Вопрос этот принадлежит к тем, которые уясняются, если сначала их, так сказать, перевернуть. Прежде чем говорить о том, почему Луна не удерживает вокруг себя атмосферу, поставим вопрос: почему удерживается атмосфера вокруг нашей собственной планеты? Вспомним, что воздух, как и всякий газ, представляет хаос не связанных между собой молекул, стремительно движущихся в различных направлениях. Средняя их скорость при t = 0 °C – около 1/2 км в секунду (скорость ружейной пули). Почему же не разлетаются они в мировое пространство? По той же причине, по какой не улетает в мировое пространство и ружейная пуля. Истощив энергию своего движения на преодоление силы тяжести, молекулы падают обратно на Землю. Вообразите близ земной поверхности молекулу, летящую отвесно вверх со скоростью 1/2 км в секунду. Как высоко может она взлететь? Нетрудно вычислить: скорость v, высота подъема h и ускорение силы тяжести g связаны следующей формулой:

v 2 = 2gh.

Подставим вместо v его значение – 500 м/с, вместо g – 10 м/с 2 , имеем

h = 12 500 м = 12 1/2 км.

Но если молекулы воздуха не могут взлетать выше 12 1/2 км, то откуда берутся воздушные молекулы выше этой границы? Ведь кислород, входящий в состав нашей атмосферы, образовался близ земной поверхности (из углекислого газа в результате деятельности растений). Какая же сила подняла и удерживает их на высоте 500 и более километров, где безусловно установлено присутствие следов воздуха? Физика дает здесь тот же ответ, какой услышали бы мы от статистика, если бы спросили его: «Средняя продолжительность человеческой жизни 70 лет; откуда же берутся 80-летние старики?» Все дело в том, что выполненный нами расчет относится к средней, а не реальной молекуле. Средняя молекула обладает секундной скоростью в 1/2 км, но реальные молекулы движутся одни медленнее, другие быстрее средней. Правда, процент молекул, скорость которых заметно отклоняется от средней, невелик и быстро убывает с возрастанием величины этого отклонения. Из всего числа молекул, заключающихся в данном объеме кислорода при 0°, только 20 % обладают скоростью от 400 до 500 м в секунду; приблизительно столько же молекул движется со скоростью 300–400 м/с, 17 % – со скоростью 200–300 м/с, 9 % – со скоростью 600–700 м/с, 8 % – со скоростью 700–800 м/с, 1 % – со скоростью 1300–1400 м/с. Небольшая часть (меньше миллионной доли) молекул имеет скорость 3500 м/с, а эта скорость достаточна, чтобы молекулы могли взлететь даже на высоту 600 км.

Действительно, 3500 2 = 20h , откуда h=12250000/20 т. е. свыше 600 км.

Становится понятным присутствие частиц кислорода на высоте сотен километров над земной поверхностью: это вытекает из физических свойств газов. Молекулы кислорода, азота, водяного пара, углекислого газа не обладают, однако, скоростями, которые позволили бы им совсем покинуть земной шар. Для этого нужна скорость не меньше 11 км в секунду, а подобными скоростями при невысоких температурах обладают только единичные молекулы названных газов. Вот почему Земля так прочно удерживает свою атмосферную оболочку. Вычислено, что для потери половины запаса даже самого легкого из газов земной атмосферы – водорода – должно пройти число лет, выражающееся 25 цифрами. Миллионы лет не внесут никакого изменения в состав и массу земной атмосферы.

Чтобы разъяснить теперь, почему Луна не может удерживать вокруг себя подобной же атмосферы, остается досказать немного.

Напряжение силы тяжести на Луне в шесть раз слабее, чем на Земле; соответственно этому скорость, необходимая для преодоления там силы тяжести, тоже меньше и равна всего 2360 м/с. А так как скорость молекул кислорода и азота при умеренной температуре может превышать эту величину, то понятно, что Луна должна была бы непрерывно терять свою атмосферу, если бы она у нее образовывалась.

Когда улетучатся наиболее быстрые из молекул, критическую скорость приобретут другие молекулы (таково следствие закона распределения скоростей между частицами газа), и в мировое пространство должны безвозвратно ускользать все новые и новые частицы атмосферной оболочки.

По истечении достаточного промежутка времени, ничтожного в масштабе мироздания, вся атмосфера покинет поверхность столь слабо притягивающего небесного тела.

Можно доказать математически, что если средняя скорость молекул в атмосфере планеты даже втрое меньше предельной (т. е. составляет для Луны 2360: 3 = 790 м/с), то такая атмосфера должна наполовину рассеяться в течение нескольких недель. (Устойчиво сохраняться атмосфера небесного тела может лишь при условии, что средняя скорость ее молекул меньше одной пятой доли от предельной скорости.) Высказывалась мысль – вернее, мечта, – что со временем, когда земное человечество посетит и покорит Луну, оно окружит ее искусственной атмосферой и сделает таким образом пригодной для обитания. После сказанного читателю должна быть ясна несбыточность подобного предприятия.

Луна - естественный спутник Земли, при наблюдении за которым возникает немало вопросов как у астрономов, так и у простых людей. И один из самых интересных следующий: существует ли атмосфера Луны?

Ведь если она есть, значит, возможна и жизнь на этом космическом теле, хотя бы самая примитивная. Постараемся ответить на этот вопрос максимально подробно и достоверно, используя последние научные гипотезы.

Большинство людей, задумавшихся над этим, довольно быстро дадут ответ. Конечно, атмосфера Луны отсутствует. Однако на самом деле это не так. Оболочка из газов на естественном спутнике Земли все-таки присутствует. А вот какую плотность имеет, какие газы входяд в состав лунного "воздуха" - это совсем другие вопросы, дать ответы на которые будет особенно интересно и важно.

Насколько она плотная?

К сожалению, атмосфера Луны очень разреженная. К тому же показатель плотности сильно меняется в зависимости от времени суток. Например, ночью на один кубический сантиметр лунной атмосферы приходится около 100 000 молекул газа. Днем этот показатель значительно изменяется - в десять раз. Из-за того что поверхность Луны сильно нагревается, плотность атмосферы падает до 10 тысяч молекул.

Кому-то этот показатель покажется впечатляющим. Увы, даже для самых неприхотливых существ с Земли такая концентрация воздуха будет смертельной. Ведь на нашей планете плотность составляет 27 х 10 в восемнадцатой степени, то есть 27 квинтиллионов молекул.

Если собрать весь газ на Луне и взвесить его, то получится удивительно маленькое число - всего-навсего 25 тонн. Поэтому, оказавшись на Луне без специального снаряжения, ни одно живое существо не сможет долгое время протянуть - хватит его в лучшем случае на несколько секунд.

Какие газы присутствуют в атмосфере

Теперь, когда мы установили, что Луна имеет атмосферу, хоть и очень-очень разреженную, можно перейти к следующему, не менее важному вопросу: какие газы входят в ее состав?

Основными компонентами атмосферы являются водород, аргон, гелий и неон. Впервые пробы были взяты экспедицией в рамках проекта "Аполлон". Именно тогда установили, что в состав атмосферы входят гелий и аргон. Уже значительно позже, используя специальное оборудование, астрономы, наблюдавшие за Луной с Земли, смогли установить, что она содержит также водород, калий и натрий.

Возникает вполне закономерный вопрос: если атмосфера Луны состоит из этих газов, то откуда же они взялись? С Землей все просто - многочисленные организмы, начиная от одноклеточных и заканчивая людьми, 24 часа в сутки превращают одни газы в другие.

А вот откуда взялась атмосфера Луны, если там нет и никогда не было живых организмов? На самом деле газы могли образоваться по самым разным причинам.

В первую очередь различные вещества были занесены многочисленными метеоритами, а также солнечным ветром. Все-таки на Луне выпадает значительно большее количество метеоритов, чем на Земле - опять же благодаря практически отсутствующей атмосфере. Кроме газа они могли принести на наш спутник даже воду! Имея большую плотность, чем газ, она не улетучивалась, а просто собиралась в кратеры. Поэтому сегодня ученые прилагают немало усилий, пытаясь отыскать хотя бы незначительные запасы - это может стать настоящим прорывом.

Как влияет разреженная атмосфера

Теперь, когда мы разобрались, какая атмосфера на Луне, можно внимательнее изучить вопрос о том, какое влияние она оказывает на ближайшее к нам космическое тело. Впрочем, точнее будет признать, что она практически никак не влияет на Луну. А вот к чему это приводит?

Начнем с того, что наш спутник совершенно не защищен от солнечной радиации. В результате, "прогулявшись" по его поверхности без специального, довольно мощного и громоздкого защитного оборудования, вполне можно получить радиоактивное облучение за считаные минуты.

Также спутник беззащитен перед метеоритами. Большинство из них, входя в атмосферу Земли, практически без остатка сгорают от трения об воздух. За год на планету выпадает около 60 000 килограммов космической пыли - вся она была метеоритами разного размера. На Луну же они падают в первозданном виде, так как ее атмосфера слишком разреженная.

Наконец, суточные перепады температуры просто огромные. Например, на экваторе днем почва может нагреваться до +110 градусов по Цельсию, а ночью - остывать до -150 градусов. На Земле этого не происходит благодаря тому, что плотная атмосфера играет роль своеобразного "одеяла", не пропускающего часть солнечных лучей до поверхности планеты, а также не позволяя теплу испариться ночью.

Всегда ли было так?

Как видите, атмосфера Луны представляет собой довольно безрадостное зрелище. Но неужели она всегда была такой? Всего несколько лет назад эксперты пришли к шокирующему мнению - оказывается, нет!

Около 3.5 миллиардов лет назад, когда наш спутник только формировался, в недрах шли бурные процессы - извержения вулканов, разломы, выплески магмы. В ходе этих процессоров в атмосферу выбрасывалось большое количество оксида серы, углекислого газа и даже воды! Плотность "воздуха" здесь в три раза превышала ту, которая сегодня наблюдается на Марсе. Увы, слабое притяжение Луны не смогло удержать эти газы - они постепенно испарялись, пока спутник не стал таким, каким мы можем видеть его в наше время.

Заключение

Наша статья подходит к концу. В ней мы рассмотрели ряд важных вопросов: есть ли атмосфера на Луне, как она появилась, какова ее плотность, из каких газов состоит. Будем надеяться, что вы запомните эти полезные факты и станете еще более интересным и эрудированным собеседником.

Тела солнечной системы - планеты и их спутники - делятся на две группы: имеющие атмосферу и лишенные ее. К первой группе принадлежат все большие планеты, за исключением Меркурия, ко второй - Меркурий и большинство спутников. Это деление определяется величиной тела, точнее, напряжением силы тяжести на его поверхности, зависящей от массы и радиуса тела. Если ускорение силы тяжести па поверхности Земли принять за единицу, то для других планет и Луны получим значения, показанные на таблице.

Сила тяжести Критическая скорость

Луна 0,16 2,4 км/сек.

Меркурий 0,27 3,6 км/сек.

Марс 0,38 5,0 км/сек.

Венера 0,85 10,2 км/сек.

Земля 1,00 11,2 км/сек.

Уран 0,92 21,0 км/сек.

Нептун 1,12 23,0 км/сек.

Сатурн 1,17 36,0 км/сек.

Юпитер 2,64 60,0 км/сек.

В этой таблице Луна и планеты расположены в порядке возрастания критической скорости, называемой также второй космической скоростью. Последняя необходима для того, чтобы всякое тело преодолело инерцией своего движения притяжение планеты и умчалось в космическое пространство. Граница между планетами и спутниками, имеющими атмосферу и лишенными ее, проходит близ Марса, атмосфера которого весьма разрежена. Новый документальный сериал о космосе рассказывает о планетах, лишенных атмосферы.

Объяснение этим фактам дает кинетическая теория газов, согласно которой в каждом газе молекулы обладают быстрым движением (со скоростью, определяемой его молекулярным весом и температурой). Чем легче газ и чем выше температура, тем больше скорость. Так, например, при нуле градусов скорость движения молекул водорода равна 1,84, водяного пара – 0,62, азота - 0,49, кислорода - 0,46 километра в секунду. Однако эти числа дают лишь среднюю скорость движения молекул, так как под влиянием случайных взаимных столкновении отдельные молекулы приобретают скорость, сильно отличающуюся от средней. Скорости, превосходящие в два раза среднюю, встречаются у 20 процентов молекул, в три раза - только у 0,3 процента. При дальнейшем увеличении скорости вероятность приобретения молекулой скорости, в пять раз превышающей среднюю, совершенно ничтожна.

Применим эту теорию к атмосферам планет. Если температура и природа газа в верхних частях атмосферы таковы, что средняя скорость движения молекул в три раза меньше критической, то примерно из 300 молекул одна будет иметь критическую скорость и улетит из атмосферы в космическое пространство. Иначе говоря, такая молекула будет потеряна для планеты. Если подобный процесс будет идти непрерывно, то скоро планета утратит всю свою газовую оболочку. Но если средняя скорость молекул окажется в пять раз меньше критической, то положение резко изменится; молекул со скоростью, равной или большей критической, будет так мало и они будут возникать так редко, что о какой-нибудь заметной утечке газа говорить не придется и атмосфера будет прочно удерживаться планетой. Однако повышение температуры сильно ускоряет процесс утечки атмосферы: газ, который при нуле градусов еще совсем не улетучивается, при 100 градусах довольно быстро окажется потерянным планетой.

Газы атмосферного воздуха, казалось, могли бы удерживаться Луной. Однако в течение дня, длящегося на Луне две недели, температура ее поверхности повышается до 100 градусов, а при такой жаре ни кислород, ни азот не могли на ней надолго удержаться. В безвоздушном пространстве вода легко закипает, образуя легкий водяной пар, который и подавно улетучивается. Вот почему Луна теперь лишена атмосферы и воды, хотя, по всей вероятности, она имела их в далеком прошлом.

Предмет: Астрономия.

Класс: 10 -11

Учитель: Елакова Галина Владимировна.

Место работы: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №7» г Канаш Чувашской Республики

Проверочная работа по теме «Система Земля – Луна. Природа Луны».

Проверка и оценка знаний – обязательное условие результативности учебного процесса. Тестовый тематический контроль может проводиться письменно или по группам с разным уровнем подготовки. Подобная проверка достаточно объективна, экономна по времени, обеспечивает индивидуальный подход. Кроме того, учащиеся могут использовать тесты для подготовки к зачетам и ВПР. Использование предлагаемой работы не исключает применения и других форм и методов проверки знаний и умений учащихся, как устный опрос, подготовка проектных работ, рефератов, эссе и т.д.

Вариант I :

1.Чем объясняется отсутствие атмосферы у Луны?

А. В 6 раз меньшим, чем на Земле, ускорением свободного падения.

Б. В 6 раз большим, чем на Земле, ускорением свободного падения.

В. В 1,6 раз меньшим, чем на Земле, ускорением свободного падения.

2. Каковы структура и физические свойства верхнего слоя лунной поверхности?

А. Пористая структура.

Б. Структура пористая, прочность малая, в вакууме частицы, составляющие верхний слой, слипаются.

В. Поверхность материкового типа.

3. Можно ли наблюдать на Луне метеоры?

А. Да, вследствие отсутствия атмосферы.

Б. Нет, вследствие отсутствия атмосферы.

В. Да, это явление наблюдается на всех телах Солнечной системы.

4. Чем отличается по форме утренний серп Луны от вечернего?

А. Утренний серп Луны имеет выпуклость влево (напоминает букву «С»). Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о к западу (вправо) от Солнца. Вечерний серп Луны имеет выпуклость вправо. Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о восточнее (левее) Солнца.

Б. Утренний серп Луны имеет выпуклость влево (напоминает букву «Р»). Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о к западу (вправо) от Солнца. Вечерний серп Луны имеет выпуклость вправо. Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о восточнее (левее) Солнца.

В. Утренний серп Луны имеет выпуклость влево (напоминает букву «С»). Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о к западу (влево) от Солнца. Вечерний серп Луны имеет выпуклость влево. Луна находится на расстоянии в 20 – 50 о восточнее (правее) Солнца.

5. Во сколько раз Луна быстрее Солнца перемещается по небу?

А. Солнце и Луна движутся по небу в направлении, противоположном суточному вращению неба. За сутки Солнце проходит приблизительно 1 о, а Луна – 13 о. Следовательно, Луна перемещается по небу в 13 раз быстрее Солнца.

Б. Солнце и Луна движутся по небу в направлении, противоположном суточному вращению неба. За сутки Солнце проходит приблизительно 13 о, а Луна – 1 о. Следовательно, Луна перемещается по небу в 13 раз медленнее Солнца.

В. Солнце и Луна движутся по небу в направлении, соонапрвленному суточному вращению неба. За сутки Солнце проходит приблизительно 1 о, а Луна – 13 о. Следовательно, Луна перемещается по небу в 13 раз медленнее Солнца.

6. Какие два основных фактора, постоянно изменяющие форму земных гор, не принимают участия в формировании лунных гор?

А. Атмосфера и температура.

Б. Вода и температура.

В. Атмосфера и вода.

7. При нынешнем положении Луны океанские приливы и отливы чередуются приблизительно через каждые 6 часов и имеют вдали от берега высоту около 50 км. А что было бы, будь Луна вдвое дальше от Земли?

А. При удалении Луны вдвое приливная сила уменьшится в 8 раз и в 8 же раз уменьшится и высота морских приливов, пропорциональная приливной силе.

Б. При удалении Луны вдвое приливная сила уменьшится в 6 раз и в 6 же раз уменьшится и высота морских приливов, пропорциональная приливной силе.

В. При удалении Луны вдвое приливная сила уменьшится в 2 раза и в 2 же раза уменьшится и высота морских приливов, пропорциональная приливной силе.

8. Чем отличается вид неба, движение Солнца и звезд для наблюдателей, находящихся на Луне и Земле?

А. Суточное движение Солнца и звезд более быстрое, и они могут быть видны одновременно вследствие отсутствия атмосферы.

Б. Суточное движение Солнца и звезд более медленное, и они могут быть видны одновременно вследствие отсутствия атмосферы.

В. Суточное движение звезд более медленное, и звезды не могут быть видны одновременно вследствие отсутствия атмосферы.

9. Угловой диаметр кратера Коперник на Луне равен 40". Расстояние до Луны 3,8·10 5 км. Каков линейный диаметр этого кратера?

А. Примерно 670 км

Б. Примерно 97 км

В. Примерно 76 км.

10. Каков наименьший линейный размер образований на Луне, которые можно различить невооруженным глазом?

А. Наименьший линейный размер образований на Луне, различимых невооруженным глазом, составляет 150 км.

Б. Наименьший линейный размер образований на Луне, различимых невооруженным глазом, составляет 120 км.

Вариант II :

1.Чем объясняются значительные перепады температуры на лунной поверхности ото дня к ночи?

А. Отсутствием атмосферы, а также большой пористостью и малой теплопроводностью верхнего слоя Луны.

Б. Отсутствием атмосферы.

В. Большой пористостью и малой теплопроводностью верхнего слоя Луны.

2. Каким образом можно судить о различии возраста кратеров, наблюдаемых на Луне?

А. Из-за породы базальтового типа.

Б. По химическому составу породы.

В. По степени разрушенности и последовательности формирования.

3. Что представляют собой моря, образующие своими очертаниями «лунное лицо»?

А. Ледяные глыбы.

Б. Твердое тело, содержащее 90% железа.

В. Застывшие лавовые излияния.

4. Кеплер в книге «Лунная астрономия» писал: «Левания (Луна) состоит из двух полушарий: одно обращено к Земле, другое – в противоположную сторону. С первого всегда видна Земля, со второго Землю увидеть невозможно … В Левании, как и у нас, происходит смена дней и ночей … Кажется, что Земля неподвижна». Верны ли сведения о Луне, приведенные Кеплером? Чему равны сутки на Луне?

А. Сведения, приведенные Кеплером, практически верны. На лунном небе Земля почти неподвижна. Для космонавта на большей части лунной поверхности она не восходит и не заходит. Солнечные сутки на Луне равны 29,5 земных суток, а звездные – 27,3 суток.

Б. Сведения, приведенные Кеплером, не верны. Для космонавта на большей части лунной поверхности она не восходит и не заходит. Солнечные сутки на Луне равны 29,5 земных суток, а звездные – 27,3 суток.

В. Сведения, приведенные Кеплером, практически верны. На лунном небе Земля почти неподвижна. Для космонавта на большей части лунной поверхности она не восходит и не заходит. Солнечные сутки на Луне равны 27,5 земных суток, а звездные – 29,3 суток.

5. Чему равны сутки на Луне, как видна Земля для космонавта на Луне и существуют ли области на Луне, где Земля восходит и заходит?

А. Солнечные сутки на Луне равны 29,5 земных суток. Земля на Луне практически неподвижно висит на небе и не совершает таких движений, как Луна на небе Земли. Это следствие того, что Луна всегда обращена к Земле одной своей стороной. Но благодаря физическим либрациям (покачиваниям) Луны, из областей около края лунного диска можно наблюдать регулярные восходы и заходы Земли. Земля восходит и заходит (приподнимается над горизонтом и опускается за горизонт) с периодом около 27,3 земных суток.

Б. Солнечные сутки на Луне равны 27,3 земных суток. Земля на Луне практически неподвижно висит на небе и не совершает таких движений, как Луна на небе Земли. Это следствие того, что Луна всегда обращена к Земле одной своей стороной. Но благодаря физическим либрациям (покачиваниям) Луны, из областей около края лунного диска можно наблюдать регулярные восходы и заходы Земли. Земля восходит и заходит (приподнимается над горизонтом и опускается за горизонт) с периодом около 29,5 земных суток.

В. Солнечные сутки на Луне равны 29,5 земных суток. Земля на Луне практически неподвижно висит на небе и не совершает таких движений, как Луна на небе Земли. Но благодаря физическим либрациям (покачиваниям) Луны, из областей около края лунного диска можно наблюдать регулярные восходы и заходы Земли. Земля восходит и заходит (приподнимается над горизонтом и опускается за горизонт) с периодом около 29,3 земных суток.

6. Чем отличается история лунной геологической активности от земной?

А. Через 1 млрд. лет после своего образования Луна стала геологически мертвым небесным телом, а на Земле действуют вулканы, происходят горообразование и дрейф континентов.

Б. Через 2 млрд. лет после своего образования Луна стала геологически мертвым небесным телом, а на Земле действуют вулканы, происходят горообразование и дрейф континентов.

В. Через 2 млрд. лет после своего образования Луна стала геологически мертвым небесным телом, а на Земле действуют вулканы.

7. На Земле наблюдается частное солнечное затмение. Момент его наибольшей фазы наступил во время T , сама же наибольшая фаза наблюдается в пункте A . На какой высоте над горизонтом находится Солнце в этом пункте в это время? Как относительно диска Солнца располагается диск Луны?

А. Диск Луны будет находиться точно над диском Солнца, частично затмевая его сверху.

Б. Диск Солнца будет находиться точно над диском Луны, частично затмевая его сверху.

В. Наибольшая фаза затмения будет наблюдаться в точке Земли, глубже всего вошедшей в лунную полутень. Солнце и Луна в этой точке Земли будут находиться на горизонте, диск Луны будет находиться точно над диском Солнца, частично затмевая его сверху.

8. Угловой диметр лунного кратера при наблюдениях его с Земли (расстояние

3,8 · 10 5 км) равен 30". На каком расстоянии от Луны должен пролететь космический корабль, чтобы космонавт, находящийся на его борту, увидел этот кратер невооруженным глазом, разрешающая способность которого 2"?

А. 9,8 ·10 5 км.

Б. 9,5 ·10 4 км.

В. 3,8 ·10 5 км.

В. Наименьший линейный размер образований на Луне, различимых невооруженным глазом, составляет 180 км.

9. Почему солнечные затмения, которые случаются чаще, чем лунные, видны реже?

А. Потому что солнечные затмения можно наблюдать на территории того полушария Земли, где Луна находится над горизонтом, а лунные – только в узкой полосе, по которой проходит тень Солнца.

Б. Потому что лунные затмения можно наблюдать только на экваторе, где Луна находится над горизонтом, а солнечное – только в узкой полосе, по которой проходит тень Луны.

В. Потому что лунные затмения можно наблюдать на территории того полушария Земли, где Луна находится над горизонтом, а солнечное – только в узкой полосе, по которой проходит тень Луны.

10. Каково должно было бы быть расстояние до Луны, чтобы на ее орбите в Солнечной системе имелись точки перегиба? Считать, что Луна движется строго в плоскости эклиптики, а ее орбита относительно Земли - круговая.

А. Примерно 260 тысяч км.

Б. Примерно 7260 тысяч км.

В. Примерно 26 тысяч км.

Ответы:

Вариант I : 1 – А; 2 – Б; 3 - Б; 4 – А; 5 - А; 6 – В; 7 – А; 8 – Б; 9 - В; 10 – Б.

Вариант II : 1 – А; 2 – В; 3 – В; 4 – А; 5 – А; 6 – Б; 7 – В; 8 – Б; 9 - В; 10 – А.

Решения.

Вариант I :

Задание №7: Приливная сила пропорциональна разности гравитационных воздействий Луны на переднюю и заднюю точки Земли. Нетрудно показать, что она обратно пропорциональна кубу расстояния от Земли до Луны. Поэтому при удалении Луны вдвое приливная сила уменьшится в 8 раз. В 8 же раз уменьшится и высота морских приливов, пропорциональная приливной силе.

Задание №9: r = D p / 206265" = 3,8 ·10 5 км · 40"/ (2·10 5 )" = 76 км.

Задание №10: Расстояние от Земли до Луны равно примерно 400000 км, а разрешение глаза радиана. Поэтому наименьший линейный размер образований на Луне, различимых невооруженным глазом, составляет км. Наибольшие кратеры имеют чуть больший размер и близки к пределу разрешения. В бинокль с шестикратным увеличением кратеры уже хорошо видны.

Вариант II :

Задание №7: Так как затмение частное, то линия, соединяющая центры Солнца и Луны, не попадает на Землю. В этом случае наибольшая фаза затмения будет наблюдаться в точке Земли, глубже всего вошедшей в лунную полутень. Если смотреть со стороны Луны, то эта точка будет находиться на краю диска Земли (ближайшему к центру тени и полутени). Это означает, что Солнце и Луна в этой точке Земли будут находиться на горизонте. Несложные геометрические рассуждения приводят к тому, что диск Луны будет находиться точно над диском Солнца, частично затмевая его сверху.

Задание №8: Так как p 1 / p 2 = D 2 / D 1 ; D 1 = 3,8 ·10 5 км · 30"/2·60" = 9,5 · 10 4 км.

Задание №10: Поскольку в условии задачи употреблено сослагательное наклонение, это означает, что на самом деле путь Луны относительно Солнца, т.е. ее орбита в Солнечной системе, точек перегиба не имеет и везде обращена выпуклостью от Солнца. Этот факт мало кто знает, и он кажется неожиданным. Понятно, что кривизна траектории Луны в Солнечной системе меняется с синодическим периодом, являясь наибольшей в полнолунии и наименьшей в новолунии. Чтобы выпуклость даже в новолунии была обращена от Солнца, надо, чтобы равнодействующая сил притяжения Луны к Солнцу и к Земле была бы направлена к Солнцу. Иначе говоря, сила притяжения Луны к Солнцу должна быть больше, чем сила ее притяжения к Земле . Мы имеем:

Отсюда

так что Луна притягивается к Солнцу примерно вдвое сильнее, чем к Земле . Чтобы на лунной орбите в Солнечной системе были бы точки перегиба, в новолунии должно быть , так что расстояние до Луны должно было бы быть тыс. км (множитель здесь не точный, он взят из полученной выше оценки значения в "реальной" Солнечной системе).

Литература.

1. И. М. Малахова, Е.К. Страут: Дидактический материал по астрономии: Пособие для учителя, м.: Просвещение, 1989.

2. В.Ф. Орлов «300 вопросов по астрономии», издательство «Просвещение», Москва, 1967.

3. Д. Моше: Астрономия: Кн. для учащихся. Пер. с англ. / Под ред. А.А. Гурштейна. – М.: Просвещение, 1985.

4. Г. И. Малахова, Е.К. Страут, пособие для учителя «Дидактический материал по астрономии», М.; «Просвещение», 1989г.

5. Б.А. Воронцов-Вильяминов, Е.К. Страут; «Астрономия», Издательство «Дрофа».

6. Левитан Е.П., «Астрономия», М.: «Просвещение»,1994.

7. Перельман Я. И. «Занимательная астрономия», - Д.: ВАП, 1994.

8. Шеффер О.Р., Шахматова В.В., «Методика изучения астрономии в курсе физики основной и средней (полной) школе»; Челябинск, Издательство: ИИУМЦ «Образование», 2010

9. Зигель Ф. Ю.: Астрономия в ее развитии: Кн. для учащихся 8-10 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1988. – 159 с.

невидимой стороне Луны совершенно не обоснована и противоречит законам физики: если нет атмосферы и воды на одной стороне Луны, то не может быть их и на другой (к этому вопросу мы ещё вернёмся).

Вторая Луна и луна Луны

В печати время от времени появляются сообщения, что тому или иному наблюдателю удалось видеть второго спутника Земли, вторую её Луну. Хотя подобные заявления ни разу не получали подтверждения, интересно всё же остановиться па этой теме.

Вопрос о существовании второго спутника Земли не нов. Он имеет за собой длинную историю. Кто читал роман Жюля Верна «Из пушки на Луну», тот помнит, вероятно, что уже там упоминается о второй Луне. Она так мала и скорость её так велика, что жители Земли наблюдать её не могут. Французский астроном Пти, – говорит Жюль Верн, – заподозрил её существование и определил период её обращения вокруг Земли в 3 ч. 20 м. Расстояние её от поверхности Земли равно 8140 км. Любопытно, что английский журнал «Знание», в статье об астрономии у Жюля Верна, считает ссылку на Пти, как и самого Пти, попросту вымышленными. Ни в одной энциклопедии об этом астрономе действительно не упоминается. И всё-таки сообщение романиста не вымышлено. Директор Тулузской обсерватории Пти в 50-х годах прошлого столетия действительно отстаивал существование второй Луны, – метеорита с периодом обращения в 3 ч. 20 м., кружащегося, правда, не в 8000, а в 5000 км от земной поверхности. Мнение это разделялось и тогда лишь немногими астрономами, впоследствии же было совершенно забыто.

Теоретически в допущении существования второго, очень мелкого спутника Земли нет ничего противонаучного. Но подобное небесное тело должно было бы наблюдаться не только в те редкие моменты, когда оно проходит (кажущимся образом) по диску Луны или Солнца.

Даже если оно обращается так близко к Земле, что должно при каждом обороте погружаться в широкую земную тень, то и в таком случае можно было бы его видеть на утреннем и вечернем небе сияющим яркой звездой в лучах Солнца. Быстрым движением и частыми возвращениями звезда эта привлекла бы к себе внимание многих наблюдателей. В моменты полного солнечного затмения" вторая Луна также не ускользнула бы от взора астрономов.

Словом, если бы Земля действительно обладала вторым спутником, его случалось бы наблюдать довольно часто. Между тем бесспорных наблюдений не было ни одного.

Наряду с проблемой второй Луны ставился также вопрос о том, нет ли у нашей Луны своего маленького спутника – «луны Луны».

Но непосредственно удостовериться в существовании подобного лунного спутника очень трудно. Астроном Мультон высказывает об этом следующие соображения:

«Когда Луна светит полным светом, её свет или свет Солнца не позволяют различить в соседстве с нею очень маленькое тело. Только в моменты лунных затмений спутник Луны мог бы освещаться Солнцем, в то время как соседние участки неба были бы свободны от влияния рассеянного света Луны. Таким образом, лишь во время лунных затмений можно было бы надеяться открыть небольшое тело, обращающееся около Луны. Такого рода исследования уже производились, но реальных результатов не дали».

Почему на Луне нет атмосферы?

Вопрос этот принадлежит к тем, которые уясняются, если сначала их, так сказать, перевернуть. Прежде чем говорить о том, почему Луна не удерживает вокруг себя атмосферы, поставим вопрос: почему удерживается атмосфера вокруг нашей собственной планеты? Вспомним, что воздух, как и всякий газ, представляет хаос не связанных между собой молекул, стремительно движущихся в различных направлениях. Средняя их скорость при 0° – около ½ км в секунду (скорость ружейной пули). Почему же не разлетаются они в мировое пространство? По той же причине, по какой не улетает в мировое пространство и ружейная пуля. Истощив энергию своего движения на преодоление силы тяжести, молекулы падают обратно на Землю. Вообразите близ земной поверхности молекулу, летящую отвесно вверх со скоростью ½ км в секунду. Как высоко вверх может она взлететь? Нетрудно вычислить: скорость v , высота подъёмаh и ускорение силы тяжестиg связаны следующей формулой:

v2 2 gh.

Подставим вместо v его значение – 500 м/сек, вместоg – 10 м/сек2 ; имеем

250 000 20h ,

h 12 500м 121 2 км .

Но если молекулы воздуха не могут взлетать выше 12½ км, то откуда берутся воздушные молекулы выше этой границы? Ведь кислород, входящий в состав нашей атмосферы, образовался близ земной поверхности (из углекислого газа деятельностью растений). Какая же сила подняла и удерживает их на высоте 500 и более километров, где безусловно установлено присутствие следов воздуха? Физика даёт здесь тот же ответ, какой услышали бы мы от статистика, если бы спросили его: «Средняя продолжительность человеческой жизни 40 лет; откуда же берутся 80-летние старики?» Всё дело в том, что выполненный нами расчёт относится к средней, а не реальной молекуле. Средняя молекула обладает секундной скоростью в ½ км, но реальные молекулы движутся одни медленнее, другие быстрее средней. Правда, процент молекул, скорость которых заметно отклоняется от средней, невелик и быстро убывает с возрастанием величины этого отклонения. Из всего числа молекул, за-

ключающихся в данном объёме кислорода при 0°, только 20% обладают скоростью от 400 до 500 м в секунду; приблизительно столько же молекул движется со скоростью 300–400 м/сек, 17% – со скоростью 200–300 м/сек, 9 % – со скоростью 600–700 м/сек, 8 % – со скоростью 700–800 м/сек, 1% – со скоростью 1300–1400 м/сек. Небольшая часть (меньше миллионной доли) молекул имеет скорость 3500 м/сек, а эта скорость достаточна, чтобы молекулы могли взлететь даже на высоту 600 км.

Действительно, 3500 2 20 h , откудаh 12 250 000 , т. е. свыше 600 км.

Становится понятным присутствие частиц кислорода на высоте сотен километров над земной поверхностью: это вытекает из физических свойств газов. Молекулы кислорода, азота, водяного пара, углекислого газа не обладают, однако, скоростями, которые позволили бы им совсем покинуть земной шар. Для этого нужна скорость не меньше 11 км в секунду, а подобными скоростями при невысоких температурах обладают только единичные молекулы названных газов. Вот почему Земля так прочно удерживает свою атмосферную оболочку. Вычислено, что для потери половины запаса даже самого лёгкого из газов земной атмосферы

– водорода – должно пройти число лет, выражающееся 25 цифрами. Миллионы лет не внесут никакого изменения в состав и массу земной атмосферы.

Чтобы разъяснить теперь, почему Луна не может удерживать вокруг себя подобной же атмосферы, остаётся досказать немного. Напряжение силы тяжести на Луне в шесть раз слабее, чем на Земле; соответственно этому скорость, необходимая для преодоления там силы тяжести, тоже меньше и равна всего 2360 м/сек. А так как скорость молекул кислорода и азота при умеренной температуре может превышать эту величину, то понятно, что Луна должна была бы непрерывно терять свою атмосферу, если бы она у неё образовывалась. Когда улетучатся наиболее быстрые из молекул, критическую скорость приобретут другие молекулы (таково следствие закона распределения скоростей между частицами газа), и в мировое пространство должны безвозвратно ускользать всё новые и новые частицы атмосферной оболочки. По истечении достаточного промежутка времени, ничтожного в масштабе мироздания, вся атмосфера покинет поверхность столь слабо притягивающего небесного тела.

Можно доказать математически, что если средняя скорость молекул в атмосфере планеты даже втрое меньше предельной (т. е. составляет для Луны 2360:3 = 790 м/сек), то такая атмосфера должна наполовину рассеяться в течение нескольких недель. (Устойчиво сохраняться атмосфера небесного тела может лишь при условии, что средняя скорость её молекул меньше одной пятой доли от предельной скорости.)

Высказывалась мысль – вернее, мечта, – что со временем, когда земное человечество посетит и покорит Луну, оно окружит её искусственной атмосферой и сделает таким образом пригодной для обитания. По-

сле сказанного читателю должна быть ясна несбыточность подобного предприятия. Отсутствие атмосферы у нашего спутника – не случайность, не каприз природы, а закономерное следствие физических законов.

Понятно также, что причины, по которым невозможно существование атмосферы на Луне, должны обусловливать её отсутствие вообще на всех мировых телах со слабым напряжением силы тяжести: на астероидах и на большинстве спутников планет1) .

Размеры лунного мира

Об этом, конечно, с полной определённостью говорят числовые данные: величина диаметра Луны (3500 км), поверхности, объёма. Но числа, незаменимые при расчётах, бессильны дать то наглядное представление о размерах, какого требует наше воображение. Полезно будет обратиться для этого к конкретным сопоставлениям.

Сравним лунный материк (ведь Луна – сплошной материк) с материками земного шара (рис. 40). Это скажет нам больше, нежели отвлечённое утверждение, что полная поверхность лунного шара в 14 раз меньше

Рис. 40. Размеры Луны по сравнению с материком Европы. (Не следует, однако, заключать, что поверхность лунного шара меньше поверхности Европы.)

земной поверхности. По числу квадратных километров поверхность нашего спутника лишь немногим меньше поверхности обеих Америк. А та

1) В 1948 г. московский астроном Ю. Н. Липский, по-видимому, обнаружил наличие на Луне следов атмосферы. Общая масса лунной атмосферы может составлять не более одной стотысячной доли земной атмосферы.(Прим. ред.)

часть Луны, которая обращена к Земле и доступна нашему наблюдению, почти в точности равна площади Южной Америки.

Чтобы сделать наглядными размеры лунных «морей» по сравнению с земными, здесь (рис. 41) на карту Луны наложены в том же масштабе контуры Чёрного и Каспийского морей. Сразу видно, что лунные «моря»

Рис. 41. Земные моря по сравнению с лунными. Чёрное и Каспийское моря, перенесённые на Луну, были бы там больше всех лунных морей. (Цифрами обозначены: 1 – Море Облаков, 2 – Море Влажности, 3 – Море Паров, 4 – Море Ясности.)

не особенно велики, хотя и занимают заметную часть диска. Море Ясности, например (170 000 км2 ), приблизительно в 2½ раза меньше Каспийского.

Зато среди кольцевых гор Луны имеются подлинные гиганты, каких нет на Земле. Например, круговой вал горы Гримальди охватывает по-