9.3: Безповітряна Місяць

Last updated
Save as PDF

Page ID: 56663

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

У століття після відкриттів Галілея Місяць широко вивчалася астрономами за допомогою телескопів. Незабаром з'ясувалося одне: в ньому не було атмосфери. Коли зірка була затьмарена Місяцем, вона раптово зникла, і її світло не показало заломлення або поглинання атмосферою.

Чому? За законами руху Місяць обертається навколо не центру Землі, а центру ваги Землі і Місяця (про це йдеться на http://www.phy6.org/stargaze/Skepl1st.htm#q201, а центр ваги визначається в http://www.phy6.org/stargaze/Srocket.htm). Розташування цієї точки дозволяє астрономам вивести масу Місяця, а з цього - тягу сили тяжіння Місяця. На поверхні Місяця, виявилося, гравітація всього 1/6 сильна, як у поверхні Землі.

Гравітація важлива для збереження атмосфери. Він утримує атмосферу вниз, тоді як тепло - це те, що може змусити його втекти.

Тепло пов'язане з атомним або молекулярним рухом. У твердих тілах і рідинях атоми або молекули можуть вібрувати навколо свого середнього положення. Чим вище температура об'єкта, тим енергійніше рух, поки матеріал не закипить або не випарується, в цей момент його частинки зовсім розхитуються. У газі атоми і молекули літають випадково, постійно стикаючись (якщо газ такий же щільний, як і в атмосфері), і їх зіткнення призводять до дуже хорошого пояснення («кінетична теорія газів») спостережуваних властивостей газу.

Середня швидкість молекули газу залежить від температури газу, а при кімнатній температурі вона порівнянна з швидкістю кулі, досить нижче «швидкості втечі», необхідної для виходу з земної сили тяжіння. Однак це лише середнє значення: фактичні швидкості, як очікується, будуть розподілені навколо цього середнього, після «розподілу Максвелла», вперше отриманого Джеймсом Клерком Максвеллом, якого ми знову зустрічаємо у відкритті теорії трьох кольорів світла (http://www.phy6.org/stargaze/Sun4spec.htm#q1C) та прогнозування електромагнітних хвиль (http://www.phy6.org/stargaze/Sun5wave.htm#q38A). Відповідно до цього розподілу, кілька молекул завжди рухаються досить швидко, щоб втекти, і якщо вони виявляться поблизу верхньої частини атмосфери, рухаючись вгору і уникаючи будь-яких подальших зіткнень, такі молекули будуть втрачені.

Для Землі їх кількість занадто мала, щоб мати значення, але з Місяцем, що має лише 1/6 поверхневої сили тяжіння, можна показати, що будь-яка атмосфера буде втрачена протягом геологічного часу. Планеті Меркурій, лише трохи більше, також не вистачає будь-якої атмосфери, тоді як Марс, з 1/3 поверхневої гравітації Землі, зберігає лише дуже тонку атмосферу.

Вода легко випаровується і потрапивши в газоподібну форму, швидко втрачається тим же процесом. Це припускало, що «Марія» не може бути океанами, хоча їх назва залишилася. Насправді вони виявилися базальтовими потоками, загартованою лавою, яка давно витікала з тріщин на Місяці; ніякого сучасного вулканізму на Місяці достовірно не виявлено. Переважна більшість кратерів, ймовірно, датуються ранніми днями Сонячної системи, тому що лава Марії має дуже мало кратерів на ній, що свідчить про те, що вона затопила та знищила старі.

Картина сухої Місяця була підкріплена місячними скелями, привезеними астронавтами США. Земляні породи можуть містити воду, пов'язану хімічно («вода гідратації»), але не ці. Вода, звичайно, була б важливою для будь-якого форпосту людини на Місяці. Проте невелика кількість води все ще може існувати, принесена кометами, які іноді потрапляють на Місяць. Вся ця вода обов'язково випаровується в спеку зіткнення, але частина її може знову конденсуватися в глибоких кратерах біля полюса Місяця, які постійно знаходяться в тіні і тому надзвичайно холодні. Спостереження космічним апаратом «Клементина» говорять про те, що один такий кратер дійсно може містити шар льоду.