Księżyc -Moon

Księżyc☾
Księżyc w pełni w ciemności nocnego nieba.  Jest ozdobiona mieszanką jasnych obszarów i ciemniejszych, nieregularnych plam oraz rozrzucona różnymi okręgami otoczonymi przez wyrzucone promienie jasnych wyrzutów: kraterów uderzeniowych.
Bliższa strona Księżyca ( północ u góry) widziana z Ziemi
Oznaczenia
Przeznaczenie
Ziemia I
Przymiotniki
Charakterystyka orbitalna
Epoka J2000
Perygeum 362 600  km
( 356 400370 400  km)
Apogeum 405 400  km
( 404 000406 700  km)
384 399  km   (1,28  ls ,0,002 57  j.a. )
Ekscentryczność 0,0549
27,321 661  d
(27 d 7 h 43 min 11,5 s)
29,530 589  d
(29 d 12 h 44 min 2,9 s)
1,022  km/s
Nachylenie 5,145° do ekliptyki
Regres o jeden obrót w ciągu 18,61 lat
Postęp o jeden
obrót w ciągu 8,85 lat
Satelita z Ziemia
Charakterystyka fizyczna
Średni promień
1737,4 km ( 0,2727 Ziemi)  
Promień równikowy
1738,1 km ( 0,2725 Ziemi)  
Promień biegunowy
1736,0 km ( 0,2731 Ziemi)  
Spłaszczenie 0,0012
Obwód 10 921  km ( równikowy )  
3,793 × 10 7  km 2 (0,074 Ziemi)  
Tom 2,1958 × 10 10  km 3 (0,02 Ziemi)  
Masa 7,342 × 10 22  kg (  
0,0123 Ziemi)
Średnia gęstość
3,344  g / cm3
0,606 × Ziemia
1,622  m/ s2 (  0,1654  g ;5,318  stóp/ s2 )
0,3929 ± 0,0009
2,38 km/s
( 8600  km/h; 5300 mil / h  )
29,530 589  d
(29 d 12 h 44 min 2,9 s; synodyczny; dzień słoneczny ) ( zablokowana orbita spinowa )
27.321 661  d (zablokowany spin-orbita)  
Równikowa prędkość obrotu
4,627 m/s
Rektascensja na biegunie północnym
Deklinacja bieguna północnego
65,64°
Albedo 0,136
temp. powierzchni min oznaczać maks
Równik 100  tys 250 tys 390 tys
85°N  150 tys 230 tys
Moc dawki pochłoniętej przez powierzchnię 13,2 μGy/godz
Równoważna moc dawki powierzchniowej 57,0 μSv/godz
29,3 do 34,1 minuty kątowej
Atmosfera
Nacisk powierzchniowy
Skład według objętości

Księżyc jest jedynym naturalnym satelitą Ziemi . Jest to piąty co do wielkości satelita w Układzie Słonecznym oraz największy i najbardziej masywny w stosunku do swojej planety macierzystej , o średnicy około jednej czwartej średnicy Ziemi (porównywalnej z szerokością Australii ). Księżyc jest obiektem o masie planetarnej i zróżnicowanym skalistym ciele, co czyni go planetą satelitarną zgodnie z geofizycznymi definicjami tego terminu i większą niż wszystkie znane planety karłowate Układu Słonecznego. Brakuje mu jakiejkolwiek znaczącej atmosfery , hydrosfery czy pola magnetycznego . Jego grawitacja powierzchniowa wynosi około jednej szóstej ziemskiej 0,1654  g , przy czym księżyc Jowisza Io jest jedynym satelitą w Układzie Słonecznym, o którym wiadomo, że ma wyższą grawitację powierzchniową i gęstość.

Krążąc wokół Ziemi w średniej odległości 384 400 km (238 900 mil), czyli około 30 razy większej od średnicy Ziemi, jej wpływ grawitacyjny bardzo powoli wydłuża ziemski dzień i jest głównym motorem pływów na Ziemi . Orbita Księżyca wokół Ziemi ma okres gwiezdny wynoszący 27,3 dnia. Podczas każdego okresu synodycznego trwającego 29,5 dnia ilość widocznej powierzchni oświetlanej przez Słońce waha się od zera do 100%, co skutkuje fazami księżyca , które stanowią podstawę miesięcy kalendarza księżycowego . Księżyc jest pływowo zsynchronizowany z Ziemią, co oznacza, że ​​długość pełnego obrotu Księżyca wokół własnej osi powoduje, że jego strona ( bliższa) jest zawsze zwrócona w stronę Ziemi, a nieco dłuższy dzień księżycowy jest taki sam jak dzień synodyczny Kropka. Jednak 59% całkowitej powierzchni Księżyca można zobaczyć z Ziemi dzięki zmianie perspektywy spowodowanej libracją .

Najszerzej akceptowane wyjaśnienie pochodzenia zakłada, że ​​Księżyc powstał 4,51 miliarda lat temu, niedługo po Ziemi , z pozostałości po gigantycznym zderzeniu planety z hipotetycznym ciałem wielkości Marsa , zwanym Theia . Następnie cofnął się na szerszą orbitę z powodu interakcji pływów z Ziemią. Bliższą stronę Księżyca wyznaczają ciemne wulkaniczne maria („morza”), które wypełniają przestrzenie między jasnymi starożytnymi wyżynami skorupy ziemskiej a widocznymi kraterami uderzeniowymi . Większość dużych basenów uderzeniowych i powierzchni klaczy znajdowała się na miejscu pod koniec okresu imbryjskiego , około trzech miliardów lat temu. Powierzchnia Księżyca jest stosunkowo nieodblaskowa, a jej współczynnik odbicia jest tylko nieznacznie jaśniejszy niż zużyty asfalt . Jednak ze względu na dużą średnicę kątową księżyc w pełni jest najjaśniejszym obiektem niebieskim na nocnym niebie. Pozorny rozmiar Księżyca jest prawie taki sam jak Słońca, co pozwala mu prawie całkowicie zakryć Słońce podczas całkowitego zaćmienia Słońca .

Zarówno pozycja Księżyca na ziemskim niebie, jak i jego regularny cykl faz dostarczały kulturowych odniesień i wpływów na ludzkie społeczeństwa na przestrzeni dziejów. Takie wpływy można znaleźć w języku, systemach kalendarzowych, sztuce i mitologii. Pierwszym sztucznym obiektem, który dotarł na Księżyc, był radziecki statek kosmiczny Luna 2 bez załogi w 1959 roku; po tym nastąpiło pierwsze udane miękkie lądowanie Luny 9 w 1966 roku. Jedynymi misjami księżycowymi z udziałem ludzi były jak dotąd misje amerykańskiego programu Apollo , w ramach którego w latach 1969-1972 wylądowało na powierzchni dwunastu ludzi. Te i późniejsze misje bez załogi zwrócone księżycowe skały , które zostały wykorzystane do opracowania szczegółowego geologicznego zrozumienia pochodzenia Księżyca , wewnętrznej struktury i późniejszej historii.

Nazwy i etymologia

Zwykła angielska nazwa własna naturalnego satelity Ziemi to po prostu Księżyc , przez duże M. Rzeczownik księżyc pochodzi od staroangielskiego mōna , które (podobnie jak wszystkie jego germańskie odpowiedniki ) wywodzi się od proto-germańskiego *mēnōn , które z kolei pochodzi od Proto -Indoeuropejskie *mēnsis "miesiąc" (od wcześniejszego *mēnōt , dopełniacz *mēneses ), które może być związane z czasownikiem "miara" (czasu).

Czasami nazwa Luna / ˈ l n ə / jest używana w pismach naukowych, a zwłaszcza w science fiction, aby odróżnić księżyc Ziemi od innych, podczas gdy w poezji „Luna” była używana do określenia personifikacji Księżyca. Cynthia / s ɪ n θ i ə / to kolejne poetyckie imię, choć rzadkie, dla Księżyca uosabianego jako bogini, podczas gdy Selene / s ə ˈ l n / (dosłownie „Księżyc”) jest grecką boginią Księżyca .

Typowym angielskim przymiotnikiem odnoszącym się do Księżyca jest „lunar”, wywodzący się od łacińskiego słowa oznaczającego Księżyc, lūna . Przymiotnik selenian / s ə l n i ə n / , wywodzący się z greckiego słowa oznaczającego Księżyc σελήνη selēnē i używany do opisania Księżyca jako świata, a nie obiektu na niebie, jest rzadki, podczas gdy jego pokrewny selen był pierwotnie rzadkim synonimem, ale teraz prawie zawsze odnosi się do pierwiastka chemicznego selenu . Greckie słowo oznaczające Księżyc dostarcza nam jednak przedrostka seleno- , jak w selenografii , badaniu fizycznych cech Księżyca, jak również pierwiastka o nazwie selen .

Grecka bogini dziczy i łowów, Artemida , utożsamiana z rzymską Dianą , której jednym z symboli był Księżyc i która często była uważana za boginię Księżyca, była również nazywana Cynthia , od jej legendarnego miejsca narodzin na Górze Cynthus . Nazwy te – Luna, Cynthia i Selene – znajdują odzwierciedlenie w terminach technicznych dla orbit księżycowych , takich jak apolune , perycynthion i selenocentric .

Astronomicznym symbolem Księżyca jest półksiężyc, na ☾przykład w M 'masa Księżyca' (również M L ).

Historia naturalna

Geologiczna skala czasu Księżyca

Early Imbrian Late Imbrian Pre-Nectarian Nectarian Eratosthenian Copernican period
Miliony lat przed teraźniejszością
Mapa geologiczna Księżyca z ogólnymi cechami jest pokolorowana według wieku, z wyjątkiem marii (na niebiesko), KREEP (na czerwono) i innych cech specjalnych. Od najstarszego do najmłodszego: Aitkenian (różowy), Nectarian (brązowy), Imbrian (zielony/turkusowy), Eratostenian (jasnopomarańczowy) i Kopernikański (żółty).

Tworzenie

Datowanie izotopowe próbek Księżyca sugeruje, że Księżyc powstał około 50 milionów lat po powstaniu Układu Słonecznego . Historycznie zaproponowano kilka mechanizmów powstawania, ale żaden z nich nie wyjaśnia w zadowalający sposób cech układu Ziemia-Księżyc. Rozszczepienie Księżyca od skorupy ziemskiej przez siłę odśrodkową wymagałoby zbyt dużej początkowej prędkości obrotowej Ziemi. Grawitacyjne uchwycenie wstępnie uformowanego Księżyca zależy od niewykonalnie rozszerzonej atmosfery Ziemi w celu rozproszenia energii przechodzącego Księżyca. Współtworzenie Ziemi i Księżyca razem w pierwotnym dysku akrecyjnym nie wyjaśnia wyczerpywania się metali na Księżycu. Żadna z tych hipotez nie może wyjaśnić wysokiego momentu pędu układu Ziemia-Księżyc.

Układ Ziemia-Księżyc z orbity Marsa

Dominującą teorią jest to, że układ Ziemia-Księżyc powstał po gigantycznym zderzeniu ciała wielkości Marsa (o nazwie Theia ) z proto-Ziemią . Uderzenie wyrzuciło materię na orbitę okołoziemską, a tamta akrecja utworzyła Księżyc tuż za ziemską granicą Roche'a ~2,56  R 🜨 .

Uważa się, że gigantyczne zderzenia były powszechne we wczesnym Układzie Słonecznym. Symulacje komputerowe gigantycznych zderzeń dały wyniki, które są zgodne z masą jądra Księżyca i momentem pędu układu Ziemia-Księżyc. Te symulacje pokazują, że większość Księżyca pochodzi z impaktora, a nie z proto-Ziemi. Jednak nowsze symulacje sugerują, że większa część Księżyca pochodzi z proto-Ziemi. Inne ciała wewnętrznego Układu Słonecznego, takie jak Mars i Westa , mają, według meteorytów z nich, bardzo różne składy izotopowe tlenu i wolframu w porównaniu z Ziemią. Jednak Ziemia i Księżyc mają prawie identyczny skład izotopowy. Izotopowe wyrównanie układu Ziemia-Księżyc można wytłumaczyć mieszaniem się po zderzeniu odparowanej materii, która utworzyła te dwa układy, chociaż jest to przedmiotem dyskusji.

Uderzenie uwolniłoby wystarczającą ilość energii, aby upłynnić zarówno wyrzut, jak i skorupę ziemską, tworząc ocean magmy. Skroplona wyrzutnia mogła następnie ponownie zgromadzić się w układzie Ziemia-Księżyc. Podobnie, nowo powstały Księżyc miałby swój własny księżycowy ocean magmy ; jego głębokość szacuje się od około 500 km (300 mil) do 1737 km (1079 mil).

Podczas gdy teoria gigantycznego zderzenia wyjaśnia wiele linii dowodów, niektóre kwestie wciąż pozostają nierozwiązane, z których większość dotyczy składu Księżyca. Badanie opublikowane w 2022 r. powyżej progu wysokiej rozdzielczości symulacji wykazało, że gigantyczne zderzenia mogą natychmiast umieścić satelitę o podobnej masy i zawartości żelaza na Księżyc na orbitę daleko poza ziemską granicę Roche'a . Nawet satelity, które początkowo mieszczą się w granicach Roche'a, mogą niezawodnie i przewidywalnie przetrwać, ponieważ zostaną częściowo rozebrane, a następnie skierowane na szersze, stabilne orbity.

Naturalny rozwój

Artystyczna wizja Księżyca, który mógł pojawić się na ziemskim niebie po późnym ciężkim bombardowaniu około 4 miliardów lat temu. W tym czasie Księżyc krążył wokół Ziemi znacznie bliżej, wydając się znacznie większy.

Po uformowaniu się Księżyca, Księżyc osiadł na orbicie wokół Ziemi znacznie bliżej niż obecnie, sprawiając, że oba ciała wydają się znacznie większe na niebie każdego z nich i powodując zarówno częstsze, jak i silniejsze zaćmienia i efekty pływowe . Od tego czasu, z powodu przyspieszenia pływowego , orbita Księżyca wokół Ziemi stała się znacznie większa i dłuższa, blokując pływowo tak zwaną bliską stronę Księżyca , zawsze zwróconą ku Ziemi tą samą stroną.

Schłodzona powierzchnia Księżyca po formacji została ukształtowana przez duże i wiele małych zdarzeń uderzeniowych , zachowując rozległy kraterowy krajobraz wszystkich epok, a także przez aktywność wulkaniczną , tworząc wybitne maria księżycowa . Aktywny wulkanicznie do 1,2 miliarda lat temu, większość księżycowych bazaltów klaczy wybuchła w okresie Imbrii , 3,3–3,7 miliarda lat temu, chociaż niektóre miały zaledwie 1,2 miliarda lat, a niektóre nawet 4,2 miliarda lat. Przyczyny erupcji bazaltów klaczy, w szczególności ich nierównomierne występowanie głównie po bliższej stronie, jak księżycowe wyżyny po drugiej stronie , były nierozwiązanym problemem z powodu różnych wyjaśnień. Jedno z wyjaśnień sugeruje, że duże meteoryty uderzały w Księżyc w jego wczesnej historii, pozostawiając duże kratery, które następnie były wypełnione lawą . Inne wyjaśnienia sugerują procesy księżycowego wulkanizmu.

Charakterystyka fizyczna

Księżyc jest elipsoidą o bardzo małej skali z powodu rozciągania się pływów, a jego długa oś jest przesunięta o 30 ° w stosunku do Ziemi z powodu anomalii grawitacyjnych z basenów uderzeniowych. Jego kształt jest bardziej wydłużony, niż mogą to tłumaczyć obecne siły pływowe. To „skamieniałe wybrzuszenie” wskazuje, że Księżyc zestalił się, gdy krążył w połowie swojej obecnej odległości od Ziemi, i że jest teraz zbyt zimny, aby jego kształt mógł dostosować się do jego orbity.

Rozmiar i masa

Porównanie wielkości głównych księżyców Układu Słonecznego z Ziemią w skali. Dziewiętnaście księżyców jest na tyle dużych, że mogą być okrągłe , kilka z nich ma podpowierzchniowe oceany , a jeden, Tytan, ma znaczną atmosferę.

Księżyc jest pod względem wielkości i masy piątym co do wielkości naturalnym satelitą Układu Słonecznego, który można sklasyfikować jako jeden z jego księżyców o masie planetarnej , co czyni go planetą satelitarną zgodnie z geofizycznymi definicjami tego terminu . Jest mniejszy niż Merkury i znacznie większy niż największa planeta karłowata Układu Słonecznego, Pluton . Podczas gdy księżyc-mniejsza planeta Charon z układu Pluton-Charon jest większy w stosunku do Plutona, Księżyc jest największym naturalnym satelitą Układu Słonecznego w stosunku do ich głównych planet.

Średnica Księżyca wynosi około 3500 km, czyli więcej niż jedna czwarta średnicy Ziemi, a powierzchnia Księżyca jest porównywalna z szerokością Australii . Cała powierzchnia Księżyca wynosi około 38 milionów kilometrów kwadratowych, czyli nieco mniej niż powierzchnia obu Ameryk ( Ameryka Północna i Południowa ).

Masa Księżyca wynosi 1/81 masy Ziemi, jest drugim pod względem gęstości wśród księżyców planetarnych i ma drugą co do wielkości grawitację powierzchniową , po Io , w0,1654  g i prędkość ucieczki 2,38 km/s ( 8 600  km/h; 5 300  mph) .

Struktura

Wewnętrzna struktura Księżyca

Księżyc jest zróżnicowanym ciałem, które początkowo znajdowało się w równowadze hydrostatycznej, ale od tego czasu odstąpiło od tego stanu. Ma odrębną geochemicznie skorupę , płaszcz i jądro . Księżyc ma solidne, bogate w żelazo jądro wewnętrzne o promieniu prawdopodobnie tak małym, jak 240 kilometrów (150 mil) i płynny rdzeń zewnętrzny wykonany głównie z ciekłego żelaza o promieniu około 300 kilometrów (190 mil). Wokół rdzenia znajduje się częściowo stopiona warstwa graniczna o promieniu około 500 kilometrów (310 mil). Uważa się, że struktura ta rozwinęła się w wyniku krystalizacji frakcyjnej globalnego oceanu magmy wkrótce po utworzeniu się Księżyca 4,5 miliarda lat temu.

Krystalizacja tego oceanu magmy stworzyłaby maficzny płaszcz z wytrącania się i tonięcia minerałów oliwinu , klinopiroksenu i ortopiroksanu ; po wykrystalizowaniu około trzech czwartych oceanu magmy, minerały plagioklazy o niższej gęstości mogły uformować się i unosić w skorupie na szczycie. Końcowe ciecze do krystalizacji byłyby początkowo umieszczone pomiędzy skorupą a płaszczem, z dużą ilością niekompatybilnych i wytwarzających ciepło pierwiastków. Zgodnie z tą perspektywą, mapowanie geochemiczne wykonane z orbity sugeruje, że skorupa składa się głównie z anortozytu . Próbki skał księżycowych z law powodziowych, które wybuchły na powierzchnię w wyniku częściowego stopienia płaszcza, potwierdzają skład maficznego płaszcza, który jest bogatszy w żelazo niż na Ziemi. Skorupa ma średnio około 50 kilometrów (31 mil) grubości.

Księżyc jest drugim pod względem gęstości satelitą w Układzie Słonecznym, po Io . Jednak wewnętrzne jądro Księżyca jest małe i ma promień około 350 kilometrów (220 mil) lub mniej, czyli około 20% promienia Księżyca. Jego skład nie jest dobrze poznany, ale prawdopodobnie jest to stop metalicznego żelaza z niewielką ilością siarki i niklu; analizy zmiennego w czasie obrotu Księżyca sugerują, że jest on przynajmniej częściowo stopiony. Szacuje się, że ciśnienie w jądrze Księżyca wynosi 5 GPa (49 000 atm).

Pola magnetyczne i grawitacyjne

Księżyc ma zewnętrzne pole magnetyczne mniejsze niż 0,2 nanotesla , czyli mniejsze niż jedna setna tysięczna ziemskiego . Księżyc nie ma obecnie globalnego dipolarnego pola magnetycznego i ma jedynie namagnesowanie skorupy ziemskiej, które prawdopodobnie nabyło się na wczesnym etapie swojej historii, kiedy dynamo nadal działało. Jednak na początku swojej historii, 4 miliardy lat temu, siła pola magnetycznego była prawdopodobnie zbliżona do dzisiejszej Ziemi. To wczesne pole dynamo najwyraźniej wygasło około miliarda lat temu, po całkowitym wykrystalizowaniu się jądra Księżyca. Teoretycznie część pozostałego namagnesowania może pochodzić z przejściowych pól magnetycznych generowanych podczas dużych uderzeń w wyniku ekspansji chmur plazmy. Chmury te powstają podczas dużych zderzeń w otaczającym polu magnetycznym. Potwierdza to położenie największych namagnesowań skorupy ziemskiej w pobliżu antypodów gigantycznych basenów uderzeniowych.

Pole grawitacyjne Księżyca nie jest jednolite. Szczegóły pola grawitacyjnego zostały zmierzone poprzez śledzenie przesunięcia Dopplera sygnałów radiowych emitowanych przez orbitujący statek kosmiczny. Główne cechy grawitacji Księżyca to maskony , duże dodatnie anomalie grawitacyjne związane z niektórymi gigantycznymi basenami uderzeniowymi, częściowo spowodowane przez gęste lawy bazaltowe, które wypełniają te baseny. Anomalie mają ogromny wpływ na orbitę statku kosmicznego wokół Księżyca. Istnieje kilka zagadek: same przepływy lawy nie mogą wyjaśnić całej sygnatury grawitacyjnej, a niektóre maskony nie są powiązane z wulkanizmem klaczy.

Warunki powierzchniowe

Średnia grawitacja powierzchniowa Księżyca wynosi1,62  m/ s2 (0,1654  g ;5,318  ft/s 2 ), około połowy grawitacji powierzchniowej Marsa i około jednej szóstej ziemskiej. Powierzchnia Księżyca, mająca ciśnienie powierzchniowe 10-10 Pa  , nie ma żadnej znaczącej atmosfery, która łagodziłaby ekstremalne warunki na powierzchni.

Promieniowanie jonizujące z promieni kosmicznych , Słońca i wynikające z niego promieniowanie neutronowe wytwarzają poziom promieniowania średnio 1369 mikrosiwertów dziennie, czyli około 2-3 razy więcej niż na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej na około 400 km nad Ziemią na orbicie, 5-10 razy więcej niż podczas lotu transatlantyckiego, 200 razy więcej niż na powierzchni Ziemi. Dla dalszego porównania promieniowanie podczas lotu na Marsa wynosi około 1,84 milisiwerta dziennie, a na Marsie 0,64 milisiwerta dziennie.

Osiowe nachylenie Księżyca względem ekliptyki wynosi tylko 1,5427°, znacznie mniej niż 23,44° Ziemi. Ze względu na to niewielkie nachylenie, oświetlenie słoneczne Księżyca zmienia się znacznie mniej w zależności od pory roku niż na Ziemi i pozwala na istnienie pewnych szczytów wiecznego światła na biegunie północnym Księżyca , na krawędzi krateru Peary .

Powierzchnia jest narażona na drastyczne różnice temperatur od140°C do−171 °C w zależności od natężenia promieniowania słonecznego . Ze względu na brak atmosfery temperatury różnych obszarów różnią się, szczególnie w zależności od tego, czy znajdują się one w świetle słonecznym, czy w cieniu, przez co szczegóły topograficzne odgrywają decydującą rolę w lokalnych temperaturach powierzchni . Części wielu kraterów, szczególnie dna wielu kraterów polarnych, są stale zacienione, te „ kratery wiecznej ciemności ” mają ekstremalnie niskie temperatury. Lunar Reconnaissance Orbiter zmierzył najniższe letnie temperatury w kraterach na biegunie południowym przy 35 K (-238 ° C; -397 ° F) i zaledwie 26 K (-247 ° C; -413 ° F) w pobliżu przesilenia zimowego w północny krater polarny Hermite . Jest to najniższa temperatura w Układzie Słonecznym kiedykolwiek zmierzona przez statek kosmiczny, niższa nawet niż powierzchnia Plutona .

Na przykład uważa się, że te ekstremalne warunki sprawiają, że jest mało prawdopodobne, aby statki kosmiczne zawierały zarodniki bakterii na Księżycu dłużej niż tylko jedna orbita księżycowa.

Atmosfera

Cienka księżycowa atmosfera jest widoczna na powierzchni Księżyca o wschodzie i zachodzie słońca dzięki blaskowi księżycowego horyzontu i księżycowym promieniom zmierzchu, takim jak ziemskie promienie zmierzchowe . Ten szkic Apollo 17 przedstawia poświatę i promienie wśród ogólnego światła zodiakalnego .

Księżyc ma atmosferę tak rozrzedzoną, że prawie próżniową , o całkowitej masie mniejszej niż 10 ton (9,8 długich ton; 11 ton amerykańskich). Ciśnienie powierzchniowe tej małej masy wynosi około 3 × 10-15 atm  ( 0,3  nPa ); zmienia się w zależności od dnia księżycowego. Jego źródła obejmują odgazowywanie i rozpylanie , produkt bombardowania księżycowej gleby przez jony wiatru słonecznego. Wykryte pierwiastki to sód i potas , wytwarzane przez rozpylanie (występujące również w atmosferach Merkurego i Io ); hel-4 i neon z wiatru słonecznego; i argon-40 , radon-222 i polon-210 , odgazowane po ich utworzeniu w wyniku rozpadu radioaktywnego w skorupie i płaszczu. Brak takich neutralnych form (atomów lub cząsteczek), jak tlen , azot , węgiel , wodór i magnez , które są obecne w regolicie , jest niezrozumiały. Para wodna została wykryta przez Chandrayaan-1 i stwierdzono, że zmienia się w zależności od szerokości geograficznej, z maksimum przy ~ 60–70 stopniach; prawdopodobnie powstaje w wyniku sublimacji lodu wodnego w regolicie. Gazy te albo wracają do regolitu z powodu grawitacji Księżyca, albo są tracone w przestrzeni kosmicznej, albo przez ciśnienie promieniowania słonecznego, albo, jeśli są zjonizowane, przez wymiatanie przez pole magnetyczne wiatru słonecznego.

Badania próbek magmy Księżyca pobrane przez misje Apollo pokazują, że Księżyc miał kiedyś stosunkowo gęstą atmosferę przez okres 70 milionów lat, między 3 a 4 miliardami lat temu. Ta atmosfera, pochodząca z gazów wyrzucanych z erupcji wulkanów na Księżycu, była dwukrotnie grubsza niż na obecnym Marsie . Starożytna księżycowa atmosfera została ostatecznie zerwana przez wiatry słoneczne i rozproszona w kosmosie.

Wokół Księżyca istnieje stała chmura pyłu Księżyca, generowana przez małe cząstki z komet. Szacuje się, że 5 ton cząstek komety uderza w powierzchnię Księżyca co 24 godziny, powodując wyrzucanie cząstek pyłu. Pył pozostaje nad Księżycem około 10 minut, wznosi się 5 minut, a opada 5 minut. Średnio nad Księżycem znajduje się 120 kilogramów pyłu, który wznosi się do 100 kilometrów nad powierzchnię. Zliczenia pyłu wykonane przez LADEE 's Lunar Dust EXperiment (LDEX) wykazały, że liczba cząstek osiągnęła szczyt podczas deszczów meteorytów Geminidów , Kwadrantydów , Północnych Taurydów i Omikronów Centaurów , kiedy Ziemia i Księżyc przechodziły przez szczątki komety. Chmura pyłu księżycowego jest asymetryczna, gęstsza w pobliżu granicy między dzienną i nocną stroną Księżyca.

Cechy powierzchni

Topografia Księżyca zmierzona z wysokościomierza laserowego Lunar Orbiter podczas misji Lunar Reconnaissance Orbiter, w odniesieniu do kuli o promieniu 1737,4 km
Topografia Księżyca

Topografia Księżyca została zmierzona za pomocą wysokościomierza laserowego i analizy obrazu stereo . Jego najbardziej rozległą cechą topograficzną jest gigantyczny basen bieguna południowego – Aitken , o średnicy około 2240 km (1390 mil), największy krater na Księżycu i drugi co do wielkości potwierdzony krater uderzeniowy w Układzie Słonecznym . Na głębokości 13 km (8,1 mil) jego dno jest najniższym punktem na powierzchni Księżyca. Najwyższe wzniesienia powierzchni Księżyca znajdują się bezpośrednio na północnym wschodzie, które mogły zostać pogrubione przez ukośne uderzenie formacji basenu Biegun Południowy – Aitken. Inne duże baseny uderzeniowe, takie jak Imbrium , Serenitatis , Crisium , Smythii i Orientale , mają regionalnie niskie wzniesienia i podwyższone krawędzie. Dalsza strona powierzchni Księżyca jest średnio o około 1,9 km (1,2 mil) wyższa niż strona bliższa.

Odkrycie klifów uskokowych sugeruje, że Księżyc skurczył się o około 90 metrów (300 stóp) w ciągu ostatniego miliarda lat. Podobne cechy skurczu występują na Merkurym . Mare Frigoris, basen w pobliżu bieguna północnego, od dawna uważany za geologicznie martwy, pękł i przesunął się. Ponieważ Księżyc nie ma płyt tektonicznych, jego aktywność tektoniczna jest powolna, a wraz z utratą ciepła pojawiają się pęknięcia.

Cechy wulkaniczne

Największą klaczą, głównym ciemnym regionem bliższej strony, jest Oceanus Procellarum , z mniejszymi klaczami, takimi jak Imbrium i Serenitatis , które siedzą w jej ringu. Na lewo od linii środkowej znajduje się właściwy Procellarum.

Głównymi cechami widocznymi z Ziemi gołym okiem są ciemne i stosunkowo pozbawione cech charakterystycznych księżycowe równiny zwane maria (liczba pojedyncza klacz ; po łacinie „morza”, ponieważ kiedyś uważano, że są wypełnione wodą) oraz rozległe zestalone baseny starożytnej lawy bazaltowej . Chociaż podobne do ziemskich bazaltów, bazalty księżycowe mają więcej żelaza i nie zawierają minerałów zmienionych przez wodę. Większość tych osadów lawy wybuchła lub wpłynęła do zagłębień związanych z basenami uderzeniowymi . W pobliżu „maria” znajduje się kilka prowincji geologicznych zawierających wulkany tarczowe i kopuły wulkaniczne .

Prawie wszystkie maria znajdują się po bliższej stronie Księżyca i zajmują 31% powierzchni bliższej strony w porównaniu z 2% po drugiej stronie. Jest to prawdopodobnie spowodowane koncentracją pierwiastków wytwarzających ciepło pod skorupą po bliższej stronie, co spowodowałoby rozgrzanie leżącego poniżej płaszcza, częściowe stopienie, wynurzenie się na powierzchnię i erupcję. Większość bazaltów klaczy Księżyca wybuchła w okresie Imbrii, 3,3–3,7 miliarda lat temu, chociaż niektóre miały zaledwie 1,2 miliarda lat i 4,2 miliarda lat.

W 2006 roku badanie Ina , niewielkiej depresji w Lacus Felicitatis , wykazało postrzępione, stosunkowo wolne od kurzu cechy, które z powodu braku erozji spowodowanej opadającymi gruzami wydawały się mieć zaledwie 2 miliony lat. Trzęsienia księżyca i uwolnienia gazu wskazują na ciągłą aktywność Księżyca. Dowody niedawnego księżycowego wulkanizmu zostały zidentyfikowane na 70 nieregularnych płatach klaczy , niektóre mają mniej niż 50 milionów lat. Rodzi to możliwość znacznie cieplejszego płaszcza księżycowego niż wcześniej sądzono, przynajmniej po bliższej stronie, gdzie głęboka skorupa jest znacznie cieplejsza z powodu większej koncentracji pierwiastków radioaktywnych. Znaleziono dowody na wulkanizm bazaltowy sprzed 2–10 milionów lat w kraterze Lowell, w basenie Orientale. Pewna kombinacja początkowo gorętszego płaszcza i lokalnego wzbogacenia pierwiastków wytwarzających ciepło w płaszczu może być odpowiedzialna za przedłużającą się aktywność po drugiej stronie basenu Orientale.

Jaśniejsze regiony Księżyca nazywane są terrae lub częściej wyżynami , ponieważ są wyższe niż większość mórz. Zostały radiometrycznie datowane na powstanie 4,4 miliarda lat temu i mogą reprezentować kumulacje plagioklazów księżycowego oceanu magmy. Uważa się, że w przeciwieństwie do Ziemi żadne większe góry księżycowe nie powstały w wyniku wydarzeń tektonicznych.

Koncentracja mórz po bliższej stronie prawdopodobnie odzwierciedla znacznie grubszą skorupę wyżyn Dalekiej Strony, która mogła powstać w wyniku uderzenia drugiego księżyca Ziemi z małą prędkością kilkadziesiąt milionów lat po uformowaniu się Księżyca. Alternatywnie, może to być konsekwencją asymetrycznego ogrzewania pływowego , gdy Księżyc znajdował się znacznie bliżej Ziemi.

Kratery uderzeniowe

Szara, pofałdowana powierzchnia widziana z góry.  Największą cechą jest okrągła struktura pierścieniowa z wysokimi ścianami bocznymi i niższym centralnym szczytem: cała powierzchnia aż po horyzont jest wypełniona podobnymi strukturami, które są mniejsze i zachodzą na siebie.
Księżycowy krater Dedal po drugiej stronie Księżyca

Głównym procesem geologicznym, który wpłynął na powierzchnię Księżyca , są kratery uderzeniowe , w których kratery powstają, gdy asteroidy i komety zderzają się z powierzchnią Księżyca. Szacuje się, że po bliższej stronie Księżyca znajduje się około 300 000 kraterów szerszych niż 1 km (0,6 mil). Geologiczna skala czasu Księżyca opiera się na najbardziej znaczących zdarzeniach uderzeniowych, w tym Nectaris , Imbrium i Orientale ; struktury charakteryzujące się wieloma pierścieniami wypiętrzonego materiału, o średnicy od setek do tysięcy kilometrów i związane z szerokim fartuchem osadów wyrzutowych, które tworzą regionalny horyzont stratygraficzny . Brak atmosfery, pogody i ostatnich procesów geologicznych oznacza, że ​​wiele z tych kraterów jest dobrze zachowanych. Chociaż tylko kilka basenów wielopierścieniowych zostało ostatecznie datowanych, są one przydatne do przypisania względnego wieku. Ponieważ kratery uderzeniowe gromadzą się w niemal stałym tempie, obliczenie liczby kraterów na jednostkę powierzchni może posłużyć do oszacowania wieku powierzchni. Wiek radiometryczny stopionych skał zebranych podczas misji Apollo w wieku od 3,8 do 4,1 miliarda lat: wykorzystano to do zaproponowania okresu późnego ciężkiego bombardowania o zwiększonych uderzeniach.

Obrazy o wysokiej rozdzielczości z Lunar Reconnaissance Orbiter z 2010 roku pokazują współczesne tempo powstawania kraterów znacznie wyższe niż wcześniej szacowano. Uważa się, że wtórny proces kraterowania spowodowany przez dystalne wyrzuty ubija górne dwa centymetry regolitu w skali czasowej 81 000 lat. To tempo jest 100 razy szybsze niż tempo obliczone na podstawie modeli opartych wyłącznie na bezpośrednich uderzeniach mikrometeorytów.

Księżycowe wiry

Lunar Reconnaissance Orbiter Szerokokątny obraz z kamery księżycowego wiru Reiner Gamma

Księżycowe wiry to zagadkowe cechy występujące na powierzchni Księżyca. Charakteryzują się wysokim albedo, wydają się optycznie niedojrzałe (tj. cechy optyczne stosunkowo młodego regolitu) i często mają falisty kształt. Ich kształt jest często podkreślany przez regiony o niskim albedo, które wiją się pomiędzy jasnymi wirami. Znajdują się one w miejscach o wzmocnionych powierzchniowych polach magnetycznych, a wiele z nich znajduje się na antypodach głównych uderzeń. Dobrze znane wiry obejmują funkcję Reiner Gamma i Mare Ingenii . Przypuszcza się, że są to obszary częściowo osłonięte przed wiatrem słonecznym , co skutkuje wolniejszym wietrzeniem kosmosu .

Skład powierzchni

Względny skład pierwiastkowy księżycowej gleby

Na wierzchu skorupy Księżyca pokryta jest silnie rozdrobniona (rozbita na coraz mniejsze cząstki) i uderzeniowa głównie szara warstwa powierzchniowa zwana regolitem , utworzona w wyniku procesów uderzeniowych. Drobniejszy regolit, księżycowa gleba ze szkła z dwutlenku krzemu , ma konsystencję przypominającą śnieg i zapach przypominający zużyty proch strzelniczy . Regolit starszych powierzchni jest generalnie grubszy niż młodszych: ma różną grubość od 10–15 m (33–49 stóp) na wyżynach i 4–5 m (13–16 stóp) na mórz.

Pod drobno rozdrobnioną warstwą regolitu znajduje się megagolit , warstwa silnie spękanej skały macierzystej o grubości wielu kilometrów.

Obecność wody

Woda w stanie ciekłym nie może utrzymywać się na powierzchni Księżyca. Pod wpływem promieniowania słonecznego woda szybko rozkłada się w procesie znanym jako fotodysocjacja i jest tracona w przestrzeni kosmicznej. Jednak od lat 60. XX wieku naukowcy postawili hipotezę, że lód wodny może osadzać się w wyniku zderzenia komet lub prawdopodobnie powstawać w wyniku reakcji bogatych w tlen skał księżycowych i wodoru z wiatru słonecznego , pozostawiając ślady wody, która prawdopodobnie mogłaby utrzymywać się w zimnych, stale zacienionych kraterów na obu biegunach Księżyca. Symulacje komputerowe sugerują, że do 14 000 km2 (5400 2) powierzchni może być w ciągłym cieniu . Obecność użytecznych ilości wody na Księżycu jest ważnym czynnikiem wpływającym na to, że zamieszkanie na Księżycu jest opłacalnym planem; alternatywa transportu wody z Ziemi byłaby zbyt droga.

Od lat odkryto ślady wody na powierzchni Księżyca. W 1994 roku eksperyment z radarem bistatycznym umieszczony na statku kosmicznym Clementine wykazał istnienie małych, zamarzniętych zbiorników wodnych blisko powierzchni. Jednak późniejsze obserwacje radarowe przeprowadzone przez Arecibo sugerują, że te odkrycia mogą być raczej skałami wyrzuconymi z młodych kraterów uderzeniowych. W 1998 roku spektrometr neutronów na statku kosmicznym Lunar Prospector wykazał, że na pierwszym metrze głębokości w regolicie w pobliżu obszarów polarnych występują wysokie stężenia wodoru. Koraliki lawy wulkanicznej, przywiezione na Ziemię na pokładzie Apollo 15, wykazywały niewielkie ilości wody w ich wnętrzu.

Od tego czasu sonda kosmiczna Chandrayaan-1 z 2008 roku potwierdziła istnienie lodu na powierzchni wody, używając pokładowego Moon Mineralogy Mapper . Spektrometr zaobserwował linie absorpcyjne wspólne dla grup hydroksylowych w odbitym świetle słonecznym, dostarczając dowodów na istnienie dużych ilości lodu wodnego na powierzchni Księżyca. Sonda wykazała, że ​​stężenia mogą sięgać nawet 1000  ppm . Wykorzystując widma odbicia mapera, pośrednie oświetlenie obszarów w cieniu potwierdziło lód wodny w promieniu 20 ° szerokości geograficznej obu biegunów w 2018 r. W 2009 r. LCROSS wysłał impaktor o masie 2300 kg (5100 funtów) do stale zacienionego krateru polarnego i wykrył co najmniej 100 kg (220 funtów) wody w pióropuszu wyrzucanego materiału. Kolejne badanie danych LCROSS wykazało, że ilość wykrytej wody jest bliższa 155 ± 12 kg (342 ± 26 funtów).

W maju 2011 r. odnotowano 615–1410 ppm wody we wtrąceniach stopionych w próbce księżycowej 74220, słynnej wysokotytanowej „pomarańczowej szklanej glebie” pochodzenia wulkanicznego, zebranej podczas misji Apollo 17 w 1972 r. Inkluzje powstały podczas wybuchowych erupcji na Księżyc około 3,7 miliarda lat temu. Stężenie to jest porównywalne ze stężeniem magmy w górnym płaszczu Ziemi . Spostrzeżenie to, choć ma duże znaczenie selenologiczne, nie oznacza, że ​​woda jest łatwo dostępna, ponieważ próbka pochodzi wiele kilometrów pod powierzchnią, a inkluzje są tak trudno dostępne, że znalezienie ich w obecnym stanie zajęło 39 lat. instrument z mikrosondą jonową Art.

Analiza ustaleń Moon Mineralogy Mapper (M3) ujawniła w sierpniu 2018 roku po raz pierwszy „ostateczne dowody” na istnienie lodu wodnego na powierzchni Księżyca. Dane ujawniły wyraźne odblaskowe sygnatury lodu wodnego, w przeciwieństwie do pyłu i innych substancji odblaskowych. Osady lodu znaleziono na biegunach północnym i południowym, chociaż jest ich więcej na południu, gdzie woda jest uwięziona w stale zacienionych kraterach i szczelinach, co pozwala jej utrzymywać się na powierzchni jako lód, ponieważ są one osłonięte przed słońcem.

W październiku 2020 roku astronomowie poinformowali o wykryciu wody molekularnej na oświetlonej słońcem powierzchni Księżyca przez kilka niezależnych statków kosmicznych, w tym Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA).

Układ Ziemia-Księżyc

Orbita

Satelita DSCOVR widzi Księżyc przechodzący przed Ziemią

Ziemia i Księżyc tworzą system satelitarny Ziemia-Księżyc ze wspólnym środkiem masy lub barycentrum . To centrum barycentrum pozostaje przez cały czas 1700 km (1100 mil) (około jednej czwartej promienia Ziemi) pod powierzchnią Ziemi, przez co Księżyc pozornie krąży wokół Ziemi.

Mimośrodowość orbity , dająca owalność orbity, wynosi 0,055. Odległość Księżyca lub półoś wielka geocentrycznej orbity Księżyca wynosi około 400 000 km, co odpowiada ćwierć miliona mil lub 1,28 sekundy świetlnej i jest jednostką miary w astronomii. Nie należy tego mylić z chwilową odległością Ziemia-Księżyc lub odległością do Księżyca, chwilową odległością od środka Ziemi do środka Księżyca.

Księżyc wykonuje pełny obrót wokół Ziemi w odniesieniu do gwiazd stałych, jego okres gwiazdowy , mniej więcej raz na 27,3 dnia. Jednakże, ponieważ układ Ziemia-Księżyc porusza się w tym samym czasie po swojej orbicie wokół Słońca, powrót do tej samej fazy Księżyca , kończąc pełny cykl, jak widać z Ziemi , zajmuje nieco więcej czasu, bo 29,5 dnia . Ten okres synodyczny lub miesiąc synodyczny jest powszechnie znany jako miesiąc księżycowy i jest równy długości dnia słonecznego na Księżycu.

Ze względu na blokowanie pływów Księżyc ma rezonans wirowo-orbitalny 1: 1 . Ten stosunek rotacji do orbity sprawia, że ​​okresy obiegu Księżyca wokół Ziemi są równe odpowiadającym mu okresom obrotu . To jest powód, dla którego tylko jedna strona Księżyca, tzw. bliższa strona , jest widoczna z Ziemi. To powiedziawszy, chociaż ruch Księżyca jest w rezonansie, nadal nie jest pozbawiony niuansów, takich jak libracja , powodująca nieznaczne zmiany perspektyw, dzięki czemu z czasem i lokalizacją na Ziemi około 59% powierzchni Księżyca jest widocznych z Ziemi.

W przeciwieństwie do większości satelitów innych planet, płaszczyzna orbity Księżyca znajduje się bliżej płaszczyzny ekliptyki niż płaszczyzny równika planety . Orbita Księżyca jest subtelnie zakłócana przez Słońce i Ziemię na wiele małych, złożonych i wzajemnie oddziałujących sposobów. Na przykład płaszczyzna orbity Księżyca stopniowo obraca się raz na 18,61  lat, co wpływa na inne aspekty ruchu Księżyca. Te kolejne efekty są matematycznie opisane prawami Cassiniego .

Minimalne, średnie i maksymalne odległości Księżyca od Ziemi wraz z jego średnicą kątową widzianą z powierzchni Ziemi, w skali.

Efekty pływowe

Uproszczony schemat wpływu pływów grawitacyjnych Księżyca na Ziemię

Przyciąganie grawitacyjne, jakie wywierają na siebie Ziemia i Księżyc (a także Słońce), objawia się nieco większym przyciąganiem po bokach najbliższych sobie, co skutkuje siłami pływowymi . Pływy oceaniczne są tego najczęściej doświadczanym skutkiem, ale siły pływowe znacząco wpływają również na inne mechanizmy Ziemi, a także na Księżyc i jego system.

Stała skorupa księżycowa doświadcza pływów o amplitudzie około 10 cm (4 cale) w ciągu 27 dni, z trzema składnikami: stałym ze względu na Ziemię, ponieważ są one w synchronicznej rotacji , zmiennym przypływem spowodowanym mimośrodem i nachyleniem orbity oraz małym zmienny składnik od Słońca. Składnik zmienny indukowany przez Ziemię powstaje w wyniku zmiany odległości i libracji , co jest wynikiem ekscentryczności i nachylenia orbity Księżyca (gdyby orbita Księżyca była idealnie okrągła i nie była nachylona, ​​występowałyby tylko pływy słoneczne). Według ostatnich badań naukowcy sugerują, że wpływ Księżyca na Ziemię może przyczynić się do utrzymania ziemskiego pola magnetycznego .

Skumulowane skutki naprężeń wywołanych przez te siły pływowe powodują trzęsienia księżyca . Trzęsienia księżyca są znacznie rzadsze i słabsze niż trzęsienia ziemi, chociaż mogą trwać nawet godzinę – znacznie dłużej niż trzęsienia ziemi – z powodu rozproszenia drgań sejsmicznych w suchej, rozdrobnionej górnej skorupie. Istnienie trzęsień księżyca było nieoczekiwanym odkryciem sejsmometrów umieszczonych na Księżycu przez astronautów Apollo w latach 1969-1972.

Najbardziej znanym skutkiem działania sił pływowych jest podniesienie poziomu mórz, zwane przypływami oceanicznymi. Podczas gdy Księżyc wywiera większość sił pływowych, Słońce wywiera również siły pływowe i dlatego przyczynia się do pływów aż 40% siły pływowej Księżyca; wytwarzając w zależności od siebie przypływy wiosenne i neap .

Pływy to dwa wybrzuszenia w ziemskich oceanach, jedno po stronie zwróconej w stronę Księżyca, a drugie po stronie przeciwnej. Gdy Ziemia obraca się wokół własnej osi, jedno z wybrzuszeń oceanu (przypływ) utrzymuje się „pod” Księżycem, podczas gdy inny taki przypływ jest przeciwny. W rezultacie w ciągu około 24 godzin występują dwa przypływy i dwa odpływy. Ponieważ Księżyc krąży wokół Ziemi w tym samym kierunku obrotu Ziemi, przypływy występują co około 12 godzin i 25 minut; 25 minut wynika z czasu, w którym Księżyc okrąża Ziemię.

Gdyby Ziemia była światem wodnym (bez kontynentów), przypływ miałby tylko jeden metr, a przypływ ten byłby bardzo przewidywalny, ale pływy oceaniczne są znacznie modyfikowane przez inne efekty:

  • tarciowe sprzężenie wody z obrotem Ziemi przez dno oceanu
  • bezwładność ruchu wody
  • baseny oceaniczne, które stają się płytsze w pobliżu lądu
  • chlupotanie wody między różnymi basenami oceanicznymi

W rezultacie czas pływów w większości punktów na Ziemi jest wynikiem obserwacji, które są, nawiasem mówiąc, wyjaśnione przez teorię.

Opóźnienia szczytów pływów, zarówno oceanicznych, jak i pływów ciał stałych, powodują moment obrotowy przeciwny do obrotu Ziemi. To „wysysa” moment pędu i obrotową energię kinetyczną z obrotu Ziemi, spowalniając obrót Ziemi. Ten moment pędu, utracony z Ziemi, jest przenoszony na Księżyc w procesie znanym jako przyspieszenie pływowe , które podnosi Księżyc na wyższą orbitę, jednocześnie zmniejszając prędkość orbitalną wokół Ziemi.

W ten sposób odległość między Ziemią a Księżycem wzrasta, a obrót Ziemi zwalnia w reakcji. Pomiary z reflektorów laserowych pozostawionych podczas misji Apollo ( eksperymenty na odległość na Księżycu) wykazały, że odległość Księżyca zwiększa się o 38 mm (1,5 cala) rocznie (mniej więcej w tempie, w jakim rosną ludzkie paznokcie). Zegary atomowe pokazują, że dzień na Ziemi wydłuża się o około 17  mikrosekund każdego roku, powoli zwiększając tempo korygowania czasu UTC o sekundy przestępne .

Ten opór pływowy sprawia, że ​​rotacja Ziemi i okres orbitalny Księżyca bardzo powoli do siebie pasują. To dopasowanie powoduje najpierw pływowe zablokowanie lżejszego ciała układu orbitalnego, jak to już miało miejsce w przypadku Księżyca. W końcu, po 50 miliardach lat, także Ziemia będzie zawsze zwrócona do Księżyca tą samą stroną. Dopełniłoby to wzajemnego blokowania pływów Ziemi i Księżyca, dopasowując długość dnia ziemskiego do wówczas również znacznie zwiększonego miesiąca księżycowego i dnia Księżyca oraz zawieszając Księżyc nad jednym południkiem (porównywalnym z układem Pluton-Charon ). Jednak Słońce stanie się czerwonym olbrzymem pochłaniającym układ Ziemia-Księżyc na długo przed tym ostatnim.

Pozycja i wygląd

Obrót

Porównanie między Księżycem po lewej, obracającym się z blokadą pływową (poprawne), a Księżycem po prawej stronie, bez obrotu (niepoprawnie).

Synchroniczny obrót Księżyca, który okrąża Ziemię, z blokadą pływową, powoduje, że zawsze zachowuje on prawie tę samą stronę zwróconą w kierunku planety. Strona Księżyca zwrócona w stronę Ziemi nazywana jest bliższą stroną , a przeciwna stroną daleką . Dalsza strona jest często błędnie nazywana „ciemną stroną”, ale w rzeczywistości jest oświetlana tak często, jak bliższa: raz na 29,5 ziemskich dni. Podczas ciemnego księżyca do nowiu bliższa strona jest ciemna.

Księżyc pierwotnie obracał się z większą prędkością, ale na początku swojej historii jego obrót zwolnił i został zablokowany pływowo w tej orientacji w wyniku efektów tarcia związanych z deformacjami pływowymi spowodowanymi przez Ziemię. Z czasem energia obrotu Księżyca wokół własnej osi była rozpraszana w postaci ciepła, aż do momentu, gdy Księżyc przestał obracać się względem Ziemi. W 2016 roku planetolodzy, korzystając z danych zebranych podczas misji NASA Lunar Prospector w latach 1998-99 , odkryli dwa obszary bogate w wodór (najprawdopodobniej dawny lód wodny) po przeciwnych stronach Księżyca. Spekuluje się, że te plamy były biegunami Księżyca miliardy lat temu, zanim został on pływowo połączony z Ziemią.

Widok z Ziemi

W ciągu jednego miesiąca księżycowego z powierzchni Ziemi można zobaczyć ponad połowę powierzchni Księżyca.
Libracja , niewielka zmiana widocznego rozmiaru i kąta widzenia Księżyca w ciągu jednego miesiąca księżycowego, patrząc z północy Ziemi.

Najwyższa wysokość Księżyca w kulminacji zmienia się w zależności od jego fazy księżycowej , a dokładniej jego pozycji na orbicie i pory roku, a dokładniej położenia osi Ziemi. Księżyc w pełni jest najwyższy na niebie zimą, a najniższy latem (odpowiednio na każdej półkuli), a jego wysokość zmienia się w kierunku ciemnego księżyca na przeciwnym.

Na biegunach północnym i południowym Księżyc znajduje się 24 godziny nad horyzontem przez dwa tygodnie w każdym miesiącu tropikalnym (około 27,3 dnia), co jest porównywalne z dniem polarnym w roku tropikalnym . Zooplankton w Arktyce wykorzystuje światło księżyca , gdy Słońce znajduje się pod horyzontem przez całe miesiące.

Pozorna orientacja Księżyca zależy od jego pozycji na niebie i półkuli Ziemi, z której jest oglądany. Na półkuli północnej widać go do góry nogami w porównaniu z widokiem na półkuli południowej . Czasami „rogi” półksiężyca wydają się być skierowane bardziej w górę niż na boki. Zjawisko to nazywane jest mokrym księżycem i występuje częściej w tropikach .

Odległość między Księżycem a Ziemią waha się od około 356 400 km (221 500 mil) do 406 700 km (252 700 mil) odpowiednio w perygeum (najbliższym) i apogeum (najdalszym), co powoduje wahania pozornego rozmiaru Księżyca. Średnio średnica kątowa Księżyca wynosi około 0,52° (średnio) na niebie, mniej więcej taki sam widoczny rozmiar jak Słońce (patrz § Zaćmienia ). Dodatkowo, gdy znajdujemy się blisko horyzontu, efekt czysto psychologiczny, znany jako iluzja Księżyca , sprawia, że ​​Księżyc wydaje się większy.

Pomimo blokowania pływów Księżyca, efekt libracji sprawia, że ​​około 59% powierzchni Księżyca jest widoczne z Ziemi w ciągu jednego miesiąca.

Albedo i kolor

Zmieniający się pozorny kolor Księżyca przefiltrowany przez ziemską atmosferę.

Księżyc ma wyjątkowo niskie albedo , co daje mu nieco jaśniejszy współczynnik odbicia niż zużyty asfalt . Mimo to jest to po Słońcu najjaśniejszy obiekt na niebie . Jest to częściowo spowodowane zwiększeniem jasności fali opozycji ; Księżyc w fazie ćwiartkowej jest tylko o jedną dziesiątą jaśniejszy, a nie o połowę jaśniejszy niż w pełni . Dodatkowo stałość koloru w systemie wizualnym rekalibruje relacje między kolorami obiektu i jego otoczenia, a ponieważ otaczające niebo jest stosunkowo ciemne, oświetlony słońcem Księżyc jest postrzegany jako jasny obiekt. Krawędzie księżyca w pełni wydają się tak jasne jak środek, bez ciemnienia kończyn , ze względu na odblaskowe właściwości księżycowej gleby , która odbija światło bardziej w kierunku Słońca niż w innych kierunkach. Kolor Księżyca zależy od światła, które Księżyc odbija, co z kolei zależy od powierzchni Księżyca i jego cech, na przykład dużych ciemniejszych obszarów. Ogólnie rzecz biorąc, powierzchnia Księżyca odbija brązowo-szare światło.

Widziane z Ziemi powietrze filtruje odbite światło, czasami nadając mu czerwony kolor w zależności od kąta nachylenia Księżyca na niebie i grubości atmosfery lub niebieski odcień w zależności od cząstek w powietrzu, jak w przypadku wulkanów cząstki. Terminy krwawy księżyc i niebieski księżyc niekoniecznie odnoszą się do okoliczności czerwonego lub niebieskiego światła księżyca , ale są raczej szczególnymi odniesieniami kulturowymi, takimi jak określone pełnie księżyca w roku.

Historyczne kontrowersje dotyczyły tego, czy obserwowane cechy powierzchni Księżyca zmieniają się w czasie. Dziś uważa się, że wiele z tych twierdzeń jest iluzorycznych, wynikających z obserwacji w różnych warunkach oświetleniowych, słabego widzenia astronomicznego lub nieodpowiednich rysunków. Jednak odgazowanie czasami występuje i może być odpowiedzialne za niewielki procent zgłoszonych przejściowych zjawisk księżycowych . Ostatnio zasugerowano, że obszar powierzchni Księżyca o średnicy około 3 km (1,9 mil) został zmodyfikowany przez uwolnienie gazu około miliona lat temu.

Oświetlenie i fazy

Dzień księżyca, księżyc jest widoczny w ciągu dnia prawie codziennie.

Połowa powierzchni Księżyca jest zawsze oświetlona przez Słońce (z wyjątkiem zaćmienia Księżyca ). Ziemia odbija również światło na Księżyc, obserwowane czasami jako światło Ziemi, kiedy jest ponownie odbijane z powrotem na Ziemię z obszarów bliższej strony Księżyca , które nie są oświetlone przez Słońce.

Przy różnych pozycjach Księżyca różne jego obszary są oświetlane przez Słońce. To oświetlenie różnych obszarów księżycowych, widzianych z Ziemi, wytwarza różne fazy księżycowe podczas miesiąca synodycznego . Faza jest równa powierzchni widocznej kuli Księżyca oświetlonej przez Słońce. Ten obszar lub stopień oświetlenia jest określony wzorem , gdzie jest wydłużeniem (tj. kątem między Księżycem, obserwatorem na Ziemi, a Słońcem).

Miesięczne zmiany kąta między kierunkiem padania światła słonecznego a widokiem z Ziemi oraz wynikającymi z tego fazami Księżyca , patrząc z półkuli północnej . Odległość Ziemia-Księżyc nie jest zgodna ze skalą.

W dniu 14 listopada 2016 r. Księżyc znajdował się w pełnej fazie bliżej Ziemi niż od 1948 r. Był o 14% bliżej i większy niż jego najdalsza pozycja w apogeum. Ten najbliższy punkt zbiegł się w ciągu godziny od pełni księżyca i był o 30% jaśniejszy niż w największej odległości ze względu na zwiększoną pozorną średnicę, co uczyniło go szczególnie godnym uwagi przykładem „ superksiężyca ”.

Na niższych poziomach ludzkie postrzeganie zmniejszonej jasności w procentach przedstawia następujący wzór:

Kiedy rzeczywista redukcja wynosi 1,00 / 1,30 lub około 0,770, postrzegana redukcja wynosi około 0,877 lub 1,00 / 1,14. Daje to maksymalny postrzegany wzrost o 14% między księżycami apogeum i perygeum w tej samej fazie.

Zaćmienia

Zaćmienie Słońca powoduje zakrycie Słońca, odsłaniając białą koronę
Księżyc, zabarwiony na czerwono, podczas zaćmienia Księżyca

Zaćmienia występują tylko wtedy, gdy Słońce, Ziemia i Księżyc znajdują się w linii prostej (określane jako „ syzygy ”). Zaćmienia Słońca występują podczas nowiu , kiedy Księżyc znajduje się między Słońcem a Ziemią. Natomiast zaćmienia Księżyca występują podczas pełni księżyca, kiedy Ziemia znajduje się między Słońcem a Księżycem. Pozorny rozmiar Księżyca jest w przybliżeniu taki sam jak Słońca, przy czym oba są widziane z szerokości bliskiej pół stopnia. Słońce jest znacznie większe niż Księżyc, ale to znacznie większa odległość daje mu ten sam pozorny rozmiar, co znacznie bliższy i znacznie mniejszy Księżyc z perspektywy Ziemi. Różnice w pozornym rozmiarze, spowodowane niekołowymi orbitami, również są prawie takie same, chociaż występują w różnych cyklach. Umożliwia to zarówno całkowite (gdy Księżyc wydaje się większy niż Słońce), jak i pierścieniowe (gdy Księżyc wydaje się mniejszy niż Słońce) zaćmienia Słońca. Podczas całkowitego zaćmienia Księżyc całkowicie zakrywa tarczę Słońca, a korona słoneczna staje się widoczna gołym okiem . Ponieważ odległość między Księżycem a Ziemią bardzo powoli wzrasta w czasie, średnica kątowa Księżyca maleje. Gdy ewoluuje w kierunku czerwonego olbrzyma , rozmiar Słońca i jego pozorna średnica na niebie powoli rosną. Połączenie tych dwóch zmian oznacza, że ​​setki milionów lat temu Księżyc zawsze całkowicie zakrywał Słońce podczas zaćmień Słońca, a zaćmienia obrączkowe nie były możliwe. Podobnie, za setki milionów lat, Księżyc nie będzie już całkowicie zasłaniał Słońca, a całkowite zaćmienia Słońca nie będą miały miejsca.

Ponieważ orbita Księżyca wokół Ziemi jest nachylona pod kątem około 5,145° (5° 9') do orbity Ziemi wokół Słońca , zaćmienia nie występują przy każdej pełni i nowiu. Aby nastąpiło zaćmienie, Księżyc musi znajdować się w pobliżu przecięcia dwóch płaszczyzn orbit. Okresowość i powtarzalność zaćmień Słońca przez Księżyc i Księżyca przez Ziemię jest opisana przez saros , które mają okres około 18 lat.

Ponieważ Księżyc stale blokuje widok okrągłego obszaru nieba o szerokości pół stopnia, powiązane zjawisko zakrycia występuje, gdy jasna gwiazda lub planeta przechodzi za Księżycem i jest zakryta: ukryta przed wzrokiem. W ten sposób zaćmienie Słońca jest zakryciem Słońca. Ponieważ Księżyc znajduje się stosunkowo blisko Ziemi, zakrycia poszczególnych gwiazd nie są widoczne wszędzie na planecie ani w tym samym czasie. Z powodu precesji orbity Księżyca każdego roku zakrywane są inne gwiazdy.

Historia eksploracji i obecności człowieka

Obserwacja przed teleskopem (przed 1609)

Niektórzy uważają, że liczniki liczące 20–30 000 lat służyły do ​​​​obserwacji faz Księżyca, odmierzania czasu na podstawie przybywania i zanikania faz Księżyca . Jednym z najwcześniej odkrytych możliwych przedstawień Księżyca jest licząca 5000 lat rzeźba w skale Orthostat 47 w Knowth w Irlandii.

Starożytny grecki filozof Anaksagoras ( zm.  428 pne ) doszedł do wniosku, że Słońce i Księżyc są gigantycznymi kulistymi skałami i że ten drugi odbija światło pierwszego. Gdzie indziej, w okresie od V do IV wieku pne , astronomowie babilońscy odnotowali 18-letni cykl Saros zaćmień Księżyca , a astronomowie indyjscy opisali miesięczne wydłużanie się Księżyca. Chiński astronom Shi Shen ( fl. IV wpne) podał instrukcje dotyczące przewidywania zaćmień Słońca i Księżyca.

W opisie wszechświata dokonanym przez Arystotelesa (384–322 pne) Księżyc wyznaczał granicę między sferami zmiennych elementów (ziemia, woda, powietrze i ogień) a niezniszczalnymi gwiazdami eteru , wpływowej filozofii , która zdominowała przez wieki. Archimedes (287-212 pne) zaprojektował planetarium, które mogło obliczać ruchy Księżyca i innych obiektów w Układzie Słonecznym. W II wieku pne Seleukos z Seleucji słusznie wysunął teorię, że pływy są spowodowane przyciąganiem Księżyca, a ich wysokość zależy od położenia Księżyca względem Słońca . W tym samym stuleciu Arystarch obliczył rozmiar i odległość Księżyca od Ziemi, uzyskując wartość około dwudziestokrotnej odległości promienia Ziemi .

Chociaż Chińczycy z dynastii Han wierzyli, że Księżyc jest energią równą qi , ich teoria „promieniującego wpływu” uznawała, że ​​światło Księżyca było jedynie odbiciem Słońca, a Jing Fang (78–37 pne) zauważył sferyczność Księżyca. Ptolemeusz (90–168 ne) znacznie poprawił liczby Arystarcha, obliczając wartości średniej odległości 59-krotności promienia Ziemi i średnicy 0,292, średnice Ziemi były zbliżone do prawidłowych wartości odpowiednio około 60 i 0,273. W II wieku n.e. Lucian napisał powieść Prawdziwa historia , w której bohaterowie podróżują na Księżyc i spotykają jego mieszkańców. W 499 rne indyjski astronom Aryabhata wspomniał w swojej Aryabhatiya , że ​​odbite światło słoneczne jest przyczyną świecenia Księżyca. Astronom i fizyk Alhazen (965–1039) odkrył, że światło słoneczne nie odbija się od Księżyca jak lustro, ale jest emitowane z każdej części oświetlonej słońcem powierzchni Księżyca we wszystkich kierunkach. Shen Kuo (1031–1095) z dynastii Song stworzył alegorię, w której przyrównuje przybywanie i zanikanie Księżyca do okrągłej kuli odblaskowego srebra, która po oblaniu białym proszkiem i oglądana z boku wyglądałaby jak półksiężyc.

W średniowieczu , przed wynalezieniem teleskopu, Księżyc był coraz częściej rozpoznawany jako kula, choć wielu uważało, że jest on „idealnie gładki”.

Eksploracja teleskopowa (1609-1959)

Szkice Księżyca sporządzone przez Galileusza z przełomowego Sidereus Nuncius , publikujące między innymi pierwsze opisy topografii Księżyca.

W 1609 roku Galileo Galilei użył wczesnego teleskopu do wykonania rysunków Księżyca do swojej książki Sidereus Nuncius i wywnioskował, że nie jest on gładki, ale ma góry i kratery. Thomas Harriot wykonał, ale nie opublikował takich rysunków kilka miesięcy wcześniej.

Nastąpiło teleskopowe mapowanie Księżyca: później w XVII wieku wysiłki Giovanniego Battisty Riccioli i Francesco Marii Grimaldi doprowadziły do ​​​​powstania używanego obecnie systemu nazewnictwa obiektów księżycowych. Dokładniejsza Mappa Selenographica Wilhelma Beera i Johanna Heinricha Mädlera z lat 1834–1836 oraz związana z nimi książka Der Mond z 1837 r. , pierwsze trygonometrycznie dokładne badanie cech Księżyca, obejmowało wysokości ponad tysiąca gór i wprowadziło badanie Księżyca z dokładnością możliwą w geografii ziemskiej. Kratery księżycowe, po raz pierwszy odnotowane przez Galileusza, uważano za wulkaniczne aż do propozycji Richarda Proctora z lat 70. XIX wieku , że powstały w wyniku zderzeń. Pogląd ten zyskał poparcie w 1892 roku w wyniku eksperymentów geologa Grove'a Karla Gilberta oraz w badaniach porównawczych przeprowadzonych w latach 1920-1940, co doprowadziło do rozwoju stratygrafii Księżyca , która w latach pięćdziesiątych XX wieku stawała się nową i rozwijającą się gałęzią astrogeologii .

Pierwsze misje na Księżyc (1959–1990)

Po II wojnie światowej opracowano pierwsze systemy startowe, które pod koniec lat 50. osiągnęły możliwości, które umożliwiły Związkowi Radzieckiemu i Stanom Zjednoczonym wystrzelenie statków kosmicznych w kosmos. Zimna wojna napędzała ściśle śledzony rozwój systemów startowych przez oba państwa, co zaowocowało tak zwanym wyścigiem kosmicznym i jego późniejszą fazą wyścigiem księżycowym, przyspieszając wysiłki i zainteresowanie eksploracją Księżyca .

Pierwsze w historii zdjęcie niewidocznej strony Księżyca wykonane przez Lunę 3 , 7 października 1959 r.

Po pierwszym locie kosmicznym Sputnika 1 w 1957 roku podczas Międzynarodowego Roku Geofizycznego , statki kosmiczne programu Luna Związku Radzieckiego jako pierwsze osiągnęły szereg celów. Po trzech nienazwanych nieudanych misjach w 1958 roku, pierwszy obiekt stworzony przez człowieka Luna 1 wymknął się ziemskiej grawitacji i przeleciał w pobliżu Księżyca w 1959 roku. Później tego samego roku pierwszy obiekt stworzony przez człowieka Luna 2 dotarł do powierzchni Księżyca celowo uderzając w . Pod koniec roku Luna 3 jako pierwszy obiekt stworzony przez człowieka dotarła do normalnie przesłoniętej odwrotnej strony Księżyca , robiąc jej pierwsze zdjęcia. Pierwszym statkiem kosmicznym, który wykonał udane miękkie lądowanie na Księżycu, była Luna 9 , a pierwszym pojazdem, który okrążył Księżyc, była Luna 10 , oba w 1966 roku.

Niewielkie niebiesko-białe półkole Ziemi, niemal świecące kolorami w czerni kosmosu, wznoszące się nad krawędzią opustoszałej, usianej kraterami powierzchni Księżyca.
Earthrise , pierwszy kolorowy obraz Ziemi wykonany przez człowieka z Księżyca, podczas Apollo 8 (1968), kiedy statek kosmiczny z załogą po raz pierwszy opuścił orbitę Ziemi i dotarł do innego ciała astronomicznego .

W następstwie zobowiązania prezydenta Johna F. Kennedy'ego z 1961 r. do załogowego lądowania na Księżycu przed końcem dekady, Stany Zjednoczone pod kierownictwem NASA wystrzeliły serię sond bez załogi, aby pogłębić wiedzę na temat powierzchni Księżyca w ramach przygotowań do misji załogowych: program Ranger Jet Propulsion Laboratory , program Lunar Orbiter i program Surveyor . Program Apollo z załogą był rozwijany równolegle; po serii bezzałogowych i załogowych testów statku kosmicznego Apollo na orbicie okołoziemskiej, zachęcony potencjalnym sowieckim lądowaniem ludzi na Księżycu , w 1968 roku Apollo 8 wykonał pierwszą załogową misję na orbitę księżycową. Późniejsze lądowanie pierwszych ludzi na Księżycu w 1969 roku jest przez wielu postrzegane jako kulminacja wyścigu kosmicznego.

Neil Armstrong , pierwszy człowiek na Księżycu, pracujący w Lunar Module Eagle , pierwszej bazie księżycowej , podczas Apollo 11 (1969), pierwszego lądowania na Księżycu

Neil Armstrong stał się pierwszą osobą, która stąpała po Księżycu jako dowódca amerykańskiej misji Apollo 11 , po raz pierwszy stawiając stopę na Księżycu o godzinie 02:56 UTC 21 lipca 1969 r. Szacuje się, że 500 milionów ludzi na całym świecie oglądało transmisję Apollo TV kamera , największa widownia telewizyjna dla transmisji na żywo w tamtym czasie. Misje Apollo od 11 do 17 (z wyjątkiem Apollo 13 , który przerwał planowane lądowanie na Księżycu) usunęły 380,05 kilograma (837,87 funtów) księżycowej skały i gleby w 2196 oddzielnych próbkach .

Pakiety instrumentów naukowych były instalowane na powierzchni Księżyca podczas wszystkich lądowań Apollo. Na lądowiskach Apollo 12 , 14 , 15 , 16 i 17 zainstalowano stacje o długiej żywotności , w tym sondy przepływu ciepła, sejsmometry i magnetometry . Bezpośrednia transmisja danych na Ziemię zakończyła się pod koniec 1977 r. Ze względów budżetowych, ale ponieważ księżycowe laserowe układy retroreflektorów narożnych sześciennych stacji są instrumentami pasywnymi, nadal są używane. Apollo 17 z 1972 roku pozostaje ostatnią załogową misją na Księżyc. Explorer 49 w 1973 roku był ostatnią amerykańską sondą skierowaną na Księżyc aż do lat 90.

Replika Lunochoda 1 , który dotarł na Księżyc, stając się pierwszym zdalnie sterowanym łazikiem na pozaziemskiej powierzchni (1970)

Związek Radziecki kontynuował wysyłanie zrobotyzowanych misji na Księżyc do 1976 roku, rozmieszczając w 1970 roku wraz z Luna 17 pierwszy zdalnie sterowany łazik Lunochod 1 na pozaziemskiej powierzchni, a także zbierał i zwracał 0,3 kg próbek skał i gleby w trzech misjach Luna ( Luna 16 w 1970, Luna 20 w 1972 i Luna 24 w 1976).

Traktat księżycowy i nieobecność eksploracyjna (1976–1990)

Prawie księżycowa cisza trwała czternaście lat po ostatniej sowieckiej misji na Księżyc w 1976 roku. Astronautyka skupiła się na eksploracji wewnętrznych (np . program Venera ) i zewnętrznych (np . Pioneer 10 , 1972) planet Układu Słonecznego , ale także na Orbita ziemska , rozwijające się i stale działające, obok satelitów komunikacyjnych, satelity obserwacyjne Ziemi (np . program Landsat , 1972) teleskopy kosmiczne, a zwłaszcza stacje kosmiczne (np . program Salut , 1971).

Do 1979 r. negocjowany traktat księżycowy , z ratyfikacją w 1984 r. przez kilku sygnatariuszy, był prawie jedyną ważną działalnością dotyczącą Księżyca do 1990 r.

Odnowiona eksploracja (1990-obecnie)

W 1990 Hiten - Hagoromo , pierwsza dedykowana misja księżycowa od 1976, dotarła na Księżyc. Wysłany przez Japonię , stał się pierwszą misją, która nie była misją Związku Radzieckiego ani USA na Księżyc.

W 1994 r. Stany Zjednoczone poświęciły misję ponownego lotu statkiem kosmicznym ( Clementine ) na Księżyc po raz pierwszy od 1973 r. W ramach tej misji uzyskano pierwszą prawie globalną mapę topograficzną Księżyca i pierwsze globalne multispektralne obrazy powierzchni Księżyca . W 1998 roku nastąpiła misja Lunar Prospector , której instrumenty wskazywały na obecność nadmiaru wodoru na biegunach Księżyca, co prawdopodobnie było spowodowane obecnością lodu wodnego w górnych kilku metrach regolitu w stale zacienionych kraterach.

Kolejne lata to szereg pierwszych misji na Księżyc nowej grupy państw aktywnie eksplorujących Księżyc. W latach 2004-2006 pierwszy statek kosmiczny Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) ( SMART-1 ) dotarł na Księżyc, rejestrując pierwsze szczegółowe badanie pierwiastków chemicznych na powierzchni Księżyca. Chiński program eksploracji Księżyca rozpoczął się od Chang'e 1 w latach 2007-2009, uzyskując pełną mapę obrazu Księżyca. Indie po raz pierwszy dotarły na Księżyc w 2008 roku z sondą Chandrayaan-1 , tworząc wysokiej rozdzielczości chemiczną, mineralogiczną i fotogeologiczną mapę powierzchni Księżyca oraz potwierdzając obecność cząsteczek wody w glebie Księżyca .

Sprzęt NASA Moon Mineralogy Mapper na indyjskim Chandrayaan -1 po raz pierwszy odkrył w 2008 roku bogate w wodę minerały (jasnoniebieskie), pokazane na niebiesko wokół małego krateru, z którego został wyrzucony.

Stany Zjednoczone wystrzeliły Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) i impaktor LCROSS w dniu 18 czerwca 2009 r. LCROSS zakończył swoją misję, dokonując planowanego i szeroko obserwowanego zderzenia w kraterze Cabeus w dniu 9 października 2009 r., podczas gdy LRO działa obecnie, uzyskując precyzyjne wysokościomierz i zdjęcia wysokiej rozdzielczości.

Chiny kontynuowały swój program księżycowy w 2010 roku z Chang'e 2 , mapując powierzchnię w wyższej rozdzielczości przez okres ośmiu miesięcy, aw 2013 z Chang'e 3 , lądownikiem księżycowym wraz z księżycowym łazikiem o nazwie Yutu (chiński: 玉兔; dosłownie „Nefrytowy Królik”). Była to pierwsza misja łazika księżycowego od czasu Łunochodu 2 w 1973 roku i pierwsze miękkie lądowanie na Księżycu od czasu Łuny 24 w 1976 roku.

W 2014 roku pierwsza sonda finansowana ze środków prywatnych, Manfred Memorial Moon Mission , dotarła na Księżyc.

Kolejna chińska misja łazika, Chang'e 4 , osiągnęła pierwsze lądowanie po drugiej stronie Księżyca na początku 2019 roku.

Również w 2019 roku Indie z powodzeniem wysłały na Księżyc swoją drugą sondę, Chandrayaan-2 .

W 2020 roku Chiny przeprowadziły swoją pierwszą zrobotyzowaną misję zwrotu próbek ( Chang'e 5 ), przywożąc na Ziemię 1731 gramów materiału księżycowego.

Wraz z podpisaniem w 2020 r. kierowanych przez USA porozumień Artemis, program Artemis ma na celu powrót astronautów na Księżyc w latach 20. XX wieku. Do Porozumień przystąpiła coraz większa liczba krajów. Wprowadzenie Porozumień Artemis podsyciło ponowną dyskusję na temat międzynarodowych ram i współpracy w zakresie działalności księżycowej, opierając się na Traktacie Księżycowym i koncepcji Moon Village kierowanej przez ESA . Stany Zjednoczone opracowały plany powrotu na Księżyc począwszy od 2004 roku, co zaowocowało kilkoma programami. Program Artemis posunął się najdalej i obejmuje plany wysłania pierwszej kobiety na Księżyc, a także zbudowania międzynarodowej księżycowej stacji kosmicznej o nazwie Lunar Gateway .

Przyszły

Nadchodzące misje księżycowe obejmują misje programu Artemis i pierwszą rosyjską misję księżycową, Luna-Glob : lądownik bez załogi z zestawem sejsmometrów i orbiter oparty na nieudanej misji marsjańskiej Fobos-Grunt .

Chiny ogłosiły w 2021 roku plan rozwoju i budowy wraz z Rosją Międzynarodowej Stacji Badań Księżycowych do lat 30. XX wieku. Indie w 2006 roku między innymi wyraziły nadzieję na wysłanie ludzi na Księżyc do 2020 roku.

Obecność człowieka

Mapa wszystkich miękkich lądowisk po bliższej stronie Księżyca.

Ludzie są aktywni wokół i na Księżycu od ponad pół wieku, wysyłając na Księżyc wiele misji, przebywając z robotami i ludźmi, pozostawiając wiele śladów i zakładając tymczasowe bazy księżycowe . Księżyc pozostaje wymagającym i szczególnym środowiskiem.

Wpływ człowieka

Pozostałości po działalności człowieka, pakiet księżycowych eksperymentów na powierzchni Apollo 17.

Podczas gdy Księżyc ma najniższą kategoryzację celów ochrony planetarnej , dyskutowano o jego degradacji jako nieskazitelnego ciała i miejsca naukowego. Jeśli astronomia jest wykonywana z Księżyca , musi on być wolny od zanieczyszczeń fizycznych i radiowych . Chociaż Księżyc nie ma znaczącej atmosfery, ruch i uderzenia na Księżyc powodują chmury pyłu, które mogą rozprzestrzeniać się daleko i prawdopodobnie zanieczyścić pierwotny stan Księżyca i jego specjalną zawartość naukową. Uczona Alice Gorman twierdzi, że chociaż Księżyc jest niegościnny, nie jest martwy, a zrównoważona działalność człowieka wymagałaby traktowania ekologii Księżyca jako współuczestnika.

Tak zwana „sprawa niesporczaków” rozbitego w 2019 r. lądownika Beresheet i przewożenia przez niego niesporczaków została omówiona jako przykład braku środków i międzynarodowych regulacji dotyczących ochrony planetarnej .

Kosmiczne śmieci poza Ziemią wokół Księżyca zostały uznane za przyszłe wyzwanie wraz z rosnącą liczbą misji na Księżyc, w szczególności jako zagrożenie dla takich misji. W związku z tym gospodarka odpadami księżycowymi została podniesiona jako problem, z którym muszą się zmierzyć przyszłe misje księżycowe, zwłaszcza na powierzchni.

Oprócz pozostałości ludzkiej działalności na Księżycu, istniało kilka zamierzonych stałych instalacji, takich jak dzieło sztuki Muzeum Księżyca , przesłania dobrej woli Apollo 11 , sześć tablic księżycowych , pomnik Upadłych Astronautów i inne artefakty.

Misje długoterminowe, które nadal są aktywne, to niektóre orbitery, takie jak wystrzelony w 2009 roku Lunar Reconnaissance Orbiter , obserwujący Księżyc w przyszłych misjach, a także niektóre lądowniki, takie jak wystrzelony w 2013 roku Chang'e 3 z wciąż działającym Lunar Ultraviolet Telescope. Pięć retroreflektorów zostało zainstalowanych na Księżycu od lat 70. XX wieku i od tego czasu są używane do dokładnych pomiarów fizycznych libracji za pomocą lasera sięgającego Księżyca .

Istnieje kilka misji różnych agencji i firm planowanych w celu ustanowienia długoterminowej obecności ludzi na Księżycu, z Lunar Gateway jako obecnie najbardziej zaawansowanym projektem w ramach programu Artemis .

Astronomia z Księżyca

Od wielu lat Księżyc jest uznawany za doskonałe miejsce dla teleskopów. Jest stosunkowo blisko; widzenie astronomiczne nie jest problemem; niektóre kratery w pobliżu biegunów są stale ciemne i zimne, a zatem szczególnie przydatne dla teleskopów na podczerwień ; a radioteleskopy po drugiej stronie byłyby osłonięte przed ziemskim szumem radiowym. Księżycowa gleba , choć stanowi problem dla ruchomych części teleskopów , może być mieszana z nanorurkami węglowymi i żywicami epoksydowymi i wykorzystywana do budowy zwierciadeł o średnicy do 50 metrów. Księżycowy teleskop zenitowy można tanio zrobić z cieczy jonowej .

W kwietniu 1972 roku misja Apollo 16 zarejestrowała różne astronomiczne zdjęcia i widma w ultrafiolecie za pomocą kamery/spektrografu dalekiego ultrafioletu .

Księżyc był również celem obserwacji Ziemi , szczególnie kulturowo, jak w obrazach zwanych Wschodem Ziemi .

Życie na Księżycu

Jedyne przypadki, w których ludzie żyli na Księżycu , miały miejsce w module księżycowym Apollo przez kilka dni (na przykład podczas misji Apollo 17 ). Jednym z wyzwań dla astronautów podczas ich pobytu na powierzchni jest to, że pył księżycowy przykleja się do ich skafandrów i jest przenoszony do ich kwater. Astronauci mogli posmakować i wyczuć pył, nazywając go „aromatem Apollo”. Ten drobny pył księżycowy może powodować problemy zdrowotne .

W 2019 roku co najmniej jedno ziarno rośliny wykiełkowało w eksperymencie na lądowniku Chang'e 4 . Został przeniesiony z Ziemi wraz z innymi małymi formami życia w jej mikroekosystemie księżycowym .

Status prawny

Chociaż lądowniki Luna rozrzuciły proporce Związku Radzieckiego na Księżycu, a amerykańskie flagi zostały symbolicznie umieszczone na ich lądowiskach przez astronautów Apollo , żaden naród nie rości sobie prawa własności do jakiejkolwiek części powierzchni Księżyca. Podobnie żadna prywatna własność części Księżyca lub całości nie jest uważana za wiarygodną.

Traktat o przestrzeni kosmicznej z 1967 r. określa Księżyc i całą przestrzeń kosmiczną jako „ prowincję całej ludzkości ”. Ogranicza wykorzystanie Księżyca do celów pokojowych, wyraźnie zakazując instalacji wojskowych i broni masowego rażenia . Większość krajów jest stronami tego traktatu. Umowa Księżycowa z 1979 r. została stworzona w celu dopracowania i ograniczenia eksploatacji zasobów Księżyca przez jakikolwiek pojedynczy naród, pozostawiając ją jeszcze nieokreślonemu międzynarodowemu reżimowi regulacyjnemu. Od stycznia 2020 r. Został podpisany i ratyfikowany przez 18 krajów, z których żaden nie ma zdolności do lotów kosmicznych z udziałem ludzi .

Od 2020 r. kraje dołączyły do ​​​​USA w swoich porozumieniach Artemis , które kwestionują traktat. Ponadto Stany Zjednoczone podkreśliły w prezydenckim zarządzeniu wykonawczym („Zachęcanie międzynarodowego wsparcia dla odbudowy i wykorzystania zasobów kosmicznych”), że „Stany Zjednoczone nie postrzegają przestrzeni kosmicznej jako „globalnego dobra wspólnego i nazywają porozumienie księżycowe „ nieudana próba ograniczenia wolnej przedsiębiorczości”.

Po podpisaniu i ratyfikowaniu przez Australię zarówno Traktatu Księżycowego w 1986 r., jak i Porozumień Artemis w 2020 r., wywiązała się dyskusja, czy można je zharmonizować. W tym świetle opowiadano się za porozumieniem wykonawczym do traktatu księżycowego, jako sposobem na zrekompensowanie niedociągnięć traktatu księżycowego i zharmonizowanie go z innymi prawami, co umożliwi jego szerszą akceptację.

W obliczu tak rosnącego zainteresowania handlowego i narodowego, zwłaszcza terytoriów poszukiwawczych, ustawodawcy amerykańscy wprowadzili pod koniec 2020 r. szczegółowe przepisy dotyczące ochrony historycznych miejsc lądowania, a grupy interesu opowiadały się za wpisaniem takich miejsc na Listę Światowego Dziedzictwa i stref chronionych stref wartości naukowej , z których wszystkie przyczyniają się do legalnej dostępności i terytorializacji Księżyca.

W 2021 roku Deklaracja Praw Księżyca została stworzona przez grupę „prawników, archeologów kosmicznych i zaniepokojonych obywateli”, opierając się na precedensach ruchu Praw Natury i koncepcji osobowości prawnej podmiotów innych niż ludzie w kosmosie.

Koordynacja

W świetle przyszłego rozwoju na Księżycu stworzono kilka międzynarodowych i wielokosmicznych agencji :

W kulturze i życiu

Kalendarz

Wenus z Laussel ( ok . 25 000 lat temu) trzymająca róg w kształcie półksiężyca, 13 nacięć na rogu może symbolizować liczbę dni od menstruacji do owulacji lub cykli menstruacyjnych lub księżyców w roku.

Od czasów prehistorycznych ludzie notowali fazy Księżyca , jego przybywanie i ubywanie, i używali ich do rejestrowania czasu. Niektórzy uważają, że patyki Tally , karbowane kości sprzed 20–30 000 lat, wyznaczają fazy Księżyca. Liczenie dni między fazami Księżyca doprowadziło ostatecznie do uogólnienia okresów pełnego cyklu księżycowego jako miesięcy , a prawdopodobnie jego faz jako tygodni .

Słowa oznaczające miesiąc w wielu różnych językach etymologicznie niosą ten związek między okresem miesiąca a Księżycem. Angielski miesiąc , jak również księżyc i jego odpowiedniki w innych językach indoeuropejskich (np. łacina mensis i starogrecki μείς ( meis ) lub μήν (mēn), co oznacza „miesiąc”) wywodzą się z praindoeuropejskiego ( PIE ) rdzeń księżyca , * méh 1 nōt , wywodzący się z PIE rdzenia czasownika * meh 1 -, „mierzyć”, „wskazując na funkcjonalną koncepcję Księżyca, tj. znacznik miesiąca” ( por . angielskie słowa miara i miesiączka ). Aby podać inny przykład z innej rodziny językowej , język chiński używa tego samego słowa () zarówno dla księżyca , jak i dla miesiąca , co ponadto można znaleźć w symbolach słowa tydzień (星期).

Ten księżycowy pomiar czasu dał początek historycznie dominującym, ale zróżnicowanym kalendarzom księżycowo-słonecznym . Kalendarz islamski z VII wieku jest przykładem czysto księżycowego kalendarza , w którym miesiące są tradycyjnie określane przez wizualną obserwację hilala, czyli najwcześniejszego półksiężyca, nad horyzontem.

Szczególne znaczenie miała okazja pełni księżyca , podkreślana i celebrowana w wielu kalendarzach i kulturach. W okolicach równonocy jesiennej Pełnia nazywana jest Księżycem Żniw i jest obchodzona podczas uroczystości, takich jak Święto Żniw według chińskiego kalendarza księżycowego , które jest drugim najważniejszym świętem po chińskim Nowym Roku .

Co więcej, związek czasu z Księżycem można również znaleźć w religii, takiej jak starożytne egipskie bóstwo czasowe i księżycowe Khonsu .

Reprezentacja kulturalna

Sumeryjska pieczęć i odcisk cylindra, datowane na ok.  2100 pne, z Ḫašḫamer, ensi (gubernator) z Iškun-Sin c.  2100 pne.  Siedząca postać to prawdopodobnie król Ur-Nammu, nadający namiestnictwo Ḫašḫamerowi, którego przed nim prowadzi Lamma (bogini opiekuńcza).  Sam Nanna/Sîn jest wskazany w postaci półksiężyca.
Luna na talerzu Parabiago (II – V wiek), przedstawiająca półksiężycową koronę i księżycowy aspekt rydwanu, występujące w różnych kulturach.
Króliki występują w wielu kulturach utożsamianych z Księżycem, od Chin po rdzenną ludność obu Ameryk, jak królik (po lewej) bogini księżyca Majów (VI – IX wiek).
Od góry: przykłady bóstw księżycowych z powtarzającymi się aspektami na całym świecie , takimi jak półksiężyc ( Nanna / Sîn , ok.  2100 pne), półksiężycowe nakrycie głowy i rydwan ( Luna , II – V wiek), a także księżycowy królik ( księżyc Majów bogini , VI – IX w.).

Od czasów prehistorycznych i starożytnych ludzie przedstawiali i interpretowali Księżyc, szczególnie w astrologii i religii, jako księżycowe bóstwo .

Do reprezentacji Księżyca, zwłaszcza jego faz księżycowych , symbol półksiężyca (🌙) był szczególnie używany przez wiele kultur. W systemach pisma, takich jak chiński, półksiężyc rozwinął się w symbol, słowo oznaczające Księżyc, aw starożytnym Egipcie był to symbol 𓇹 , który jest zapisywany jak starożytne egipskie bóstwo księżycowe Iah , co oznacza Księżyc.

Ikonograficznie półksiężyc był używany w Mezopotamii jako główny symbol Nanna/Sîn , starożytnego sumeryjskiego bóstwa księżycowego, które było ojcem Innany/Isztar , bogini planety Wenus (symbolizowanej jako ośmioramienna gwiazda Isztar ) i Utu / Szamasz , bóg Słońca ( symbolizowany jako dysk, opcjonalnie z ośmioma promieniami ), wszyscy trzej często przedstawiani obok siebie. Nanna była później znana jako Sîn i była szczególnie kojarzona z magią i czarami.

Półksiężyc był dalej używany jako element księżycowych bóstw noszących nakrycia głowy lub korony w układzie przypominającym rogi , jak w przypadku starożytnej greckiej Selene czy starożytnego egipskiego Chonsu . Selene jest kojarzona z Artemidą i jej odpowiednikiem jest rzymska Luna , którą czasami przedstawia się jako prowadzącą rydwan , jak hinduskie bóstwo księżycowe Chandra . Różne lub wspólne aspekty bóstw w panteonach zaobserwowano w wielu kulturach, zwłaszcza w późniejszej lub współczesnej kulturze, w szczególności tworząc potrójne bóstwa . Na przykład Księżyc w mitologii rzymskiej był kojarzony z Juno i Dianą , podczas gdy Luna była identyfikowana jako ich imię i jako część trójki ( diva triformis ) z Dianą i Prozerpiną , Hekate był identyfikowany jako ich wiążąca manifestacja jako trimorphos .

Układ gwiazdy i półksiężyca (☪️) sięga epoki brązu, reprezentując połączenie Słońca i Księżyca lub Księżyca i planety Wenus . Przyszedł do reprezentowania bogini Artemidy lub Hekate, a dzięki patronatowi Hekate zaczął być używany jako symbol Bizancjum , prawdopodobnie wpływając na rozwój flagi osmańskiej , a konkretnie połączenie tureckiego półksiężyca z gwiazdą. Od tego czasu rozpowszechniło się heraldyczne użycie gwiazdy i półksiężyca, stając się popularnym symbolem islamu (jako hilal kalendarza islamskiego ) i wielu narodów .

W rzymskokatolickim kulcie maryjnym Dziewica Maryja ( Królowa Niebios ) była przedstawiana od późnego średniowiecza na półksiężycu i ozdobiona gwiazdami. W islamie Mahomet jest szczególnie przypisywany Księżycowi poprzez tak zwany cud rozszczepienia Księżyca ( arab . انشقاق القمر ).

Kontrast między jaśniejszymi wyżynami a ciemniejszymi mariami był dostrzegany przez różne kultury tworzące abstrakcyjne kształty, do których należą między innymi Człowiek na Księżycu czy Księżycowy Królik (np . aspekt bogini Księżyca Majów ).

W zachodniej alchemii srebro kojarzy się z Księżycem, a złoto ze Słońcem.

Reprezentacja kultury współczesnej

Postrzeganie Księżyca w czasach nowożytnych zostało poinformowane przez współczesną astronomię umożliwioną przez teleskop , a później dzięki lotom kosmicznym , które umożliwiły rzeczywistą działalność człowieka na Księżycu, w szczególności lądowania na Księżycu mające wpływ na kulturę . Te nowe spostrzeżenia zainspirowały odniesienia kulturowe, łącząc romantyczne refleksje na temat Księżyca i fikcję spekulatywną, taką jak science-fiction traktującą o Księżycu.

Współcześnie Księżyc był postrzegany jako miejsce ekspansji gospodarczej w kosmos , z misjami poszukującymi zasobów księżycowych . Towarzyszyła temu odnowiona publiczna i krytyczna refleksja na temat kulturowego i prawnego stosunku ludzkości do ciała niebieskiego , zwłaszcza w odniesieniu do kolonializmu , jak w wierszu „ Whitey on the Moon ” z 1970 roku. W tym świetle przywołano naturę Księżyca, szczególnie w celu ochrony Księżyca i jako powszechnego .

Księżyc jest wyraźnie widoczny na obrazie Vincenta van Gogha Gwiaździsta noc z 1889 roku (po lewej). Ikoniczny obraz Człowieka na Księżycu z pierwszego filmu science-fiction , którego akcja toczy się w kosmosie, Podróż na Księżyc (1902), inspirowany historią literatury o wyprawie na Księżyc (po prawej).

Efekt księżycowy

Efekt księżycowy to rzekomo nieudowodniona korelacja między określonymi etapami około 29,5-dniowego cyklu księżycowego a zachowaniem i zmianami fizjologicznymi istot żywych na Ziemi, w tym ludzi. Księżyc od dawna kojarzony jest z szaleństwem i irracjonalnością; słowa lunacy i lunatic pochodzą od łacińskiej nazwy Księżyca, Luna . Filozofowie Arystoteles i Pliniusz Starszy argumentowali, że pełnia księżyca wywoływała szaleństwo u podatnych jednostek, wierząc, że mózg, który składa się głównie z wody, musi być pod wpływem Księżyca i jego mocy nad przypływami, ale grawitacja Księżyca jest zbyt mała, aby wpłynąć na jakiekolwiek jedna osoba. Nawet dzisiaj ludzie, którzy wierzą w efekt księżyca, twierdzą, że liczba przyjęć do szpitali psychiatrycznych, wypadków drogowych, zabójstw lub samobójstw wzrasta podczas pełni księżyca, ale dziesiątki badań podważają te twierdzenia.

Zobacz też

Notatki wyjaśniające

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki

Zasoby kartograficzne

Narzędzia obserwacyjne