Загадочное рождение Луны

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Загадочное рождение Луны

Ирбицкий А.М. 1
1МБДО СОШ № 64 с углубленным изучением отдельных предметов
Баженова Т.Г. 1
1МБДО СОШ № 64 с углубленным изучением отдельных предметов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность: Луна - наш единственный спутник земли, который испокон веков сопровождает нашу планету. О происхождении Луны слагались легенды. Существует множество теорий, описывающих происхождение этого естественного земного спутника. Некоторые из них фантастические, а некоторые имеют научную почву. Но, к сожалению, единой и точной теории о происхождении Луны, с которой согласились бы все ученые, так и не существует. Она все больше привлекает к себе внимание ученых, инженеров и экономистов, прикладывающих различные варианты использования ее в дальнейшем изучении и освоении космоса, влияния на Землю, а также ее природных ресурсов. Поэтому изучение Луны является одним из актуальных вопросов на сегодняшний день.

Цель исследования: Узнать как можно больше фактов о Луне, о ее образовании и влиянии на явления природы Земли и живые организмы.

Задачи исследования: Изучить и проанализировать информацию по данной теме. Провести анкетирование среди одноклассников на тему знаний о нашем единственном спутнике Земли.

Объект и предмет исследования: Луна – наш естественный спутник.

Методы исследования: Анализ источников информации, практические опыты и наблюдение, анкетирование, обобщение полученных данных.

Гипотеза: Наша Луна самым прямым образом воздействует на биосферу планеты Земля.

2.Основная часть

    1. Что такое Луна и ее загадки

Луна - естественный спутник Земли и самый яркий объект на ночном небе. Этот объект все больше привлекает землян возможностью использовать его уникальные условия и ресурсы. Добыча природных запасов на Земле затрудняется с каждым годом. По прогнозам ученых в ближайшем будущем человечество вступит в сложный период. Земная среда обитания исчерпает свои ресурсы, поэтому уже сейчас необходимо начинать осваивать ресурсы других планет и спутников. Луна, как ближайшее к нам небесное тело, станет первым объектом для внеземного промышленного производства. Создание лунной базы, а затем и сети баз, планируется уже в ближайшие десятилетия. Из лунных пород можно извлекать кислород, водород, железо, алюминий, титан, кремний и другие полезные элементы. Луна – естественный спутник Земли и самое близкое к Земле небесное тело и потому изучено лучше всего, но несколько тысячелетий назад с каким изумлением следил первобытный человек за лунным диском! Задумчивое и таинственное светило, тусклое ночное солнце, одиноко блуждающий по безмолвному небесному небосводу шар – Луна во все времена и у всех народов в особенности привлекала к себе человеческие взоры и мысли. Люди думали, что Луна населена живыми существами. До изобретения телескопа философы склонны были видеть в луне землю, аналогичную той, на которой мы живем. Когда Галилей, направив первую зрительную трубу на этот шар, нашел там горы и долины, подобные разнообразным формам рельефа поверхности нашей планеты, и обширные серые равнины, которые легко могли быть приняты за моря – сходство между этими мирами и нашим казалось очевидным, и его тотчас же населили не только человеческими существами, но и различными животными. Были составлены первые карты, и большие темные пятна назвали «морями».

Астрономы, философы были уверены, что за увеличением телескопов последуют быстрые успехи, и в царствование Людовика ХIV предположено даже было построить «трубу длиной 100 тысяч футов для рассматривания существующих на Луне животных». Но как не старались ученые, их успехи не могли идти наравне с воображением. Когда стали ясно различать поверхность лунных морей, оказалось, что она не жидкая и не гладкая, а песчаная и неровная. На этом светиле не удалось открыть ни одного настоящего моря, ни одного озера, ни малейшего следа присутствия воды в какой бы то ни было форме: в виде облаков, снега или льда. Постепенно лунная жизнь рассеивалась как дым и мало-помалу вошло в привычку помещать в астрономических книгах фразу: "Луна – безжизненное светило". Сегодня это доказано и теоретически, и практически. Луна лишена атмосферы и воды, которая без плотной атмосферы в жидком виде существовать не может. Без атмосферы существование какой-либо органической жизни невозможно.

Поскольку Луна не имеет плотной защитной оболочки из газа, на ее поверхности в течение суток происходят очень большие изменения температуры. Солнечное излучение поглощается лунной поверхностью, которая слабо отражает лучи света.

Характеристики Луны.

В некоторые дни Луна совсем не видна на небе. В другие дни она имеет вид узкого серпа, полукруга и полного круга. Луна подобно Земле является темным, непрозрачным круглым телом. Форма Луны очень близка к шару с радиусом 1737 км, что равно 0,2724 экваториального радиуса Земли. Масса Луны в 81 раз меньше массы Земли. Средняя плотность Луны равна 3,34 г. см3 (0.61 средней плотности Земли). Ускорение силы тяжести на поверхности Луны в 6 раз больше, чем на Земле. Вследствие малого притяжения Луна не смогла удержать вокруг себя газовой оболочки, а также воду в свободном состоянии.

Видимое движение Луны на фоне звезд есть следствие действительного движения Луны вокруг Земли. Луна в течение звездного месяца перемещается среди звезд всегда в одну и ту же сторону – с запада на восток. Движение Луны сопровождается непрерывным изменением ее внешнего вида, характеризуемого фазой Луны. Луна движется вокруг Земли со средней скоростью 1,02 км/сек по приблизительно эллиптической орбите в том же направлении, в котором движется подавляющее большинство других тел Солнечной системы, то есть против часовой стрелки. Движение Луны вокруг Земли очень сложно, и его изучение составляет одну из труднейших задач небесной механики. Эллиптическое движение представляет собой лишь грубое приближение.

Не будучи самосветящейся, Луна видна только в той части, куда падают солнечные лучи, либо лучи, отраженные Землей. Этим объясняются фазы Луны. Каждый месяц Луна, двигаясь по орбите, проходит между Землей и Солнцем и обращена к нам темной стороной, в это время происходит новолуние. Через 1 - 2 дня после этого на западной части неба появляется узкий яркий серп молодой Луны. Остальная часть лунного диска бывает в это время слабо освещена Землей, повернутой к Луне своим дневным полушарием. Через 7 суток Луна отходит от Солнца на 900, наступает первая четверть. Через 14 - 15 суток наступает полнолуние. На 22-е сутки наблюдается последняя четверть. Угловое расстояние Луны от солнца уменьшается, она опять становится серпом и через 29.5 суток вновь наступает новолуние.

Поверхность Луны.

Луна состоит из коры, верхней мантии, средней мантии, нижней мантии и ядра. В самом центре, по-видимому, находится небольшое жидкое ядро радиусом менее 350 километров. 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.

Поверхность Луны покрыта реголитом — смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате столкновений метеоритов с лунной поверхностью. Ударно-взрывные процессы, сопровождающие метеоритную бомбардировку, способствуют взрыхлению и перемешиванию грунта, одновременно спекая и уплотняя частицы грунта. Толщина слоя реголита составляет от долей метра до десятков метров.

Атмосферы на Луне нет. Небо над Луной всегда черное, даже среди дня, потому что для рассеивания солнечного света и образования голубого неба, как на Земле, необходим воздух, который там отсутствует. Звуковые волны в вакууме не распространяются, так что на Луне царит полная тишина. Погоды тоже нет; дождь, реки и лед не формируют лунного ландшафта, как это происходит на нашей планете. В дневное время температура лунной поверхности под прямыми лучами Солнца поднимается значительно выше точки кипения воды. Чтобы защититься от невыносимой жары, люди, прибывшие на Луну для проведения исследований, носят специальные космические костюмы, внутри которых находится воздух и поддерживается привычные для человека физические параметры.

Астрономические наблюдения указывают на пористый характер лунного поверхностного материала. Образцы доставленного на Землю лунного грунта похожи по составу на земные породы. Моря сложены из базальтов, континенты из анортозитов (силикатная порода, обогащенная окислами алюминия). Встречается особый тип пород, обогащенных калием и редкоземельными элементами. Возраст лунных изверженных горных пород очень велик, их кристаллизация происходила четыре миллиарда лет назад, наиболее древние образцы имеют возраст 4,5 миллиарда лет.

День на Луне длится почти 15 земных суток и столько же продолжается ночь. Не будучи защищена атмосферой, поверхность Луны нагревается днем до + 1100С, а ночью остывает до –1200С.

Даже невооруженным глазом на Луне видны неправильные протяженные темноватые пятна, которые были приняты за моря; название сохранилось, хотя и было установлено, что эти образования ничего общего с земными морями не имеют. Телескопические наблюдения, которым положил начало в 1610 Г. Галилей, позволили обнаружить гористое строение поверхности Луны. Наибольшая высота лунных гор достигает 9 км.

Исследование Луны.

На Луне нет привычной для нас атмосферы, нет рек и озер, растительности и живых организмов. Сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. И, тем не менее, Луна все больше привлекает землян возможностью использовать ее уникальные условия и ресурсы.

Неудивительно, что первый полет космического аппарата выше околоземной орбиты был направлен к Луне. Эта честь принадлежит советскому космическому аппарату "Луна-l", запуск которого был осуществлен 2 января 1958 года. В соответствии с программой полета через несколько дней он прошел на расстоянии 6000 километров от поверхности Луны. Позднее в том же году, в середине сентября подобный аппарат серии "Луна" достиг поверхности естественного спутника Земли.

Еще через год, в октябре 1959 года автоматический аппарат "Луна-3", оснащенный аппаратурой для фотографирования, провел съемку обратной стороны Луны (около 70 % поверхности) и передал ее изображение на Землю. Создание "Луны-3" было техническим достижением для того времени, принесло информацию об обратной стороне Луны: обнаружены заметные различия с видимой стороной, прежде всего отсутствие протяженных лунных морей.

    1. Теории происхождения Луны

У ученых до сих пор нет единого мнения о том, как появилась Луна. Установлено, что спутник Земли сформировался через 100 млн лет после возникновения Солнечной системы [1]. Но как именно это произошло, до конца не ясно. В разное время астрофизики выдвигали различные теории. До 1970-х самыми распространенными были три из них — они даже получили название «Большая тройка». Но после американских лунных экспедиций 1960–1970-х годов общепризнанной стала та, которая в тройку не вошла: сегодня большинство ученых полагает, что Луна была образована в результате столкновения нашей планеты с другим небесным телом. Ниже объясняем ее, рассказываем о гипотезах «Большой тройки» и делимся еще несколькими смелыми предположениями о происхождении Луны.
Столкновение Земли с другой планетой
Согласно теории гигантского столкновения или по-другому импактной теории (от англ. impact — удар) Луна образовалась из-за того, что некий небесный объект врезался в молодую Землю. Впервые эта версия была выдвинута американскими учеными Хартманном и Дэвисом (William K. Hartmann, Dr. Donald R. Davis) в 1975 году [2]. Чуть позже гипотетический объект, который столкнулся с Землей, назвали Тейей (Theia) — в честь матери лунной богини Селены из греческой мифологии [3].
Примерно 4,5 млрд лет назад Солнечная система была неспокойным местом — в ней появлялись множество небесных тел, которые так и не стали полноценными планетами [4]. Тейя была одной из таких протопланет. Она была размером примерно с Марс и состояла из облаков пыли и газа [5]. Столкнувшись с Землей, она выбросила в космос часть вещества земной мантии. Гравитация завершила процесс: выброшенные обломки стали вращаться на околоземной орбите и постепенно собрались в Луну. А у Земли в результате удара, помимо прочего, изменился наклон оси вращения.
В пользу этой теории говорит плотность лунной породы. Луна состоит преимущественно из легких элементов, и ее плотность в среднем меньше земной [6]. Это не противоречит теории импакта: Луна частично образовалась из вещества земной мантии, а не из более тяжелого и плотного земного ядра. Еще один аргумент «за» — выброшенное столкновением вещество вместе с обломками Тейи должно было остаться вблизи плоскости обращения Земли вокруг Солнца — эклиптики. Именно в этой области Луна сейчас и вращается.

Возраст Луны.

Изучая радиоактивные вещества, содержащиеся в лунных породах, ученые сумели вычислить возраст Луны. Например, уран медленно превращается в свинец. В кусочке урана-238 половина атомов превращается в атомы свинца за 4,5 млрд. лет. Таким образом, измерив пропорцию урана и свинца, содержащихся в породе, можно вычислить ее возраст: чем больше свинца, тем она старше. Камни на Луне стали твердыми около 4,4 млрд. лет назад. Луна сформировалась, по-видимому, незадолго до этого; ее наиболее вероятный возраст – около 4,65 млрд. лет. Это согласуется с возрастом метеоритов, а также с оценками возраста Солнца. До выполнения программы «Аполлон» о возрасте Луны можно было только гадать.

Теория множественных столкновений.
В 2017 году израильские исследователи из института Вейцмана предложили альтернативную теорию столкновения. По ней ударов по Земле было больше, чем один. Несколько столкновений породили около 20 малых лун, которые «слиплись» в нынешнюю Луну [8]. Таким образом эта теория объясняет совпадение состава лунных пород с земными — основной контраргумент против гигантского столкновения.
Похожую теорию предложил в 2007 году российский физик Николай Горькавый [9]. Он назвал ее «мультиимпактной». По мнению ученого, земной спутник образован не одним гигантским столкновением, а множеством более мелких.
 

    1. Влияние Луны на явления природы

Луна своим гравитационным полем воздействует на земную биосферу и вызывает, в частности, изменения магнитного поля Земли. Ритм Луны влияет на приливы и отливы, давление воздуха, вызывает изменения температуры, действий ветра, магнитного поля земли, а также уровня воды. Причем приливное воздействие оказывается не только на водные территории, но и на земную кору, однако из-за плотности последней она останется незамеченной.

Приливы и отливы
Приливы и отливы в некоторых местах настолько сильны, что вода отступает от берега на сотни метров, обнажая дно, где народы, живущие на побережье, собирали дары моря. Но с неумолимой точностью отступившая от берега вода снова накатывает.

Если не знать, с какой периодичностью происходят приливы и отливы, можно оказаться вдали от берега и даже погибнуть под наступающей водной массой. Прибрежные народы превосходно знали расписание прихода и ухода вод. Происходит это явление два раза в сутки. Причем приливы и отливы существуют не только в морях и океанах. Все водные источники испытывают влияние Луны. Но вдали от морей это почти незаметно: то вода немного поднимается, то немного опускается.
Жидкость - это единственная природная стихия, которая движется за Луной, совершая колебания. Камень или дом не могут притянуться к Луне, потому что имеют твердую структуру. Податливая и пластичная вода наглядно демонстрирует воздействие лунной массы.

Как Луна поднимает воду?
Наиболее сильно Луна воздействует на воды морей и океанов с той стороны Земли, которая в данный момент обращена непосредственно к ней.

Если посмотреть на Землю в этот момент, то можно заметить, как Луна оттягивает к себе воды мирового океана, приподымает их, и толща вод вспучивается, образуя «горб», а точнее, появляются два «горба» - высокий со стороны, где находится Луна, и менее выраженный с противоположной стороны.
«Горбы» точно следуют за движением Луны вокруг Земли. Поскольку мировой океан является единым целым и воды в нем сообщаются, горбы двигаются то от берега, то к берегу. Поскольку Луна проходит два раза через точки, расположенные друг от друга на расстоянии 180 градусов, то мы наблюдаем два прилива и два отлива.
Наибольшие отливы и приливы бывают на океанских берегах. В нашей стране - на берегах Северного Ледовитого и Тихого океанов. Менее значительные приливы и отливы характерны для внутренних морей. Еще слабее это явление наблюдается в озерах или реках. Но даже на берегах океанов в одно время года приливы бывают мощнее, а в другое - слабее. Это уже связано с удаленностью Луны от Земли. Чем ближе Луна к поверхности нашей планеты, тем сильнее будут отливы и приливы. Чем дальше - тем, естественно, слабее.
На водные массы оказывает влияние не только Луна, но и Солнце. Только расстояние от Земли до Солнца значительно больше, поэтому мы не замечаем его гравитационной активности. Зато давно известно, что иногда приливы и отливы становятся очень сильными. Это случается всякий раз, когда бывает новолуние или полнолуние. Вот тут как раз и включается в действие сила Солнца. В этот момент все три небесных тела - Луна, Земля и Солнце - выстраиваются на одной прямой. На Землю уже действуют две силы притяжения - и Луны, и Солнца. Естественно, высота подъема и спада вод увеличивается.
Это удивительное свойство Луны используется людьми для получения бесплатной энергии. На берегах морей и океанов теперь строят приливные гидроэлектростанции, которые вырабатывают электричество благодаря «работе» Луны. Приливные гидроэлектростанции считаются наиболее экологически чистыми. Они действуют согласно природным ритмам и не загрязняют окружающую среду.

Продолжительность дня
Приливная волна порождает не только специфическое движение океанских вод. Влияние Луны на земные процессы на этом не заканчивается. Образующаяся приливная волна постоянно встречается с материками. В результате вращения планеты и ее взаимодействия со спутником возникает сила, противоположно направленная движению земной тверди. Следствием этого становится замедление вращения Земли вокруг оси. Как известно, именно продолжительность одного оборота и является эталоном длительности суток. С замедлением вращения планеты увеличивается продолжительность дня. Она растет достаточно медленно, но каждые несколько лет Международная служба вращения Земли вынуждена несколько изменять эталон, с которым сверяются все часы.

«Защитник» Земли
Ученые установили, что спутник играет значительную роль в сохранении жизни на планете, защищая ее от космической «бомбардировки».

    1. Результаты собственных наблюдений

Анкетирование:

Вопросы анкеты:

  1. Знаете ли вы, что такое Луна?

  2. Знаете ли вы историю возникновения Луны?

  3. Какие загадки Луны вы знаете?

  4. Как влияет на ваше самочувствие полнолуние и новолуние?

В результате анкетирования 33 человека начальной школы 64 г. Иркутска с углубленным изучением отдельных предметов выяснилось: на первый вопрос положительно ответили все 33 ученика, закомы с историей возникновения Луны лишь 10 человек, загадки нашего спутника знают 8 человек, о влиянии на самочувствие полнолуния и новолуния дали ответ 9 учащихся.

  1. Выводы

В начале моего исследования мною была выдвинута гипотеза о том, что наш естественный и единственный спутник Луна имеет самое прямое воздействие на биосферу нашей планеты Земля. Одной из самых достоверных теорий происхождения Луны является столкновение 4 миллиарда лет назад родившейся молодой Земли и планеты Теи. От столкновения этих планет гравитационным воздействием была рождена Луна. Изучив много материала на данную тему, обратившись к источникам литературы, интернета, познавательным телепередачам по данной теме. Гравитационное поле луны – приливы и отливы – оказывают значительные влияния на все живые организмы, в том числе на человека, а точнее – на распределение крови в органах и тканях. Характер воздействия Луны на человека зависит в значительной степени от фазы лунного цикла, каждая фаза которого длится примерно неделю. Если совершать какие-либо начинания, лучше всего это делать после новолуния на новую Луну. Жизнь в согласии с верным следованием лунному календарю позволяет сохранять стабильное здоровье, а при лечении болезней с учетом фаз Луны можно получить более эффективное и ускоренное выздоровление.

  1. Список литературы

  1. Большая книга интересных фактов – М. Росмэн, 2006 г.

  2. Детская энциклопедия «Астрономия и космос» - М. Росмэн, 2008 г.

  3. Дубкова С. И. «Книга о Луне» -Белгород, 2008 г.

  4. Хабер, Хайнц «Звезды» - М.Мир книги, 2007 г.

  5. Шалаева Г. П. «Кто есть кто в мире звезд и планет» -М. Эксмо, 2007 г.

  6. Янг Х. Окслэйд К. «Погода и небо» - С-П, 2008 г.

  7. Дубкова С. И. «Книга о нашем спутнике» -Белгород, 2008 г.

  8. Верде, Ж. -П. Космос / Ж.-П. Верде ; перевод с французского Л. Корнеевой. - Москва 2002 г.

  9. Е. А. Тимошенкова, Т. В. Чугрова. «Золотая аллея» - Калуга, 2007 г.

  10. Иванов А. «Химические элементы» - Москва, 2018 г.

  11. Курамшин А. «Элементы: Замечательный сон профессора Менделеева» Москва – 2019 г.

Просмотров работы: 35