МІСЯЦЬ—СУПУТНИКЗЕМЛІ.

Місяць найближче до Землі природне тіло. Його радіус становить 1738 км, середня віддаль від Землі 384400 км. Маса Місяця у 81,3 рази менша від маси Землі, а прискорення вільного падіння на місячній поверхні 163 см/с². Місяць — дуже великий супутник і тому систему Земля-Місяць часто називають подвійною планетою.

Маров М.Я. пише, що найбільшими деталями місячної поверхні є "моря" і великі гірські райони. На фотографії Місяця можна побачити світлі ділянки поверхні — материки. Вони займають біля 60% видимого із Землі диска. Материкові області утворюють загальний фон, на який накладаються темні простори "моря", які займають западини. "Моря" на поверхні Місяця розташовані нерівномірно. По відношенню до всієї місячної поверхні материкові області займають 83,1% його площі, "моря" —16,9%.

Встановлено, що вік порід на материках 4,6 млрд. років і він є віком Місяця взагалі. Породи "морів" молодші — 3,7-2,5 млрд. років. На підставі цього вчені вважають, що материки утворились під час першої фази розплавлення Місяця (4,0-4,6 млрд. років тому), а пізніше (2-3,5 млрд. років тому) відбувались грандіозні виливи рідкої базальтової магми, що заповнила пониження і вирівняла їх. Але є і метеоритна гіпотеза походження "морів" та ін.

Максимальна амплітуда висот на Місяці 11 км. Більшість морських басейнів мають овальну форму і часто оточені кільцевими горами. Під ними в основі кори залягають тіла з додатньою гравітаційною аномалією — маскони.

Метеоритні кратери, відмічає О.Є.Криволуцький, — характерна для місячної поверхні форма рельєфу. Під час аналізу фотографій кратера Коперник виявилось, що широке дно кратера опущене на 1600 м по відношенню до навколишньої поверхні. На видимій стороні Місяця налічують 3 тис. кратерів діаметром біля 3 км, а на фотографіях з космічних апаратів — більше 200 тисяч діаметром більше 0,6 км. А 150 кратерів мають діаметр більше 80 км. Найбільший кратер Клавій має діаметр 235 км.

Аналіз поверхневих порід, як відмічає Ф.Ю.Зігель, показав, що вони подібні на земні породи типу базальтів. Але в них простежується надлишок металів, наприклад, хрому і титану.

Поверхню планети покриває пухкий матеріал реголіт — це різнозернистий порошок темносірого і чорного кольору, що легко зминається в пухкі грудочки. Цей пухкий шар практично нікуди не переміщається.

Місячна кора по товщині не перевищує 50-60 км. Нижче до глибини 1000 км розташована мантія, а в центрі Місяця знаходиться силікатне майже тверде ядро діаметром біля 1500 км, температура якого перевищує 1000⁰С. На глибині 40 км температура місячної кори сягає 300⁰С, оскільки місячне тепло просочується з надр назовні. Вивченню внутрішньої будови Місяця сприяють "місяцетруси", осередки яких розташовуються на глибині від 700 до 1100 км. Тектонічна діяльність на Місяці дуже слабка, але повністю не припинилась. Факти свідчать про те, що в минулому Місяць мав магнітне поле і був магнітно-тектонічно активнішим.

Місяць не має атмосфери і магнітного поля. Відсутність атмосфери зумовила різкі коливання температури його поверхні: від 130⁰С на освітленій стороні до —150⁰С в затінку.

На Місяці немає погоди в земному розумінні цього слова. Там змінюються лише освітленість і нагрів.

Перша людина, яка побувала на Місяці, астронавт Ніл Амстронг¹,, так сказав про Місячний ландшафт:"...Місячна поверхня в момент посадки була яскраво освітлена. Ні зірок, ні планет, крім Землі, не було видно. Досліджуваний нами район за освітленістю можна порівняти з пустинею, а його колір нагадує колір сухого цементу або піщаного пляжу. Виходячи з кабіни, ми виявили, що уламки порід і частинки місячного грунту темно-сірого кольору".

Місяць здійснює повний оберт навколо Землі за 27 діб 7 годин 43 хвилини. За такий же час він обертається навколо своєї осі, тому Місяць весь час повернутий до Землі одним боком. Вигляд фази Місяця постійно змінюється.

Проміжок часу між двома однаковими фазами Місяця називається синодичним місяцем. Тривалість його 29 діб 12 годин 44 хвилини. Точки перетину орбіти Землі і Місяця називаються місячними вузлами. Якщо новий місяць (молодик) співпадає з місячним вузлом, то Місяць, Земля і Сонце знаходяться на одній прямій (сизигії) і тоді настає затемнення Сонця (рис.3). Затемнення Місяця відбувається тоді, коли повний місяць співпадає з місячним вузлом (рис. 3а). Якщо Місяць знаходиться під кутом 90⁰ до сизигії (квадратурі), то з Землі видно лише половину його освітленої частини (місячна чверть).

Система Земля-Місяць обертається навколо спільного центу ваги, який знаходиться на віддалі 0,73 земного радіусу від центру Землі. У цьому центрі сили притягання і відцентрові сили зрівноважуються. У всіх інших точках їх взаємодія веде до утворення припливів і відпливів (рис. 4). Періодичність зміни припливів і відпливів на земній поверхні становить 6 год.12 хв.30 с. Повний цикл — два припливи і два відпливи складає 24 год. 50 хв.

Схема Місячного (а) і повного сонячного (б) затемнень.

На кожну точку Землі діє відцентрова сила (F_ц) і сила притягання (F_N), спрямована до Місяця. У точці Z сила притягання більша, ніж в точці О., а в точці N – менша, ніж будь де на Землі. В центрі мас Землі відцентрова сила і сили притягання однакові. У точці Z сила притягання більша, ніж відцентрова, а в точці N – більша відцент­рова сила. Це призводить до утворення припливних виступів (F_n).

Внаслідок цього виникає тертя між водою і твердим дном океану — так зване припливне тертя. Воно гальмує обер­тання Землі. Сильні припливи, які спричиняє на Меркурії і Венері Сонце, очевидно, й зумовили їх украй повільне обертання навколо осі. Припливи, спричинені Землею, настільки загальмували обертання Місяця, що він завжди звернутий до Землі одним боком. Отже, припливи є важливим фактором еволю­ції небесних тіл і Землі.

Припливну хвилю утворює також взаємодія Землі з Сонцем, але Сонце знаходиться в 390 раз далі від Землі, ніж Місяць, тому його припливотворча сила в 2,2 рази менша місячної. Місячні та сонячні припливи можуть співпадати або не співпадати в залежності від взаємного розташування Сонця, Землі і Місяця. Під дією Місяця земна поверхня підіймається на 35,6 см і опускається на 17,8

см. Під дією Сонця відповідно на 16,4 і 8,2 см. У випадку коли припливні хвилі місячного та сонячного походження накладаються, то такі припливи називають сизигійними. Коли ж припливні сили Місяця і Сонця направлені під прямим кутом одна до одної то виникаючі припливи називаютьквадратурними.

Схема утворення припливів (за К.І. Геренчуком та ін., 1984).

Припливні хвилі поступово уповільнюють швидкість обертання Землі, бо вини рухаються в зустрічному напрямі. Тому земна доба поступово стає довшою. Підраховано, що лише з причин водних припливів за кожні 40 тис. р. доба подовжується на 1 с. Мільярд років тому доба Землі становила лише 17 год. Ще через мільярд років триватиме 31 год. А за декілька мільярдів років Земля буде повернутою до Місяця весь час однією стороною, так само, як тепер Місяць

З припливами переміщується величезна маса води. У наш час починають використовувати колосальну енергію води, яка бере участь у припливах, на берегах океанів і відкритих морів.

4.Сучасні уявлення про походження і еволюцію Сонячної системи

Питання походження Землі і Сонячної системи хвилювало вчених ще з глибокої давнини, однак перші наукові спроби пояснення проблеми відносяться лише до ХVІІІ ст. Відомий радянський вчений, полярник О. Ю. Шмідт згрупував всі запропоновані гіпотези у три класи.

До п е р ш о г о класу відносяться гіпотези, які виходять з постулату про утворення Сонця та планет із єдиного матеріалу (туманності). Це відомі гіпотези Канта-Лапласа, Фесенкова, Войткевича, недавно запропоновані уявлення Рудника і Соботовича та ін.

Д р у г и й клас об'єднує гіпотези, згідно з якими планети виникли з речовини Сонця (гіпотези Бюффона, Мультона і Чемберліна, Джінса, Джеффріса, Крата й ін.). І, нарешті, до т р е т ь о г о класу входять гіпотези, які не об'єднують Сонце та планети спільністю походження. Найбільш відомою є гіпотеза Шмідта. Зупинимось коротко на характеристиці гіпотез кожного класу.

У 1755 році німецький філософ І. Кант висловлює думку, що первісний Всесвіт складався з нерухомих пилоподібних частинок різної щільності. Сили гравітації спричинили їхній рух, співударяння однієї з одною і налипання їх одна на одну (акреція), утворення центрального розжареного згустка - Сонця. Подальші зіткнення частинок призвели до обертання Сонця і разом з ним пилової хмари. В пиловій хмарі поступово утворювались окремі згустки речовини - зародки майбутніх планет, навкруги яких за подібною схемою сформувалися супутники. Утворена таким шляхом Земля на початку свого існування уявлялась холодною.

Французький астроном і математик П. Лаплас запропонував дещо відмінний варіант. Сонячна система, на його думку, утворилась з розжареної газової туманності з центральним згустком, яка оберталася і стискалася під дією всесвітнього тяжіння. При подальшому охолодженні швидкість обертання туманності зростала і по периферії від неї відшаровувалися кільця, котрі у свою чергу розпадались на згущення - майбутні планети. Планети на початковій стадії являли собою розжарені газові кулі, які поступово охолоджувалися і затвердівали.

Гіпотеза Канта-Лапласа була панівною в космогонії аж до початку ХХ ст. і зіграла прогресивну роль, служачи основою природничих наук, у тому числі й геології. Головним недоліком гіпотези стала неспроможність пояснити розподіл всередині Сонячної системи моменту кількості руху (МКР). МКР визначається як добуток маси тіла на відстань від центру системи і швидкість його обертання. Дійсно, виходячи з факту, що Сонце володіє більше 90 % всієї  маси системи, воно повинно мати і найвищий МКР. Насправді ж, Сонце має лише 2 % загального МКР, планети ж, особливо планети-гіганти, - решту 98 %.

Вказане протиріччя спробував пояснити радянський вчений В. Г. Фесенков (1960). Згідно з його гіпотезою, Сонце і планети утворилися внаслідок ущільнення гігантської туманності - "глобули". Туманність була дуже розрідженою матерією, складеною в основному з водню, гелію і невеликої кількості важких елементів. Під дією сили гравітації в центральній частині (глобули) виникло зіркоподібне згущення - Сонце, яке швидко оберталося. Внаслідок еволюції сонячної речовини в оточуюче його газово-пилове середовище із Сонця час від часу відбувалися викиди матерії. Це призводило до втрати Сонцем частини своєю маси і передачі утворюваним планетам значної частини МКР. Формування планет проходило шляхом акреції речовини туманності.

Американські дослідники - геолог Т. Чемберлін і астроном Ф. Мультон на початку ХХ століття запропонували подібні гіпотези, згідно з якими планети утворилися з речовини газових віток спіралей, "витягнутих" із Сонця зіркою, що пройшла на досить близькій віддалі від нього. Ними було введено в космогонію поняття "планетезималі", тобто згустки сконденсованої з газів первісної речовини, які стали ембріонами планет та астероїдів. Англійський астрофізик Д. Джинс (1919) припустив, що при зближенні з Сонцем іншої зірки з останнього відірвався сигароподібний виступ, який у подальшому розпався на окремі згустки, причому з середньої потовщеної частини "сигари" утворились великі планети, а по її краях - дрібні.

Оригінальну гіпотезу висунув у 1944 р. радянський дослідник О. Ю. Шмідт, учні якого в наступні роки дали її фізико-математичне обґрунтування. Це так звана м е т е о р и т н а гіпотеза (рис.6). В гіпотезі проблема утворення Сонця не розглядається. Згідно з її положеннями, Сонце на одній із стадій свого розвитку захопило холодну газово-пилову (метеоритну) хмару. До цього Сонце  володіло дуже малим МКР, хмара ж оберталася зі значною швидкістю. В сильному гравітаційному полі Сонця почалася диференціація метеоритної хмари за масою, щільністю і розмірами. Частина метеоритного матеріалу потрапила на Сонце, інша, внаслідок процесів акреції утворювала згустки - зародки планет та їх супутників. Значна роль в гіпотезі відводиться дії "сонячного вітру" - тиску сонячного випромінювання, яке відкидало легкі газові компоненти на периферію системи. Утворена таким чином Земля була холодним тілом, подальший розігрів зв'язується з радіогенним теплом, гравітаційною диференціацією та іншими джерелами внутрішньої енергії планети. Великим недоліком гіпотези дослідники вважають дуже низьку імовірність захоплення Сонцем подібної метеоритної хмари.

Прикладом гіпотез, які з'явились у літературі порівняно недавно, можуть служити погляди В. О. Рудника і Е. В. Соботовича (1984). Згідно з їхніми уявленнями (модель поліхронно-гетерогенної акреції Землі), ініціатором процесів в газово-пиловій туманності міг послужити близький вибух "наднової" зірки. Під дією вибуху почався стиск туманності і утворення центрального згустка - Сонця. В подальшому проходила передача електромагнітним чи турбулентно-конвективним шляхом МКР від Сонця планетам, утворення кілець, подібних як у Сатурна, акреція матеріалу кілець спочатку в планетезималі, а потім в планети.

Існують різні точки зору стосовно послідовності формування внутрішніх частин планети. Згідно з однією із них, Земля спочатку була невідсортованим конгломератом залізо-силікатної речовини, в подальшому внаслідок гравітації відбулось розділення на залізне ядро і силікатну мантію - гомогенна акреція.

Прихильники гетерогенної акреціївважають, що спочатку акумулювалось тугоплавке залізне ядро, потім на нього налипали більш легкоплавкі силікатні частинки. Залежно від вирішення цього питання, мова може йти і про ступінь первісного розігріву Землі. Справді, зразу ж після свого утворення, планета почала розігріватись внаслідок сумісної дії декількох чинників: бомбардування її поверхні планетезималями, що супроводжувалось виділенням тепла; розпаду радіоактивних ізотопів, у тому числі короткоживучих ізотопів алюмінію, йоду, плутонію та ін.; гравітаційної диференціації надр (з позицій гомогенної акреції). На думку деяких дослідників, на цій ранній стадії формування планети її зовнішні частини могли перебувати у стані, близькому до розплаву.