План

I. Методичні розробки щодо викладання „Фізики Місяця” (взаємозв’язок з курсами фізики і математики)
II. Фізика місяця
1. Місяць – супутник Землі
2. Фізичні властивості Місяця
2.1. Розмір і форма частинок
2.2. Теплофізичні властивості
2.3. Магнітні властивості
3. Хіміко-мінералогічні характеристики
3.1. Хімічний склад
3.2. Природні радіоактивні елементи
4. Динамічні параметри
4.1. Гравітаційне поле
4.2. Динамічні параметри
4.3. Геометрична фігура
5. Геологічні характеристики
5.1. Загальний опис поверхні
5.2. Вертикальна будова кори
5.3. Літологічна характеристика реголіту
6. Ефекти взаємодії з навколишнім середовищем
6.1. Атмосфера Місяця
6.2. Вплив корпускулярного випромінювання на поверхню
6.3. Місячна поверхня як джерело корпускул
6.4. Мікро метеоритне бомбардування
7. Фаза Місяця та період обертання її навколо Землі
7.1. Фаза Місяця
7.2. Період обертання Місяця навколо Землі
8. Лібрації
8.1. Обертання Місяця навколо своєї осі
8.1.1. Оптична лібрація по довготі
8.1.2. Оптична лібрація по широті
8.1.3. Паралактична лібрація
8.2. Фізична лібрація Місяця
8.3. Точки лібрації в системі Земля - Місяць
III. Місячна пілотована програма тодішнього СРСР (історична хроніка)
IV. Задачі

Література



Вступ

Місяць (Селена — назва Місяця у стародавніх греків) — найближчий наш небесний сусід. З неза¬пам'ятних часів він привертає увагу землян як най¬більш екзотичне нічне світило, яке постійно змінює своє положення на зоряному небі, змінюючи до того ж і зовнішній вигляд - то він з'являється у всій своїй красі як величний яскравий диск, то він у виг¬ляді серпа, то зникає зовсім. Саме ці дивні зміни зовнішнього вигляду Місяця ще в сиву давнину мали практичне застосування. Перш за все це стосувалось виміру часу. Якщо з рухом Сонця на небі пов'язу¬валось поняття доби, то з явищем зміни фаз Місяця була зв'язана інша міра часу, а саме, місяць. Протя¬гом місяця проходить повний цикл зміни фаз нічного світила. Місячні календарі ще й досі знаходяться в практичному вжитку у деяких народів, а також у астрологів, які займаються вивченням залежності людської долі від взаєморозташування світил на небі та від різних небесних явищ.

Сучасне покоління астрономів завдячує своїм дав¬нім попередникам, які залишили записи про такі ці¬каві явища, пов'язані з рухом Місяця, як сонячні та місячні затемнення, а також покриття зір Місяцем. Хоча такі явища в давнину фіксувались не дуже точ¬но, але дані про них, отримані протягом тисячоліть, в поєднанні з сучасними високоточними вимірами доз¬воляють ефективно вивчати вікові зміни в русі Міся¬ця та в обертанні Землі навколо своєї осі.

В 1610 р. знаменитий Галілео Галілей повідомив усьому світові про результати своїх перших спостере¬жень небесних світил за допомогою сконструйованого ним телескопа. З цього часу починається відлік теле¬скопічної епохи у вивченні Місяця. З використанням телескопів стало можливим застосовувати різні ме¬тоди досліджень Місяця — фотографічні, геліометричні, фотометричні, спектрофотометричні, радіоастро¬номічні тощо. В результаті проведення комплексних досліджень Місяця виникли нові наукові дисципліни, такі, як селенологія, селенофізика, селенографія, селе¬нодезія, кожна з яких по аналогії з відповідними зем¬ними науками має свій предмет досліджень.

Звичайно, наземні телескопи, якими б потужними вони не були, мають певні обмеження, пов'язані го¬ловним чином з тим, що Місяць завжди повернений до Землі одним боком. 2 січня 1959 р. почалась кос¬мічна епоха у вивченні Місяця. В цей день до Міся¬ця була направлена перша космічна ракета «Луна-1», яка через два дні пройшла на відстані 6 тис. км від місячної поверхні, а 7 жовтня того ж року інша ав¬томатична станція «Луна-3» отримала перші фо¬тографії зворотного боку Місяця. Нині завдяки ви¬користанню матеріалів наземних телескопічних та космічних зйомок, проведених за допомогою радян¬ських та американських космічних апаратів, складені детальні карти приблизно на 95% поверхні місячної кулі.
Космічна епоха у вивченні Місяця була нетрива¬лою, але: саме за цей період вирішено багато проблем, пов'язаних з розгадкою місячних таємниць. З 1959 до 1976 р. в бік Місяця було направлено 56 космічних апаратів, в тому числі 29 радянських та 27 амери¬канських. Дев'ять космічних екіпажів, здійснюючи американську програму «Аполлон», побували в око¬лицях Місяця, а члени шести з цих екіпажів висад¬жувались в різних точках місячної поверхні. Нещодав¬но третьою «місячною» державою стала Японія. В ніч з 31 січня на 1 лютого 1990 р. здійснено запуск високоорбітальної космічної станції, з якої згодом був за¬пущений мініатюрний штучний супутник Місяця.

Зрозуміло, що космічні апарати дещо відтіснили традиційні наземні телескопи. Завдяки ним розкрито багато місячних таємниць, що стосуються його будо¬ви, походження, фігури тощо. Але час активного дос¬лідження Місяця за допомогою космічних апаратів пройшов, та кількість загадок не зменшилась, а збіль¬шилась, і тут знову зростає роль наземних спостережень, які ведуться систематично протягом тривалого часу. Нове пожвавлення у вивченні Місяця, якісно нова епоха може початись в кінці нинішнього або на початку наступного тисячоліття, коли будуть розгор¬нуті роботи щодо створення наукових та науково-ви¬робничих баз на поверхні Місяця. Останнім часом як¬найсерйозніше обговорюються (особливо в наукових центрах США) питання, пов'язані з розробкою різних проектів таких баз.

У запропонованій читачеві книзі містяться певні міркування щодо проблем, які виникають при вив¬ченні нашого найближчого небесного сусіди і які не¬достатньо описані в науково-популярній, літературі. Це стосується перш за все вивчення кінематики та динаміки Місяця, а також системи Земля — Місяць, обертального руху, фігури та гравітаційного поля Мі¬сяця. Висвітлюються питання, пов'язані з проведен¬ням селенодезичних досліджень за допомогою назем¬них телескопів та космічної техніки, для подальшого освоєння природного супутника Землі.


























Розділ 1. Методичні розробки щодо викладання „Фізики місяця”.





























Розділ 2. Фізика Місяця

1. Місяць – супутник Землі

Місяць є єдиним природним супутником Землі. Вона сформувалася приблизно в той же час, що і сама Земля, Існує декілька гіпотез утворення Місяця. Згідно популярній зараз гіпотезі Камерона, Місяць утворився в результаті зіткнення Землі з космічним тілом, розмір якого близький до розміру Марса. Після зіткнення велика частина маси фрагментів, що утворилися, повернулася на Землю, деяка частина була викинута за межі Сонячної системи, а залишки маси залишилися на орбіті Землі, сформувавши Місяць. Сучасна орбіта Місяця відрізняється від первинної. У минулому Місяць був значно ближчий до Землі. Проте, із-за приливної взаємодії із Землею розмір її орбіти збільшився. У табл. 1 приведені основні дані про Місяць як про небесне тіло порівняно із Землею.

Таблиця 1. Небесно-механічні і фізичні характеристики Місяця і Землі.

Ознаки Місяць Земля
Маса 7.353*1022кг 5,976*1024 кг
Радіус 1738 км 6371 км
Площа поверхні 37.9*10бкм2 510.1*10бкм2
Стиснення 0.0005 0.0034
Середня щільність 3.34 г/см3 5.517 г/см3
Прискорення на екваторі 1.62 м/сек2 9.81 м/сек2
Швидкість втікання 2.38 км/сек 11.2 км/сек
Період обертання 27.322 дня 23.9345 год.
Нахил екватора до площини екліптики 1°33' 23°28'
Нахил екватора до площини орбіти 6°41' 23°28'
Середня температура поверхні -153°С ніч - +107°С день 22°С
Перепади температури -233-+123°С -89 - +58°С
Атмосфера ~104 мол/см3, день, 2*105 мол/см3, ніч 2.5*1019 мол/см3
Момент інерції 0.395 0.332
Середній тепловий потік -29 мватт/м2 63 мватт/м2
Магнітне поле ~0 24-56 А/м

Місяць складений кам'яними породами, які пройшли багатократні етапи плавлення. Матеріал поверхні піддавався інтенсивній метеоритній переробці. Місяць володіє товстою корою (близько 60 км.), порівняно однорідною літосферою (60 - 1000 км.), частково рідкою астеносферой (1000 - 1740 км.) і можливо невеликим ядром. В даний час магнітного поля у Місяця немає, хоча її породи мають помітну залишкову намагніченість. Місяць досліджувався і досліджується за допомогою великого арсеналу дистанційних методів і m situ вимірювань. Суть дистанційних досліджень Місяця полягає у вимірюванні характеристик просторових розподілів статичних полів, потоків частинок і електромагнітного випромінювання, породжених або самим Місяцем як небесним тілом або що з'явилися в результаті взаємодії її поверхні з відповідними зовнішніми або внутрішніми джерелами. Прикладом статичних полів є гравітаційне і магнітне поля, потоків частинок - електрони і α-частин, електромагнітного випромінювання - світло, радіохвилі, рентгенівське і γ-випромінування. До початку космічних польотів дистанційне зондування Місяця практично зводилося до дослідження властивостей розсіяного сонячного випромінювання у видимому і близькому інфрачервоному діапазонах довжин хвиль. Проте навіть такий досить вузький спектр можливостей дозволив в цілому правильно передбачити фізичний стан поверхні і те, що ця поверхня складена породами основного і ультраосновного складу. Сучасні методи дистанційного дослідження Місяця орієнтовані на використання космічних засобів, за допомогою яких вже отримана величезна кількість ін