9.1: Загальні властивості Місяця

Цілі навчання

До кінця цього розділу ви зможете:

• Обговоріть, що було вивчено як з пілотованих, так і роботизованих місячних досліджень
• Опишіть склад і будову Місяця

Місяць має лише одну вісімдесяту масу Землі і приблизно одну шосту поверхневу гравітацію Землі - занадто низьку, щоб зберегти атмосферу (рис.$\PageIndex{1}$). Рухомі молекули газу можуть втекти з планети так само, як це робить ракета, і чим нижче гравітація, тим легше газу витікати в космос. Хоча Місяць може придбати тимчасову атмосферу від впливу комет, ця атмосфера швидко втрачається, замерзаючи на поверхню або втечею в навколишній простір. Місяць сьогодні різко дефіцит в широкому діапазоні летючих речовин, тих елементів і сполук, які випаровуються при відносно низьких температурах. Деякі властивості Місяця зведені в Таблицю$\PageIndex{1}$ разом з порівняльними значеннями для Меркурія.

$\PageIndex{1}$Малюнок. Ліве зображення показує частину півкулі, яка звернена до Землі; видно кілька темних марій. Праве зображення показує частину півкулі, яка звернена далеко від Землі; в ній переважають нагір'я. Роздільна здатність цього зображення становить кілька кілометрів, подібно до потужного бінокля або невеликого телескопа.

Таблиця$\PageIndex{1}$: Властивості Місяця і Меркурія

Нерухомість	Місяць	Меркурій
Маса (Земля = 1)	0.0123	0.055
Діаметр (км)	3476	4878
Щільність (г/см3)	3.3	5.4
Поверхнева гравітація (Земля = 1)	0,17	0,38
Швидкість втечі (км/с)	2.4	4.3
Період обертання (дні)	27.3	58.65
Площа поверхні (Земля = 1)	0,27	0,38

Дослідження Місяця

Більшість того, що ми знаємо про Місяць сьогодні, походить від програми «Аполлон США», яка надіслала дев'ять пілотованих космічних апаратів на наш супутник між 1968 та 1972 роками, висадивши 12 астронавтів на його поверхню (мініатюра для цієї глави). До ери досліджень космічних апаратів астрономи наносили карту стороні Місяця, яка звернена до Землі, з телескопічною роздільною здатністю близько 1 кілометра, але місячна геологія навряд чи існувала як науковий предмет. Все, що змінилося, починаючи з початку 1960-х років. Спочатку Росія взяла на себе ініціативу в розвідці Місяця з Luna 3, яка повернула перші фотографії дальньої сторони місяця в 1959 році, а потім з Луною 9, яка висадилася на поверхню в 1966 році і передала фотографії та інші дані на Землю. Однак ці зусилля були затьмарені 20 липня 1969 року, коли перший американський астронавт ступив на Місяць.

Таблиця$\PageIndex{2}$ підсумовує дев'ять польотів Аполлона: шість, які приземлилися та три інших, які кружляли Місяць, але не приземлилися. Початкові посадки були на рівнинних рівнин, відібраних з міркувань безпеки. Але зі збільшенням досвіду та впевненості NASA націлило останні три місії на більш геологічно цікаві місця. Рівень наукових досліджень також збільшувався з кожною місією, оскільки космонавти довше проводили на Місяці і носили більш досконале обладнання. Нарешті, на останній посадці «Аполлона» НАСА включило в число астронавтів одного вченого, геолога Джека Шмітта (рис.$9.1.2$).

Таблиця$\PageIndex{2}$: Польоти Аполлона на Місяць

Політ	Дата	Лендінгем сайт	Головне благоустрій
Аполлон 8	Груд. 1968	—	Перші люди, які літають навколо Місяця
Аполлон-10	Травень 1969	—	Перше побачення космічних апаратів на місячній орбіті
Аполлон-11	Липень 1969	Кобила Транквіллітатис	Перша посадка людини на Місяць; 22 кілограми зразків повернулися
Аполлон-12	Листопад 1969	Океан Процелларум	Перший пакет експериментів на місячній поверхні Apollo (ALSEP); відвідування посадкового апарату Surveyor 3
Аполлон-13	Квітень 1970	—	Посадка перервана через вибух в командному модулі
Аполлон-14	Січ 1971	Маре Нубіум	Перша «рикша» на Місяці
Аполлон-15	Липень 1971	Маре Імбріум/Хедлі	Перший «ровер»; візит до Хедлі Рілле; космонавти проїхали 24 кілометри
Аполлон-16	Квітень 1972	Декарт	Перша посадка в високогір'ї; повернулося 95 кілограмів зразків
Аполлон-17	Груд 1972	Телець-Літтроу нагір'я	Геолог серед екіпажу; повернуто 111 кілограм зразків

Фігура$\PageIndex{2}$ геолога (а пізніше американського сенатора) Гаррісона «Джека» Шмітта перед великим валуном в долині Літтроу на краю місячного нагір'я. Зверніть увагу, як чорне небо на безповітряному Місяці. Ніяких зірок не видно, оскільки поверхня яскраво освітлена Сонцем, і тому експозиція недостатньо довга, щоб виявити зірки.

Окрім посадки на місячну поверхню та вивчення її на близькій відстані, місії «Аполлон» виконали три завдання, що мають важливе значення для місячної науки. Спочатку космонавти зібрали майже 400 кілограмів зразків для детального лабораторного аналізу на Землі (рис.$\PageIndex{3}$). Ці зразки виявили стільки ж про Місяць і її історію, як і всі інші місячні дослідження разом узяті. По-друге, кожна посадка «Аполлона» після першої розгорнула пакет експериментів на місячній поверхні Apollo (ALSEP), який продовжував діяти протягом багатьох років після відходу астронавтів. По-третє, орбітальні командні модулі «Аполлон» несли широкий спектр інструментів для фотографування та аналізу місячної поверхні зверху.

Малюнок$\PageIndex{3}$ Обробка Місячних Скель. Місячні зразки, зібрані в рамках проекту «Аполлон», аналізуються та зберігаються на об'єктах НАСА в Космічному центрі Джонсона в Х'юстоні, штат Техас. Тут технік досліджує зразок породи, використовуючи рукавички в герметичному середовищі, щоб уникнути забруднення зразка.

Остання людина покинула Місяць в грудні 1972 року, всього трохи більше трьох років після того, як Ніл Армстронг зробив свій «гігантський стрибок для людства». Програма місячної розвідки була відрізана посередині через політичний та економічний тиск. Це коштувало всього близько 100 доларів за американця, розповсюдившись протягом 10 років - еквівалент однієї великої піци на людину на рік. Проте для багатьох людей висадки на Місяць були однією з центральних подій в історії двадцятого століття.

Гігантські ракети Apollo, побудовані для подорожей на Місяць, залишили іржавіти на газоні центрів НАСА у Флориді, Техасі та Алабамі, хоча останнім часом деякі принаймні були переміщені в приміщенні до музеїв (рис.$\PageIndex{4}$). Сьогодні ні НАСА, ні Росія не планують відправляти астронавтів на Місяць, і Китай, здається, є нацією, яка найімовірніше спробує цей подвиг. (У химерній іронії кілька людей навіть ставлять під сумнів, чи ми взагалі пішли на Місяць, запропонувавши замість цього, що програма «Аполлон» була фальшивою, знятою на голлівудській звуковій сцені. Відповіді деяких вчених на такі претензії див. у полі нижче.) Однак науковий інтерес до Місяця сильніший, ніж будь-коли, і понад півдюжини наукових космічних апаратів, надісланих з НАСА, ESA, Японії, Індії та Китаю - оберталися або приземлилися на нашому найближчому сусіді протягом останнього десятиліття.

Прочитайте The Great Moon Hoax про твердження, що NASA ніколи не вдавалося поставити людей на Місяць.

Малюнок$\PageIndex{4}$ Одна з невикористаних ракет Saturn 5, побудованих для виходу на Місяць, тепер є туристичною визначною пам'яткою в Космічному центрі NASA Johnson в Х'юстоні, хоча вона була переміщена в приміщенні з моменту зйомки цієї фотографії.

Місячне дослідження стало міжнародним підприємством з багатьма роботизованими космічними апаратами, орієнтованими на місячну науку. СРСР відправив номер в 1960-х роках, включаючи повернення зразків роботів. У таблиці$\PageIndex{3}$ перераховані деякі з останніх місячних місій.

Таблиця$\PageIndex{3}$: Деякі міжнародні місії на Місяць

Рік запуску	Космічний апарат	Тип місії	Агентство
1994	Клементина	Орбітальний	США (США/НАСА)
1998	Місячний шукач	Орбітальний	НАС (НАСА)
2003	СМАРТ-1	Орбітальний	Європа (ESA)
2007	СЕЛЕН 1	Орбітальний	Японія (JAXA)
2007	Чан'е 1	Орбітальний	Китай (CNSA)
2008	Чандраян-1	Орбітальний	Індія (ISRO)
2009	ЛРО	Орбітальний	НАС (НАСА)
2009	ХРЕСТ	Ударний	НАС (НАСА)
2010	Чан'е 2	Орбітальний	Китай (CNSA)
2011	ГРААЛЬ	Парні орбіти	НАС (НАСА)
2013	СЛЬОЗА	Орбітальний	НАС (НАСА)
2013	Чан'е 3	Ландер/Ровер	Китай (CNSA)
2018	Чан'е 4	Ландер/Ровер на Фарсайді	Китай (CNSA)

Склад і будова Місяця

Склад Місяця не такий, як у Землі. При середній щільності всього 3,3 г/см ³ Місяць повинна бути виготовлена практично повністю з силікатної породи. У порівнянні з Землею він виснажується залізом та іншими металами. Це ніби Місяць складався з тих же силікатів, що і мантія Землі і кора, з металами та летючими речовинами вибірково видалені. Ці відмінності в складі між Землею та Місяцем дають важливі підказки про походження Місяця, тему ми детально розглянемо далі в цьому розділі.

Дослідження внутрішніх приміщень Місяця, проведені за допомогою сейсмометрів, взятих на Місяць в рамках програми «Аполлон», підтверджують відсутність великого металевого ядра. Двомісний космічний корабель GRAIL, запущений на місячну орбіту в 2011 році, забезпечив ще більш точне відстеження внутрішньої структури. Ми також знаємо з вивчення місячних зразків, що вода та інші летючі речовини були виснажені з місячної кори. Крихітні кількості води, виявлені в цих зразках, спочатку були пов'язані з невеликими витоками в ущільнювачі контейнера, які допускали водяну пару з атмосфери Землі. Однак зараз вчені прийшли до висновку, що в місячних породах присутня деяка хімічно пов'язана вода.

Найбільш різко водний лід був виявлений у постійно затінених кратерах поблизу місячних полюсів. У 2009 році НАСА розбило невеликий космічний корабель під назвою супутник спостереження та зондування місячного кратера (LCROSS) в кратер Кабеус поблизу південного полюса Місяця. При ударі 9000 кілометрів на годину вивільняється енергія, еквівалентна 2 тоннам динаміту, підриваючи шлейф водяної пари та інших хімічних речовин високо над поверхнею. Цей шлейф був помітний телескопам на орбіті навколо Місяця, а сам космічний апарат LCROSS проводив вимірювання, коли він пролітав крізь шлейф. Космічний апарат НАСА під назвою Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) також вимірював дуже низькі температури всередині декількох місячних кратерів, а його чутливі камери навіть змогли зображувати інтер'єри кратерів зоряним світлом.

Загальна кількість водяного льоду в полярних кратерах Місяця оцінюється в сотні мільярдів тонн. Як рідина, цього буде достатньо води, щоб заповнити озеро 100 миль поперек, але порівняно з рештою сухої місячної кори, стільки води є чудовим. Імовірно, ця полярна вода була перенесена на Місяць кометами і астероїдами, які потрапили на її поверхню. Деяка невелика частка води замерзла в декількох надзвичайно холодних регіонах (холодні пастки), де Сонце ніколи не світить, наприклад, на дні глибоких кратерів на полюсах Місяця. Однією з причин цього відкриття може бути важливим, є те, що воно підвищує можливість майбутнього проживання людини поблизу місячних полюсів або навіть місячної бази як шляхової станції на маршрутах до Марса та решти Сонячної системи. Якби лід можна було видобувати, він би дав і воду, і кисень для підтримки людини, і його можна було б розбити на водень і кисень, потужне ракетне паливо.

Резюме

Більшість того, що ми знаємо про Місяць, походить від програми «Аполлон», включаючи 400 кілограмів місячних зразків, які все ще інтенсивно вивчаються. Місяць має одну вісімдесяту масу Землі і сильно виснажена як металами, так і летючими матеріалами. Він виготовлений майже повністю з силікатів, таких як ті, що знаходяться в мантії та корі Землі. Однак більш пізні космічні апарати знайшли докази невеликої кількості води поблизу місячних полюсів, швидше за все, осідають під впливом комети і астероїдів.