Този въпрос принадлежи към онези, които стават по-ясни, ако първо ги обърнете, така да се каже. Преди да говорим защо Луната не задържа атмосфера около себе си, нека зададем въпроса: защо задържа атмосфера около нашата собствена планета? Нека си припомним, че въздухът, като всеки газ, е хаос от несвързани молекули, които се движат бързо в различни посоки. Средната им скорост при t = 0 °C – около 1/2 км в секунда (скорост на куршума). Защо не се разпръснат в открития космос? По същата причина, поради която куршум от пушка не лети в открития космос. След като са изчерпали енергията на движението си за преодоляване на силата на гравитацията, молекулите падат обратно на Земята. Представете си молекула близо до земната повърхност, която лети вертикално нагоре със скорост 1/2 км в секунда. Колко високо може да лети? Лесно се изчислява: скорост v, височина на повдигане чи гравитационно ускорение жса свързани със следната формула:
v 2 = 2gh.
Нека заместим вместо v неговата стойност - 500 m/s, вместо g – 10 m/s 2, имаме
h = 12 500 m = 12 1/2 km.
Но ако въздушните молекули не могат да летят по-високо от 12 1/2 км,тогава откъде идват въздушните молекули над тази граница? В края на краищата, кислородът, който съставлява нашата атмосфера, се е образувал близо до земната повърхност (от въглероден диоксид в резултат на дейността на растенията). Каква сила ги е повдигнала и задържа на надморска височина от 500 километра, където със сигурност е установено наличието на следи от въздух? Тук физиката дава същия отговор, който бихме чули от някой статистик, ако го попитаме: „Средната продължителност на човешкия живот е 70 години; Откъде идват 80-годишните хора?“ Работата е там, че изчислението, което направихме, се отнася за средна, а не за реална молекула. Средната молекула има втора скорост от 1/2 km, но истинските молекули се движат някои по-бавно, други по-бързо от средната. Вярно е, че процентът на молекулите, чиято скорост забележимо се отклонява от средната, е малък и бързо намалява с увеличаване на величината на това отклонение. От общия брой молекули, съдържащи се в даден обем кислород при 0°, само 20% имат скорост от 400 до 500 m в секунда; приблизително същия брой молекули се движат със скорост 300–400 m/s, 17% – със скорост 200–300 m/s, 9% – със скорост 600–700 m/s, 8% – при скорост 700–800 m/s, 1% – при скорост 1300–1400 m/s. Малка част (по-малко от една милионна част) от молекулите имат скорост от 3500 m/s, като тази скорост е достатъчна, за да могат молекулите да летят дори до 600 km височина.
Наистина ли, 3500 2 = 20ч, където h=12250000/20тоест над 600 км.
Наличието на кислородни частици на височина стотици километри над земната повърхност става ясно: това следва от физичните свойства на газовете. Молекулите на кислорода, азота, водната пара и въглеродния диоксид обаче не притежават скорост, която да им позволи напълно да напуснат земното кълбо. Това изисква скорост от поне 11 км в секунда, а само единични молекули от тези газове имат такава скорост при ниски температури. Ето защо Земята държи толкова здраво атмосферната си обвивка. Изчислено е, че за загубата на половината запас дори от най-лекия от газовете в земната атмосфера - водорода - трябва да минат няколко години, изразени в 25 цифри. Милиони години няма да направят никаква промяна в състава и масата на земната атмосфера.
За да обясним сега защо Луната не може да поддържа подобна атмосфера около себе си, остава да кажем малко.
Гравитационното привличане на Луната е шест пъти по-слабо от това на Земята; Съответно скоростта, необходима за преодоляване на силата на гравитацията там също е по-малка и равна на само 2360 m/s. И тъй като скоростта на молекулите на кислорода и азота при умерени температури може да надвиши тази стойност, ясно е, че Луната ще трябва непрекъснато да губи своята атмосфера, ако трябва да я образува.
Когато най-бързата от молекулите се изпари, други молекули ще придобият критична скорост (това е следствие от закона за разпределение на скоростите между газовите частици) и все повече и повече нови частици от атмосферната обвивка трябва безвъзвратно да избягат в открития космос.
След достатъчен период от време, незначителен в мащаба на Вселената, цялата атмосфера ще напусне повърхността на такова слабо привлекателно небесно тяло.
Може да се докаже математически, че ако средната скорост на молекулите в атмосферата на една планета е дори три пъти по-малка от максималната (т.е. за Луната е 2360: 3 = 790 m/s), тогава такава атмосфера трябва да се разсее наполовина в рамките на няколко седмици. (Атмосферата на небесното тяло може да се запази стабилно само ако средната скорост на неговите молекули е по-малка от една пета от максималната скорост.) Предполага се — или по-скоро мечта — че с течение на времето, когато земното човечество посети и завладее Луната, ще я обгради с изкуствена атмосфера и така ще я направи подходяща за обитаване. След казаното за читателя трябва да стане ясна неосъществимостта на такова начинание.
> > > Атмосфера на Луната
Има ли силна атмосфера на Луната? Не. Затова все още има подозрение, че мисията на Аполо може да е фалшива (знамето не може да се вее, защото няма вятър). Но там има много тънък газов слой, който технически се нарича атмосфера на Луната.
В този слой газовете са толкова разпространени, че практически не се сблъскват. Те приличат на микроскопични гюлета, пътуващи по извити пътеки и отскачащи от повърхността. Ако го вземем по обем, тогава има 100 молекули на cm 3 атмосфера (на морското равнище на Земята падат 100 милиарда милиарда молекули на cm 3). Общата маса на газовете е 25 000 кг.
В атмосферата на Луната са открити няколко елемента. Lunar Reconnaissance Orbiter наскоро се натъкна на хелий. Астронавтите от Аполо оставиха детектори на повърхността, които откриха: аргон-40, метан, хелий-4, азот, въглероден диоксид и въглероден оксид. Наземните спектрометри също откриха натрий и калий, а орбиталният апарат Lunar Prospector откри радиоактивни изотопи на радон и полоний.
Появата на атмосферата на Луната се дължи на процеса на дегазация. Това е отделянето на газове от космоса поради радиоактивен разпад. Това може да се случи и при земетресение. Веднъж освободени, леките газове се отстраняват в космоса.
В допълнение, газовете се отделят от почвата поради постоянното влияние на слънчевата светлина и вятъра, както и микрометеорити, падащи на повърхността. Това се нарича пръскане. Такива газове могат да излязат в космоса или да пътуват по лунната почва. Разпръскването може да обясни как ледът се натрупва в кратерите. Кометите може да са оставили след себе си водни молекули на сателита, които се събират в кратери и създават дебели слоеве лед.
лунна светлина
Ултравиолетовите лъчи на слънцето влияят на освободените газове, причинявайки изтласкване на електрони. Те получават електрически заряд, който изпраща частици високо в небето. През нощта протича обратният процес, при който електроните се отлагат върху почвата.
Този прашен фонтан функционира по протежение на границата между деня и нощта, създавайки сиянието на лунния хоризонт. Астронавтите са описали лунния прах като лепкав пясък. Това се превръща в опасност за оборудването. Когато екипът се върна на Земята, скафандрите им бяха износени. Следователно ще трябва да научим колкото е възможно повече за лунните процеси, преди да изпратим нови човешки мисии. Междувременно знаете как изглежда лунната атмосфера.
Луната заслужава специално внимание, защото е спътник на Земята, най-изследваното небесно тяло, най-близко до нас, първият космически обект, на който е кацнал човек.
От времето, когато съветската автоматична междупланетна станция (AIS) прелетя около Луната и засне обратната й страна на 7 октомври 1959 г., много AMS с най-разнообразен дизайн и с различни цели бяха изпратени към Луната, станаха нейни изкуствени спътници или кацали на повърхността на Луната с екипаж или без него, те се връщали на Земята с богата колекция от лунна почва, със снимки на нейната повърхност, получени или от летящ, или от кацащ апарат. С помощта на всички устройства, като постепенно подобряват методологията, те получават все повече и повече информация за физическите характеристики на Луната, частично припокривайки старите резултати, частично ги коригирайки.
Този първи период на изследване на Луната с космически средства завършва през 1972 г. с полета на пилотирания космически кораб Аполо 17 (САЩ) и през 1976 г. с полета на космическия кораб Луна 24 (СССР). Апаратите се върнаха на Земята с нови проби от скали, покриващи повърхността на Луната. В същото време общата маса на събрания материал не е толкова важна, тъй като благодарение на съвременното развитие на методите за геоложки и минералогичен анализ, включително определяне на възрастта на изследваните скали, е достатъчно да има проби от част от с размер милиметър.
АТМОСФЕРА НА ЛУНАТА
Луната многократно е споменавана като пример за небесно тяло, лишено от атмосфера. Това ясно следва от мигновеното окултиране на звездите от Луната (вижте KPA 465), но това твърдение не е абсолютно: както в случая с Меркурий, на Луната може да се поддържа много разредена атмосфера поради отделянето на газове от повърхността скали, когато се нагряват от слънчева радиация, когато са "бомбардирани" от метеорити и корпускули, излъчвани от Слънцето.
Горна граница за плътността на лунната атмосфера може да бъде установена от поляризационни наблюдения на терминатора, особено на ръба на лунните рогове, където дебелината на хипотетичната атмосфера, проникната от линията на зрение, е най-голяма. В квадратурите, тоест близо до първата и последната четвърт, поляризацията на рогата трябва да е пълна [формула (33.32)]. И обикновеното разсейване на светлината в здрача трябва да доведе до удължаване на рогата. Не се наблюдава нито удължаване на рогата, нито дори незначителна поляризация в близост до тях, което води до оценка на плътността на лунната атмосфера не по-висока от плътността на земната атмосфера на морското равнище, т.е. не повече от 1010 молекули. на 1 cm3.
Такива резултати от наземни наблюдения са силно надценени. Инструменти, които са работили на Луната дълго време, са открили формални признаци на атмосферата, но това са само атоми и йони близо до самата повърхност на Луната в най-незначителната концентрация (частици в секунда през 1 cm2 от площта на детектора) . За същото говори и незначителната яркост на фона, създаден от водородните атоми по време на резонансно разсейване в линията (има само 50 от тях в 1 cm3). В много малки количества са открити и следи от изотоп, образуван при разпадането на радиоактивно вещество и атоми на хелий (през нощта). Последният, както и водородът, разбира се, идва със слънчевия вятър.
Всъщност газове на Луната също са наблюдавани спектроскопски при снимане на спектъра на лунния цирк Алфонс на 2-3 ноември 1958 г. (Козирев, Йезерски). В спектрограмата, в лентата, която съответства на спектъра на централния хълм Алфонс, ясно се виждат емисионни ленти в резултат на луминесценцията на газовите молекули под въздействието на слънчевата радиация. Феноменът е наблюдаван само веднъж и очевидно е свързан с процеси, подобни на вулканизма, или с тектонични движения на повърхността на Луната, които са причинили освобождаването на газове, които преди това са били заключени. Съставът на отделяните газове не може да бъде точно определен, с изключение на въглерода. Разбира се, такъв газ не може да остане дълго време на повърхността на Луната - скоростта на бягство на Луната е само 2,38 km/s. Но търсенето на много по-тежък газ, като серен диоксид, въпреки всички грижи, беше неуспешно. Не е открит и озон
Луната е естествен спътник на Земята и при нейното наблюдение възникват много въпроси както за астрономите, така и за обикновените хора. И един от най-интересните е следният: има ли Луната атмосфера?
В крайна сметка, ако съществува, това означава, че животът на това космическо тяло е възможен, поне най-примитивният. Ще се опитаме да отговорим на този въпрос възможно най-подробно и надеждно, като използваме най-новите научни хипотези.
Повечето хора, които мислят за това, ще намерят отговор доста бързо. Разбира се, Луната няма атмосфера. В действителност обаче това не е така. Обвивка от газове все още присъства на естествения спътник на Земята. Но каква плътност има, какви газове са включени в състава на лунния „въздух“ - това са напълно различни въпроси, отговорите на които ще бъдат особено интересни и важни.
Колко плътен е?
За съжаление атмосферата на Луната е много тънка. В допълнение, индикаторът за плътност варира значително в зависимост от времето на деня. Например през нощта има около 100 000 газови молекули на кубичен сантиметър от лунната атмосфера. През деня тази цифра се променя значително - десет пъти. Поради факта, че повърхността на Луната е много гореща, плътността на атмосферата пада до 10 хиляди молекули.
Някои може да намерят тази цифра впечатляваща. Уви, дори и за най-непретенциозните същества от Земята, такава концентрация на въздух ще бъде фатална. В крайна сметка на нашата планета плътността е 27 х 10 на осемнадесета степен, тоест 27 квинтилиона молекули.
Ако съберете целия газ на Луната и го претеглите, ще получите изненадващо малко число - само 25 тона. Следователно, веднъж на Луната без специално оборудване, нито едно живо същество няма да може да оцелее дълго време - в най-добрия случай ще продължи няколко секунди.
Какви газове има в атмосферата
След като установихме, че Луната има атмосфера, макар и много, много разредена, можем да преминем към следващия, не по-малко важен въпрос: какви газове влизат в нейния състав?
Основните компоненти на атмосферата са водород, аргон, хелий и неон. Пробите са взети за първи път от експедиция като част от проекта Аполо. Тогава беше открито, че атмосферата съдържа хелий и аргон. Много по-късно, използвайки специално оборудване, астрономите, наблюдаващи Луната от Земята, успяха да установят, че тя съдържа също водород, калий и натрий.
Възниква напълно логичен въпрос: ако атмосферата на Луната се състои от тези газове, тогава откъде са дошли? Със Земята всичко е просто - множество организми, вариращи от едноклетъчни до хора, превръщат едни газове в други 24 часа в денонощието.
Но откъде се е взела атмосферата на Луната, ако там няма и никога не е имало живи организми? Всъщност газовете могат да се образуват по различни причини.
На първо място, различни вещества са донесени от множество метеорити, както и от слънчевия вятър. И все пак на Луната падат значително по-голям брой метеорити, отколкото на Земята - отново поради практически отсъстващата атмосфера. Освен газ, те дори биха могли да донесат вода до нашия сателит! Имайки по-висока плътност от газа, той не се изпарява, а просто се събира в кратери. Ето защо днес учените полагат много усилия, опитвайки се да намерят дори малки резерви - това може да бъде истински пробив.
Как влияе разредената атмосфера
Сега, след като разбрахме каква е атмосферата на Луната, можем да разгледаме по-отблизо въпроса какво влияние оказва тя върху най-близкото до нас космическо тяло. Все пак би било по-точно да се признае, че той практически няма ефект върху Луната. Но до какво води това?
Да започнем с факта, че нашият спътник е напълно незащитен от слънчевата радиация. В резултат на това, като „ходите“ по повърхността му без специално, доста мощно и обемисто защитно оборудване, е напълно възможно да получите радиоактивно облъчване за няколко минути.
Освен това спътникът е беззащитен срещу метеорити. Повечето от тях, навлизайки в земната атмосфера, изгарят почти напълно от триене с въздуха. Около 60 000 килограма космически прах падат на планетата годишно - всичко това са метеорити с различни размери. Те падат на Луната в първоначалния си вид, тъй като атмосферата й е твърде разредена.
И накрая, дневните температурни промени са просто огромни. Например, на екватора през деня почвата може да се нагрее до +110 градуса по Целзий, а през нощта може да се охлади до -150 градуса. Това не се случва на Земята поради факта, че плътната атмосфера играе ролята на вид „одеяло“, което не позволява на част от слънчевите лъчи да достигнат до повърхността на планетата, а също така не позволява на топлината да се изпарява през нощта.
Винаги ли е било така?
Както можете да видите, атмосферата на Луната е доста мрачна гледка. Но винаги ли е била такава? Само преди няколко години експертите стигнаха до шокиращо заключение - оказва се, че не!
Преди около 3,5 милиарда години, когато нашият спътник едва се е формирал, в дълбините са протичали бурни процеси - вулканични изригвания, разломи, изблици на магма. Тези процесори отделят големи количества серен оксид, въглероден диоксид и дори вода в атмосферата! Плътността на „въздуха“ тук е три пъти по-висока от наблюдаваната днес на Марс. Уви, слабата гравитация на Луната не можа да задържи тези газове - те постепенно се изпариха, докато спътникът не стана такъв, какъвто можем да го видим в наше време.
Заключение
Нашата статия е към своя край. В него разгледахме редица важни въпроси: има ли атмосфера на Луната, как се е появила, каква е нейната плътност, от какви газове се състои. Да се надяваме, че ще запомните тези полезни факти и ще станете още по-интересен и ерудиран събеседник.