью преобладают в Мировом океане. Наблюдаются такжеприливы суточные и смешанные. Характеристики смешанных приливов изменяются втечение месяца в зависимости от склонения Луны.

В открытом море подъем водной поверхности вовремя прилива не превышает 1 м. Значительно большей величины приливы достигаютв устьях рек, проливах и в постепенно суживающихся заливах с извилистойбереговой линией. Наибольшей величины приливы достигают в заливе Фанди(Атлантическое побережье Канады). У порта Монктон в этом заливе уровень воды вовремя прилива поднимается на 19,6 м. В Англии, в устье реки Северн, впадающей вБристольский залив, наибольшая высота прилива составляет 16,3 м. НаАтлантическом побережье Франции, у Гранвиля, прилив достигает высоты 14,7 м, ав районе Сен-Мало до 14 м. Во внутренних морях приливы незначительны. Так, вФинском заливе, вблизи Ленинграда, величина прилива не превышает 4...5 см, вЧерном море, у Трапезунда, доходит до 8 см.

     Поднятия и опускания водной поверхностиво время приливов и отливов сопровождаются горизонтальными приливо-отливнымитечениями. Скорость этих течений во время сизигий в 2...3 раза больше, чем вовремя квадратур. Приливные течения в моменты наибольших скоростей называют«живой водой».

     При отливах на пологих берегах морейможет происходить обнажение дна на расстоянии в несколько километров поперпендикуляру к береговой линии. Рыбаки Терского побережья Белого моря иполуострова Новая Шотландия в Канаде используют это обстоятельство при ловлерыбы. Перед приливом они устанавливают на пологом берегу сети, а после спадаводы подъезжают к сетям на телегах и собирают попавшую в чих рыбу.

Когда время прохождения приливной волны позаливу совпадает с периодом колебаний приливообразующей силы, возникает явлениерезонанса, и амплитуда колебаний водной поверхности сильно возрастает. Подобноеявление наблюдается, например, в Кандалакшском заливе Белого моря.

     В устьях рек приливные волныраспространяются вверх по течению, уменьшают скорость течения и могут изменитьего направление на противоположное. На Северной Двине действие приливасказывается на расстоянии до 200 км от устья вверх по реке, на Амазонке – нарасстоянии до 1 400 км. На некоторых реках (Северн и Трент в Англии, Сена иОрне во Франции, Амазонка в Бразилии) приливное течение создает крутую волнувысотой 2...5 м, которая распространяется вверх по реке со скоростью 7 м/сек.За первой волной может следовать несколько волн меньших размеров. По мере продвижениявверх волны постепенно ослабевают, при встрече с отмелями и преградами они сшумом дробятся и пенятся. Явление это в Англии называется бор, во Франциимаскаре, в Бразилии поророка.

В большинстве случаев волны бора заходятвверх по реке на 70...80 км, на Амазонке же до 300 км. Наблюдается бор обычново время наиболее высоких приливов.

Спад уровня воды в реках при отливепроисходит медленнее, чем подъем во время прилива. Поэтому, когда в устьеначинается отлив, на удаленных от устья участках еще может наблюдатьсяпоследействие прилива.

     Река Сен-Джонс в Канаде, недалеко отместа впадения в залив Фанди, проходит через узкое ущелье. Во время приливаущелье задерживает движение воды вверх по реке, уровень воды выше ущельяоказывается ниже и поэтому образуется водопад с движением воды против теченияреки. При отливе же вода не успевает достаточно быстро проходить через ущелье вобратном направлении, поэтому уровень воды выше ущелья оказывается выше иобразуется водопад, через который вода устремляется вниз по течению реки.

     Приливо-отливные течения в морях иокеанах распространяются на значительно большие глубины, чем течения ветровые.Это способствует лучшему перемешиванию воды и задерживает образование льда наее свободной поверхности. В северных морях благодаря трению приливной волны онижнюю поверхность ледяного покрова происходит уменьшение интенсивностиприливо-отливных течений. Поэтому зимой в северных широтах приливы имеютменьшую высоту, чем летом.

     Поскольку вращение Земли вокруг своей осиопережает по времени движение Луны вокруг Земли, в водной оболочке нашейпланеты возникают силы приливного трения, на преодоление которых тратитсяэнергия вращения, и вращение Земли замедляется (примерно на 0,001 сек за 100лет). По законам небесной механики дальнейшее замедление вращения Землиповлечет за собой уменьшение скорости движения Луны по орбите и увеличениерасстояния между Землей и Луной. В конечном итоге период вращения Земли вокругсвоей оси должен сравняться с периодом обращения Луны вокруг Земли Этопроизойдет, когда период вращения Земли достигнет 55 суток. При этомпрекратится суточное вращение Земли, прекратятся и приливо-отливные явления вМировом океане.

     В течение длительного временипроисходило торможение вращения Луны за счет возникавшего в ней приливноготрения под действием земного притяжения (приливно-отливные явления могутвозникать не только в жидкой, но и в твердой оболочке небесного тела). Врезультате Луна потеряла вращение вокруг своей оси и теперь обращена к Землеодной стороной. Благодаря длительному действию приливообразующих сил Солнцапотерял свое вращение и Меркурий. Как и Луна по отношению к Земле, Меркурийобращен к Солнцу только одной стороной.

     В XVI и XVII веках энергия приливов внебольших бухтах и узких проливах широко использовалась для приведения вдействие мельниц. Впоследствии она применялась для приведения в действиенасосных установок водопроводов, для транспортировки и монтажа массивныхдеталей сооружений при гидростроительстве.

     В наше время приливная энергия восновном превращается в электрическую энергию на приливных электростанциях ивливается затем в общий поток энергии, вырабатываемой электростанциями всехтипов, В отличие от гидроэнергии рек, средняя величина приливной энергии маломеняется от сезона к сезону, что позволяет приливным электростанциям болееравномерно обеспечивать энергией промышленные предприятия.

     В приливных электростанциях используетсяперепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этогоотделяют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задерживает приливнуюводу при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает гидротурбины

     Приливные электростанции могут бытьценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так многоподходящих мест для их строительства, чтобы они могли изменить общуюэнергетическую ситуацию.

     В Кислой губе вблизи Мурманска с 1968года начала работать первая в нашей стране приливная электростанция мощностью в400 киловатт. Проектируется приливная электростанция в устье Мезени и Кулоямощностью 2,2 млн. киловатт.

     За рубежом разрабатываются проектыприливных электростанций в заливе Фанди (Канада) и в устье реки Северн (Англия)мощностью соответственно в 4 и 10 млн. киловатт, вступили в строй приливныеэлектростанции Ранс и Сен-Мало (Франция) мощностью в 240 и 9 тыс. киловатт,работают небольшие приливные электростанции в Китае.

     Пока энергия приливных электростанцийобходится дороже энергии тепловых электростанций, но при более рациональномосуществлении строительства гидросооружений этих станций стоимостьвырабатываемой ими энергии вполне можно снизить до стоимости энергии речныхэлектростанций. Поскольку запасы приливной энергии планеты значительнопревосходят полную величину гидроэнергии рек, можно полагать, что приливнаяэнергия будет играть заметную роль в дальнейшем прогрессе человеческогообщества.

     Мировое сообщество предполагает лидирующееиспользование в ХХI веке экологически чистой и возобновляемой энергии морскихприливов. Ее запасы могут обеспечить до 15 % современного энергопотребления.

     33-летний опыт эксплуатации первых вмире ПЭС — Ранс во Франции и Кислогубской в России — доказали, что приливныеэлектростанции:

устойчиво работают в энергосистемах как в базе так и в пике графика нагрузок при гарантированной постоянной месячной выработке электроэнергии не загрязняют атмосферу вредными выбросами в отличие от тепловых станций не затапливают земель в отличие от гидроэлектростанций не представляют потенциальной опасности в отличие от атомных станций капитальные вложения на сооружения ПЭС не превышают затрат на ГЭС благодаря апробированному в России наплавному способу строительства (без перемычек) и применению нового технологичного ортогонального гидроагрегата стоимость электроэнергии самая дешевая в энергосистеме (доказано за 35 лет на ПЭС Ранс — Франция).

     Экологический эффект (на примереМезенской ПЭС) заключается в предотвращении выброса 17,7 млн. тонн углекислогогаза (СО2) в год, что при стоимости компенсации выброса 1 тонны СО2 в 10 USD(данные Мировой энергетической конференции 1992 г.) может приносить по формулеКиотского протокола ежегодный доход около 1,7 млрд. USD.

     Российской школе использования приливнойэнергии — 60 лет. В России выполнены проекты Тугурской ПЭС мощностью 8,0 ГВт иПенжинской ПЭС мощностью 87 ГВт на Охотском море, энергия которых может бытьпередана в энергодефицитные районы Юго-Восточной Азии. На Белом морепроектируется Мезенская ПЭС мощностью 11,4 ГВт, энергию которой предполагаетсянаправить в Западную Европу по объединенной энергосистеме "Восток-Запад".

     Наплавная «российская»технология строительства ПЭС, апробированная на Кислогубской ПЭС и на защитнойдамбе С-Петербурга, позволяет на треть снизить капитальные затраты по сравнениюс классическим способом строительства гидротехнических сооружений заперемычками.

Наплавное здание Кислогубской ПЭС
перед выводом на перегон

Перегон Кислогубской ПЭС по морю
из Мурманска в Кислую губу

Природные условия в районе исследований(Заполярье):

морская вода океанической солёности 28-35о/оо и температурой от -2,8 С до +10,5 С

температура воздуха в зимний период (9месяцев) до -43 С

влажность воздуха не ниже 80 %

количество циклов (в году): замачивания-осушки- до 690, замораживания-оттаивания до 480

обрастание конструкций в морской водебиомассой — до 230 кг/м2 (слои толщиной до 20 см)

электрохимическая коррозия металлов до 1 мм вгод

экологическое состояние района — беззагрязнений, морская вода — без нефтепродуктов.

 

     В России обоснования проектов ПЭСосуществляются на специализированной морской научной базе на Баренцевом море,где идут исследования морских материалов, конструкций, оборудования иантикоррозионных технологий.

     Создание в России нового эффективного итехнологически простого ортогонального гидроагрегата предполагает возможностьего массового изготовления и кардинального снижения стоимости ПЭС. Результатыроссийских работ по ПЭС опубликованы в капитальной монографии Л.Б.Бернштейна,И.Н.Усачева и др. «Приливные электростанции», изданной в 1996 г. нарусском, китайском и английском языках.

     Российские специалисты по приливнойэнергии в институтах Гидропроект и НИИЭС осуществляют полный комплекс проектныхи научно-исследовательских работ по созданию морских энергетических игидротехнических сооружений на побережье и на шельфе, в том числе в условияхКрайнего Севера, позволяющие в полной мере реализовать все преимуществаприливной гидроэнергетики.

Экологическая характеристика приливныхэлектростанций

Экологическая безопасность:

плотины ПЭС биологически проницаемы пропуск рыбы через ПЭС происходит практически беспрепятственно натурные испытания на Кислогубской ПЭС не обнаружили погибшей рыбы или ее повреждений (исследования Полярного института рыбного хозяйства и океанологии) основная кормовая база рыбного стада — планктон: на ПЭС гибнет 5-10 % планктона, а на ГЭС — 83-99 % снижение солености воды в бассейне ПЭС, определяющее экологическое состояние морской фауны и льда составляет 0,05-0,07 %, т.е. практически неощутимо ледовый режим в бассейне ПЭС смягчается в бассейне исчезают торосы и предпосылки к их образованию не наблюдается нажимного действия льда на сооружение размыв дна и движение наносов полностью стабилизируются в течение первых двух лет эксплуатации наплавной способ строительства дает возможность не возводить в створах ПЭС временные крупные стройбазы, сооружать перемычки и прочее, что способствует сохранению окружающей среды в районе ПЭС исключен выброс вредных газов, золы, радиоактивных и тепловых отходов, добыча, транспортировка, переработка, сжигание и захоронение топлива, предотвращение сжигания кислорода воздуха, затопление территорий, угроза волны прорыва ПЭС не угрожает человеку, а изменения в районе ее эксплуатации имеют лишь локальный характер, причем, в основном, в положительном направлении. Энергетическая характеристика приливных электростанций

Приливная энергия

возобновляема неизменна в месячном (сезонном и многолетнем) периодах на весь срок эксплуатации независима от водности года и наличия топлива используется совместно с электростанциями других типов в энергосистемах как в базе, так и в пике графика нагрузок Экономическое обоснование приливных электростанций

     Стоимость энергии на ПЭС самая низкая вэнергосистеме по сравнению со стоимостью энергии на всех других типахэлектростанций, что доказано за 33-летнюю эксплуатацию промышленной ПЭС Ранс воФранции — в энергосистеме Electricite de France в центре Европы.

За 1995 г. стоимость 1кВт.ч электроэнергии (в сантимах) на:

                     ПЭС -18,5

                     ГЭС -22,61

                     ТЭС -34,2

                     АЭС -26,15

     Себестоимость кВтч электроэнергии (вценах 1996 г.) в ТЭО Тугурской ПЭС — 2,4 коп., в проекте Амгуеньской АЭС — 8,7коп.
ТЭО Тугурской (1996 г.) и материалы к ТЭО Мезенской ПЭС (1999 г.) благодаряприменению эффективных технологий и нового оборудования впервые обосновалиравнозначность капитальных затрат и сроков строительства крупных ПЭС и новыхГЭС в идентичных условиях.

   

      Социальное значение приливныхэлектростанций

Приливныеэлектростанции не оказывают вредного воздействия на человека:

нет вредных выбросов (в отличие от ТЭС) нет затопления земель и опасности волны прорыва в нижний бьеф (в отличие от ГЭС) нет радиационной опасности (в отличие от АЭС) влияние на ПЭС катастрофических природных и социальных явлений (землетрясения, наводнения, военные действия) не угрожают населению в примыкающих к ПЭС районах.

Благоприятные факторыв бассейнах ПЭС:

·    смягчение(выравнивание) климатических условий на примыкающих к бассейну ПЭС территориях

·    защитаберегов от штормовых явлений

·    расширениевозможностей хозяйств марикультуры в связи с увеличением почти вдвое биомассыморепродуктов

·    улучшениетранспортной системы района

·    исключительныевозможности расширения туризма.

ПЭС в энергосистеме Европы

/>

Вариант использования ПЭС в энергосистемеЕвропы — — -

      По оценкам экспертов, они могли быпокрыть около 20 процентов всей потребности европейцев в электроэнергии.Подобная технология особенно выгодна для островных территорий, а также длястран, имеющих протяженную береговую линию.

Другой способ получения альтернативнойэлектроэнергии – использовать разницу в температурах между морской водой ихолодным воздухом арктических (антарктических)   районов земного шара. В рядерайонов Северного Ледовитого океана, особенно в устьях больших рек, таких какЕнисей, Лена, Обь, в зимнее время года имеются особо благоприятные условия дляработы арктических ОТЭС. Средняя многолетняя зимняя (   ноябрь-март)температура воздуха не превышает здесь -26 С. Более теплый, и пресный сток рекпрогревает морскую воду подо льдом до 30 С. Арктические океанические тепловыеэлектростанции могут работать по обычной схеме ОТЭС, основанной на закрытомцикле с низкокипящей рабочей жидкостью. В ОТЭС входят: парогенератор дляполучения пара рабочего вещества за счёт теплообмена с морской водой, турбинадля привода электрогенератора, устройства для конденсации отработавшего в турбинепара, а также насосы для подачи морской воды и холодного воздуха. Болееперспективна схема арктической ОТЭС с промежуточным теплоносителем, охлаждаемымвоздухом в оросительном режиме» (См. Б.М. Берковский, В.А. Кузьминов«Возобновляемые источники энергии на службе человека», Москва, Наука, 1987 г.,стр. 63-65.) Такая установка может быть изготовлена уже в настоящее время. Вней могут быть использованы: а) для испарителя – кожухопластинчатыйтеплообменник APV, тепловой мощностью 7000 кВт. б) для конденсатора –кожухопластинчатый теплообменник APV, тепловой мощностью 6600 кВт или любойдругой конденсационный теплообменник, такой же мощности. в) турбогенератор –турбина Юнгстрем на 400 кВт и два встроенных генератора с дисковыми роторами,на постоянных магнитах, общей мощностью 400 кВт. г) насосы – любые,производительностью для теплоносителя – 2000 м3/ч, для рабочего вещества — 65м3/ч, для охладителя – 850 м3/ч. д) градирня – сборно-разборная 5-6 метроввысотой, диаметром 8-10 м. Установка может быть собрана в 20 футовом контейнереи перебрасываться в любое необходимое место, где имеется река с потоком водыболее 2500 м3/ч, с температурой воды не менее +30С или большое озеро, изкоторого можно брать такое количество воды, и холодный воздух температурой ниже–300С. На сборку градирни потребуется всего несколько часов, после чего, еслиобеспечена подача воды, установка будет работать и выдавать для полезногоиспользования более 325кВт электроэнергии, без какого — либо топлива. Извышеизложенного видно, что уже в настоящее время можно обеспечить человечествоальтернативной электроэнергией, если вкладывать в это средства.

       Есть еще один способ получения энергии из океана — электростанции, использующие энергию морских течений. Ихназывают также «подводными мельницами».

7.1. Вывод:

Свой вывод я хотел бы основывать налунно-земных связях и хочу рассказать об этих связях.

                                           ЛУННО-ЗЕМНЫЕСВЯЗИ

     Луна и Солнце вызывают приливы в водной, воз­душнойи твердой оболочках Земли. Ярче всего прояв­ляются приливы в Гидросфере,вызванные действием

Луны. В течение лунных суток, измеряемых 24часами 50 минутами, наблюдается два подъема уровня океана (приливы) и дваОпускания (отливы). Размах колеба­ний приливной Волны в литосфере на экваторедости­гает 50 см, на широте Mocквы — 40 СМ. Атмосферные приливные Явленияоказывают существенное влияние на общую циркуляцию атмосферы.

     Солнце также вызывает все виды приливов.Фазы солнечных приливов 24 Часа, но приливообразующая сила Солнца составляет0,46 Части приливообразующей силы Луны. Следует иметь в виду, что в зависимостиот взаимного положения Земли, Луны и Солнца прили­вы, Вызванные одновременнымдействием Луны и Солн­ца, либо усиливают, либо ослабляют друг друга. Поэтомудва раза в течение лунного месяца приливы будут достигать наибольшей и два разанаименьшей величи­ны. Кроме того, Луна обращается вокруг общего с Зем­лейцентра тяжести по эллиптической орбите, и поэтому расстояние между центрамиЗемли и Луны меняется от 57 до 63,7 земных радиуса, вследствие чегоприливообразующая сила в течение месяца изменяется на 40 % .

     Геолог Б. Л. Личков, сопоставив графикиприливов в океане на Протяжении последнего столетия с графи­ком скоростивращения Земли, пришел к выводу, что, чем выше приливы, тем меньше скоростьвращения Земли. Приливная волна, постоянно движущаяся навстречу вращению Земли,замедляет его, и сутки удлиняются на 0,001 секунды за 100 лет. В настоящеевремя земные сутки равны 24 часам, точнее, Земля совершает вокруг своей осиполный оборот за 23 часа 56 мин. 4 сек., а один миллиард лет назад суткиравнялись 17 часам.

     Б. Л. Личков установил также связь междуизмене­нием скорости вращения Земли под влиянием прилив­ных волн И изменениемклимата. Любопытны и другие сопоставления, сделанные этим ученым. Он взялграфик среднегодовых температур с 1830 по 1939 год и сопоставил его с даннымиоб улове сельди за этот же период. Выяснилось, что температур­ные колебания,обусловленные изменением климата под влиянием лунного и солнечного притяжения,оказывают влияние на количество сельди, иными словами, на ее условия питания иразмножения: в теплые годы ее боль­ше, чем в холодные.

     Таким образом, сопоставление графиковпозволило сделать вывод о единстве факторов, определяющих ди­намику тропосферы,динамику твердой земной оболоч­ки — литосферы, гидросферы и, наконец,биологических

процессов.

     А. В. Шнитников также указывает, чтоглавнейши­ми факторами, создающими ритмичность в изменении климата, являютсяприливообразующая сила и солнеч­ная активность. В каждые 40 тыс. летпродолжительность земных суток воз­растает на 1 секунду. Приливообразующая силахарактеризуется ритмичностью в 8,9; 18,6; 111 и 1850 лет, а сол­нечнаяактивность имеет циклы в 11, 22 и 80-90 лет.

     Однако широко известные поверхностныеприливные волны в океане не оказывают существенного влияния на климат, затовнутренние приливные волны, затраги­вающие воды Мирового океана на значительныхглуби­нах, вносят существенное нарушение в температурный режим и плотностьокеанических вод. А. В. Шнитников, ссылаясь на В. Ю. Визе и О. Петтерсона,рассказывает о случае, когда в мае 1912 г. между Норвегией и Ислан­диейповерхность нулевой температуры сначала была обнаружена на глубине 450 м, азатем, спустя 16 часов, эту поверхность нулевых температур внутренняя волнаподняла до глубины 94 М. Изучение распределения со­лености во время прохождениявнутренних приливных волн, в частности поверхности соленостью в 35%, по­казала,что эта поверхность поднималась с глубины 270 м до 170 м.

     Охлаждение поверхностных вод океана врезультате действия внутренних волн передается соприкасающим­ся с ней нижнимслоям атмосферы, т. е. внутренние вол­ны оказывают воздействие на климатпланеты. В част­ности, охлаждение поверхности океана приводит к уве­личениюснежности и ледовитости.

     Скопление снегов и льдов в приполярныхрайонах способствует увеличению скорости вращения Земли, по­скольку из Мировогоокеана изымается большое коли­чество воды и его уровень понижается, При этомсме­щаются в сторону экватора пути циклонов, что приво­дит К большемуувлажнению средних широт.

     Таким образом, при скоплении снега ильда в поляр­ных районах и при обратном переходе из твердой фазы в жидкуювозникают условия для периодических пере­распределений водной массыотносительно полюсов и экватора, что в конечном счете приводит к изменениюсуточной скорости вращения Земли.

     Тесная связь приливообразующей силы исолнечной активности с биологическими явлениями позволила А. В. Шнитниковувыяснить причины ритмичности в ми­грации границ географических зон по следующейцепи: приливообразующая сила, внутренние волны, темпера­турный режим океана,ледовитость Арктики, атмосфер­ная циркуляция, увлажненность и температурный ре­жимматериков (сток рек, уровень озер, увлажненность торфяников, подземные воды,горные ледники, вечная

мерзлота) .

     Т. Д. и С. д. Резниченко пришли квыводу, что:

.1) гидросфера трансформирует энергиюгравитацион­ных сил в механическую, замедляет вращение Земли;

2) влага, перемещаясь к полюсам или кэкватору, тран­сформирует тепловую энергию Солнца в механическую энергиюсуточного вращения и придает этому вращению колебательный характер.

      Кроме того, по литературным данным онипроследи­ли историю развития 13 водоемов и 22 рек Евразии за последние 4,5 тыс.лет и установили, что за этот отрезок времени гидросеть подвергалась ритмичноймиграции. При похолодании скорость суточного вращения Земли возрастала игидросеть испытывала смещение в сторо­ну экватора. При потеплении суточноевращение Земли замедлялось и гидросеть испытывала смещение в сто­рону полюс

Использованная  литература:

 

1. Большая Советская энциклопедия.

2. Детская энциклопедия.

3. Б. А. Воронцов — Вельяминов. Очерки оВселенной. М., “Наука”, 1975 г.

4. Болдуин Р. Что мы знаем о Луне. М., “Мир”,1967 г.

5. Уиппл Ф. Земля, Луна и планеты. М.,“Наука”, 1967 г.

6. Космическая биология и медицина. М.,“Наука”, 1994 г.

7. Усачев И.Н. Приливные электростанции. — М.: Энергия, 2002. Усачев И.Н. Экономическая оценка приливных электростанций сучетом экологического эффекта// Труды XXI Конгресса СИГБ. — Монреаль, Канада,16-20 июня 2003.
Велихов Е.П., Галустов К.З., Усачев И.Н., Кучеров Ю.Н., Бритвин С.О., КузнецовИ.В., Семенов И.В., Кондрашов Ю.В. Способ возведения крупноблочного сооруженияв прибрежной зоне водоема и плавкомплекс для осуществления способа. — Патент РФ№ 2195531, гос. рег. 27.12.2002
Усачев И.Н., Прудовский А.М., Историк Б.Л., Шполянский Ю.Б. Применениеортогональной турбины на приливных электростанциях// Гидротехническоестроительство. – 1998. – № 12.
Раве Р., Бьеррегорд Х., Милаж К. Проект достижения выработки 10% мировогоэлектричества с помощью энергии ветра к 2020 г. // Труды форума FED, 1999.
Атласы ветрового и солнечного климатов России. — СПб: Главная геофизическаяобсерватория им. А.И. Воейкова, 1997.