Люди на протяжении многих тысячелетий наблюдают за удивительным небесным светилом, называемым спутником Земли - Луной. Первые астрономы заметили на ее поверхности темные участки различного размера, посчитав их за моря и океаны. Что же это за пятна на самом деле?
Характеристика Луны как спутника Земли
Луна является самым близким к Солнцу и единственным спутником нашей планеты, а также вторым хорошо видимым небесным телом на небосводе. Это единственный объект астрономии, на котором побывал человек.
Существует несколько гипотез возникновения Луны:
- Разрушение планеты Фаэтон, которая на орбите пояса астероидов между Марсом и Юпитером столкнулась с кометой. Часть ее осколков устремилась к Солнцу, а один к Земле, образовав систему со спутником.
- При разрушении Фаэтона оставшееся ядро изменило свою орбиту, «превратившись» в Венеру, а Луна - бывший спутник Фаэтона, который захватила на свою орбиту Земля.
- Луна является сохранившимся ядром Фаэтона после его разрушения.
Но со временем, когда узнали о температуре на Луне, достигающей днем +120°C, а ночью - -160°C, и об отсутствии атмосферы, поняли, что речи о воде на Луне быть не может. По традиции, название «Лунные моря и океаны» так и осталось.
Более подробное изучение Луны началось с первой посадки на ее поверхность советского аппарата «Луна-2» в 1959 г. Последующий аппарат «Луна-3» впервые позволил запечатлеть на снимках обратную ее сторону, которая с Земли остается невидимой. В 1966 г. при помощи лунохода была установлена структура грунта.
21 июля 1969 г. произошло знаменательное событие в мире космонавтики - высадка человека на Луну. Этими героями стали американцы Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин. Хотя в последние годы многие скептики поговаривают о фальсификации этого события.
Луна расположена от Земли на огромном расстоянии по человеческим меркам - 384 467 км, что приблизительно составляет 30 диаметров земного шара. В соотношении с нашей планетой, Луна имеет диаметр немного больше четверти Земли, совершает вокруг нее полный оборот по эллиптической орбите за 27,32166 суток.
Состоит Луна из коры, мантии и ядра. Ее поверхность покрыта смесью пыли и скалистых обломков, образовавшихся от постоянных столкновений с метеоритами. Атмосфера Луны очень разрежена, что приводит к резкому колебанию температур на ее поверхности - от -160°C до +120°C. При этом на глубине 1 метра температура породы постоянна и составляет -35°C. Из-за разреженной атмосферы небо на Луне постоянно черное, а не синее, как на Земле в ясную погоду.
Карта поверхности Луны
Наблюдая с Земли за Луной, даже невооруженным глазом можно увидеть на ней светлые и темные пятна разной формы и величины. Поверхность буквально усеяна кратерами различного диаметра, от метра до сотен километров.
В 17 веке ученые решили, что темные пятна - это лунные моря и океаны, полагая, что на Луне есть вода, как и на Земле. Светлые участки считали сушей. Карта морей Луны и кратеров была впервые нарисована итальянским ученым Джованни Риччоли в 1651 г. Астроном даже присвоил им свои имена, которые употребляют и сегодня. Узнаем о них чуть позже. После открытия Галилеем гор на Луне им стали давать названия по подобию Земных.
Кратеры - это особенные кольцевые горы, называемые цирками, также получили свои имена в честь великих ученых древности. После открытия и фотосъемки советскими астрономами с помощью космических аппаратов обратной стороны Луны на карте появились кратеры с именами отечественных ученых и исследователей.
Все это подробно нанесено на лунную карту обеих ее полушарий, используемую в астрономии, ведь человек не теряет надежды не только высадиться на Луне еще раз, но и построить базы, наладить поиск полезных ископаемых и создать колонию для полноценного проживания.
Горные системы и кратеры на Луне
Кратеры на Луне - самая распространенная форма рельефа. Эти множественные следы работы метеоритов и астероидов на протяжении миллионов лет можно увидеть ясной ночью в полнолуние без помощи оптических приборов. При более детальном рассмотрении эти произведения космического искусства поражают своей неповторимостью и величием.
История и происхождение «лунных шрамов»
В далеком 1609 году великий ученый Галилео Галилей сконструировал первый в мире телескоп и имел возможность наблюдать за Луной в многократном увеличении. Именно он заметил на ее поверхности всевозможные воронки, окруженные «кольцевыми» горами. Он назвал их кратерами. Сейчас выясним, почему на Луне кратеры и как они образовались.
Все они в основном сформировались после возникновения Солнечной системы, когда она была подвержена бомбардировке небесных тел, оставшихся после разрушения планет, которые носились по ней в огромном количестве с сумасшедшей скоростью. Почти 4 млрд. лет назад эта эпоха закончилась. Земля избавилась от этих последствий благодаря атмосферным влияниям, а Луна, лишенная атмосферы - нет.
Мнения астрономов о происхождениях кратеров постоянно менялись на протяжении многих столетий. Рассматривали такие теории, как вулканическое происхождение и гипотеза про образование кратеров на Луне с помощью «космического льда». Более подробное изучение лунной поверхности, ставшее доступным в 20 веке, доказывает все-таки в своем подавляющем большинстве ударную теорию от воздействия столкновения с метеоритами.
Описание лунных кратеров
Галилей в своих отчетах и произведениях сравнивал лунные кратеры с глазками на хвостах павлинов.
Кольцеобразный вид - самая главная особенность лунных гор. На Земле таких не встретить. Внешне лунный кратер представляет собой впадину, вокруг которой возвышаются высокие круглые валы, которыми усеяна вся поверхность Луны.
Лунные кратеры имеют некое сходство с земными вулканическими кратерами. В отличие от земных, вершины лунных гор не такие острые, они по своей форме более круглые с продолговатой формой. Если смотреть на кратер с солнечной стороны, то можно увидеть, что тень от гор внутри кратера больше, чем тень снаружи. Из этого можно сделать вывод, что дно кратера ниже самой поверхности спутника.
Размеры кратеров на Луне могут отличаться по диаметру и глубине. Диаметр может быть как мизерным до нескольких метров, так и огромным, достигающим не одну сотню километров.
Чем крупнее кратер, тем соответственно и глубже. Глубина может достигать 100 м. Внешний вал крупных «лунных чаш» более 100 км возвышается над поверхностью до 5 км.
Из рельефных признаков, отличающих лунные кратеры, можно выделить следующие:
- Внутренний склон;
- Внешний склон;
- Глубина самой чаши кратера;
- Система и длина лучей, расходящихся от внешнего вала;
- Центральный пик на дне кратера, который встречается у крупных, более 25 км в диаметре.
- Аль-Баттани C - сферический кратер с острым валом, до 10 км в диаметре;
- Био - тот же Аль-Баттани C, но с плоским дном, от 10 до 15 км;
- Созиген - ударный кратер размером от 15 до 25 км;
- Триснеккер - лунный кратер диаметром до 50 км, с острым пиком по центру;
- Тихо - кратеры с террасовидным склоном и плоским дном, свыше 50 км.
Самые крупные кратеры Луны
Историю исследования лунных кратеров можно прочесть по названиям, данным их исследователями. Как только Галилей обнаружил их при помощи телескопа, многие ученые, пытавшиеся создать карту, придумывали им свои имена. Появились лунные горы Кавказ, Везувий, Апеннины…
Кратерам имена давались в честь ученых Платона, Птолемея, Галилея, в честь Святой Екатерины. После обнародования карты обратной стороны советскими учеными появились кратер им. Циолковского, Гагарина, Королева и другие.
Самый большой кратер, официально внесенный в список - это Герцшпрунг. Его диаметр составляет 591 км. Он невидим для нас, так как располагается на невидимой стороне Луны. Представляет собой огромный кратер, в котором располагаются меньшие по размеру. Такая структура называется многокольцевой.
Второй по величине кратер носит имя Гримальди, названный в честь итальянского физика. Его диаметр составляет 237 км. Внутри него свободно может расположиться Крым.
Третий огромный лунный кратер - Птолемей. Его ширина в поперечнике - около 180 км.
Океаны и моря на Луне
Лунные моря - еще она причудливая форма рельефа поверхности спутника в виде огромных темных пятен, притягивающая к себе взоры не одного поколения астрономов.
Понятие моря и океана на Луне
Впервые моря появились на картах Луны после изобретения телескопа. Галилео Галилей, впервые рассмотревший эти темные пятна, предположил, что это водные пространства.
С тех они стали называться морями и появились на картах после подробного изучения поверхности видимой части Луны. Даже после того как выяснилось, что на спутнике Земли нет атмосферы и отсутствует любая возможность присутствия влаги, менять принципиально не стали.
Моря на Луне - странноватые темные долины на видимой ее части с Земли, представляют собой огромные низменные площади с ровным дном, залитые магмой. Миллиарды лет назад вулканические процессы оставили неизгладимый след на рельефе лунной поверхности. Огромные площади простираются на расстояния от 200 до 1000 км в поперечнике.
Моря кажутся нам темными, потому что плохо отражают солнечный свет. Глубина от поверхности спутника может достигать 3 км, чем может похвастаться размер моря Дождей на Луне.
Самое огромное море имеет название Океан Бурь. Эта низменность простирается длиной на 2000 км.
Видимые моря на Луне расположены внутри кольцеобразных горных хребтов, имеющих также свои названия. Море Ясности находится недалеко от Змеиного хребта. Его диаметр - 700 км, но оно примечательно не этим. Интерес представляют различные цвета лавы, простирающиеся по его дну. В Море Ясности обнаружена большая положительная гравитационная аномалия.
Самые известные моря, заливы и озера
Из морей можно выделить такие, как море Влажности, Изобилия, Дождей, Волн, Облаков, Островов, Кризиса, Пены, Познанное. На обратной стороне Луны есть Море Москвы.
Помимо единственного Океана Бурь и морей, на Луне есть заливы, озера и даже болота, которые имеют свои официальные названия. Рассмотрим наиболее интересные.
Озера получили такие названия, как озеро Благоговения, Весны, Забвения, Нежности, Настойчивости, Ненависти. К заливам относятся Верности, Любви, Нежности и Удачи. Болота имеют соответствующие имена - Гниения, Сна и Эпидемий.
Существуют некоторые факты, связанные с морями на поверхности спутника Земли:
- Море Спокойствия на Луне известно тем, что именно на него впервые ступила нога человека. В 1969 г. американские астронавты провели первую в истории человечества высадку на Луну.
- Залив Радуги знаменит исследованиями неподалеку от него планетохода «Луноход-1» в 1970 г.
- У Моря Ясности проводил свои исследования поверхности советский «Луноход-2».
- В Море Изобилия зонд «Луна-16» в 1970 г. взял лунный грунт для пробы и доставил на Землю.
- Море Познанное прославилось тем, что в 1964 г. здесь прилунился американский зонд «Рейнджер-7», который впервые в истории получил фото поверхности Луны с близкого расстояния.
Моря и кратеры Луны, благодаря современным исследованиям и снимкам, очень подробно нанесены на карту лунной поверхности. Несмотря на это, спутник Земли хранит в себе массу тайн и загадок, которые еще предстоит разгадать человеку. Весь мир с нетерпением ждет отправки первой колонии, которая еще немного приподнимет завесу этого удивительного места нашей Солнечной системы.
Космические полеты к Луне обусловили бурное развитие исследований в области селенологии, селенохимии и селенофизики. Луна стала одним из тех небесных объектов, изучение которого помогает лучше понять особенности строения Земли и других планет Солнечной системы.
Однако природа ревностно хранит и скупо открывает свои тайны. Так было и с обратной стороной лунного шара. В течение многих веков люди не могли заглянуть за пределы видимого с Земли полушария Луны и только строили свои предположения. Основные секреты невидимой стороны Луны были раскрыты в 1959 году, когда советская автоматическая межпланетная станция «Луна-3» совершила облет вокруг Луны и сфотографировала ее обратную сторону. Это были первые фотографии, переданные из космического пространства, опубликованные в «Атласе обратной стороны Луны, ч.1» под редакцией Н.П. Барабашова, А.А. Михайлова и Ю.Н. Липского. На Генеральной ассамблее Международного астрономического союза, проходившей в США в 1961 году, по предложению советских астрономов на карту было помещено 18 названий вновь открытых ключевых образований на обратной стороне Луны. Среди них: Море Мечты, Хребет Советский, кратеры Циолковский, Джордано Бруно, Ломоносов... За этими образованиями стояла главная тайна обратной стороны Луны, о чем пойдет речь ниже.
Обратная сторона Луны. Пунктирная линия - примерные границы Бассейна Южный Полюс - Эйткен.
В настоящее время результаты топографического обследования поверхности тел Солнечной системы показывают, что кольцевая структура на обратной стороне Луны, включающая область ее южного полюса, по своим абсолютным размерам является самым крупным кратером Солнечной системы. Относительные размеры этой структуры таковы, что, если придерживаться традиционных взглядов на процессы ударного кратерообразования, первоначальная впадина гигантского образования могла вскрыть породы на глубине, которая соответствует залеганию верхних слоев лунной мантии. Уже эти обстоятельства определяют принципиальную важность исследования многокольцевой структуры, которая в настоящее время имеет рабочее название «Бассейн Южный Полюс - Эйткен».
Первые изображения этой наиболее крупной в Солнечной системе структуры были получены во время первого фотографирования обратной стороны Луны в 1959 году. Положение структуры, наблюдавшейся по четырем фотографическим изображениям на краю видимого диска в форме более темного образования, было определено центральным потемнением с поперечником 1500 км и координатами центра 179° в.д. и 50° ю.ш. На карте, которая былая составлена в 1960 г. по фотографиям, полученным 7 октября 1959 года межпланетной станцией «Луна-3», это образование, как подчеркивалось выше, было названо Морем Мечты.
Современные параметры внутреннего темного кольца бассейна определены по снимками и результатам лазерной альтиметрии, выполненной космическими аппаратами «Галилео» и «Клементина». Согласно этим данным, поперечник темной центральной части бассейна составляет 1400 км, диаметр внешнего кольца бассейна достигает 2500 км, а координаты центра: 180° и 50° ю.ш. (на 34-м российско-американском микросимпозиуме по сравнительной планетологии в октябре 2001 года в докладе В.В. Шевченко и автора этой статьи на основе анализа данных, полученных аппаратами «Зонд-8» и «Клементина», был сделан вывод о том, что диаметр внешнего кольца бассейна достигает 3150 км). Как видим, первая идентификация положения бассейна, произведенная советскими астрономами еще в 1960 году, была достаточно точной и вполне надежной!
Еще в первых описаниях западной части структуры отмечалось, что ее поверхность включает многочисленные кратеры и кратерные моря. Это также полностью совпадает с современными представлениями о характере дна бассейна.
Огромный бассейн занимает всю южную половину невидимого полушария Луны, южную полярную шапку и южные области краевых зон видимого полушария Луны. Поэтому часть его внешнего кольцевого вала, проходящего вблизи южной полярной шапки, можно увидеть в телескоп с поверхности Земли. Здесь, южнее 60-й параллели находятся такие крупные кратеры видимого полушария Луны, как Байи диаметром 287 км, Ньютон (78 км), Малаперт (69 км), Скотт (103 км), Демонакс (128 км), Шомбергер (85 км), Гельмгольц (94 км) и др., принадлежащие южному краю бассейна. Высоты их сглаженных разрушенных валов достигают двух, трех и даже четырех километров, все они расположены на материковой поверхности, светлых лучевых систем практически не имеют, что указывает на их древний возраст. Относительно молодые из них, например, Шомбергер, отличаются лучше сохранившимся и более четким валом.
По мнению лунных геологов, гигантский бассейн образовался 4,2 млрд. лет тому назад вследствие очень большого удара, когда кора и мантия уже дифференцировались, и кора затвердела так, что удары уже начали оставлять видимые следы на поверхности Луны. Затем на поверхности этого гигантского образования стали возникать другие, более скромные кольцевые бассейны и кратеры, которые, однако, в течение более четырех миллиардов лет так и не смогли окончательно заретушировать последствия взрыва, в результате которого образовался этот гигантский бассейн. Вполне очевидно, что более точное знание топографии Бассейна Южный Полюс - Эйткен весьма актуально для построения любых реальных моделей его происхождения.
Поскольку наблюдаемый поперечник кольцевого образования превышает 1,8 лунного радиуса, восстановление механизма формирования этой ударной структуры, несомненно, является принципиально важной задачей в исследовании эволюции планетных поверхностей.
В результате действия многочисленных ударов метеоритов и вулканизма в течение нескольких миллиардов лет многие детали колец и выбросов из бассейна, естественно, были стерты и уничтожены, поэтому на появившихся во второй половине 60-х годов снимках космического аппарата «Лунар Орбитер», дешифровщики объектов не смогли обнаружить на этих изображениях внешние признаки очертаний гигантского бассейна. Поэтому в порядке компромисса границы всего образования были уменьшены, а название «Море Мечты» на карте закреплено лишь за небольшой структурой диаметром около 270 км в северо-западной части бассейна. Существование гигантского бассейна было подтверждено только после 1971 года Б.Н. Родионовым и др. в серии публикаций, содержащих результаты измерений профилей лимбов на снимках, доставленных возвращенными на Землю автоматическими станциями «Зонд-6» и «Зонд-8». В этих публикациях бассейн назывался Юго-Западной Низменностью, но дальнейшего официального признания это название не получило.
Похожая судьба постигла название «Хребет Советский»: оно просто исчезло с поверхности современных карт обратной стороны Луны! И это несмотря на то, что светлая область, обнаруженная на первых снимках обратной стороны Луны, остается вполне реальным лунным образованием. Другие снимки, полученные из космоса, в том числе «Клементиной», тоже подтверждают наличие загадочной области со множеством светлых деталей.
А вот как выглядит описание Хребта Советского в первоисточнике, т.е. в «Атласе обратной стороны Луны, ч.1»: «Хребет Советский - яркое образование на сером фоне, состоящее из большого числа отдельных ярких деталей. Общий контур вытянут в северо-восточном направлении, заметно расширяясь в экваториальной области. По отражательным свойствам напоминает горные области... Координаты объекта: от 118° в.д. до 124° в.д. и от 9° с.ш. до 5° ю.ш.». Как показали сравнения с данными, полученными «Клементиной», указанная выше область «исчезнувшего хребта» точно совпадает с западным склоном северо-западной части внешнего кольца бассейна, отдельные вершины которого здесь достигают трех и даже четырех километров.
Профили Бассейна Южный Полюс - Эйткен с севера на юг (пунктирная линия) и с запада на восток (штрих-пунктирная линия).
Профили Бассейна Южный Полюс - Эйткен с севера на юг (пунктирная линия) и с запада на восток (штрих-пунктирная линия).
Таким образом, Хребет Советский, открытый еще по первым снимкам обратной стороны Луны в 1960 году, связан с гигантским бассейном по происхождению, так как является частью северо-западного звена его внешнего кольцевого вала, сохранившегося по настоящее время!
Так что секреты обратной стороны Луны лежат на ее поверхности, как бы они не стирались в течение нескольких миллиардов лет. Последующие удары и вулканическая деятельность не смогли окончательно уничтожить гигантские кольца и крупные следы выбросов, явно генетически связанные с бассейном. И вот теперь, спустя 4,2 миллиарда лет, мы являемся свидетелями этого грандиозного события, которые произошло по космическим меркам времени почти сразу после образования лунного шара.
Чикмачев Вадим Иванович
кандидат физ.-мат. наук, старший научный сотрудник Отдела исследований Луны и
планет ГАИШ.
Государственное казённое
общеобразовательное учреждение Калужской области
«Калужская общеобразовательная школа – интернат № 5 имени
для обучающихся с ограниченными возможностями здоровья»
Как образовались кратеры на Луне?
Работа выполнена учениками 6 «а» класса:
Руководители:
Калуга, 2017
Введение................................................................................. 3
Глава I. Теоретическая часть..................................................5
Типы кратеров …....................................................................5
Ударные кратеры.....................................................................5
Формирование кратеров……….............................................6
Глава II. Практическая часть…………………………….....10
Эксперимент............................................................................10
Основные выводы.................................................................13
Использованная литература…………………………..……14
Введение
Галилео Галлилей в 1609 году направил телескоп на Луну и обнаружил, что поверхность Луны не гладкая. На Луне есть горы, кратеры: лунная поверхность рельефна. Последующие исследования показали, что «поверхность Луны можно разделить на два типа: очень старая гористая местность (лунный материк) и относительно гладкие и более молодые лунные моря. Лунные «моря», которые составляют приблизительно 16 % всей поверхности Луны,- это огромные кратеры, возникшие в результате столкновений с небесными телами, которые были позже затоплены жидкой лавой» .
С конца 1780-х годов для объяснения происхождение кратеров, были выдвинуты две основные гипотезы - вулканическая и метеоритная.
Согласно постулатам вулканической теории, выдвинутой в 80-х годах XVIII века немецким астрономом Иоганном Шрётером, лунные кратеры были образованы вследствие мощных извержений на поверхности. Но в 1824 году также немецкий астроном Франц фон Груйтуйзен сформулировал метеоритную теорию, согласно которой при столкновении небесного тела с Луной происходит продавливание поверхности спутника и образование кратера.
Долгое время сторонники двух теорий происхождения кратеров ожесточенно спорили, но последующие исследования и особенно полеты к спутнику Земли с 1964 года подвели итог этому спору о происхождении кратеров на Луне: лунные кратеры образовались в результате столкновения с небесными телами.
Цель работы:
Проверить правильность метеоритной теории происхождения кратеров. Узнать, каким образом образуются кратеры, от чего зависят размеры и глубина кратеров.
Задачи работы:
1. Изучить типы кратеров и принципы их образования.
2. Провести эксперимент, из наблюдений сделать вывод.
Методы работы:
опытно-экспериментальные.
Оборудование:
мука, какао, предметы разных размеров и с разным объемом, фотоаппарат.
I Теоретическая часть
Типы кратеров
Слово «кратер» имеет разное значение. Это и сосуд, и название созвездия, и имя полководца. Но кратер также обозначает углубление на поверхности.
Кратер - форма рельефа, углубление в поверхности земли или на вершине горы.
Кратеры могут быть вулканическими, ударными, эрозийными, взрывными, лунными.
Вулканический кратер - углубление на вершине или склоне вулканического конуса (см. также: кальдера).
Ударный кратер (метеоритный кратер) - углубление на поверхности космического тела, результат падения другого тела меньшего размера.
Эрозийный кратер - углубление эрозийного происхождения.
Взрывная воронка - углубление в земле от взрыва обычного или ядерного боеприпаса . Лунный кратер - углубление на поверхности Луны.
Ударные (лунные) кратеры
«Лунным кратером называется чашеобразное углубление на поверхности Луны, имеющее сравнительно плоское дно и окруженное кольцевидным приподнятым валом. В соответствии с современными представлениями абсолютное большинство лунных кратеров являются кратерами ударного типа.»
Такое определение лунного кратера дает современная наука. Лунный кратер - это ударный кратер. А ударный кратер возникает в результате падения тел меньшего размера на поверхность.
Космические исследования показали, что ударные кратеры - самая распространённая геологическая структура в Солнечной системе. Такие образования встречаются не только на луне, но и на Земле, Меркурии, Марсе.
Геологическое строение
Структура кратеров определяется энергией соударения метеорита с поверхностью (зависящая, в свою очередь, от массы и скорости космического тела, плотности атмосферы), углом встречи с поверхностью и твёрдостью веществ, образующих метеорит и поверхность.
При касательном ударе возникают бороздообразные кратеры небольшой глубины со слабым разрушением подстилающих пород, такие кратеры достаточно быстро разрушаются вследствие эрозии. Примером может служить кратерное поле Рио Кварта в Аргентине, возраст которого составляет около 10 тысяч лет: самый крупный кратер поля имеет длину 4,5 км и ширину 1,1 км при глубине 7-8 м.
Структура обычного и крупного кратеров.
Когда направление столкновения вертикальное, возникают округлые кратеры, структура которых зависит от их диаметра. Небольшие кратеры (диаметром 3-4 км) имеют простую чашеобразную форму, их воронка окружена валом, образованным задранными пластами подстилающих пород (цокольный вал), перекрытый выброшенными из кратера обломками (насыпной вал, аллогенная брекчия). Под дном кратера залегают аутигенные брекчии - породы, раздробленные и частично метаморфизированные при столкновении; под брекчией расположены трещиноватые горные породы. Отношение глубины к диаметру у таких кратеров близко к 1⁄3, что отличает их от кратерообразных структур вулканического происхождения, у которых отношение глубины к диаметру составляет около 0,4.
При больших диаметрах возникает центральная горка над точкой удара (в месте максимального сжатия пород). При ещё больших диаметрах кратера (более 14-15 км) образуются кольцевые поднятия. Эти структуры связаны с волновыми эффектами (подобно капле, падающей на поверхность воды). С ростом диаметра кратеры быстро уплощаются: отношение глубина/диаметр падает до 0,05-0,02.
Размер кратера может зависеть от мягкости поверхностных пород (чем мягче, тем, как правило, меньше кратер).
На космических телах, не обладающих плотной атмосферой, вокруг кратеров могут сохраняться длинные «лучи» (образовавшиеся в результате выброса вещества в момент удара).
При падении крупного метеорита в море могут возникать мощные цунами (например, юкатанский метеорит, согласно расчётам, вызвал цунами высотой 50-100 м).
Метеориты массой свыше 1000 тонн практически не задерживаются земной атмосферой; метеориты меньшей массы могут существенно тормозиться и даже полностью испаряться, не достигая поверхности.
У старых астроблем видимая структура кратера (горка и вал) зачастую разрушена эрозией и погребена под наносным материалом, однако по изменениям свойств подстилающих и перенесённых горных пород такие структуры достаточно чётко определяются сейсмическими и магнитными методами.
Формирование кратера
Средняя скорость, с которой метеориты врезаются в поверхность Земли, составляет около 20 км/с, а максимальная - около 70 км/с. Их кинетическая энергия превышает энергию, выделяющуюся при детонации обычной взрывчатки той же массы. Энергия, выделяющаяся при падении метеорита массой свыше 1 тыс. тонн, сравнима с энергией ядерного взрыва. Метеориты такой массы падают на Землю довольно редко.
При встрече метеорита с твёрдой поверхностью его движение резко замедляется, а вот породы мишени (места, куда он упал), наоборот, начинают ускоренное движение под воздействием ударной волны. Она расходится во все стороны от точки соприкосновения: охватывает полусферическую область под поверхностью планеты, а также движется в обратную сторону по самому метеориту (ударнику). Достигнув его тыльной поверхности, волна отражается и бежит обратно. Растяжения и сжатия при таком двойном пробеге обычно полностью разрушают метеорит. Ударная волна создает колоссальное давление - свыше 5 миллионов атмосфер. Под её воздействием горные породы мишени и ударника сильно сжимаются, что приводит к взрывному росту температуры и давления, в результате чего в окрестностях соударения горные породы нагреваются и частично плавятся, а в самом центре, где температура достигает 15 000 °C, - даже испаряются. В этот расплав попадают и твердые обломки метеорита. В результате после остывания и затвердевания на днище кратера образуется слой импактита (от англ. impact - «удар») - горной породы с весьма необычными геохимическими свойствами. В частности, она весьма сильно обогащена крайне редкими на Земле, но более характерными для метеоритов химическими элементами - иридием, осмием, платиной, палладием. Это так называемые сидерофильные элементы, то есть относящиеся к группе железа (греч. σίδηρος).
При мгновенном испарении части вещества происходит образование плазмы, что приводит к взрыву, при котором породы мишени разлетаются во все стороны, а дно вдавливается. На дне кратера возникает круглая впадина с довольно крутыми бортами, но существует она какие-то доли секунды - затем борта немедленно начинают обрушиваться и оползать. Сверху на эту массу грунта выпадает и каменный град из вещества, выброшенного вертикально вверх и теперь возвращающегося на место, но уже в раздробленном виде. Так на дне кратера образуется брекчия - слой обломков горных пород, сцементированных тем же материалом, но измельчённым до песчинок и пылинок. Столкновение, сжатие пород и проход взрывной волны длятся десятые доли секунды. Формирование выемки кратера занимает на порядок больше времени. А ещё через несколько минут ударный расплав, скрытый под слоем брекчии, остывает и начинает быстро затвердевать. На этом формирование кратера заканчивается.
При сильных столкновениях твёрдые породы ведут себя подобно жидкости. В них возникают сложные волновые гидродинамические процессы, один из характерных следов которых - центральные горки в крупных кратерах. Процесс их образования подобен появлению капли отдачи при падении в воду небольшого предмета. При крупных столкновениях сила взрыва столь велика, что выброшенный из кратера материал может даже улететь в космос. Именно так на Землю попали метеориты с Луны и с Марса, десятки которых обнаружены за последние годы.
Пиковые значения давлений и температур при столкновении зависят от энерговыделения, то есть скорости небесного тела, при этом часть выделившейся энергии преобразуется в механическую форму (ударная волна), часть - в тепловую (разогрев пород вплоть до их испарения); плотность энергии падает при удалении от центра соударения. Соответственно, при образовании астроблемы диаметром 10 км в граните соотношение испарённого, расплавленного и раздробленного материала составляет примерно 1:110:100; в процессе образования астроблемы происходит частичное перемешивание этих преобразованных материалов, что обуславливает большое разнообразие пород, образующихся в ходе ударного метаморфизма.
Согласно международной классификации импактитов (International Union of Geological Sciences, 1994 г.), импактиты, локализованные в кратере и его окрестностях, делятся на три группы (по составу, строению и степени ударного метаморфизма):
Импактированные породы - горные породы мишени, слабо преобразованные ударной волной и сохранившие благодаря этому свои характерные признаки;
Расплавные породы - продукты застывания импактного расплава;
Импактные брекчии - обломочные породы, сформированные без участия импактного расплава или с очень небольшим его количеством.
Образование ударного кратера
II Практическая часть
Эксперимент
Наша группа решила экспериментально проверить, как образуются кратеры на поверхности Луны. Действительно ли, как утверждает теория, кратеры на поверхности образуются в результате столкновения метеоритов с поверхностью Луны.
Для решения этой задачи необходимо провести эксперимент . Основная идея состоит в том, что нам необходима поверхность, похожая на поверхность Луны, и твердые предметы, которые будут играть роль метеоритов. Таким образом, мы сможем смоделировать процессы, происходящие во время столкновения. Конечно, необходимо учесть, что во время попадания метеоритов в атмосферу земли они нагреваются. Но насколько мы знаем, у Луны нет атмосферы, и, следовательно, метеориты при падении не нагреваются, а энергия выделяется только при столкновении с поверхностью Луны. Эксперимент мы проводим на Земле в присутствии воздуха, но нам кажется, что влияние воздуха на процесс незначительное. Поэтому в нашем эксперименте мы сопротивление воздуха не учитываем.
Для этого эксперимента необходимы речной песок, мука, какао-порошок и предметы разных размеров.
Муку необходимо высыпать горочкой на поднос, подровнять поверхность. С помощью ситечка необходимо высыпать какао-порошок по всей поверхность муки. Далее необходимо кидать вертикально или под углом предметы с разной высоты и с разной начальной скоростью. Во втором варианте эксперимента муку необходимо горкой высыпать на песок и проделать те же самые действия, что и в первом случае.
Результаты эксперимента были сфотографированы.
Основные выводы
Согласно проведенному эксперименту можно сделать следующие выводы:
· Размеры кратеров зависят от размеров падающих тел.
· Глубина кратера зависит от массы падающего тела, а также от его скорости.
· Ну и мы можем дать утвердительный ответ на наш поставленный вопрос: кратеры на Луне возникают в результате столкновения небесных тел с поверхностью Луны. Лунные кратеры относятся к ударному типу кратеров.
Конечно, необходимо признать, что проведенный эксперимент дает ответ на общие вопросы, и для уяснения всех причин и механизмов кратерообразования необходимо провести еще дополнительные эксперименты.
Использованная литература:
1. ru. wikipedia. org
2. cse. ssl. berkeley. edu
Мы дошли до темы лунных кратеров, но так как я понаписал существенно больше, чем мозг может переварить за один пост, пришлось сделать передышку.
Что сказать за кратеры Луны. Они все ударные. Всё это - следы сверхдолгой космической бомбардировки, которые Луна маниакально сохраняет себе на память. Кратеров на ней - неисчислимо много, собственно, почти вся поверхность - причём старые кратеры забиваются новыми почти до неузнаваемости. Кратеры бывают большие и маленькие, светлые и тёмные, молодые и старые, с лучами и без.
Называют кратеры именами разных великих учёных, по возможности связанных с астрономией. Идею эту ввели ещё те самые итальянцы-картографы XVII века - Джованни Риччоли и Франческо Гримальди - чьи названия лунных объектов прижились лучше всего.
И по-хорошему кратеры надо, конешно, разглядывать в телескоп. На цифрофотке видны только самые значимые, их не очень много.
Сначала - опять фотка без всяких объяснений. Про моря вы уже знаете, поэтому обратите внимание на всякие точки и царапины.
Лучше всего видны светлые точки - это они и есть, в смысле кратеры. Причём именно молодые. Дело в том, что поверхность морей - это базальт, застывшая лава - тёмная сама по себе. Обычная материковая поверхность - серенькая, на неё действует солнечная радиация, из-за которой она темнеет. А то, что выкапывается ударом астероида - оно светлое, это внутренность лунной коры.
Начнём с самого заметного лунного кратера - кратера Тихо. Это такой "пупок" Луны. Навроде затычки в надувном шаре.
Диаметр его 85 километров (не самый большой), но в него можно, например, целиком засунуть город Стамбул, и ещё место останется.
Кратер Тихо из молодых - ему 108 миллионов лет - он яркий и свежий. От него расходятся хорошо видимые лучи - это следы выбросов лунной породы после удара. Стукнуло сильно, поэтому и летело далеко; некоторые лучи протянулись на тысячи километров и видны аж на Море Ясности и дальше.
В центре кратера - характерная горка . Когда в Луну влетает что-нибудь больше 26 километров в диаметре, в месте удара твёрдая порода начинает вести себя, как жидкость. Фотографии, как капля падает в воду, надеюсь, все видели? В Луне происходит примерно то же самое - и после удара поверхность вспучивается обратной затухающей волной.
Назван кратер в честь знаменитого датского астронома и алхимика Тихо Браге, который жил во второй половине XVI века и умудрился создать первый в истории научный астрономический центр - Ураниборг. Кроме этого, он первым выяснил природу комет, с помощью собственных изобретённых инструментов повысил точность наблюдений неба на порядок, спас от гонений Иоганна Кеплера - и ещё массу всего прочего героического совершил.
Про Тихо Браге ходит дурацкая детская легенда, которую мне ещё мама в детстве рассказывала. Будто бы он умер на королевском приёме, прямо за обеденным столом. Очень писать хотел, но стеснялся выйти - вот мочевой пузырь и порвался. А это как бы несовместимо с жизнью. Непонятно, откуда взялся этот бред, может быть, даже тянется с 1601 года: болезнь астронома протекала столь стремительно (11 дней), что многие тогда заподозрили неладное и стали предлагать версии одни глупее других. До сих пор, кстати, возятся с останками, не могут определить точно причину смерти.
Следующий кратер - как раз имени того молодого немецкого математика, которого выписал к себе Тихо Браге за год до своей странной кончины. Иоганн Кеплер приехал по приглашению заменитого астронома в Прагу в 1600 году - и остался там жить. На основе исключительно точных для своего времени материалов, оставшихся от Тихо Браге, Кеплер вывел законы движения планет, которые актуальны и по сей день. Они так и называются - Законы Кеплера, и благодаря им гелиоцентрическая система мира получила окончательное научное подтверждение.
Если присмотреться к кратеру Кеплера - тоже видна система лучей, хоть и не такая бешеная, как у Тихо. Диаметр его 32 километра. Он примерно того же времени образования, но чуть постарше. От Тихо к Кеплеру чётко тянется один из лучей - всё, как в жизни.
А вот рядом с Кеплером хорошо виден кратер Коперник, тоже из молодых и с лучами. Кто такой польский астроном Николай Коперник, автор концепции "Солнце - в центре", рассказывать, наверное, не надо. Имя этому кратеру, как и вышеперечисленным, дал в 1651 году всё тот же Джованни Риччоли, итальянский иезуит и астроном.
То, что выкопало Коперника, глубоко взрыло материковую породу под уровнем базальтового моря - поэтому он один весь такой "умный в белом пальто стоит красивый".
Диаметр Коперника - 95 километров, лучи тянутся на 800 километров, возраст его - 80 миллионов лет. В селенохронологии по кратеру Коперника отсчитывают целую эпоху в истории Луны, которая тянется по сей день и так и называется - "коперниковская эпоха". К этой эпохе относятся все яркие кратеры с целой лучевой системой. При этом сам Коперник образовался почти в самом её конце
Левее этих достойных во всех отношениях кратеров располагается кратер Аристарх. Это самая яркая область на Луне - что даже на такой поганой фотке чётко видно. Диаметр его - 45 километров, возраст - 450 миллионов лет.
Назван он в честь древнегреческого астронома III века до н.э. Аристарха Самосского, который, как ни странно, тоже считается автором концепции "Солнце - в центре". Знал ли Коперник о его идее - считается неустановленным.
Аристарх - самый загадочный кратер Луны по всем наблюдениям. Во-первых, в нём очень сложная структура дна. Во-вторых, из него зафиксирован переменный поток альфа-частиц (залежи радона). И в-третьих, Аристарх является рекордсменом по так называемым кратковременным лунным явлениям (КЛЯ), которые пока не имеют никакого объяснения. Это не просто искорки от метеоритов, а посложнее вещи: изменяющиеся пятна, изменение яркости, затуманивание, разноцветное свечение и прочая. В 1970 году было описано, как три ночи подряд в Аристархе на 10 секунд появлялось голубое пятно. Потом на 10 секунд пропадало. И опять появлялось. Чорт его знает, что.
В общем, если наладить бытовой телескоп на балконе и заняться прицельным наблюдением за Аристархом, есть хороший шанс оказаться свидетелем тому, что человечество не в состоянии объяснить
.
Вот он, красавец, на фото NASA 2012 года (солнце слева):
И вид сбоку тоже неплох.
У меня с фотографиями лунных кратеров вечный напряг - постоянно кажется, что это не углубление, а выпуклость. Необходимо определённое напряжение внимания.
Чуть выше центра лунного диска, возле границ Моря Ясности, располагается пара примерно одинаковых кратеров с примерно одинаковыми названиями - Манилий и Менелай.
Марк Манилий - римский астролог I века н.э., известен в истории мира первой книгой по астрологии. Называлась она "Астрономикон" и была вся в стихах по моде того времени.
А Менелай - не рогатый муж Елены из поэмы Гомера, а совсем даже Менелай Александрийский, древнегреческий математик и астроном, живший в то же время, что и Манилий. Знаменит Менелай своим трудом "Сферика", в котором изложил законы расчётов треугольников, лежащих на шаре.
И остались два последних кратера из хорошо заметных - слева и справа по сторонам лунного диска, как гвоздики. Гвоздик тёмный слева - кратер Гримальди, а справа светлый - Лангрен.
Про Франческо Гримальди я уже излагал выше. Физик, монах-иезуит, тот, кто на пару с Джованни Риччоли дал все основные названия лунным объектам. Надо сказать, что недалеко от него есть кратер и его коллеги, но он плохо заметен.
В кратере Гримальди зафиксирован самый тёмный цвет поверхности Луны. Это один из самых древних кратеров, его образование относят к Донектарскому периоду.
Придворный астроном и картограф испанского короля фламандец Микаэль ван Лангрен, живший в XVII веке, как и итальянцы-иезуиты, тоже занимался лунной топографией и давал свои названия разным объектам. Другое дело, что почти все они не сохранились - кому интересны имена чиновников того времени. Неудачный выбор. А вот кратер, который он назвал собственным именем, неожиданно сохранил своё название до сегодняшних дней.
И последнее - из современного ажиотажа вокруг Луны. Термин "суперлуние" - действительно существует в астрономии. Означает он совпадение полнолуния и перигея лунной орбиты. Орбита нашего спутника - не ровный круг с Землёй в центре, а эллипс. И Земля при этом - не в центре
. Поэтому Луна то приближается к нам (максимально близкая точка орбиты - перигей), то отдаляется (самая далёкая точка - апогей). Но даже в этом самом перигее - видимый лунный диск увеличивается не больше, чем на 14%. А зрительный эффект увеличения размеров Луны происходит обычно всегда, когда она низко над горизонтом. В этом случае атмосфера работает, как линза.
Но никак не "вдвое больше обычного", как подают некоторые безграмотные СМИ.
Более того, Луна постепенно отходит от Земли со скоростью примерно 4 сантиметра в год - это следствие истории её образования (теория гигантского столкновения).
Вот как выглядит Луна с Земли в течение месяца, если фиксировать её каждый день и убрать тени от Солнца:
Это покачивание называется либрацией, открыл её ещё Галилей. Причин у неё много, но я думаю, что не в последнюю очередь она болтается ещё со своего поворота лицом к Земле. Просто ещё не успокоилась, как маятник в пустоте.
И самое-самое последнее:) Теперь, после этих двух постов, когда будете в Южном полушарии, обратите внимание на Луну. Снос крыши обеспечен.
Есть пара основных теорий относительно того, что является причиной образования кратеров на Луне. Одна из них основана на ударах метеоритов о поверхность спутника. Вторая базируется на том, что внутри этого небесного тела происходят некие процессы, схожие по своей сути с извержениями вулканов. И вот именно они и есть настоящая причина. Обе теории достаточно спорные, и ниже будет рассказано, почему именно могло произойти такое образование кратеров. Луне свойственны загадки, большую часть которых человечество не решило до сих пор. И это - одна из них.
Кратко о Луне
Как известно, этот спутник вращается вокруг планеты Земля в относительно стабильном режиме, периодически немного приближаясь или отдаляясь. По современным данным, попутно Луна постепенно улетает от нас все дальше в космос. Примерно такое движение оценивают в 4 сантиметра за год. То есть ждать, пока она улетит достаточно далеко, можно очень долго. Луна влияет на точнее - провоцирует их. То есть если бы спутника не было, то и такой активности океанов и морей тоже не было бы. С тех пор, когда люди впервые начали пристально вглядываться в небо и изучать это небесное тело, встал вопрос о том, что собой представляют кратеры на Луне. Прошло уже очень много времени с тех первых попыток понять неизведанное, но и по сей день существуют только теории, которые пока ещё не были ничем фактически подтверждены.
Возраст и цвет кратеров
Особенностью таких образований на поверхности спутника является их расцветка. Кратеры на Луне, которые были образованы несколько миллионов лет назад, считаются молодыми. Они выглядят более светлыми по сравнению с остальной поверхностью. Другие их виды, возраст которых вообще не поддается исчислению, уже потемнели. Это все объясняется достаточно просто. Внешняя поверхность спутника достаточно темная за счет постоянного воздействия радиации. А вот внутри Луна светлая. Как следствие, при ударе метеорита выбрасывается наружу светлый грунт, тем самым образуя сравнительно белое пятно на ее поверхности.
Самые большие кратеры Луны
С древних времен возникла традиция давать различные названия небесным телам. В данном случае это касается самих кратеров. Так, каждый из них носит имя одного из ученых, которые так или иначе, но двигали науку о космосе вперед. Наиболее заметным из сравнительно молодых кратеров является тот, который зовется Тихо. Визуально он похож на некий «пупок» нашего спутника. Образование кратеров на Луне такого типа, скорее всего, действительно произошло из-за столкновения с ее поверхностью очень крупного метеорита. В данном случае название произошло от Тихо Браге, который был в свое время очень известным астрономом. Это молодой кратер, диаметр которого - 85 километров, а возраст - около 108 миллионов лет. Другое заметное образование подобного рода имеет диаметр «всего» 32 км и носит имя Кеплера. По степени заметности дальше идут: Коперник, Аристарх, Манилий, Менелай, Гримальди и Лангрен. Все эти люди в той или иной мере относились к развитию науки, а потому по праву запечатлены в истории таким образом.
"Ударная" теория
Итак, вернемся к теориям о том, что является причиной образования кратеров на Луне. Самая распространенная и достоверная из них подразумевает, что в далекие времена на поверхность нашего спутника падали огромные метеориты. В целом, судя по различным данным, это действительно было именно так, однако тут встает другой вопрос. Если такое происходило, то как настолько большие метеориты облетали нашу планету и врезались целенаправленно именно в спутник? То есть если бы шел разговор о той стороне небесного тела, которая направлена в космос, то все было бы понятно. А вот с повернутой к планете частью получается, что бомбардировка спутника шла напрямую с поверхности Земли, чего по официальной истории быть просто не могло.
Теория внутренней активности
Это вторая вероятная причина образования кратеров на Луне. Учитывая, насколько мало мы знаем даже о самом ближайшем к нам космическом теле, она также вполне реальна. Подразумевается, что в древние времена (те же многие миллионы лет назад) внутри спутника происходила вулканическая активность. Или что-то, что может быть на нее похоже. И кратеры являются как раз следствием подобных событий, что в целом тоже похоже на правду. Непонятно, происходит ли нечто подобное там сейчас, и если да, то почему человечество это не наблюдает. А если нет - то почему прекратилось. Как и в любой другой ситуации с космосом, всегда возникает больше вопросов, чем ответов. В целом, можно предположить, что Луна в свое время переживала примерно такой же период вулканической активности, который был и на нашей планете. Постепенно ситуация стабилизировалась, а сейчас практически незаметна или вообще отсутствует. Если брать такую аналогию, то это тоже вполне возможно. К сожалению, получить однозначный ответ можно будет только тогда, когда люди, наконец, приступят к изучению космоса более детально и подробно.
Необъяснимые особенности
В принципе, все понятно с тем, какие могли быть причины. Кратеров на Луне настолько много, что, возможно, верны обе теории. Однако есть некие особенности, которые не укладываются ни в одну из них. К ним относятся различные регулярно возникающие на поверхности нашего спутника, в частности именно в кратерах. Из них то начинает исходить странное излучение, то возникают необъяснимые цветные пятна и так далее. До сих пор никто даже не может предположить, что это такое. Возможно, дело в том материале, из которого состоял метеорит, или же в том, что вырвалось наружу из внутренней части спутника.
Кратеры на Луне и причина их образования
А теперь вернемся к самой теории возникновения этого небесного тела. Официальная версия, если можно так выразиться, гласит о том, что Луна образовалась в результате столкновения спутника с поверхностью Земли. Потом она как бы отскочила обратно в космос и там зависла, зафиксированная притяжением планеты. Возможно, что-то подобное действительно происходило, но, скорее всего, объект, который врезался в Землю, был полностью разрушен. От удара поднялось огромное количество пыли, скорость движения которой была настолько высока, что она вышла на орбиту планеты. Постепенно этот материал спрессовывался друг с другом, и в конечном варианте сформировал спутник.
Это объясняет то, как действительно были образованы кратеры на Луне, на той ее части, которая повернута к нашей планете. Так, сначала пыль сформировала небольшие объекты, которые постепенно сталкивались друг с другом и соединялись, становились все больше и больше. Со временем была создана некая основа самого большого размера из всех возможных в такой ситуации. Уже в нее летающее на орбите огромное количество других, более мелких частиц и начало врезаться, реагируя на образовавшуюся силу притяжения. Естественно, среди таких элементов были и настолько большие, которые создали известные нам сейчас кратеры.
Итог
Космос представляет собой сплошную загадку. Люди пока не имеют возможности изучить все настолько тщательно, чтобы вопросы отпали. Это касается как других галактик или звездных систем, так и самого ближайшего к нам небесного тела. Возможно, в ближайшем будущем ситуация изменится, ведь сейчас активно ведется подготовка к строительству базы на Луне, изучению Марса и так далее.