Земля и Луна

ЛунаЗемля и Луна
Земля-планета.
Земля участвует в двух движениях в пространстве: вращается вокруг оси и движется вокруг Солнца со средней скоростью 30 км / с на среднем расстоянии 149 600 000 км.
Благодаря движению Земли по орбите с периодом 365 суток 5 часов 48 мин 46 с Солнце, отражая это движение, перемещается небом среди звезд с тем же периодом в направлении, противоположном суточному вращению неба, с запада на восток.
В первом приближении Землю можно считать шаром. Но из-за вращения, которое вызывает появление центробежной силы, она несколько сплюснута у полюсов и выпукла у экватора. Поэтому ближе к истинной формы Земли будет эллипсоид вращения, полученный вращением эллипса вокруг малой оси. При этом большую полуось эллипсоида принимают равной а = 6378160 м, а малый 6 = 6376778 м.

 

Земля вращается вокруг оси, причем скорость движения точек земной поверхности различна в разных широтах: максимальная на экваторе - 465 м / с - и нулевая на полюсах. Соответственно и ускорение силы земного притяжения в разных широтах разное: минимальное на экваторе - 9,78 м/с2, максимальное на полюсах - 9,83 м/с2.
Изучая нашу планету, ученые уже давно выделили ряд присущих ей оболочек. Самой отдаленной и Самой оболочкой Земли является магнитосфера - область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц. Магнитное поле Земли близко к полю магнитного диполя, и его напряженность составляет около 40 А / м.
За действия потока частиц со стороны Солнца (солнечного ветра) на дневном стороне Магнитные силовые линии несколько прижаты к Земле. С противоположной, ночной стороны они отклоняются солнечным ветром, образуя «шлейф» протяженностью до 5 млн км. В области замкнутых линий геомагнитного поля существует ловушка для заряженных частиц. Геомагнитное поле захватывает и удерживает внутри магнитосферы огромное количество протонов и электронов, которые образуют радиационные пояса. Выделяют внутренний и внешний радиационные пояса на среднем расстоянии от поверхности Земли соответственно 1 000-1 100 км и 35 000-50 000 км.
Земля окружена воздушной оболочкой - атмосферой которая не имеет четких границ и по своим физическим свойствам на разных высотах делится на тропосферу (высота 9-17 км от полюса до экватора, температура уменьшается с высотой до-55 °), стратосферу (до 55 км, температура возрастает до 0 °), мезосферу (до 85 км, температура снижается до -85) и термосфере (от 90 км и выше, температура снова растет). С учетом электрических свойств атмосферы на высоте 70-400 км выделяют ионосферу, где воздух сильно ионизированный.
Главные составляющие (по массе) воздуха: азот - 78%, кислород - 21%, аргон - 0,93%, углекислый газ -0,03%, озон и водяной пар. Другие газы присутствуют в количестве, меньшем 0,01%.
Под атмосферой лежат гидросфера и литосфера - оболочки, на которых существует практически все живое на Земле.
Под гидросферой понимают совокупность всей воды на Земле в твердом, жидком и газообразном состоянии. Больше всего воды в жидком состоянии. Она образует Мировой океан, вмещающий 97% всей поверхностной воды и покрывает 71% земной поверхности. 2,5% воды приходится на лед, а на озера, реки и атмосферную влагу - всего 0,5%.
Литосфера-это верхняя твердая оболочка Земли. Она полностью покрывает недра планеты. Однако с помощью сейсмических волн, распространяющихся в теле планеты при землетрясениях, было выяснено внутреннее строение Земли (рис. 13.4). Исходя из скорости распространения сейсмических волн, земные недра разделяют на следующие слои: кора (зона А) толщиной от 5 км под океанами до 70-80 км под высокими горами; мантии верхняя и нижняя (зоны С и D) общей толщиной до 2 900 км ; внешнее ядро ??(зона
Е) до 2 100 км толщиной, внутреннее ядро ??(зона F) радиусом до 1 300 км.
Есть мнение, что в отличие от коры и мантии, которые в целом находятся в твердом состоянии, внешнее ядро ??жидкое. С ним связывают наличие геомагнитного поля. Считается, что в жидком внешнем ядре Земли могут происходить достаточно сложные интенсивные движения вещества, которое обладает высокой электропроводностью. При этом возникают сильные электрические токи, которые и генерируют магнитное поле нашей планеты и планет земной группы.
Твердое внутреннее ядро ??при температуре до 7 000 К и давлении до 3,5 млн атмосфер находится в необычном состоянии. При таких физических условий электронные оболочки атомов разрушаются и образуется плотная плазма, насыщенная свободными электронами. При этом вещество, как и металл, начинает хорошо проводить ток, следовательно, по аналогии, такое ее состояние называется металлической фазой.
Земля имеет богатый химический состав. 90% ее массы приходится на железо, кислород, магний и кремний. Земная кора почти наполовину состоит из кислорода, входящего в состав различных окислов, и на четверть - из кремния. Значительный процент приходится также на алюминий. Кислород, кремний и алюминий образуют самые распространенные в природе соединения - кремнезем (Si02) и глинозем (А1203).
Самым распространенным компонентом мантии является кремнезем в составе силикатов. Относительно ядра, то оно, вероятно, состоит из железа с примесью никеля и серы или никеля и кремния.
2. Движения и изменения в земных оболочках. Все оболочки Земли-и внешние, и внутренние - постоянно движутся и изменяются. Магнитосфера Земли в зависимости от активности Солнца меняет форму, изменяется количество частиц в радиационных поясах и их высота над Землей.
Магнитное поле планеты изменяет свою направленность и напряженность, а магнитные полюса «сползают» со своих мест. Выяснено, что в древности направленность геомагнитного поля была иной, чем теперь, что магнитные полюса дрейфуют по поверхности, и северный магнитный полюс некогда находился вблизи экватора. А время от времени вообще происходит переориентация (инверсия) геомагнитного поля: северный магнитный полюс становится южным и наоборот. Атмосфера Земли постоянно рассеивается в космическом пространстве, но она пополняется за счет вулканической деятельности и испарения воды с поверхности морей и океанов. Периодически изменяется соотношение количества газов в атмосфере (прежде водяного пара, озона 03 и двуокиси углерода С02).
Существенно меняет свой вид и твердая поверхность Земли через действие Солнца, ветра и воды на горные породы, а также через тектонические процессы, происходящие в недрах.
И изменения, связанные с планетой Земля, происходящих не только в ее оболочках. Изменяются в астрономических масштабах геометрические связи между Землей и Солнцем. За влияния притяжения со стороны планет, Луны и Солнца происходит возмущение поступательного движения Земли вокруг Солнца и вращательного движения наколы оси.
С, периодом в 100 тыс. лет, передвигаясь вдоль эклиптики, но в том же направлении, что и Земля по орбите, возвращается к предыдущему положение среди звезд точка перигелия земной орбиты. С периодом в 90-100 тыс. лет в пределах 0,0163-0,066 изменяется эксцентриситет земной орбиты. С периодом в 41 тыс. лет в пределах 22-24,5 ° изменяется угол наклона плоскости экватора к плоскости эклиптики.
3. Влияние движений и изменений в оболочках Земли на ее климат. Известно, что на протяжении геологической истории Земли ее климат неоднократно менялся (хотя в целом эти изменения не выходили за пределы условий, при которых возможно существование жизни). Геологические данные указывают на чередование холодных периодов, когда большие участки суши покрывались ледниками, а уровень Мирового океана снижался, с периодами значительного потепления, когда за северным полярным кругом бушевала растительность. Такие изменения связывают с определенными изменениями и движениями в земных оболочках, а также с астрономическими факторами, которые определяют количество солнечной энергии, поступающей на Землю.
Сейчас достоверно установлено, что резкие изменения ориентации геомагнитного поля связанные с резкими колебаниями климата - появлением крупных ледовых массивов (оледенений) и их последующего таяния, и похолоданиями и потепления, которые охватывали Землю в целом. Однако механизм этой взаимосвязи пока не раскрыто.
Активное горообразование и перемещения земной коры вследствие глобальных тектонических процессов, которые происходили на протяжении геологической истории Земли, влияют на перераспределение морских течений и на общую атмосферную циркуляцию, что, в свою очередь, также приводит к климатическим изменениям на планете.
Большое влияние на климат имеет состояние атмосферы, в частности количество водяного пара и углекислого газа, которые в ней содержатся. Значительное повышение содержания водяного пара вызывает увеличение облачности, а следовательно уменьшение количества солнечного тепла, поступающего на поверхность. А изменение содержания углекислого газа С02 вызывает ослабление или усиление парникового эффекта, при котором углекислый газ частично поглощает тепло, излучаемое Землей в космос, задерживает его в атмосфере и повышает тем самым температуру поверхности и нижних слоев атмосферы. Известно, что явление парникового эффекта играет решающую роль в смягчении климата Земли. В другом случае средняя температура планеты была бы на 30-40 ниже, чем я есть, и составляла бы не +15 С, а -15 ° С, а то и-25С. При таких средних значений температуры океаны очень быстро покрылись бы льдом, превратившись в огромные морозильники, и жизнь на планете стало бы невозможным. Следовательно, уменьшение в воздухе содержания С02 ослабляет парниковый эффект и способствует похолоданию. Влияют на количество углекислого газа много причин, среди них главными являются вулканическая деятельность и жизнедеятельность земных организмов.
И наибольшее влияние на состояние атмосферы, а следовательно и на климат Земли в всепланетном масштабе, имеют внешние, астрономические исследования и факторы, такие как изменение потоков солнечной радиации вследствие непостоянства солнечной деятельности и изменения параметров земной орбиты. Астрономическую теорию колебаний климата были созданы еще в 20-е годы XX в. В этой теории показано, что изменение эксцентриситета орбиты Земли от возможного минимального 0,0163 до возможного максимального 0,066 может привести к разнице количества солнечной энергии, падающей на поверхность Земли в афелии и перигелии, на 25% за год. В зависимости от того, летом или зимой (для северного полушария) Земля проходит свой перигелий, такая величина изменения потока солнечной радиации может привести к общему похолоданию или потеплению на планете.
Теория позволила вычислить время ледниковых периодов в прошлом. С точностью до погрешностей определения геологических дат, возраст десятка предыдущих оледенений совпал с предсказаниями теории. Она же позволяет ответить на вопрос, когда должно наступить следующее ближайшее оледенения: сегодня мы живем в межледникового эпоху, и в ближайшие 5 000-10 000 лет оно нам не грозит.
4. Спутник Земли - Луна. Луна - ближайшее к Земле небесное тело, которое находится от нее на среднем расстоянии 384 400 км и имеет радиус 1 738 км. Масса Луны значительно уступает массе
Земли, а сила тяжести на его поверхности примерно в 6 раз меньше, чем на Земле.
Отношение массы Луны к массе Земли по сравнению с подобной величиной для спутников других планет очень велико и составляет 1:81. Второе место (если не учитывать систему Плутон-Харон, 7:1) занимает спутник Нептуна Тритон, но его масса уже в 700 раз меньше массы планеты. Поэтому есть все основания считать систему Зем-ля-Луна двойной планетой.
Период вращения Луны вокруг оси равен периоду его обращения вокруг Земли. И поэтому Луна всегда повернута к Земле одной стороной. Вращение такого типа называется синхронным. Однако, хотя в каждый данный момент наблюдатель на Земле видит ровно половину поверхности Луны, в силу особенностей его движения по орбите действительности можно видеть не 50%, а 60% поверхности. Самые крупные детали поверхности Луны можно видеть с Земли невооруженным глазом. К ним относятся светлые и темные участки. Первым наблюдал Луну в телескоп Галилей, он и назвал темные участки морями. Это название по традиции сохранилось, хотя известно, что в лунных морях нет воды. Светлые участки - материки - занимают около 60% видимой с Земли лунной поверхности. Это неравные, гористые районы, пересеченные горными хребтами. Большинство из них имеют земные названия: Карпаты, Кавказ, Альпы и т.д.. Моря представляют собой равнинные участки лунной поверхности. Еще в XVII веке некоторым из них было присвоено экзотические названия: Море Влажности, Море Изобилия, Море Кризисов подобное. Наибольшая разница в высотах на Луне 11 км, а по регионам она колеблется в пределах 4-6 км. На отдельных участках лунной поверхности есть также трещины и рвы, длинные и крутые обрывы, загадочные формы, напоминающие русла высохших рек.
Однако самых эффектных деталей лунной поверхности являются кратеры (рис. 13.6), которые носят имена выдающихся ученых. Среди них одиннадцать имен принадлежат украинским. Кратеров на видимом с Земли стороне насчитывается около ЗО 000. Крупнейшие среди них - кратер Клавий с диаметром 235 км и Гримальди - 200 км. На фотографиях с космических аппаратов кратеров диаметром от 60 см насчитывается более 200 000. У некоторых кратеров хорошо видны яркие лучи, где вещество отражает до 20% падающего на нее света. Самые известные среди таких кратеров - Тихо и Коперник. В некоторых кратерах являются центральные горки. Большинство кратеров на Луне имеют метеоритное происхождение.
Соответствующие измерения показали, что в полдень на экваторе температура поверхности Луны достигает 390 К, а ночью 120 К.
Около 40% невидимой с Земли лунной поверхности оставались недосягаемыми для исследований, пока советская межпланетная станция «Луна-3» (1959 г.) не совершила облет вокруг Луны. Выяснилось, что на обратной стороне Луны есть такие же детали рельефа, что и на видимом, но в меньшем количестве. Наибольший кратер - Циолковский (диаметр 789 км).
От начала космической эры исследований в астрономии до Луны было отправлено самоходки «Луноход-1» и «Луноход-2», а девять были пилотируемые американскими астронавтами (из них шесть аппаратов совершили мягкую посадку).
Первым человеком, который 20 июля 1969 ступил на Луну, был американский астронавт Нейл Армстронг. Вместе с Эдвином Олдрином они совершили мягкую посадку в лунном модуле корабля «Аполлон-11» на западной окраине Моря Спокойствия, тогда как третий астронавт, Майкл Коллинз, оставался на орбите Луны. С тех пор и до декабря 1972 12 исследователей СЕЛА провели на поверхности Луны в общей сложности около 300 часов, установили там разнообразные научные приборы, собрали и доставили на Землю 400 кг образцов лунного грунта.
Образцы лунных пород имеют магматическое происхождение, их химический состав в целом такой же, как и состав земных пород, но с нехваткой никеля и кобальта и преимуществом железа, титана, циркония и иттрия.

В лунных породах особенно много кремнезема, глинозема, окислов железа и кальция. Возраст лунных пород составляет 3-4,6 млрд лет.
Луна представляет собой спокойное в тектоническом отношении небесное тело. Самые бурные эпоха в его формировании закончилась еще 3160000000 лет назад. В наше время полная энергия мисяцет-русов, зарегистрированная сейсмометры, меньше, чем энергия землетрясений, в 1 млрд раз. В основном это мисяцетрусы, вызванные падением метеоритов. Но в 1958 г. сотрудники Крымской В. Езерский наблюдали в телескоп извержение газов из кратера Альфонс. А в ноябре 1971 г. группа американских исследователей обнаружила в районе Океана Бурь действующий гейзер.
Постоянное магнитное поле Луны минимум в 1 000 раз меньше, чем геомагнитное. Это свидетельствует об отсутствии у Луны жидкого ядра. Месяц окружен чрезвычайно разреженной газовой оболочкой из водорода, гелия, неона и аргона, а также протяженной пылевого облака.
5. Приливы и отливы. Находясь на небольшом расстоянии от Земли, Луна вызывает на ее поверхности явления приливов и отливов. Приливы и отливы возникают из-за того, что размеры Земли по сравнению с расстоянием до Луны не безгранично малы, поэтому действие силы лунного притяжения на разные ее точки неодинакова. Представим себе, что вся поверхность Земли покрыта океаном. Тогда частицы воды, ближайшие к Луне в определенный момент (в т. А), привлекаются сильнее, а частицы отдаленные от него (в В) - слабее, чем частицы в центре Земли. Как следствие, водная оболочка, создавая приточный холм, принимает форму эллипсоида, вытянутого в направлении к Луне. На отвлеченном от Луны стороне Земли также наблюдается приточный горб, но меньших розмирив.понад 60 космических аппаратов. Два из них доставили на Луну вращение вокруг оси, а потому приливные выступы передвигаются вдоль поверхности морей и океанов вслед за Луной с востока на запад со скоростью 1 800 км / час. Над каждым пунктом приливная волна проходит дважды в сутки. В открытом море уровень воды поднимается на 1-2 м, а у побережья, особенно в узких заливах или бухтах, уровень воды поднимается значительно выше - на 4-5 м. Наибольшие притоки - около 18 м - наблюдаются на побережье Канады, где берег изрезан узкими глубокими фьордами.
Притяжение Луны создает приливные деформации не только в гидросфере, но и в атмосфере, вызывая дважды в сутки изменение давления воздуха на несколько мм рт. ст., и в литосфере, вызывая подъем поверхности Земли в среднем на 40 см.
Солнечное притяжение также вызывает приливы и отливы, но за значительно большую удаленность Земли от Солнца они в 2,2 раза меньше, чем месячные. Через систематическую действие приточного трения Земля постепенно замедляет свое вращение на 0,001 секунды за 100 лет. Изучение годовых колец у кораллов позволило установить, что около 500 млн лет назад продолжительность земных суток составляла примерно 21 час.