Луна может покинуть орбиту Земли?
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Краснодарского края
«Славянский сельскохозяйственный техникум»
ДОПУЩЕНА К ЗАЩИТЕ
Заместитель директора по учебной работе
____________________ Л.И. Андрущенко
«__» __________________________2020 г.
ПРОЕКТНАЯ РАБОТА ПО АСТРОНОМИИ
на тему «ТЕОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЛУНЫ»
ПРОФЕССИЯ 20.01.01 Пожарный
Студента Шишкина Никиты Алексеевича
Группы 1ПЖ
Руководитель Попова Ирина Ивановна
Славянск-на-Кубани, 2020
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение---------------------------------------------------------------------------------- | 3 |
| Концепция проекта--------------------------------------------------------------------- | 7 |
| Описание проекта----------------------------------------------------------------------- | 15 |
| Заключение------------------------------------------------------------------------------- | 19 |
| Список используемых источников-------------------------------------------------- | 20 |
Введение
Актуальность работы
Луна - естественный спутник Земли и самый яркий объект на ночном небе. 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. День и ночь с перепадами температур до 300 градусов длятся по две недели. И, тем не менее, Луна все больше привлекает землян возможностью использовать ее 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. Лунный грунт является прекрасным сырьем для получения различных строительных материалов, а также для добычи изотопа гелий-3, который способен обеспечить электростанции Земли безопасным и экологически чистым ядерным горючим.[3]
Луна будет использоваться для уникальных научных исследований и наблюдений. Изучая лунную поверхность ученые могут «заглянуть» в очень древний период нашей собственной планеты, поскольку особенности развития Луны обеспечили сохранность рельефа поверхности в течение миллиардов лет. Кроме того, Луна послужит экспериментальной базой для отработки космических технологий, а в дальнейшем будет использоваться как ключевой транспортный узел межпланетных сообщений.
|
|
|
Точно неизвестно, как родилась Луна рядом с Землей. Откуда она появилась и когда. Известно, что это было очень давно, примерно четыре миллиарда лет назад.
Сегодня конкурируют три гипотезы по поводу возникновения Луны.
1. Она родилась где-то отдельно и потом, случайно сблизившись с Землей, стала ее спутником.
2. Она родилась рядом с Землей, одновременно с ней, и продолжает жить.
3. Но самая разработанная и самая популярная на сегодня гипотеза: откалывание кусочка Земли и рождение Луны именно из него.
Когда-то в Солнечной системе было много планет. Сегодня их восемь, но было намного больше. Планеты конкурировали, сталкивались друг с другом, сливались, выбрасывали друг друга за пределы Солнечной системы.
Не исключено, по крайней мере, есть факты, говорящие об этом, что Земля испытала по себе удар небольшой планеты размером с Марс. Марс в десять раз меньше Земли по массе. Он не мог разрушить Землю, но сорвал с нее довольно большой кусок ее верхней мантии и выбросил в космос.
Это вещество некоторое время двигалось вокруг земного шара. Часть его, большая часть, упала обратно на Землю, а из меньшей части сформировалась Луна. Есть факты, которые действительно об этом говорят.
|
|
|
Но как бы то ни было, в момент рождения Луна была намного ближе к Земле, чем сегодня. С этим уже никто не спорит, потому что каждую ночь видно, как Луна постепенно удаляется от Земли. Значит, в прошлом она была к нам ближе. Виноваты в этом те же самые приливы, которые Луна вызывает на Земле. Дело в том, что деформируя Землю, Луна вызывает изменение гравитационного поля Земли, которое само немножко разгоняет Луну в ее движении по орбите. Она получает дополнительную энергию от вращающейся Земли, и все время потихонечку удаляется от нашей планеты.
Это не теория. Ученые измерили скорость этого удаления благодаря тому, что на Луне уже несколько десятилетий стоят специальные приборы для измерения расстояния между спутником и нашей планетой. Это отражатели лазерного луча. На Луну их завезли еще в период первых экспедиций американские астронавты и российские луноходы.
В сторону Луны каждую ночь посылается лазерный луч. Он отражается и приходит обратно. По времени пролета светового луча туда и обратно астрономы измеряют расстояние до Луны с ошибкой не больше двух-трех миллиметров.
|
|
|
В среднем за год Луна удаляется от Земли примерно на 3,5 – 4 сантиметра. Каждый год на 3 сантиметра – это вроде бы немного. Ну что такое – в год на толщину двух пальцев? Но если умножить это на миллиарды лет, то станет понятно, что два миллиарда лет назад Луна была гораздо ближе к нам – просто рядом с Землей.
Может быть, именно это объясняет странную асимметрию Луны. У нее два полушария. Одно постоянно смотрит на Землю, другое – отвернуто от нас. Когда в 1959 году сфотографировали обратную сторону Луны, с удивлением увидели, что она совсем не похожа на видимую.
Стоит отдельно остановиться и на приливах. Когда Луна была ближе к Земле, морские приливы были не такие, как сегодня (чуть-чуть, полметра, метр, от силы несколько метров), а километрового размера. Дважды в сутки на берег накатывала километровой высоты приливная волна. Тогда все совсем по-другому было.
На морских побережьях каждые шесть часов все сносило этой гигантской приливной волной. Выносило на берег морских жителей. Они сразу оказывались где-то далеко от берега и там продолжали свою эволюцию, что лишний раз подтверждает: не будь Луны, жизнь, возможно, и не вышла бы на сушу
Цель проекта:
- создание учебной видеопрезентации о теориях возникновения Луны, о ее влиянии на Землю.
Задачи проекта:
1. Изучить теоретический материал и выяснить:
- как наука объясняет возникновение Луны, какие существуют теории;
- в ходе каких процессов образовался спутник нашей планеты;
- каким образом на него влияет Земля;
- почему видимая и не видимая стороны Луны так отличаются друг от друга; что может объяснять асимметрию спутника Земли;
- почему Луна отдаляется от Земли;
- какое место занимает Луна в Солнечной системе.
2. Собрать и систематизировать фото и видеоматериал о Луне.
3. Познакомиться с программой создания видеофильмов и презентаций Windows Movie 3 Maker. Разобрать алгоритм работы с программой.
4. Выпустить диск с видеопрезентацией и оформить обложку.
Гипотеза:
при помощи программы Movie Maker возможно создать видеопрезентацию из коллекции фото и видео ресурсов в домашних условиях режима самоизоляции.
Практическая ценность состоит в том, что видеопрезентация может быть использована в учебном процессе при изучении астрономии.
КОНЦЕПЦИЯ ПРОЕКТА
Теории возникновения Луны
Гигантское столкновение
Сегодня основной версией происхождения Луны считается теория гигантского столкновения. Ученые считают, что наш спутник появился после того, как молодая Земля порядка 4,4 млрд. лет назад столкнулась с другой планетой. Это гипотетическое небесное тело получило неофициальное название Тейя - в честь матери лунной богини Селены в греческой мифологии.
Предполагается, что Тейя сформировалась в точке Лагранжа L4 системы Солнце-Земля и находилась на одной орбите с Землей. Две протопланеты постоянно разделяло определенное расстояние. Однако так продолжалось лишь до тех пор, пока масса Тейи не стала слишком большой. Тогда она начала по узкой синусоиде приближаться к Земле и столкнулась с ней. Удар пришелся по касательной и буквально вывернул нашу планету наизнанку. Часть расплавленной материи выбило на орбиту, где из нее постепенно образовался спутник. [1]
Однако главное было еще впереди. Когда на Земле появилось достаточно воды и тверди, Луна начала вызывать на ней приливы и отливы. Раз за разом наполненная химическими веществами вода накрывала пустынные прибрежные территории, а затем отступала, предоставляя Солнцу нагревать мокрую землю. Со временем в этой «лаборатории» из смеси фосфата, простейших азотистых соединений и простейших углеводов могли появиться нуклеотиды, а затем — первая самореплицирующаяся РНК.
Графические модели гигантского столкновения выглядят очень зрелищно, впрочем, этим достоинства теории мегаимпакта не исчерпываются. Гипотеза хорошо объясняет необычайно высокий момент импульса в системе Земля-Луна — иначе говоря, большое количество вращательного движения, поскольку удар, очевидно, сильно раскрутил планету. Объясним в этом случае и низкий наклон лунной орбиты. Также становится понятно, почему химический состав коры спутника похож на состав земной мантии и почему у Луны такое маленькое ядро.
Однако есть в теории и уязвимые места. В частности, она не может объяснить, почему в лунном грунте присутствуют легкие изотопы разных элементов, которые в случае с гигантским столкновением должны были испариться.
Совместное формирование
В советской и современной российской науке господствует теория о том, что Луна и Земля сформировались из общего пылевого облака. Согласно этой точке зрения, зародышу планеты не удалось притянуть к себе все частицы, находившиеся в зоне его досягаемости, и они остались на орбите. В результате вблизи новорожденной Земли появился спутник, состоявший из той же материи, что и планета.
Теория совместного формирования существует довольно давно и входит, в числе прочих, в так называемую «Большую тройку» гипотез происхождения Луны, которые считались основными до полетов «Аполлона». В отличие от двух других вариантов, она сохраняет актуальность до сих пор. Эта теория способна объяснить то, что не объясняет ни одна другая: идентичность породы лунной коры и породы земной мантии по соотношению стабильных изотопов кислорода. Однако если бы Луна, и правда, сформировалась вместе с Землей, ее железо-никелевое ядро не было бы таким миниатюрным. Также теория не дает ответа на вопрос о высоком моменте импульса между Луной и Землей и наклоне лунной орбиты.
Отделение материи
Гипотеза центробежного отделения стала одной из первых весомых научных попыток объяснить происхождение Луны и также вошла в «Большую тройку». Эту теорию выдвинул в 1878 году сын Чарльза Дарвина, астроном и математик Джорж Дарвин. Он предположил, что в ранние годы своего существования Земля вращалась так быстро, что под действием центробежной силы часть материи оторвалась от нее в области экватора, попала на орбиту и образовала Луну. На Земле же в месте «отрыва» появилась огромная полость, которая позже стала бассейном Тихого океана.
Сегодня факты подтверждают, что в ранние годы своего существования наша планета вращалась быстрее, чем сегодня. Однако для того, чтобы сбросить с себя такой большой кусок мантии, Земля должна была совершать один полный оборот вокруг своей оси всего за 2-3 часа, а это для нее было бы слишком. Кроме того, данные геологических исследований указывают на то, что бассейн Тихого океана образовался порядка 70 млн. лет назад. Для появления Луны это чересчур поздно.
Захват планеты
Теория захвата Луны Землей, еще один экс-участник «Большой тройки», говорит о том, что когда-то спутник был самостоятельной планетой Солнечной системы. В результате неких гравитационных потрясений его орбита приняла форму эллипса и пересеклась с земной. Здесь сила притяжения нашей планеты захватила Луну, и та навсегда потеряла самостоятельность.
На ранних этапах своего существования Солнечная система действительно переживала настоящие гравитационные бури. Возмущение, вызванное формированием Юпитера и его орбитальным резонансом с Сатурном, было так велико, что могло, к примеру, препятствовать формированию еще одной планеты на месте пояса астероидов. Однако даже если подобные силы могли повлиять на молодую планету Луну, вероятность того, что ее не разорвали бы на земной орбите приливные силы, не притянуло бы к Земле или не отбросило бы прочь гравитацией, очень мала. Теория захвата хорошо объясняет высокий момент импульса, но не дает никакого ответа на вопрос, почему земной и лунный грунт так похожи по своему составу.
Испарение вещества
В 70-е годы XX века на Западе появилась теория, говорившая о том, что Луна — это своего рода конденсат. Сторонники гипотезы утверждали, что Земля сильно разогрелась из-за постоянных космических «бомбардировок», и множество различных веществ с нее испарилось в пространство. Летучие элементы сдул солнечный ветер, а вот их более тяжелые «соседи» со временем образовали спутник.
Гипотеза испарения также хорошо объясняет, почему химический состав лунной коры так похож на состав земной мантии. Однако как быть с высоким моментом импульса и наклоном орбиты? Кроме того, сегодня благодаря исследованиям мы знаем, что наша планета никогда не разогревалась так сильно, чтобы расплавиться целиком.
Обратная сторона Луны
На видимой стороне Луны много темных морей, а моря – это не что иное, как залитые лавой области. Луна получала метеоритные удары по себе в период молодости. Оттуда, из ее недр выливалась лава и заполняла эти крупные кратеры. Сегодня их называют морями.
А на обратной стороне почему-то таких морей практически нет, там они не получились. В чем отличие?
Ученые из Университета штата Пенсильвании и НАСА выяснили причины отсутствия морей на обратной к Земле стороне Луны.
Специалисты связали отсутствие морей на «темной» (обратной) стороне Луны с соотношением толщин коры видимой и обратной сторон лунных полушарий. По мнению ученых, в результате столкновения 4,5 миллиарда лет назад Земли с гипотетическим космическим телом под названием Тейя внешние слои Земли и Тейи сформировали Луну, которая была в 10-20 раз ближе к Земле, чем сегодня. Луне из-за такого интенсивного взаимодействия с Землей удалось вращаться с периодом, позволяющим быть всегда повернутой только одной стороной к Земле.
В то время обе планеты, Земля и Луна, были достаточно горячими, однако Луна из-за своих относительно небольших по сравнению с Землей размеров остывала быстрее, чем Земля, причем «темная» сторона спутника охлаждалась и затвердевала быстрее. Исследователи связывают это с тем, что на сторону Луны, повернутую к Земле, интенсивно действовало тепло со стороны планеты, которая к тому времени была раскалена до 2,5 тысяч градусов Цельсия.
Кальций и алюминий быстрее оседали на поверхности «темной» стороны Луны, делая ее тверже и толще. На другой стороне спутника, где кора была тоньше, астероидные удары разрывали слабую кору и провоцировали возникновение потоков базальтовой лавы, которые и привели к возникновению морей. На обратной стороне Луны из-за большой толщины и твердости коры такие удары привели только к возникновению множества разбросанных долин, кратеров и горных хребтов.
Тейя, по мнению ученых, имела сходные с Марсом размеры (диаметр Марса в два раза меньше диаметра Земли), и после столкновения с Землей продолжила свое движение без значительных потерь. Согласно модели ударного формирования Луны, предложенной учеными в середине 1970-х годов, это привело к особой небесной механике Земли в Солнечной системе и специфическому климатическому режиму на планете, позволяющим существовать жизни.
Впервые моря на обращенной к Земле стороне Луны увидел Галилео Галилей, а их отсутствие (на обратной стороне Луны всего два крупных моря — Москвы и Мечты) на «темной» стороне спутника зафиксировал в 1959 году советский зонд «Луна 3»
Луна может покинуть орбиту Земли?
Мы привыкли к тому, что Луна - спутник Земли. Однако будет ли так всегда? По мнению ряда ученых, например, Райкунова Г.Г., наше ночное светило может рано или поздно покинуть земную орбиту и стать самостоятельной планетой. В таком случае Земля превратится в безжизненную пустыню…
Луна вполне может повторить судьбу Меркурия, который, как предполагается, когда-то был спутником Венеры, но затем «улетел» от нее. После этого условия на Венере стали непригодными для жизни, несмотря на то что это планета земного типа.Не получится ли так, что Земля пойдет по пути Венеры, когда образуются условия, не пригодные для существующих форм жизни — агрессивная атмосфера, огромное давление, парниковый эффект и т.д.? Проводятся космические исследования, которые помогут выяснить, изменятся ли условия жизни на нашей планете, если она утратит свой естественный спутник, и каким образом можно предотвратить худший вариант развития событий.
Сейчас Луна движется вокруг Земли по орбите, близкой к эллиптической, против часовой стрелки (если смотреть со стороны Северного полюса) со средней скоростью 1,02 километра в секунду. На самом деле движение нашего естественного спутника представляет собой довольно сложный процесс, на который влияют различные возмущения, обусловленные притяжением Солнца, планет и сплюснутой формой Земли.
Научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ (ГАИШ) Сергей Попов подтвердил, что Луна действительно удаляется от Земли, но очень медленно — скорость удаления составляет около 38 миллиметров в год. «За несколько миллиардов лет период обращения Луны просто вырастет в полтора раза, и все, — заявил Попов. — Луна не может совсем уйти. Ей негде взять энергию для того, чтобы сбежать».
Как утверждает Сурдин В.Г. , кандидат физико-математических наук, доцент физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, старший научный сотрудник отдела изучения Галактики и переменных звёзд Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга, под влиянием солнечных приливов (движения водных масс, вызванного притяжением не Луны, а Солнца) скорость вращения нашей планеты постепенно уменьшается, а скорость удаления спутника будет постепенно снижаться. Примерно через пять миллиардов лет радиус лунной орбиты достигнет максимального значения — 463 тысячи километров, а продолжительность земных суток увеличится до 870 часов.
«Утверждение "Луна может покинуть орбиту Земли и превратиться в планету» неверно, — прокомментировал Владимир Сурдин слова своего коллеги Райкунова. — Солнечные приливы будут продолжать тормозить Землю. Но теперь уже Луна будет опережать вращение Земли, и приливное трение начнет тормозить ее движение. В результате Луна станет приближаться к Земле, правда очень медленно, так как сила солнечных приливов невелика».
Но, даже если представить себе, что Луна больше не является спутником Земли, это еще не превратит нашу планету в подобие безжизненной Венеры, считают ученые – «На условиях на поверхности Земли уход Луны мало скажется. Не будет приливов и отливов (они в основном, лунные), и ночи будут безлунными. Переживем».
Сейчас Луна удаляется от Земли. Но когда день и месяц сравняются, начнёт приближаться. Упадёт Луна на Землю или нет?
Какое будущее у системы Земля-Луна? Если экстраполировать современные данные о скорости удаления Луны, то можно сделать такой вывод. Продолжительность суток и месяца будет всё время увеличиваться. При этом сутки будут расти быстрее, чем месяц, и в отдалённом будущем они сравняются. В результате Луна будет всегда видна только с одной стороны Земли.
Система, в которой планета и спутник всё время «смотрят» друг на друга одной и той же стороной, уже есть в Солнечной системе. Это Плутон и Харон. Это самое устойчивое состояние в системе ДВУХ тел. Но Земля находится значительно ближе к Солнцу. Приливные силы со стороны Солнца также тормозят вращение Земли: амплитуда солнечных приливов всего в два с небольшим раза меньше лунных. Поэтому после того, как Земля и Луна будут вращаться синхронно, Солнце будет продолжать тормозить вращение Земли. Земля начнёт вращаться вокруг своей оси МЕДЛЕННЕЕ, чем Луна по орбите. И это означает, что Луна будет находиться НИЖЕ синхронной орбиты. Следовательно, она начнёт падать на Землю.
Закончится ли всё это грандиозной катастрофой в истории Земли?
Спутник, находящийся ниже синхронной орбиты, «упадёт» на планету, а, находящийся выше – «улетит» от неё. Правда, здесь есть существенное уточнение. Это произойдет только при условии, что скорость вращения планеты будет оставаться постоянной. Для маленьких спутников это так. А для больших? При какой массе спутника его уже можно считать большим?
Ответ прост: если орбитальный момент импульса спутника сравним по величине с собственным моментом импульса планеты. В этом случае удаление или приближение спутника будет существенно изменять скорость вращения планеты.
Масса Луны в 80 раз меньше Земли, её орбитальный радиус в 60 раз больше радиуса Земли, а орбитальная скорость (1 км/сек) больше экваториальной скорости вращения Земли (500 м/сек) в 2 раза. Следовательно, орбитальный момент Луны примерно в четыре раза превосходит момент вращения Земли. Поэтому Луна, ни при каких условиях, упасть на Землю не сможет, даже если в отдалённом будущем она окажется на синхронной орбите.
ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА
Предмет разработки: образовательный продукт, который можно будет использовать в учебном процессе на занятиях по астрономии – видео презентация из фотографий, картинок, видеосюжетов о теориях возникновения Луны.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 38; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!