Размеры луны. Практикум по астрономии: Методические указания

Краткая справка Луна - естественный спутник Земли и самый яркий объект ночного неба. Сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Перепад дневной и ночной температур составляет 300°С. Вращение Луны вокруг оси происходит с постоянной угловой скоростью в том же направлении, в котором она обращается вокруг Земли, и с тем же периодом 27,3 суток. Именно поэтому мы видим только одно полушарие Луны, а другое, называемое обратной стороной Луны, всегда скрыто от наших глаз.


Фазы Луны. Цифры - возраст Луны в днях.
Детали на Луне в зависимости от оборудования Благодаря своей близости Луна - излюбленный объект для любителей астрономии, и вполне заслуженно. Даже невооруженного взгляда достаточно, чтобы получить массу приятных впечатлений от созерцания нашего естественного спутника. Например, так называемый «пепельный свет», который вы видите, наблюдая тонкий серп Луны, лучше всего заметен рано вечером (в сумерках) на растущей или раним утром на убывающей Луне. Также без оптического прибора можно провести интересные наблюдения общих очертаний Луны - морей и суши, лучевую систему, окружающую кратер Коперник, и т.д. Направив на Луну бинокль или небольшой телескоп с низким увеличением, вы сможете более детально изучить лунные моря, наиболее крупные кратеры и горные цепи. Такой, не слишком мощный, на первый взгляд, оптический прибор позволит ознакомиться со всеми наиболее интересными достопримечательностями нашей соседки. С ростом апертуры увеличивается и количество видимых деталей, а значит появляется дополнительный интерес к изучению Луны. Телескопы с диаметром объектива 200 - 300 мм позволяют рассматривать тонкие детали в структуре крупных кратеров, увидеть строение горных хребтов, рассмотреть множество борозд и складок, а также увидеть уникальные цепочки мелких лунных кратеров. Таблица 1. возможности различных телескопов

Диаметр объектива (мм)

Увеличение (х)

Разрешающая
способность (")

Диаметр наименьших образований,
доступных для наблюдения (км)

50 30 - 100 2,4 4,8
60 40 - 120 2 4
70 50 - 140 1,7 3,4
80 60 - 160 1,5 3
90 70 - 180 1,3 2,6
100 80 - 200 1,2 2,4
120 80 - 240 1 2
150 80 - 300 0,8 1,6
180 80 - 300 0,7 1,4
200 80 - 400 0,6 1,2
250 80 - 400 0,5 1
300 80 - 400 0,4 0,8


Конечно, приведенные выше данные - это в первую очередь теоретический предел возможностей различных телескопов. На практике он зачастую несколько ниже. Виновница этого - главным образом, неспокойная атмосфера. Как правило, в подавляющее число ночей максимальное разрешение даже большого телескопа не превышает 1"". Как бы то ни было, иногда атмосфера «устаканивается» на секунду-другую и позволяет наблюдателям выжать максимум возможного из своего телескопа. Например, в самые прозрачные и спокойные ночи телескоп с диаметром объектива 200 мм способен показать кратеры диаметром 1,8 км, а 300-мм объектив - 1,2 км. Необходимое оборудование Луна - очень яркий объект, который при наблюдении через телескоп зачастую просто ослепляет наблюдателя. Чтобы ослабить яркость и сделать наблюдения более комфортными, многие любители астрономии используют нейтральный серый фильтр или поляризационный фильтр с переменной плотностью. Последний более предпочтителен, так как позволяет менять уровень передачи света от 1 до 40% (фильтр Orion). Чем это удобно? Дело в том, что количество света, поступающего от Луны, зависит от её фазы и применяемого увеличения. Поэтому при использовании обычного нейтрального фильтра вы будете то и дело сталкиваться с ситуацией, когда изображение Луны то слишком яркое, то чересчур темное. Фильтр с переменой плотностью лишен этих недостатков и позволяет при необходимости выставить комфортный уровень яркости.

Фильтр с переменной плотностью фирмы Orion. Демонстрация возможности подбора плотности фильтра в зависимости от фазы Луны

В отличие от планет, при наблюдениях Луны обычно не используются цветные фильтры. Однако применение красного фильтра нередко помогает выделить участки поверхности с большим количеством базальта, делая их более темными. Красный фильтр также помогает улучшить изображение при неустойчивой атмосфере и ослабить лунный свет. Если вы всерьез решили заняться исследованием Луны, вам необходимо обзавестись лунной картой или атласом. В продаже можно найти следующие карты Луны: « », а также весьма неплохой « ». Есть и бесплатные издания, правда, на английском языке - « » и « ». И конечно, обязательно скачайте и установите «Виртуальный Атлас Луны » - мощная и функциональная программа, позволяющая получить всю необходимую информацию для подготовки к лунным наблюдениям.

Что и как наблюдать на Луне

Когда лучше наблюдать Луну
На первый взгляд кажется абсурдным, но полнолуние - не самое лучшее время для наблюдения Луны. Контраст лунных деталей минимальный, что делает почти невозможным их наблюдение. В течение «лунного месяца» (период от новолуния до новолуния) есть два наиболее благоприятных периода для наблюдения Луны. Первый начинается вскоре после новолуния и заканчивается через два дня после первой четверти. Этот период предпочитают многие наблюдатели, поскольку видимость Луны приходится на вечерние часы.

Второй благоприятный период начинается за два дня до последней четверти и длится почти до самого новолуния. В эти дни тени на поверхности нашей соседки особенно длинные, что хорошо заметно на горном рельефе. Еще один плюс наблюдения Луны в фазе последней четверти в том, что в утренние часы атмосфера более спокойная и чистая. Благодаря этому изображение более стабильное и четкое, что делает возможным наблюдение более мелких деталей на её поверхности.

Еще один немаловажный момент - высота Луны над горизонтом. Чем выше Луна, тем менее плотный слой воздуха преодолевает идущий от неё свет. Поэтому меньше искажений, и лучше качество изображения. Однако от сезона к сезону высота Луны над горизонтом меняется.

Таблица 2 . Наиболее и наименее благоприятные сезоны для наблюдения Луны в различных фазах


Планируя свои наблюдения, обязательно откройте вашу любимую программу-планетарий и определите часы наилучшей видимости.
Луна движется вокруг Земли по эллиптической орбите. Среднее расстояние между центрами Земли и Луны составляет 384 402 км, но фактическое расстояние изменяется в пределах от 356 410 до 406 720 км, благодаря чему видимый размер Луны колеблется от 33" 30"" (в перигей) до 29" 22"" (апогей).






Конечно, не стоит ждать, когда расстояние между Луной и Землей окажется минимальным, просто обратите внимание, что в перигей можно предпринять попытку рассмотреть те детали лунной поверхности, которые находятся на пределе видимости.

Приступая к наблюдениям, направьте свой телескоп в любую точку возле линии, которая делит Луну на две части - светлую и тёмную. Эта линия носит название терминатор, являясь границей дня и ночи. Во время растущей Луны терминатор указывает место восхода Солнца, а в период убывающей - захода.

Наблюдая Луну в районе терминатора, вы сможете рассмотреть вершины гор, которые уже освещаются солнечными лучами, в то время как окружающая их более низкая часть поверхности еще находится в тени. Пейзаж вдоль линии терминатора меняется в режиме реального времени, поэтому если вы проведете у телескопа несколько часов, наблюдая ту или иную лунную достопримечательность, ваше терпение будет вознаграждено совершенно потрясающим зрелищем.



Что наблюдать на Луне

Кратеры - самые распространенные образования на лунной поверхности. Они получили своё название от греческого слова, обозначающего «чаша». В своём большинстве лунные кратеры имеют ударное происхождение, т.е. образовались вследствие удара космического тела о поверхность нашего спутника.

Лунные Моря - темные участки, отчетливо выделяющиеся на лунной поверхности. По своей сути моря - это низины, которые занимают 40% от всей площади видимой с Земли поверхности.

Посмотрите на Луну в полнолуние. Темные пятна, образующие так называемое «лицо на Луне», являются не чем иным как лунными морями.

Борозды - лунные долины, достигающие в длину сотен километров. Нередко ширина борозд достигает 3.5 км, а глубина 0,5–1 км.

Складчатые жилы - по внешнему виду напоминают верёвки и, по-видимому, являются результатом деформации и сжатия, вызванных опусканием морей.

Горные цепи - лунные горы, высота которых колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч метров.

Купола - одни из самых загадочных образований, поскольку их истинная природа до сих пор неизвестна. На данный момент известно всего несколько десятков куполов, которые представляют собой небольшие (как правило, 15 км в диаметре) и невысокие (несколько сот метров) круглые и гладкие возвышения.


Как наблюдать Луну
Как уже было сказано выше, наблюдения Луны следует проводить вдоль линии терминатора. Именно здесь контраст лунных деталей максимальный, а благодаря игре теней открываются уникальные пейзажи лунной поверхности.

Рассматривая Луну, поэкспериментируйте с увеличением и подберите наиболее подходящее в данных условиях и для данного объекта.
В большинстве случаев вам хватит трех окуляров:

1) Окуляр, дающий небольшое увеличение, или так называемый поисковый, позволяющий комфортно рассматривать полный диск Луны. Такой окуляр можно использовать для общего знакомства с достопримечательностями, для наблюдения лунных затмений, а также проводить с его помощью лунные экскурсии для членов семьи и друзей.

2) Окуляр средней мощности (порядка 80 -150х, в зависимости от телескопа) используется для большинства наблюдений. Он также окажется полезным в случае нестабильной атмосферы, когда применить высокое увеличение не представляется возможным.

3) Мощный окуляр (2D-3D, где D - диаметр объектива в мм) применяется для детального изучения лунной поверхности на пределе возможностей телескопа. Требует хорошего состояния атмосферы и полной термостабилизации телескопа.


Ваши наблюдения станут более продуктивными, если будут целенаправленными. Например, вы можете начать изучение со списка « », составленного Чарльзом Вудом. Также обратите внимание на цикл статей « », рассказывающих о лунных достопримечательностях.

Ещё одним увлекательным занятием может стать поиск крошечных кратеров, видимых на пределе возможностей вашего оборудования.

Возьмите за правило вести дневник наблюдений, куда регулярно записывайте условия наблюдения, время, фазу Луны, состояние атмосферы, применяемое увеличение и описание увиденных вами объектов. Такие записи можно сопроводить и зарисовками.


10 самых интересных лунных объектов

(Sinus Iridum) T (возраст Луны в днях) - 9, 23, 24, 25
Располагается в северо-западной части Луны. Доступен для наблюдения в 10х бинокль. В телескоп на среднем увеличении представляет собой незабываемое зрелище. Этот древний кратер диаметром 260 км не имеет оправы. Многочисленные мелкие кратеры усеивают удивительно плоское дно Залива Радуги.










(Copernicus) T – 9, 21, 22
Одно из самых известных лунных формирований доступно для наблюдений в небольшой телескоп. В комплекс входит так называемая система лучей, простирающаяся на 800 км от кратера. Диаметр кратера 93 км, а глубина 3,75 км, благодаря чему восходы и заходы Солнца над кратером приводят к захватывающему виду.










(Rupes Recta) Т - 8, 21, 22
Тектонический разлом протяженностью 120 км, легко видимый в 60-мм телескоп. Прямая стена проходит по дну разрушенного древнего кратера, следы которого можно обнаружить с восточной стороны разлома.












(Rümker Hills) T - 12, 26, 27, 28
Большой вулканический купол, доступный для наблюдения в 60-мм телескоп или большой астрономический бинокль. Холм имеет диаметр 70 км и максимальную высоту 1,1 км.












(Apennines) Т - 7, 21, 22
Горный хребет протяженностью 604 км. Легко заметен в бинокль, но его детальное изучение требует наличия телескопа. Некоторые вершины хребта возвышаются над окружающей поверхностью на 5 и более километров. В некоторых местах горную цепь пересекают борозды.











(Plato) Т - 8, 21, 22
Видимый даже в бинокль, кратер Платон является излюбленным объектом среди любителей астрономии. Его диаметр равен 104 км. Польский астроном Ян Гевелий (1611 -1687) назвал этот кратер «Большое Чёрное Озеро». Действительно, в бинокль или небольшой телескоп Платон выглядит как большое темное пятно на светлой поверхности Луны.










Мессье и Мессье А (Messier and Messier A) Т - 4, 15, 16, 17
Два маленьких кратера, для наблюдения которых необходим телескоп с диаметром объектива 100 мм. Мессье имеет продолговатую форму размером 9 на 11 км. Мессье А немного больше - 11 на 13 км. Западнее кратеров Мессье и Мессье А тянутся два светлых луча длиной 60 км.











(Petavius) Т - 2, 15, 16, 17
Несмотря на то что кратер заметен в небольшой бинокль, по-настоящему захватывающая картина открывается в телескоп с большим увеличением. Куполообразное дно кратера усеяно бороздами и трещинами.












(Tyсho) Т - 9, 21, 22
Одно из самых знаменитых лунных образований, прославившееся главным образом благодаря гигантской системе лучей, окружающих кратер и простирающихся на 1450 км. Лучи прекрасно видны в небольшой бинокль.












(Gassendi) T - 10, 23, 24, 25
Овальный кратер, вытянутый на 110 км, доступен для наблюдений в 10х бинокль. В телескоп отчетливо видно, что дно кратера усеяно многочисленными расселинами, холмами, а также имеется несколько центральных горок. Внимательный наблюдатель заметит, что местами у кратера разрушены стены. С северной оконечности находится небольшой кратер Гассенди А, который вместе со старшим братом напоминает кольцо с бриллиантом.



Луна, когда мы видим ее высоко над горизонтом, кажется нам очень небольшой: видимые размеры ее обычно сравнивают с предметами, имеющими 25-30 см в поперечнике. Когда мы видим Луну близко у горизонта, ее размеры кажутся гораздо большими. Часто думают, что в этом случае Луна ближе к нам, но это совершенно неверно: измерениями установлено, что Луна и у горизонта, и высоко над головэй имеет одинаковые видимые размеры.

Когда Луна находится низко над горизонтом, мы невольно преувеличиваем ее видимые размеры, сравнивая диск Луны с предметами, которые видны в том же направлении, где находится Луна (дома, деревья и т. п.). Вследствие своей удаленности эти предметы также имеют весьма малые видимые размеры; мы же бессознательно сопоставляем видимые размеры Луны с истинными размерами земных предметов.

Определение видимых размеров Луны в небе путем сравнения с земными предметами производится разными людьми по разному. Но вот более точные объективные данные на этот счет: видимые размеры Луны мы можем приблизительно сравнить с видимыми размерами бронзовой копейки, помещенной на расстоянии одного метра от нас.

Это кажется совершенно невероятным. Но что это так, нетрудно убедиться каждому. Попробуйте сами измерить видимый поперечник Луны, воспользовавшись маленькой полоской бумаги.

Постараемся поточнее сделать на краю этой полоски небольшой вырез, в который целиком уместился бы весь видимый поперечник Луны, от края до края. Проделав это, измерим вырез: размер его будет приблизительно равен диаметру бронзовой копейки.

Можно представить себе видимые размеры Луны в небе, проделав другой опыт. Возьмите в лунную ночь зеркало, станьте спиной к Луне и посмотрите, как велика Луна, отражающаяся в нем. Вы увидите небольшое светлое пятнышко, размером при-близительно в полсантиметра. Но, конечно, истинные размеры Луны весьма далеки от ее видимых размеров: Луна очень далека от нас и поэтому только кажется маленькой.

Зная действительное расстояние до Луны и имея возможность точнейшим образом измерить видимый ее диаметр (поперечник), можно вычислить и ее истинный диаметр. Оказывается, что действительный диаметр Луны (наибольшее расстояние от края и до края) равняется 3476 км. Это приблизительно равно расстоянию от Москвы до Томска.

Как известно, экваториальный диаметр земного шара равен 12 757 км. Значит, по своему поперечнику Луна меньше Земли в четыре раза. Точнее говоря, поперечник Луны равен 0.272 поперечника Земли (7).

Но Луна-шар, как и Земля. Вычислено, что окружность зтого шара равна 10 920 км; она, следовательно, меньше экваториальной окружности Земли, равной 40 077 км, приблизительно вчетверо А поверхность Луны равна 37 965 499 кв. км, то есть она меньше поверхности земного шара, составляющей 510 000 000 кв. км, почти в 14 раз.

Поверхность Луны по площади можно сравнить с пространством, занимаемым на Земле Северной и Южной Америкой вместе. Наша необъятная родина занимает территорию, превышающую половину всей поверхности Луны.

Пользуясь теперь известной формулой геометрии для определения объема шара, легко вычислить и объем Л у н ы в кубических километрах. Вот каким числом этот объем выражается: 2 210 200 000 куб. км.

Между тем объем земного шара определяется числом в 1083 000 000 000 куб. км. Следовательно, по объему Луна меньше земного шара в 50 раз; более точно: объем Луны составляет 0.0202 земного шара.

Весьма замечательно, однако, что Луна имеет массу относительно еще меньшую, чем Земля.

Напомним читателям, что массу всякого тела характеризует количество вещества, заключенного в нем при данном его объеме. Чем больше вещества в данном теле, тем больше оно весит; следовательно, тем больше надо применить усилий к тому, допустим, чтобы поднять или сдвинуть с места данное тело.

Тщательные наблюдения за движением Луны и точные подсчеты позволяют заключить, что Луна легче Земли почти в 82 раза. А по объему, как мы уже знаем, Луна меньше Земли, примерно, в пятьдесят раз. Значит Луна имеет и меньшую плотность, чем Земля (всего 0.6 плотности Земли). Впрочем, о плотности Луны мы еще будем говорить далее.

Таковы основные цифры, характеризующие размеры Луны. Мы видим, что Луна далеко не так мала, как думали о ней раньше, как рисовали ее в сказках и религиозных легендах и какой она представляется глазу.

Вышли в свет сразу три статьи, посвященные нашему естественному спутнику. За время своего существования Луна подверглась бомбардировке двух различных популяций астероидов или комет, а ее поверхность является более сложной в геологическом плане, чем считалось ранее. Кроме того, обработав данные с зонда Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), ученые составили топографическую карту нашего спутника, на которой отмечены 5 185 кратеров диаметром более 20 км.

В первой работе описываются результаты, полученные с помощью лазерного высотомера LOLA (Lunar Orbiter Laser Altimeter), предназначенного для составления трехмерной карты поверхности Луны с высоким разрешением и установленного на Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO).


Предыдущие карты Луны не были столь подробными: углы обзора и условия освещения создавали определенные трудности в последовательном определении размеров и глубины лунных кратеров. Благодаря же высотомеру LOLA ученые смогли просчитать высоту лунных кратеров с беспрецедентной точностью. Прибор посылает лазерные импульсы к поверхности Луны, измеряя время, которое требуется импульсу, чтобы отразиться от и вернуться обратно. Аккуратность измерения просто потрясает: прибор определяет высоту местности с точностью до 10 см. Благодаря этому ученые составили беспрецедентно подробную топографическую карту нашего спутника.

«Рассматривая полученную карту, можно определить, какие кратеры формировались раньше, а какие - позже, на уже измененной до этого поверхности Луны. Проанализировав распределение кратеров по размерам, мы пришли к выводу о том, что все метеориты и кометы, сталкивавшиеся с Луной, можно условно разделить на две группы: первая, более ранняя бомбардировка нашего спутника, значительно превосходила вторую по процентному содержанию крупных тел. Момент перехода от одной группы к другой примерно соответствует образованию Восточного моря (лунного моря на западном крае видимого диска спутника), возраст которого оценивается в 3,8 млрд лет», - поясняет автор исследования Джеймс Хед из Университета Брауна.

Любой большой метеорит может радикально изменить историю планеты. Астрономы находят на поверхностях планет, таких как, например, Меркурий, Марс и даже Венера, следы древних кратеров в сотни и тысячи километров в поперечнике. Луна представляет собой максимально удобный объект изучения, так как находится рядом с нами и сохраняет свидетельства космической бомбардировки, которые на Земле уже давно стерлись из-за смещения тектонических плит, водяной и ветровой эрозии. «Луна аналогична Розеттскому камню для понимания истории бомбардировки Земли, - считает Хед. - Разобравшись с поверхностью Луны, мы сможем дать объяснение тем нечетким следам, которые мы нашли на нашей планете».

В двух других исследованиях ученые описывают данные, полученные радиометром DLRE (The Diviner Lunar Radiometer Experiment), который также установлен на LRO. Этот прибор регистрирует тепловое излучение лунной поверхности, что позволяет оценивать состав лунных пород. По словам авторов исследования, поверхность Луны можно представить в виде анортозитовых возвышенностей, которые богаты кальцием и алюминием, а также базальтовых морей, где повышена концентрация таким элементов, как железо и магний. Обе эти породы коры считаются первичными, то есть они образуются прямо в результате кристаллизации вещества мантии. Наблюдения DLRE в целом подтверждают правомерность такого разделения: большинство областей лунной поверхности можно отнести к одному из указанных типов.

Однако данные зонда заставили ученых признать, что некоторые лунные возвышенности сильно отличаются от прочих. К примеру, DLRE довольно часто регистрировал повышенное содержание натрия, которое не характерно для «обычной» анортозитовой коры. Наибольший интерес вызвало обнаружение в нескольких областях минералов, богатых окисью кремния, которые соответствуют проэволюционировавшим горным породам, отличным от примитивного анортозита. Здесь же ранее определяли повышенное содержание тория, что служит еще одним свидетельством «эволюции» пород.

Как отмечают в своем докладе ученые, DLRE не удалось зарегистрировать следы «чистого» мантийного вещества, которое, как показывали некоторые исследования, должно в некоторых местах выходить на поверхность. Даже при изучении бассейна Южного полюса Эйткен - самого крупного, старого и глубокого ударного кратера - ученые не нашли никаких доказательств присутствия вещества из мантии. Возможно, обнажений мантийного вещества на Луне действительно нет. А может быть, их площадь слишком мала для того, чтобы DLRE мог их обнаружить.

> > > Размеры Луны

Какого размера Луна – спутник Земли. Описание массы, плотности и силы тяжести, реальный и видимый размер, суперлуние, иллюзия Луны и сравнение с Землей на фото.

Луна – ярчайший объект на небе (после Солнца). Земному наблюдателю она кажется гигантской, но это лишь потому, что расположена ближе других объектов. По размерам занимает 27% земного (соотношение 1:4). Если сравнивать с другими спутниками, то наш по крупности на 5-м месте.

Средний лунный радиус занимает 1737.5 км. Умноженное надвое значение будет диаметром (3475 км). Экваториальная окружность – 10917 км.

Площадь Луны – 38 миллионов км 2 (это меньше любой общей площади континента).

Масса, плотность и сила тяжести

  • Масса – 7.35 х 10 22 кг (1.2% земной). То есть, Земля превышает лунную массу в 81 раз.
  • Плотность – 3.34 г/см 3 (60% земной). По этому критерию наш спутник занимает второе место, проигрывая луне Сатурна Ио (3.53 г/см 3).
  • Сила притяжения нарастает лишь до 17% земной, поэтому 100 кг там превратятся в 7.6 кг. Именно поэтому космонавты могут так высоко прыгать по лунной поверхности.

Суперлуна

Луна оборачивается вокруг Земли не по кругу, а эллипсу, поэтому иногда располагается намного ближе. Наиболее приближенное расстояние называют перигеем. Когда этот момент совпадает с полнолунием, мы получаем суперлуние (на 14% больше и на 30% ярче обычной). Она повторяется через каждые 414 дней.

Иллюзия горизонта

Существует оптический эффект, из-за которого видимые размер Луны кажется еще больше. Это случается, когда он поднимается за удаленными объектами на линии горизонта. Этот трюк называют лунной иллюзией или иллюзией Понзо. И хотя за ней наблюдают уже много веков, точного объяснение пока нет. На фото можно сравнить размер Луны и Земли, а также Солнца с Юпитером.

Одна из теорий говорит о том, что мы привыкли следить за облаками на высоте и понимаем, что на горизонте они отдалены от нас километрами. Если облака на горизонте достигают такого же размера, как и те, что над головой, то, несмотря на расстояние, мы поминаем, что они должны быть огромными. Но так как спутник появляется в том же размере, что и над головой, мозг автоматически нацеливается на увеличение масштаба.

Не все согласны с такой формулировкой, поэтому есть и другая гипотеза. Луна кажется близкой к горизонту, потому что мы не можем сравнить ее размер с деревьями и прочими земными объектами. Без сравнения она кажется большей.

Чтобы проверить наличие иллюзии Луны, нужно приложить большой палец к спутнику и сравнить размер. Когда она снова вернется в высоту, то повторите этот метод снова. Она будет такого же размера, как и прежде. Теперь вы знаете, какой размер Луны.