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.
Апеннины
Море Платон Копе Море риаиса
ясности Кеплер ихо. е"н ы..-
Рельеф лунного полушария„обращенного к Земле, хорошо виден даже в небольшой телескоп. Обширные темные округлые и сравнительно ровные низменности получили еще в ХЪ11 в. название морей: Море Спокойствия, Море Ясности и т. д. (рис. 200). Их размеры от 200 до 1200 км в поперечнике. Самая большая низменность, протяженностью свыше 2000 км, названа Океаном Бурь. Сглаженная поверхность морей покрыта темным веществом, в том числе застывшей лавой, некогда изверженной из лунных недр. Океан Бурь и наиболее крупные моря различимы невооруженным глазом в виде темных пятен.
Светлые области - материки занимают свыше 60% видимой поверхности Луны. Материки покрыты как отдельными горами, так и горными хребтами. Так, Море Дождей ограничено с северо-востока Альпами, с востока - Кавказом. Высота гор различна, отдельные горные вершины достигают 8 км.
Горные районы покрыты множеством кольцевых структур- кратеров, в меньшем числе они имеются и в морях. Размеры кратеров - от 1 м до 250 км. Многие кратеры названы именами ученых: Архимед, Гиппарх и др. У таких крупных кратеров, как Тихо, Коперник, Кеплер, наблюдаются расходящиеся светлые лучевые структуры.
По современным представлениям большинство кратеров образовалось при столкновении с лунной поверхностью крупных метеоритов, астероидов и комет.
Вопросы для самопроверки
1. «1то определяет смену времени года и наличие тепловых поясов
на Земле?
2. Что представляет собой явление прецессии?
3. Какова физическая природа парникового эФФекта?
4. Какова природа лунных кратеров?
Задание 50
Используя закон всемирного тяготения, вычислите массу Земли, зная, что О= 6,67 10 ц Н ° мз,"кгз, я = 9 8 мТсз.
Лабораторная работа М 9
Определение размеров лунных кратеров
Цель работы научиться измерять размеры различных образований на поверхнс. сти Луны.
Приборы и материалы: фотография видимой поверхности Луны (см. рис. 200), миллиметровая линейка.
Порядок выполнения работы 1. Вспомните или выпишите из справочника угловой и линейный диаметры Луны. 2. Найдите на фотографии Луны некоторые образования: Море Дождей, Море Ясности, горы Апеннины, кратер Тихо, кратер Платон. 3. Оцените погрешность измерений миллиметровой линейки. 4. Определите линейный масштаб фотографии лунной поверхности. Мас«птаб равен отношению диаметра Луны в км и диаметру Луны в мм. б. Измерьте максимальный и минимальный размеры лунных образований. Результаты измерений запишите в таблицу 28. 6. Рассчитайте линейные размеры этих образований и запишите полученные результаты в таблицу 28.
11 РАБОТА 2 ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ЛУНЫ Цель работы: Изучение топографии Луны и определение размеров лунных объектов. Пособия: Фотография лунной поверхности, схематические карты видимого обратного полушарий Луны, списки лунных объектов (таблицы 3 и 4 в Приложении). Луна – естественный спутник Земли. Её поверхность покрыта горами, цирками и кратерами, протяженными горными хребтами. Она имеет широкие впадины, изрезана глубокими трещинами. Тёмные пятна на поверхности Луны (низменности) были названы «морями». Большую часть поверхности Луны занимают «материки» - более светлые возвышенности. Видимое с земли полушарие Луны очень хорошо изучено. Обратное полушарие Луны принципиально не отличается от видимого, но на нём меньше «морских» впадин и обнаружены небольшие светлые равнинные участки, названные галассоидами. На лунной поверхности зарегистрировано около 200000 деталей, из которых 4800 занесены в каталоги. Рельеф Луны формировался в сложном процессе эволюции с участием внутренних и внешних сил. Изучение лунной поверхности осуществляется по фотографиям и картам, составленным на их основе. При этом следует помнить, что фотографии и карты воспроизводят телескопическое изображение Луны, на которых её северный полюс находится внизу. Определение линейных размеров лунных образований. Пусть d1 – линейный диаметр Луны, выраженный в километрах; d2 – угловой диаметр Луны, выраженный в минутах; D – линейный диаметр фотографического изображения Луны в миллиметрах. Тогда масштабы фотографического снимка будут: линейный масштаб: l = d1/D, (1) угловой масштаб: ρ = d2/D. (2) Видимый угловой диаметр Луны изменяется в зависимости от её параллакса, и его значения на каждый день года приводятся в астрономических календарях-ежегодниках. Однако приближённо можно принять d2 = 32’. Зная расстояние до Луны (r = 380000 км) и её угловой диаметр, можно вычислить линейный диаметр d1 = r ⋅ d2. Измерив в миллиметрах размер d лунного объекта на фотографии с известными масштабами, получим угловые dρ и линейные d1 12 его размеры: dρ = ρ ⋅ d, (3) d1 = l ⋅ d. (4) По известным масштабам l и ρ фотографии полной Луны можно определять масштабы l1 и ρ1 фотографии участка лунной поверхности. Для этого необходимо отождествить одинаковые объекты и измерить в миллиметрах размеры d и d’ их изображений на фотографиях. В масштабах фотографии участка лунной поверхности: dρ = ρ1 ⋅ d’, (5) d1 = l1 ⋅ d. (6) Используя формулы (3) и (4), имеем: l1 = l ⋅ d/d’, (7) ρ1 = ρ ⋅ d/d’. (8) Используя полученные масштабы ρ1 и l1, можно определить угловые и линейные размеры лунных объектов с достаточной точностью. Ход работы. 1. Установить названия лунных объектов, значащихся под номерами, указанными преподавателем. 2. Вычислить угловой и линейный масштабы фотографической карты видимого полушария Луны и определить угловые и линейные размеры моря, протяжённость горного хребта и диаметры двух кратеров (по заданию преподавателя). 3. По фотографии участка лунной поверхности отождествить объекты лунной поверхности, по размерам которых вычислить масштаб данной фотографии. Отчёт о работе представить по самостоятельно разработанной форме. Контрольные вопросы. 1. Какие наблюдения Луны доказывают, что там происходит смена дня и ночи? 2. Сколько оборотов вокруг своей оси в течение года делает Луна по отношению к Солнцу? 3. Можно ли, находясь на Луне наблюдать лунные полярные сияния? 4. Почему Луна обращена к Земле одной стороной, но наблюдается в разных фазах? 5. Почему с Земли можно наблюдать больше 50% поверхности Луны? 13 РАБОТА 3 ЗВЁЗДНЫЕ СИСТЕМЫ Цель работы: Ознакомление с некоторыми методами изучения галактик. Пособия: Фотографические стандарты различных типов галактик, фотографии галактик. Одной из самых простых и поэтому наиболее употребляемых из существующих в настоящее время классификаций галактик является классификация Хаббла. Галактики в этой классификации подразделяются на неправильные (I), эллиптические (E) и спиральные (S). Каждый класс галактик содержит несколько подклассов или типов. Сопоставляя фотографии изучаемых галактик с фотографиями их характерных представителей, по которым создана классификация, определяют типы данных галактик. Если известно расстояние D до галактики или модуль расстояния (m−M), где m – видимая и M – абсолютная звёздные величины объекта, то по измеренным угловым размерам p можно вычислить её линейные размеры: l = D ⋅ Sin(p). (1) Так как видимые размеры галактик очень малы, то, выражая p в минутах дуги и учитывая, что 1 радиан = 3438’, получаем: l = D ⋅ p/3438’. (2) Абсолютная звёздная величина объекта M = m + 5 – 5lgD. (3) Однако расстояние D, вычисленное по модулю расстояния, будет завышенным, если не учитывать поглощение света в пространстве. Для этого в формуле (3) необходимо учитывать исправленное значение видимой звёздной величины: m’ = m - γCE, (4) где γ - коэффициент, который для визуальных лучей (при использовании mv) равен 3.7, а для фотографических лучей (при использовании mpg) равен 4.7. СЕ = С – С0. (5) С = mpg – mv – видимый показатель цвета, а С0 – истинный показатель цвета, определяемый по спектральному классу объекта (таблица 2 в Приложении). 14 Тогда, lgD = 0.2(m’ – M) + 1. (6) Расстояние до галактики можно определить по красному смещению линий в её спектре: D = V/H, (7) где Н = 100км/с Мпк – постоянная Хаббла; V = с ⋅ ∆λ/λ; с = 300000 км/сек – скорость света; ∆λ = λ’ - λ; λ’- длина волны смещённых линий; λ - нормальная длина волны тех же линий. Ход работы. 1. Определить названия созвездий, в которых находятся звёздные системы. 2. Используя масштаб фотографии звёздной системы, указанной преподавателем, определить её угловые размеры. 3. По угловым размерам и модулю расстояния вычислить линейные размеры и расстояние до той же звёздной системы. 4. По классификации Хаббла классифицировать звёздные системы, указанные в таблице 11*. 5. Результаты измерений и вычислений представить в виде таблиц и сделать выводы. Контрольные вопросы. 1. Закон Хаббла. 2. Что такое красное смещение? 3. Основные характеристики галактик. 4. Что представляет собой наша Галактика? 15 Таблица 11. № Номер звёзд. Экваториальные Видимая звёзд. Спектр Модуль системы координаты величина Sp расст. NGC M α δ mv mpg mv-Mpg h m m 1 4486 87 12 28 ,3 +12°40’ 9 ,2 10m,7 G5 +33m,2 2 5055 63 13h13m,5 +42°17’ 9m,5 10m,5 F8 +30m,0 3 5005 − 13h08m,5 +37°19’ 9m,8 11m,3 G0 +32m,9 4 4826 64 12h54m,3 +21°47’ 8m,0 8m,9 G7 +26m,9 5 3031 81 9h51m,5 +69°18’ 7m,9 8m,9 G3 +28m,2 6 5194 51 13h27m,8 +47°27’ 8m,1 8m,9 F8 +28m,4 7 5236 83 13h34m,3 -29°37’ 7m,6 8m,0 F0 +28m,2 8 4565 − 12h33m,9 +26°16’ 10m,2 10m,7 G0 +30m,3 * NGC – “Новый общий каталог туманностей и звёздных скоплений”, составленный Дрейером и изданный в 1888 г; М – “Каталог туманностей и звёздных скоплений”, составленный Мессье и изданный в 1771 г. ЛИТЕРАТУРА 1. Воронцов-Вельяминов Б.А. Астрономия: для 11 класса средней школы. – М.: Просвещение, 1989. 2. Бакулин П.И., Кононов Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. – М.: Наука, 1983. 3. Михайлов А.А. Атлас звёздного неба. – М.: Наука, 1979. 4. Галкин И.Н., Шварев В.В. Строение Луны. – М.: Знание, 1977. 5. Воронцов-Вельяминов Б.А. Внегалактическая астрономия. – М.: Наука, 1978. Составители: Расхожев Владимир Нилович Леонова Лиана Юрьевна Редактор Кузнецова З.Е. 16 ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица 1. Сведения об ярких звёздах Название в Спектр. Температура Расстояние Видимая звёздная Название Цвет звезды созвездии класс 103 К Св. г. пс величина Альдебаран α Тельца K5 3.5 Оранжевая 64 20 1m,06 Альтаир α Орла A6 8.4 Желтоватая 16 4.9 0m,89 Антарес αСкорпиона M1 5.1 Красная 270 83 1m,22 Арктур α Волопаса K0 4.1 Оранжевая 37 11.4 0m,24 Бетельгейзе α Ориона M0 3.1 Красная 640 200 0m,92 Вега α Лиры A1 10.6 Белая 27 8.3 0m,14 Денеб α Лебедя A2 9.8 Белая 800 250 1m,33 Капелла α Возничего G0 5.2 Желтая 52 16 0m,21 Кастор α Близнецов A1 10.4 Белая 47 14.5 1m,58 Поллукс β Близнецов 4.2 Оранжевая 33 10.7 1m,21 Процион α Малого Пса F4 6.9 Желтоватая 11.2 3.4 0m,48 Регул α Льва B8 13.2 Белая 80 24 1m,34 Ригель β Ориона B8 12.8 Голубая 540 170 0m,34 Сириус α Большого Пса A2 16.8 Белая 8.7 2.7 -1m,58 Спика α Девы B2 16.8 Голубая 300 90 1m,25 Фомальгаут α Южной Рыбы A3 9.8 Белая 23 7.1 1m,29 Таблица 2. Истинный показатель цвета Спектр. O5 B0 B5 A0 A5 F0 F5 G0 G5 K0 K5 M0 M5 класс Истинный показатель -0m,50 -0m,45 -0m,39 -0m,15 0m,00 +0m,12 +0m,26 +0m,42 +0m,64 +0m,89 +1m,20 +1m,30 +1m,80 цвета, C0 17 Таблица 3. Список названий лунных морей Русское название Международное название Океан Бурь Oceanus Procellarum Залив Центральный Sinus Medium Залив Зноя (Волнений) Sinus Aestuum Море Плодородия (Изобилия) Mare Foecunditatis Море Нектара Mare Nectaris Море Спокойствия Mare Tranquillitatis Море Кризисов (Опасностей) Mare Crisium Море Ясности Mare Serenitatis Море Холода Mare Frigoris Залив Росы Sinus Roris Море Дождей Mare Imbrium Залив Радуги Sinus Iridum Море Паров Mare Vaporum Море Облаков Mare Nubium Море Влажности Mare Humorum Море Смита Mare Smythii Море Краевое Mare Margins Южное Море Mare Australe Море Москвы Mare Mosquae Море Мечты Mare Ingenii Море Восточное Mare Orientalis Таблица 4. Порядковый список лунных цирков и кратеров. Русская Международная № Русская Международная № транскрипция транскрипция транскрипция транскрипция 1 Ньютон Newton 100 Лангрен Langrenus 13 Клавдий Clavius 109 Альбатегний Albategnius 14 Шейнер Scheiner 110 Альфонс Alphonsus 18 Неарх Nearchus 111 Птолемей Ptolemaeus 22 Магин Maginus 119 Гиппарх Hipparchus 29 Вильгельм Wilhelm 141 Гевелий Hevelius 30 Тихо Tycho 142 Риччиоли Riccioli 32 Штефлер Stoefler 146 Кеплер Kepler 33 Мавролик Maurolycus 147 Коперник Copernicus 48 Вальтер Walter 168 Эратосфен Eratosthenes 52 Фурнерий Furnerius 175 Геродот Herodotes 53 Стевин Stevinus 176 Аристарх Aristarchus 69 Виета Vieta 186 Посидоний Posidonius 73 Пурбах Purbach 189 Автолик Autolycus 74 Лакайль La-Caile 190 Аристилл Aristillus 77 Сакробоско Sacrabosco 191 Архимед Archimedes 78 Фракастор Fracastor 192 Тимохарис Timocharis 80 Петавий Petavius 193 Ламберт Lambert 84 Арзахель Arzachel 201 Гаусс Gauss 86 Буллиальд Bullialdus 208 Эвдокс Eudoxus 88 Кэвендиш Cavendish 209 Аристотель Aristoteles 89 Мерсений Mersenius 210 Платон Plato 90 Гассенди Gassendi 220 Пифагор Pythagoras 95 Катарина Catharina 228 Атлас Atlas 96 Кирилл Cyrillus 229 Геркулес Hercules
