. Встає Місяць і мстить вона за муки
Гордовитої віддаленості своєї.
Лунатики простягають руки
І приречено йдуть за нею.
На крилах здичавілого сознанья,
Вагомістю денний стомлені,
Летять вони, безкрилі створіння,
Прислухаючись до відсвітом Місяця ...
Белла Ахмадуліна
День і ніч змінюються тому, що Земля обертається, і Місяць закриває Сонце ...
З відповіді однієї студентки на семінарі
Блиск повного Місяця більше блиску Місяця в першій або третій чверті не в 2 рази, як це можна було подумати, а в 15 разів, тому що в повний місяць на Місяці не видно тіні [Бронштен, 1955а]. Цікаво, що в повний місяць, як і в інші фази, центр і краю місячного диска однаково яскраві, що говорить про численні нерівностях поверхні [Марков, 1955]. Тіні до повного місяця зникають дуже швидко, і яскравість різко збільшується.
Місяць, від Землі в середньому на 384 395 км, тобто на 30 земних діаметрів і на 110 місячних діаметрів.
Період обходу навколо Землі - 27,3217 земних діб (сидеричний місяць). Період зміни фаз - 29,5306 земних діб (синодичний місяць).
Критична швидкість для місячної поверхні - 2,37 км / с [Марков, 1955].
Швидкість руху по орбіті - 1,02 км / с.
Період обертання навколо осі суворо відповідає періоду обертання навколо Землі, і тому Місяць звернена до Землі завжди однією стороною. Тільки частина протилежної сторони (18%) буває видно із-за либрации Місяця (з-за "похитування" при русі по орбіті - це пов'язано з нерівномірним рухом Місяця по еліптичній орбіті), а також з-за неспівпадання площин орбіт Землі і Місяця і руху лінії вузлів [Марков, 1955]. З-за першого обставини ми можемо заглядати на протилежну півкулю на 6 градусів і 51 секунду по довготі за обидва краю, з-за другого - на 7 градусів 54 секунди за північний і південний полюси [Марков, 1955].
Зворотний бік Місяця сфотографована в 1959 р. за допомогою радянської космічної станції "Луна-3".
Місяць - тривісний еліпсоїд, велика вісь якого спрямована до Землі [Марков, 1955].
Вісь нахилена на 5,1 градуса до площини орбіти.
Орбіта нахилена на 5,9 градуса до земної орбіти [Марков, 1955]. Лінія перетину площин орбіт Землі і Місяця робить оборот за 18,6 року [Марков, 1955].
Орбіта Місяця помітно еліптична, і тому під час затемнень Місяць або повністю закриває Сонце, або з усіх сторін залишається світиться сонячний обідок (якщо Місяць далеко від Землі). Відстань до Місяця коливається в інтервалі 363 000 - 405 500 км.
Рух Місяця по орбіті ускладнено також тяжінням до Сонця: коли Місяць ближче до нього, ніж Земля, вона притягається сильніше Землі; коли далі - слабше (приливні сили діють на систему Земля-Місяць аналогічно тому, як вони діють на кожне з двох тіл в окремо , але значно сильніше).
Найдавніше згадування про затьмаренні Сонця Місяцем міститься в китайській хроніці кінця IX століття до нашої ери. Затемнення було особливим, тому що відбулося під час сходу Сонця. Це дозволило точно датувати подія: 21 квітня 899 р. [Подвійний схід Сонця, 1987]. Повний збіг часу затьмарень за китайськими хроніками і за астрономічними обчисленнями - одне з спростувань лженаучних спроб "скоротити" людську історію в кілька разів.
Маса Місяця - 0,012 земної маси, або 7,33 * 1025 р (Місяць у 81,5 разів легше Землі). До недавнього часу система Земля-Місяць вважалася найбільш подвійною планетою (основне тіло і супутник найближче один до одного за розміром), але тепер першість за цим показником перейшло до системи Плутон-Харон.
Діаметр Місяця - 3 476 км, приблизно чверть земного (0,27). Площа поверхні - 7,5% земної поверхні (площа Північної та Південної Америк разом). Обсяг - у 50 разів менша за Землю.
Щільність Місяця значно менше щільності Землі - 3,34 г/см3. Це дуже важливий параметр, на підставі якого судять про походження Місяця (див. нижче).
Сила тяжіння в 6 разів слабкіше, ніж на Землі (0,16 земної). За словами Нейла Армстронга: "... відчуття тяжіння на Місяці приємніше, ніж земне, і навіть приємніше стану невагомості" [Улубеков, 1984].
Температура коливається від мінус 160 до плюс 120 градусів Цельсія (опівночі і в полудень). За пізнішими даними - від мінус 155 до плюс 105 градусів Цельсія.
Води й атмосфери на Місяці немає. Саме через це існують такі різкі перепади температури. Через це немає і півтіней. Вранці і ввечері підведені ділянки (гори, кратери) відкидають довгі чіткі тіні і особливо добре видно із Землі в телескоп. Лінія, що розділяє освітлену і неосвітлену частину Місяця, називається термінатором.
Місяць у середньому жовтувато-коричнева. Найяскравіші точки відображають 22% світла, найтемніші ("моря") - 4 - 5%. Значить, речовин на кшталт крейди або снігу там немає [Марков, 1955]. Місяць за кольором схожа з вулканічним попелом, і діапазон кольоровості там менше, ніж на Землі.
Зверху місячна поверхня покрита тонким шаром пилу (кілька см), під яким до глибини 4 - 12 м лежить місячний реголіт - дрібний уламковий матеріал, викинутий з невеликих кратерів. Далі до глибини 30 м знаходяться викиди з великих кратерів. Далі до 1 км - тріщинуватий базальт. Принаймні, така будова має місячна поверхню в місці посадки земних апаратів [Жарков, 1983].
На поверхні Місяця є "моря" - сухі і темніші низинні області, "материки" - світліші і кілька піднесені області, гори у вигляді кілець, метеоритні кратери (з крутою височиною в середині) і метеоритні цирки (без центральної гірки), ланцюжки кратерів (див. нижче). З "морів" найбільш великі Океан Бур, Море Ясності, Море Спокою, Море Дощів, Море Достатку, Море Криз. Останні два розташовані поруч, що лягло в основу деяких анекдотів щодо планів Радянського Союзу з освоєння Місяця (помилково не там сіли).
Теоретично в південній полярній області Місяця можливий лід у кратерах, так як Сонце там ніколи не світить, і температура становить мінус 230 градусів Цельсія [Лід на Місяці! 1995]. Може бути шар льоду і снігу в 50 см - від крижаних метеоритів. Американська станція "Клементина" в 1994 р. зафіксувала незвичайний характер радіосигналів в районі південного полюса. Таким має бути відбиток від розрізнених плям снігу і льоду. Для перевірки планувався запуск зонда "Lunar Prospector" у вересні 1997 р. [У пошуках місячної вологи, 1997]. Зонд був запущений в січні 1998 р., виміряв енергію нейтронів, що виникають у місячному грунті від космічних променів. Відомо, що вода сповільнює нейтрони. За цими даними вважається, що на Місяці немає суцільного крижаного покриву ніде, але є кристалики льоду в місячному реголіт (від 0,3 до 1% маси в кратерах на полюсах). Станція через якийсь час була перекладена на більш низьку орбіту (100 - 20 км), щоб збільшилася її роздільна здатність і знайдені були кратери, де води особливо багато [Бережний, 1999]. Переконливих результатів не було, і станція була спрямована в один з кратерів, де розбилася зі швидкістю 1 км / с. Сподівалися, що при ударі водяна пара буде викинутий у навколомісячній простір і бачили з Землі, але наслідки падіння не було видно ["Lunar Prospector "..., 2000].
Основна бомбардування Місяця метеоритами відбувалася від 4,6 до 3,5 мільярдів років тому, але є і відносно недавні кратери, які відрізняються "променями" - прямими розходяться у всі сторони викидами речовини, які не встигли потемніти. Промені, наприклад, тягнуться від кратерів Коперник і Тиша. Вони видно навіть у підзорну трубу. Кратер Коперник виник "всього" 800 мільйонів років тому (вік визначається за кількістю більше молодих дрібних кратерів поверх старого кратера). Відомо до 300 систем променів [Марков, 1955].
Деякі місячні метеоритні кратери досягають діаметра 150 - 200 км, чого немає на Землі. Є залишки кратерів ще більшого розміру. Море Дощів - це колишній кратер діаметром 1 000 км, що заповнив лавою, піднялася після удару по тріщинах.
На Місяці є ланцюжка явно взаємозалежних одновікових кратерів. Раніше думали, що один з таких кратерів основний, а інші вторинні (падало речовина, викинуті при першому ударі). Після кометної бомбардування Юпітера в 1994 р. (див. нижче) з'явилася гіпотеза, аналогічно пояснює ці ланцюжки: Місяць спочатку розриває відповідне до неї тіло приливними силами, уламки шикуються один за іншим на орбіті і, здійснивши половину витка, бомблять що крутиться Місяць один за іншим [Походження кратерних ланцюжків на Місяці, 1994]. На Місяці також відомі альбедние аномалії, які не виявляються в рельєфі. Можливо, це сліди зіткнення з кометами [Бережний, 1999].
Найвищі місячні гори досягають 8 км, тобто відповідні найвищим земним горах.
На зворотному боці Місяця трохи менше "морів", але в іншому обидві сторони Місяця подібні. Море Східне - древній кратер діаметром 900 км, який оточений кількома пасмами кільцевих гір, немов по воді від кинутого камінця побігли і застигли кілька кругових хвиль. Інші "моря" (Винахідників, Москви) не великі за площею.
За сучасними уявленнями у Місяця є невелике і, можливо, залізне ядро (виходячи з відсутності магнітного поля і порівняно малої щільності). Далі йде зона частково розплавленої речовини (наявністю її пояснюють зареєстровані приладами лунотрясения). Далі - мантія. Далі - опилки. На видимій стороні Місяця кора має товщину 60 км, на зворотному - 100 км [Жарков, 1998]. Через відмінності в потужності кори центр маси на 2 км зміщений до Землі [Жарков, 1983]. Відмінності в потужності кори поки не пояснені, але нерівномірність параметрів на осі Земля-Місяць навряд чи випадкова.
Сейсмічні станції, встановлені на Місяці екіпажами "Аполлон" реєстрували струсу від ударів метеоритів, падінь космічних апаратів, а також власне лунотрясения [Шматків, 1998]. Ці дані дозволяють стверджувати, що щільність місячних надр майже не зростає з глибиною, а тиск у центрі Місяця відповідає земній на глибині 150 км. Місячна кора видимої сторони повинна мати товщину 58 км, верхня мантія залягати на глибинах 58 - 270 км, середня мантія - 270 - 500 км, нижня мантія - від 500. Далі за характером поширення сейсмічних хвиль ясно, що до глибини 1000 - 1200 км ніякого ядра у Місяця немає, але в самому центрі все-таки може бути залізне ядро радіусом 300 - 400 км або сульфідні ядро (FeS) радіусом 480 - 600 км. Загалом, якщо ядро є, то воно маленьке.
Сумарна річна енергія лунотрясений на 9 порядків менше, ніж землетрусів [Жарков, 1983].
Серед власних лунотрясений різняться:
теплові добові;
глибинні з глибиною вогнища в 100 км (на межах кругових морів, до 5 на рік);
глибокофокусні з глибиною вогнища в 700 - 1100 км (дуже слабкі, між літосферою і астеносферою, викликані нерівномірністю фігури Місяця, періодичні місячним припливам - 13.6; 27.2; 27.5; 206 діб; 6 років).
При ударі метеорита і т.п. Місяць довше Землі "звучить" сейсмічно (як дзвін), так як менша за Землю і тверда, а тому не гасить хвилю [Жарков, 1983].
Власне магнітне поле на Місяці, як уже говорилося, відсутній, але 4,6 - 3,2 мільярда років тому воно було. Зараз є тільки різні за потужністю місцеві магнітні поля, пов'язані з метеоритами [Жарков, 1983].
Місяць - унікальне тіло в Сонячній системі. Тут найнижче значення Fe / Si (залізо / кремній) для відомих тіл, включаючи планети, їхні супутники, комету Галлея і метеорити. У цьому відношенні Місяць протилежна маленькому, але важкого Меркурію [Шматків, 1998]. Материкові породи на Місяці збагачені алюмінієм і збіднена залізом і магнієм. Гористі райони Місяця складені анортозитів, який утворюється при поступовому застиганні магми, коли легені і багаті алюмінієм з'єднання спливають. Але є басейн Ейткена діаметром 2600 км, де алюмінію мало, зате багато заліза і титану. Басейн виник, коли при зіткненні верхній шар опинився здертий, і оголилися породи, багаті залізом. "Моря" виникли пізніше через повторне плавлення железомагнезіальних порід на глибині більше 400 км (від 4,3 до 3 млрд. років тому). У морі Спокою, де сів "Apollo-11", виявилося приблизно в 10 разів більше титану, ніж в середньому [Хімічний склад Місяця, 2002].
Існує кілька гіпотез виникнення Місяця [Як утворився Місяць, 1986]:
земна мантія відірвалася від молодої і швидко обертається в той час Землі (поділ);
захоплена планета (місячний грунт різко відрізняється від земного за складом);
виникла одночасно й разом з Землею з одного і того ж газово-пилової хмари;
вибита в результаті зіткнення Землі з тілом важче Марса (тому Місяць легка, тому що виникла не з земного ядра, а із земної мантії і кори).
Теоретично при деякому збігу обставин всі чотири випадки можливі, але популярніший за все остання гіпотеза, так як тільки вона пояснює, чому у Місяця немає або майже немає залізного ядра, і вся вона подібна до земної мантією [Грів, 1990; "Ударне" походження Місяця, 1990]. Втім, схожість з земної мантією не повне, і, беручи ударну гіпотезу, слід припустити, що вдарило тіло привнесло багато свого речовини [Шматків, 1998].
Місяць еволюціонувала [Жарков, 1983]:
4,57 - 4,46 млрд. років тому, гаряча Місяць, період формування макроструктури надр, осідає розплавлене ядро (Fe - FeS), існує магнітне поле, Місяць вже повернений до Землі однією стороною, а її кора асиметрична;
4,46 - 3,86 млрд. років тому, освіта макроструктури материків, кристалізація верхньої мантії, вулканізм, інтенсивне бомбардування метеоритами і зростання кори, Місяць рівномірно "побита" метеоритами - усюди кратери з декількома кільцями гір; на Землі від цієї епохи не залишилося слідів, і найдавніші гірські породи мають вік 3,8 млрд. років [Жарков, Мороз, 2000];
4 - 3,9 млрд. років тому, ударне освіта кругових морів і зникнення колишньої поверхні;
3,9 - 3,16 млрд. років тому (за іншими даними - 2,8 млрд. років тому) базальтова лава заповнила западини місячних морів, з тих пір в "морях" менше кратерів, ніж на "материках", де колишня поверхню повністю вціліла, у цей час зникає магнітне поле;
послеморской період, додалися лише окремі кратери з "променями" (Коперник, Тихо і безліч дрібних).
Система Земля-Місяць теж пройшла тривалу еволюцію. Колись і Місяць, і Земля оберталися навколо своїх осей значно швидше, ніж зараз, і були ближчими один до одного. Потім обертання навколо осей загальмувалося через приливну тертя: Земля стала обертатися повільніше, а Місяць відносно Землі повністю зупинилася (більше 4,5 млрд. років тому). Але це означає, що Місяць мала поступово відсунутися від Землі згідно закону збереження кількості руху (повільніше рух навколо осі - швидше рух по орбіті). Відібравши у Землі частина енергії, Місяць прискорилася і стала обертатися навколо Землі по більш далекій орбіті. Те ж саме можна сказати більш конкретно. Так як Земля обертається навколо осі швидше, ніж навколо неї обертається Місяць, приливні виступи на Землі трохи випереджають події. Найближчий до Місяця виступ при цьому розганяє Місяць на орбіті, причому більшою мірою, ніж її гальмує відстає дальній виступ [Жарков, 1983].
Система продовжує еволюціонувати в тому ж напрямку, і Місяць щороку відсувається від Землі на 3,8 см (за даними лазерної локації). Або на 4,4 см на рік (за даними вивчення затемнень) [Жарков, 1983]. Так буде відбуватися до тих пір, поки Місяць не зупинить Землю. Тоді воспреобладают сили тертя об космічну середу (це не зовсім порожнеча - там метеорні частки, якась кількість газу, частинки сонячного вітру, гравітаційні поля тощо). Місяць почне передавати енергію космічному середовищі і поступово зближуватися із Землею. Коли-небудь вона зблизитися так, що приливні сили Землі розірвуть Місяць і перетворять на кільце - приблизно таке ж, як навколо Сатурна, але більш значне. Втім, Земля і Місяць можуть значно змінитися і навіть зникнути ще до цього з-за розширення Сонця.
Місяць активно вивчалася в середині століття, а тепер інтерес до неї впав. Його можна підхльоснути тільки економічним використанням Місяця (перевалочний пункт на шляху в більш далекий Космос, сировинна база і т.п.). Одне з можливих використань - використання радіоактивного гелію (гелій три), принесеного сонячним вітром. Це гарне термоядерне паливо, можливе паливо для майбутніх космічних кораблів, і добути його можна, нагрів місячний грунт до 600 градусів Цельсія (початок виділення - 200 градусів, при 600 градусах - виділяється 75%) [Кульчинський, Шмітт, 1990]. Хто буде володіти Місяцем, той буде володіти Землею ...