KSIĘŻYC: CHARAKTERYSTYKA, STRUKTURA, ORBITA, FAZY, RUCHY - ARTE - 2025

Księżyc jest naturalnym satelitą Ziemi, powiązane z nią przyciągania grawitacyjnego. Ponieważ jest najbliższą naszej planecie gwiazdą, jest najbardziej znana wszystkim i pierwsza, jaką odwiedziła ludzkość. Jest to ciało skaliste o promieniu 1738 kilometrów, czyli blisko połowy promienia Ziemi, a jego masa stanowi zaledwie 1/81 masy Ziemi.

Jeśli chodzi o jej średnią gęstość, jest 3,3 razy większa od gęstości wody, podczas gdy średnia gęstość Ziemi wynosi 5,5. I oczywiście jest grawitacja, która jest 0,17 razy większa od ziemskiej.

Rysunek 1. Pełnia księżyca. Źródło: Pixabay.

W skali z Ziemią wielkości piłki do koszykówki Księżyc byłby piłką tenisową, a dwie piłki byłyby oddalone od siebie o około 10 metrów.

Rzeczywista odległość Ziemia-Księżyc wynosi mniej więcej 385 tysięcy kilometrów. Światło, które Księżyc odbija od Słońca, dociera do Ziemi w 1,3 sekundy.

Inną istotną cechą jest to, że Księżyc nie ma własnej atmosfery, prawie nie ma śladów niektórych pierwiastków gazowych, takich jak wodór, hel, neon, argon i inne w niewielkich ilościach.

Jeszcze bardziej uderzającym szczegółem jest to, że Księżyc zawsze pokazuje Ziemię tę samą twarz. Dzieje się tak, ponieważ jego okres obrotu wokół własnej osi jest równy okresowi jego orbity wokół Ziemi: około 27 dni.

Gdyby istniała jakakolwiek różnica między tymi dwoma okresami, odległa strona Księżyca byłaby w pewnym momencie widoczna z Ziemi, ale tak nie jest i jest to spowodowane efektem zwanym sprzężeniem pływowym. Efekt ten zostanie omówiony bardziej szczegółowo później.

Struktura Księżyca

Rysunek 2. Przekrój Księżyca przedstawiający strukturę warstw i przybliżony promień każdej z nich. Źródło: Wikimedia Commons. Bryan Derksen z angielskiej Wikipedii Wewnętrzna struktura Księżyca jest znana dzięki sejsmografom zainstalowanym w misjach Apollo. Sejsmografy to urządzenia rejestrujące ruchy Ziemi, które na Księżycu są w stanie rejestrować trzęsienia księżyca, fale powstałe w wyniku uderzenia meteorytów.

Z tych zapisów wiadomo, że Księżyc ma następującą strukturę warstwową:

-Kark o grubości około 80 km, cieńszy na powierzchni zwróconej ku Ziemi i grubszy na przeciwległej ścianie z powodu sił pływowych.

-Manto, o szacowanym promieniu około 1300 km, składający się głównie z tlenków żelaza i magnezu.

-Jądrowy, mały, o promieniu około 587 km, który z kolei składa się z wewnętrznego stałego rdzenia, zewnętrznego i płynnego rdzenia oraz częściowo stopionej otaczającej warstwy.

-Księżyc nie posiada aktywności tektonicznej, w przeciwieństwie do Ziemi, ponieważ stracił prawie całe swoje wewnętrzne ciepło poprzez bardzo szybkie ochłodzenie.

Powierzchnia księżyca

Rysunek 3. Obraz powierzchni Księżyca po drugiej stronie. Źródło: NASA za pośrednictwem Wikimedia Commons.

Powierzchnia Księżyca pokryta jest lepkim, ściernym pyłem zwanym regolitem. Wyróżniające się ciemne obszary nazywane są morzami, od łacińskiego „klaczy”, chociaż nie zawierają one wody, lecz zastygniętą lawę.

Uważa się, że te morza powstały w wyniku uderzenia dużych asteroid około 4 miliardów lat temu, a później zostały wypełnione lawą, która wypłynęła z wnętrza. Mare Imbrium jest największym, o szerokości 1200 km.

Najbardziej przejrzystymi obszarami otaczającymi morza są regiony górskie z łańcuchami górskimi, które zostały nazwane na cześć ziemskich, na przykład Alpy i Karpaty.

Charakterystyczna jest obecność wielu kraterów różnej wielkości, prawdopodobnie spowodowanych uderzeniami małych asteroid i meteorytów. Zostały nazwane na cześć znanych osób, na przykład krateru Kopernika.

Inna teoria na temat pochodzenia kraterów na Księżycu uważa, że ​​mają one pochodzenie wulkaniczne, chociaż teoria pochodzenia meteorów ma większe poparcie ze strony astronomów.

Głębokie pęknięcia istnieją również na powierzchni Księżyca, których pochodzenie nie jest jeszcze do końca jasne, chociaż uważa się, że pochodzą one ze starożytnych strumieni lawy. Przykładem jest szczelina Hyginus, z dwoma odgałęzieniami, pośrodku której znajduje się krater o tej samej nazwie.

Zdjęcia wykonane przez sondę kosmiczną po stronie, której nie możemy zobaczyć, pokazują powierzchnię podobną do tej po stronie widocznej, chociaż z mniejszą liczbą mórz.

Orbita

Dzięki przyciąganiu grawitacyjnemu Ziemi, zgodnie z prawami Keplera, Księżyc podąża po eliptycznej orbicie o niewielkiej ekscentryczności ze wschodu na zachód wokół naszej planety.

Dlatego odległość Ziemia-Księżyc wskazana na początku 385 tys. Kilometrów jest odległością średnią, choć ze względu na małą mimośrodowość orbita jest prawie kołowa. Oznacza to, że czasami Księżyc jest bliżej (perygeum), a innym razem jest dalej (apogeum).

Co więcej, nie jest to ustalona orbita, ponieważ istnieją inne zakłócenia, takie jak przyciąganie grawitacyjne Słońca i innych planet, które nieustannie ją modyfikują.

Płaszczyzna, która podąża za orbitą Księżyca, nie pokrywa się dokładnie z tą, która porusza się po orbicie Ziemi, ale jest nachylona około 5º. Podczas rewolucji Księżyc znajduje się około 5º powyżej i poniżej płaszczyzny orbity Ziemi. Obie orbity przecinają się w punktach zwanych węzłami księżycowymi.

Poniżej znajduje się reprezentacja Ziemi obracającej się wokół Słońca i Księżyca wokół Ziemi:

Synchroniczny obrót

Księżyc zawsze pokazuje Ziemię tę samą stronę, dlatego istnieje ciemna strona, której nie można stąd zobaczyć. Wyjaśnienie jest takie, że Ziemia i Księżyc tworzą układ pod wpływem wzajemnego działania grawitacyjnego, ale Ziemia ma większą masę.

W tym przypadku mniejsze ciało łączy swój ruch z ruchem większego ciała, to znaczy zrównuje swój okres obrotu z okresem translacji.

Rysunek 4. Synchroniczna rotacja Księżyca i Ziemi. Źródło: Wikimedia Commons Fernando de Gorocica Układ Ziemia-Księżyc doszedł do tego z powodu sił pływowych, tak jak powiedziano na początku. A jednocześnie dzieje się tak, ponieważ przyciąganie grawitacyjne nie jest równomiernie „rozłożone”, ponieważ Ziemia i Księżyc mają znaczące wymiary.

Innymi słowy, części każdego z nich najbliżej siebie przyciągają silniej niż skrajne dalsze, a ta różnica może być na tyle duża, że ​​spowoduje wybrzuszenie na planecie.

W ten sposób Księżyc jest odpowiedzialny za pływy na Ziemi, ponieważ oceany „podnoszą się” w odpowiedzi na przyciąganie grawitacyjne satelity. Ale skorupa księżycowa również zdeformowała się, powodując siły tarcia, które spowodowały, że okres jej obrotu stopniowo się zmniejszał.

Zjawisko to często występuje między planetą a jej księżycami, na przykład Pluton i jego satelita Charon obracają się synchronicznie.

Ciemna strona księżyca

Dawno temu, kiedy Księżyc właśnie się uformował, obracał się szybciej wokół własnej osi i znajdował się bliżej Ziemi niż teraz. Więc w pewnym momencie wczesnej historii Ziemi musiał wyglądać jak wielki srebrny dysk rozświetlający nocne niebo.

Ta półkula Księżyca jest zawsze taka sama, widziana z Ziemi, jak wyjaśniono. Jednak jedna połowa Księżyca zawsze otrzymuje światło słoneczne (i jest tam bardzo gorąco, około 134 ° C), a druga połowa nie, chyba że nastąpi zaćmienie. Ale te połówki nie odpowiadają twarzom, które widzimy stąd.

Półkula księżycowa, na którą dociera światło słoneczne, to ta, która patrzy bezpośrednio na nią, podczas gdy druga jest w ciemności i jest bardzo zimna, około -153 ºC. Cienka księżycowa atmosfera jest odpowiedzialna za tak duże wahania temperatury.

Półkule te zmieniają się, gdy księżyc kontynuuje swój ruch translacyjny wokół Ziemi, tak że w rzeczywistości cały Księżyc w pewnym momencie otrzymuje światło od Słońca.

Fazy ​​księżyca

Rysunek 5. Ilustracja faz księżyca. Źródło: Wikimedia Commons. Orion 8.

Oglądany z Ziemi Księżyc ulega zmianom w swojej oświetlonej części przez okres około miesiąca. Są to tak zwane fazy księżyca: nowiu, pierwsza kwadra, pełnia i ostatnia kwadra, które są powtarzane w sposób ciągły w tej samej kolejności.

W rzeczywistości czas potrzebny na przejście Księżyca przez wszystkie swoje fazy to niecały miesiąc. Okres ten nazywany jest lunacją lub miesiącem synodycznym i trwa 29 dni i 12 godzin.

Fazy ​​księżyca zależą od względnego położenia między Księżycem, Ziemią i Słońcem. Zobaczmy:

Nów

Podczas nowiu lub nowiu trudno jest rozróżnić Księżyc, ponieważ znajdując się pomiędzy Ziemią a Słońcem, widoczna strona stąd nie jest oświetlona.

Kwartał półksiężyca

Następnie przez okres około 7,4 dnia, czyli w przybliżeniu czas trwania każdej fazy, oświetlony obszar stopniowo rośnie, aż osiągnie pierwszą ćwiartkę, w której oświetlona jest połowa tarczy księżycowej. Można go obserwować od południa do północy.

pełnia księżyca

Oświetlony obszar zwiększa się po pierwszej kwadrze, aż do osiągnięcia pełni księżyca lub pełni księżyca, kiedy Księżyc znajduje się za Ziemią, a Słońce oświetla go całkowicie od przodu (ryc. 1). Księżyc w pełni można zobaczyć od zachodu Słońca do wschodu słońca, osiągając maksymalną wysokość o północy.

Ostatni kwartał

W końcu rozmiar Księżyca stopniowo się zmniejsza, przechodząc do ostatniej ćwiartki, kiedy ponownie zostaje oświetlona połowa dysku. Można go zobaczyć wychodząc około północy, aż osiągnie maksymalną wysokość o wschodzie słońca. Następnie nadal spada, aby rozpocząć nowy cykl.

Należy zauważyć, że z półkuli północnej ruch światła przebiega od prawej do lewej, a na półkuli południowej jest odwrotnie.

Możemy więc na przykład wiedzieć, czy księżyc przybywa, czy ubywa. Jeśli jest w półkuli, prawa strona Księżyca jest oświetlona na półkuli północnej, a lewa strona, jeśli znajduje się na półkuli południowej.

Ruchy Księżyca: rotacja i translacja

Księżyc wykonuje pełną orbitę lub obrót wokół Ziemi w 27,32 dnia, zwany miesiącem gwiezdnym (nie mylić z synodycznym miesiącem 29 dni i 12 godzin). Robi to z prędkością 1 km / s.

Różnica między miesiącem gwiazdowym a synodycznym wynika z faktu, że podczas gdy Księżyc kreśli swoją orbitę, Ziemia przemieszcza się o 27º w swoim własnym ruchu translacyjnym wokół Słońca. Kiedy to się dzieje, względne pozycje Słońce-Ziemia-Księżyc są ponownie to samo.

Nasz satelita również wykonuje obrót wokół własnej osi w tym samym czasie, ze względu na rotację synchroniczną.

Unosi się

Księżyc wykonuje więcej ruchów oprócz obrotu wokół własnej osi i translacji, które są uważane za główne ruchy. Oprócz nich ma zawisy.

Libracje to ruchy oscylacyjne Księżyca, które pozwalają nam obserwować 59% jego powierzchni, zamiast oczekiwanych 50% ze względu na fakt, że zawsze ma on tę samą powierzchnię względem Ziemi. Znani są od czasów Galileusza.

Kompozycja

Księżyc jest kamienisty i ma bardzo cienką atmosferę. Obecność wody w stanie ciekłym jest wykluczona na półkulach księżycowych wystawionych na przemian na Słońce ze względu na osiągane tam wysokie temperatury.

Jednak na biegunach księżycowych znajdują się kratery, do których nie dotarło ciepło słoneczne od milionów lat. Temperatury mogą spaść do -240ºC.

Tam sondy wysłane przez Indie i Stany Zjednoczone zdołały wykryć wodę w postaci lodu.

Jeśli chodzi o skład skał księżycowych, są one bogate w tlen: do 43%. Ponadto szacuje się, że 20% krzemu, 19% magnezu, 10% żelaza, 3% wapnia, 3% glinu, 0,42% chromu, 0,18% tytanu i 0,12% manganu. W pyle księżycowym wykryto także srebro i rtęć.

Ale zamiast tego nie ma wolnego węgla, azotu i wodoru, pierwiastków tworzących żywą materię. A w skałach księżycowych nie ma wody, w przeciwieństwie do skał lądowych, w których strukturze się znajduje.

Trening

Najpowszechniej akceptowaną teorią wśród społeczności naukowej jest to, że Księżyc powstał w wyniku zderzenia Ziemi z obiektem podobnym lub większym od Marsa, zwanym Theia, podczas formowania się Układu Słonecznego.

Oprócz powstania Księżyca, zderzenie z Theią zmieniło nachylenie osi obrotu Ziemi i zdestabilizowało wczesną atmosferę.

Teoria ta wyjaśnia, dlaczego Księżyc jest mniej gęsty niż Ziemia, skoro zderzenie z Theią zerwało z niego część płaszcza, którego gęstość jest podobna do gęstości Księżyca. Nie wyjaśnia to jednak istnienia częściowo stopionego jądra Księżyca, o którym wiadomo, że istnieje dzięki informacjom sejsmicznym.

Inna alternatywna teoria zakłada, że ​​Księżyc powstał w innym miejscu w Układzie Słonecznym i został w pewnym momencie przechwycony przez ziemską grawitację.

Podstawą tych pomysłów jest to, że skały księżycowe, chociaż zawierają te same pierwiastki, co te na Ziemi i są w tym samym wieku, są bardzo różne chemicznie.

Zaćmienia

zaćmienie Księżyca

Rysunek 6. Zaćmienie Księżyca. Źródło> Wikimedia Commons.

Pozorne średnice Słońca, Ziemi i Księżyca są takie same, jak widziane z Ziemi. Więc kiedy Ziemia znajduje się między Słońcem a Księżycem, możliwe jest zaobserwowanie zaćmienia Księżyca.

Zaćmienie Księżyca może wystąpić tylko podczas pełni księżyca i kiedy pada w cień Ziemi, zwany umbrą. W ten sposób ciemnieje, uzyskując czerwonawy lub pomarańczowy odcień, w zależności od warunków atmosferycznych Ziemi. Można to zobaczyć na poniższym obrazku:

Księżyc może spaść całkowicie w cieniu Ziemi lub tylko częściowo, w pierwszym przypadku zaćmienie jest całkowite, w przeciwnym razie częściowe. Częściowe zaćmienia można pomylić z fazą księżyca, dopóki zaćmienie się nie skończy, a księżyc w pełni nie wzejdzie.

W przeciwieństwie do zaćmień słońca, zaćmienia Księżyca można zobaczyć z dowolnego miejsca na świecie, gdzie występuje w nocy, a także mogą trwać kilka godzin.

Zaćmienie słońca

Rysunek 7. Zaćmienia słońca. Źródło> Wikimedia Commons.

Kiedy tarcze Słońca i Księżyca zbiegają się, widziane z jakiegoś punktu na Ziemi, następuje zaćmienie Słońca. Księżyc wydaje się przechodzić przed Słońcem, dla którego konieczne jest, aby był w nowiu, chociaż zaćmienia słońca nie występują w każdy nowiu.

Aby nastąpiło zaćmienie słońca, wyrównanie między Słońcem, Ziemią i Księżycem musi być całkowite i nie zdarza się to przez cały czas, ale co najmniej dwa razy w roku, maksymalnie do pięciu. Jeśli chodzi o czas trwania, czas, przez który Słońce pozostaje zasłonięte, jest zmienny, rzędu 8–10 minut.

Zaćmienia Słońca mogą być całkowite, częściowe lub pierścieniowe, w zależności od tego, czy Księżyc zakrywa Słońce całkowicie czy częściowo. W przypadku zaćmień pierścieniowych względna średnica Księżyca nie jest wystarczająca, aby całkowicie pokryć Słońce, pozostawiając świecący pierścień tego widocznego. Poniżej przedstawiono całkowite zaćmienie Słońca:

Całkowite zaćmienia Słońca są niesamowitymi zjawiskami na niebie i stanowią wspaniałą okazję do zbadania szczegółów najbardziej zewnętrznych warstw Słońca.

Wpływ na życie na Ziemi

Ziemia i Księżyc tworzą wspaniały duet, który wpływa na życie i ludzkość w szczególności od zarania dziejów:

- Dzięki Księżycowi są pory roku.

- Każdego roku Księżyc odsuwa się około 4 cm od Ziemi, co pomaga spowolnić rotację Ziemi i wydłuża dni o kilka tysięcznych sekundy. Odległość ta nie jest stała, ponieważ w dużej mierze zależy od rozmieszczenia kontynentalnych i wodnych mas Ziemi, które, jak wiemy, bardzo się zmieniły od czasu ich powstania.

-Dzięki temu wydłużeniu dni rośliny miały wystarczająco dużo czasu na przeprowadzenie fotosyntezy.

-Jeśli teoria zderzenia z Theią jest prawdziwa, atmosfera ziemska przeszła modyfikacje, które uczyniły ją bardziej odpowiednią dla pojawienia się życia.

-Księżyc służył jako przewodnik podczas rozwoju ludzkości, na przykład rolnicy do dziś wykorzystują fazy księżycowe do uprawy pól.

-Pływy morskie powstają dzięki oddziaływaniom grawitacyjnym między Ziemią a Księżycem i są niezwykle ważne dla rybołówstwa i klimatu, a także są źródłem energii.

Rysunek 8. Stary młyn pływowy w Huelvie, Hiszpania. Źródło: Wikimedia Commons.

- Istnieje powszechne przekonanie, że pełnia księżyca wpływa na nastrój ludzi, czyniąc ich bardziej podatnymi z psychologicznego punktu widzenia w tym okresie.

- Księżyc był inspiracją dla niezliczonych powieści i filmów science fiction, jeszcze przed rozpoczęciem wyścigu kosmicznego.

Bibliografia

1. Astromia. Księżycowa powierzchnia. Odzyskane z: astromia.com.
2. Geoenccyclopedia. Fazy ​​księżyca. Odzyskane z: geoenciclopedia.com.
3. Iglesias, R. La Luna: pierwszy kontynent kosmiczny. Odzyskane z: redalyc.org.
4. Oster, L. 1984. Współczesna astronomia. Od redakcji Reverté.
5. Romero, S. Ciekawostki o Księżycu. Odzyskany z: muyinteresante.es.
6. Wikipedia. Geologia Księżyca. Odzyskane z: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Księżyc. Odzyskane z: es.wikipedia.org.