Šis jautājums pieder tiem, kas kļūst skaidrāki, ja tos vispirms apgriežat, tā sakot. Pirms runājam par to, kāpēc Mēness nesaglabā atmosfēru ap sevi, uzdosim jautājumu: kāpēc tas saglabā atmosfēru ap mūsu pašu planētu? Atcerēsimies, ka gaiss, tāpat kā jebkura gāze, ir nesaistītu molekulu haoss, kas strauji pārvietojas dažādos virzienos. Viņu vidējais ātrums plkst t = 0 °C – apmēram 1/2 km sekundē (pistoles lodes ātrums). Kāpēc viņi neizklīst kosmosā? Tā paša iemesla dēļ, ka šautenes lode nelido kosmosā. Iztērējušas savas kustības enerģiju, lai pārvarētu gravitācijas spēku, molekulas nokrīt atpakaļ uz Zemi. Iedomājieties molekulu, kas atrodas netālu no zemes virsmas, kas lido vertikāli uz augšu ar ātrumu 1/2 km sekundē. Cik augstu viņa var lidot? To ir viegli aprēķināt: ātrums v, pacelšanas augstums h un gravitācijas paātrinājums g ir saistīti ar šādu formulu:
v 2 = 2 gh.
Aizstāsim v vietā tā vērtību - 500 m/s, vietā g – 10 m/s 2, mums ir
h = 12 500 m = 12 1/2 km.
Bet, ja gaisa molekulas nevar lidot augstāk par 12 1/2 km, tad no kurienes nāk gaisa molekulas virs šīs robežas? Galu galā skābeklis, kas veido mūsu atmosfēru, veidojās netālu no zemes virsmas (no oglekļa dioksīda augu darbības rezultātā). Kāds spēks tos pacēla un notur 500 kilometru vai vairāk augstumā, kur noteikti ir konstatēta gaisa pēdu klātbūtne? Fizika šeit sniedz to pašu atbildi, ko mēs dzirdētu no statistiķa, ja viņam jautātu: “Cilvēka vidējais dzīves ilgums ir 70 gadi; No kurienes nāk 80 gadus veci cilvēki? Lieta ir tāda, ka mūsu veiktais aprēķins attiecas uz vidējo, nevis reālu molekulu. Vidējai molekulai ir 1/2 km otrais ātrums, bet reālās molekulas pārvietojas dažas lēnāk, citas ātrāk nekā vidēji. Tiesa, to molekulu procentuālais daudzums, kuru ātrums manāmi atšķiras no vidējā, ir mazs un strauji samazinās, palielinoties šīs novirzes lielumam. No kopējā molekulu skaita, kas atrodas noteiktā skābekļa tilpumā 0° temperatūrā, tikai 20% ir ātrums no 400 līdz 500 m sekundē; aptuveni tikpat daudz molekulu pārvietojas ar ātrumu 300–400 m/s, 17% – ar ātrumu 200–300 m/s, 9% – ar ātrumu 600–700 m/s, 8% – plkst. ātrumu 700–800 m/s, 1% – ar ātrumu 1300–1400 m/s. Nelielai daļai (mazāk nekā miljonajai daļai) molekulu ātrums ir 3500 m/s, un ar šo ātrumu pietiek, lai molekulas varētu lidot pat līdz 600 km augstumam.
Tiešām, 3500 2 = 20h, kur h=12250000/20 i., vairāk nekā 600 km.
Skābekļa daļiņu klātbūtne simtiem kilometru augstumā virs zemes virsmas kļūst skaidra: tas izriet no gāzu fizikālajām īpašībām. Skābekļa, slāpekļa, ūdens tvaiku un oglekļa dioksīda molekulām tomēr nav ātruma, kas ļautu tām pilnībā iziet no zemeslodes. Tam nepieciešams ātrums vismaz 11 km sekundē, un tikai atsevišķām šo gāzu molekulām ir šāds ātrums zemā temperatūrā. Tāpēc Zeme tik cieši tur savu atmosfēras apvalku. Ir aprēķināts, ka, lai zaudētu pusi no pat visvieglākās zemes atmosfērā esošās gāzes - ūdeņraža - krājuma, jāpaiet vairākiem gadiem, kas izteikti ar 25 cipariem. Miljoniem gadu nemainīsies Zemes atmosfēras sastāvs un masa.
Lai tagad izskaidrotu, kāpēc Mēness nevar uzturēt ap sevi līdzīgu atmosfēru, atliek nedaudz pateikt.
Mēness gravitācijas spēks ir sešas reizes vājāks nekā uz Zemes; Attiecīgi arī ātrums, kas nepieciešams, lai pārvarētu gravitācijas spēku tur, ir mazāks un vienāds tikai ar 2360 m/s. Un tā kā skābekļa un slāpekļa molekulu ātrums mērenā temperatūrā var pārsniegt šo vērtību, ir skaidrs, ka Mēnesim būtu nepārtraukti jāzaudē atmosfēra, ja tas veidotos.
Kad ātrākā no molekulām iztvaiko, citas molekulas iegūs kritisko ātrumu (tas ir ātrumu sadalījuma starp gāzes daļiņām likuma sekas), un arvien vairāk jaunu atmosfēras apvalka daļiņu neatgriezeniski jāizkļūst kosmosā.
Pēc pietiekama laika perioda, kas ir nenozīmīgs Visuma mērogā, visa atmosfēra pametīs tik vāji pievilcīgu debess ķermeņa virsmu.
Matemātiski var pierādīt, ka, ja vidējais molekulu ātrums planētas atmosfērā ir pat trīs reizes mazāks par maksimālo (t.i., Mēnesim tas ir 2360: 3 = 790 m/s), tad šādai atmosfērai vajadzētu izkliedēties. uz pusi dažu nedēļu laikā. (Debess ķermeņa atmosfēru var stabili saglabāt tikai tad, ja tā molekulu vidējais ātrums ir mazāks par vienu piektdaļu no maksimālā ātruma.) Ir ierosināts — vai drīzāk sapnis —, ka laika gaitā, kad zemes cilvēce viesojas un iekaro Mēnesi, tas ieskauj to ar mākslīgu atmosfēru un tādējādi padarīs to piemērotu dzīvošanai. Pēc teiktā lasītājam vajadzētu būt skaidram šāda uzņēmuma nerealizējamībai.
>>> Mēness atmosfēra
Vai uz Mēness ir spēcīga atmosfēra? Nē. Tāpēc joprojām pastāv aizdomas, ka Apollo misija varētu būt viltota (karogs nevarēja plīvot, jo nav vēja). Bet tur ir ļoti plāns gāzes slānis, ko tehniski sauc mēness atmosfēra.
Šajā slānī gāzes ir tik plaši izplatītas, ka praktiski nesaduras. Tās atgādina mikroskopiskas lielgabala lodes, kas pārvietojas pa izliektām takām un atlec no virsmas. Ja ņemam pēc tilpuma, tad uz cm 3 atmosfēras ir 100 molekulas (jūras līmenī uz Zemes uz cm 3 nokrīt 100 miljardi miljardu molekulu). Kopējā gāzu masa ir 25 000 kg.
Mēness atmosfērā ir atrasti vairāki elementi. Lunar Reconnaissance Orbiter nesen saskārās ar hēliju. Apollo astronauti uz virsmas atstāja detektorus, kurus viņi atrada: argonu-40, metānu, hēliju-4, slāpekli, oglekļa dioksīdu un oglekļa monoksīdu. Uz zemes izvietotie spektrometri atrada arī nātriju un kāliju, un Lunar Prospector orbīta atrada radona un polonija radioaktīvos izotopus.
Atmosfēras parādīšanās uz Mēness ir saistīta ar degazācijas procesu. Tā ir gāzu izdalīšanās no kosmosa radioaktīvās sabrukšanas rezultātā. Tas var notikt arī zemestrīces laikā. Pēc atbrīvošanas vieglās gāzes tiek izvadītas kosmosā.
Turklāt no augsnes izdalās gāzes, pastāvīgi ietekmējot saules gaismu un vēju, kā arī mikrometeorītus, kas nokrīt uz virsmas. To sauc par izsmidzināšanu. Šādas gāzes var izplūst kosmosā vai ceļot pa Mēness augsni. Izsmidzināšana var izskaidrot, kā ledus uzkrājas krāteros. Komētas varēja uz satelīta atstāt ūdens molekulas, kas savācās krāteros un radīja biezus ledus slāņus.
Mēness gaisma
Saules ultravioletie stari ietekmē atbrīvotās gāzes, izraisot elektronu izstumšanu. Viņi saņem elektrisko lādiņu, kas sūta daļiņas augstu debesīs. Naktīs notiek apgriezts process, kurā elektroni tiek nogulsnēti uz augsnes.
Šī putekļainā strūklaka darbojas uz robežas starp dienu un nakti, radot Lunar Horizon Glow. Astronauti ir aprakstījuši, ka Mēness putekļi ir līdzīgi lipīgām smiltīm. Tas kļūst par bīstamību aprīkojumam. Kad komanda atgriezās uz Zemes, viņu skafandri bija nolietoti. Tāpēc pirms jaunu cilvēku misiju nosūtīšanas mums būs pēc iespējas vairāk jāiemācās par Mēness procesiem. Pa to laiku jūs zināt, kā izskatās Mēness atmosfēra.
Mēness ir pelnījis īpašu uzmanību, jo tas ir Zemes pavadonis, visvairāk izpētītais mums tuvākais debess ķermenis, pirmais kosmosa objekts, uz kura nolaidās cilvēks.
Kopš 1959. gada 7. oktobra, kad padomju automātiskā starpplanētu stacija (AIS) aplidoja Mēnesi un fotografēja tā tālāko pusi, daudzas visdažādākā dizaina un dažādiem mērķiem AMS ir nosūtītas uz Mēnesi, kļuvušas par tā mākslīgajiem pavadoņiem vai nolaidušies uz Mēness virsmas ar apkalpi vai bez tās, viņi atgriezās uz Zemes ar bagātīgu Mēness augsnes kolekciju, ar tās virsmas fotogrāfijām, kas iegūtas vai nu no lidojoša, vai no desanta transportlīdzekļa. Ar visu ierīču palīdzību, pamazām pilnveidojot metodiku, viņi ieguva arvien vairāk informācijas par Mēness fiziskajām īpašībām, daļēji pārklājot vecos rezultātus, daļēji tos koriģējot.
Šis pirmais Mēness izpētes periods ar kosmosa līdzekļiem beidzās 1972. gadā ar pilotējamā kosmosa kuģa Apollo 17 (ASV) lidojumu un 1976. gadā ar kosmosa kuģa Luna 24 (PSRS) lidojumu. Ierīces atgriezās uz Zemes ar jauniem iežu paraugiem, kas klāja Mēness virsmu. Tajā pašā laikā savāktā materiāla kopējā masa nav tik svarīga, jo, pateicoties mūsdienu ģeoloģiskās un mineraloģiskās analīzes metožu attīstībai, tostarp pētāmo iežu vecuma noteikšanai, pietiek ar paraugu daļu milimetra lielumā.
MĒNES ATMOSFĒRA
Mēness ir vairākkārt minēts kā debess ķermeņa, kam nav atmosfēras, piemērs. Tas skaidri izriet no Mēness acumirklīgās zvaigžņu aizsegšanas (sk. KPA 465), taču šis apgalvojums nav absolūts: tāpat kā dzīvsudraba gadījumā, uz Mēness var saglabāt ļoti retu atmosfēru, jo no virsmas izdalās gāzes. ieži, kad tos silda saules starojums, kad tos "bombardē" meteorīti un daļiņas, kas izplūst no Saules.
Mēness atmosfēras blīvuma augšējo robežu var noteikt pēc polarizācijas novērojumiem pie terminatora, īpaši Mēness ragu malās, kur ir vislielākais redzamības līnijas caurdurtās hipotētiskās atmosfēras biezums. Kvadratūrās, tas ir, tuvu pirmajam un pēdējam ceturksnim, ragu polarizācijai jābūt pilnīgai [formula (33.32)]. Un vienkāršai krēslas gaismas izkliedei vajadzētu izraisīt ragu pagarināšanos. Netika novērots ne ragu pagarinājums, ne pat nenozīmīga polarizācija to tuvumā, un tas ļauj novērtēt Mēness atmosfēras blīvumu, kas nav lielāks par Zemes atmosfēras blīvumu jūras līmenī, t.i., ne vairāk kā 1010 molekulas. uz 1 cm3.
Šādi uz zemes veikto novērojumu rezultāti ir ievērojami pārvērtēti. Instrumenti, kas ilgstoši strādājuši uz Mēness, ir atklājuši formālas atmosfēras pazīmes, taču tie ir tikai atomi un joni pie pašas Mēness virsmas visniecīgākajā koncentrācijā (daļiņas sekundē caur 1 cm2 detektora laukuma) . Par to pašu liecina nenozīmīgais fona spilgtums, ko rada ūdeņraža atomi rezonanses izkliedes laikā līnijā (1 cm3 to ir tikai 50). Ļoti mazos daudzumos tika atrastas arī izotopa pēdas, kas radušās radioaktīvās vielas un hēlija atomu sabrukšanas laikā (naktī). Pēdējais, tāpat kā ūdeņradis, protams, nāk ar saules vēju.
Faktiski gāzes uz Mēness tika novērotas arī spektroskopiski, fotografējot Mēness cirka Alfonsa spektru 1958. gada 2.-3.novembrī (Kozirevs, Jezerskis). Spektrogrammā joslā, kas atbilst centrālā Alfonsa kalna spektram, ir skaidri redzamas emisijas joslas gāzes molekulu luminiscences rezultātā saules starojuma ietekmē. Parādība tika novērota tikai vienu reizi un acīmredzot bija saistīta ar vulkānismam līdzīgiem procesiem vai ar tektoniskām kustībām uz Mēness virsmas, kas izraisīja gāzu izdalīšanos, kas iepriekš bija bloķētas. Izdalīto gāzu sastāvu nevar precīzi noteikt, izņemot oglekli. Protams, šāda gāze nevar ilgstoši uzturēties uz Mēness virsmas – bēgšanas ātrums uz Mēness ir tikai 2,38 km/s. Taču daudz smagākas gāzes, piemēram, sēra dioksīda, meklēšana, neskatoties uz visu rūpību, bija neveiksmīga. Arī ozons netika atklāts
Mēness ir dabisks Zemes pavadonis, un, to novērojot, gan astronomiem, gan parastajiem cilvēkiem rodas daudz jautājumu. Un viens no interesantākajiem ir šāds: vai Mēnesim ir atmosfēra?
Galu galā, ja tas pastāv, tas nozīmē, ka dzīvība uz šī kosmiskā ķermeņa ir iespējama, vismaz primitīvākā. Mēs centīsimies atbildēt uz šo jautājumu pēc iespējas izsmeļošāk un ticamāk, izmantojot jaunākās zinātniskās hipotēzes.
Lielākā daļa cilvēku, kas par to domā, diezgan ātri sniegs atbildi. Protams, Mēnesim nav atmosfēras. Tomēr patiesībā tas tā nav. Uz Zemes dabiskā pavadoņa joprojām atrodas gāzu apvalks. Bet kāds tam ir blīvums, kādas gāzes ir iekļautas Mēness “gaisa” sastāvā - tie ir pilnīgi atšķirīgi jautājumi, uz kuriem atbildes būs īpaši interesantas un svarīgas.
Cik tas ir blīvs?
Diemžēl Mēness atmosfēra ir ļoti vāja. Turklāt blīvuma indikators ievērojami atšķiras atkarībā no diennakts laika. Piemēram, naktī uz vienu Mēness atmosfēras kubikcentimetru ir aptuveni 100 000 gāzes molekulu. Dienas laikā šis rādītājs būtiski mainās – desmit reizes. Sakarā ar to, ka Mēness virsma ir ļoti karsta, atmosfēras blīvums samazinās līdz 10 tūkstošiem molekulu.
Dažiem šis skaitlis var šķist iespaidīgs. Diemžēl pat visnepretenciozākajām radībām no Zemes šāda gaisa koncentrācija būs letāla. Galu galā uz mūsu planētas blīvums ir 27 x 10 līdz astoņpadsmitajai pakāpei, tas ir, 27 kvintiljoni molekulu.
Ja jūs savācat visu gāzi uz Mēness un nosverat, jūs iegūstat pārsteidzoši mazu skaitli - tikai 25 tonnas. Tāpēc, nokļūstot uz Mēness bez speciāla aprīkojuma, neviena dzīva radība nespēs izdzīvot ilgi – labākajā gadījumā tas izturēs dažas sekundes.
Kādas gāzes atrodas atmosfērā
Tagad, kad esam noskaidrojuši, ka Mēnesim ir atmosfēra, kaut arī ļoti, ļoti reta atmosfēra, mēs varam pāriet pie nākamā, ne mazāk svarīgā jautājuma: kādas gāzes ir iekļautas tā sastāvā?
Galvenās atmosfēras sastāvdaļas ir ūdeņradis, argons, hēlijs un neons. Paraugus vispirms paņēma ekspedīcija Apollo projekta ietvaros. Toreiz tika atklāts, ka atmosfērā ir hēlijs un argons. Daudz vēlāk, izmantojot īpašu aprīkojumu, astronomi, kas novēroja Mēnesi no Zemes, varēja konstatēt, ka tajā ir arī ūdeņradis, kālijs un nātrijs.
Rodas pilnīgi loģisks jautājums: ja Mēness atmosfēra sastāv no šīm gāzēm, tad no kurienes tās radušās? Ar Zemi viss ir vienkārši - daudzi organismi, sākot no vienšūnas organismiem līdz cilvēkiem, 24 stundas diennaktī pārvērš dažas gāzes citās.
Bet no kurienes radās Mēness atmosfēra, ja tur nav un nekad nav bijuši dzīvi organismi? Faktiski gāzes var veidoties dažādu iemeslu dēļ.
Pirmkārt, dažādas vielas ienesa daudzi meteorīti, kā arī saules vējš. Tomēr uz Mēness nokrīt ievērojami lielāks meteorītu skaits nekā uz Zemes - atkal praktiski neesošās atmosfēras dēļ. Papildus gāzei viņi pat varētu atnest ūdeni mūsu satelītam! Tā kā blīvums bija lielāks nekā gāzei, tas neiztvaiko, bet vienkārši savāca krāteros. Tāpēc šodien zinātnieki pieliek daudz pūļu, mēģinot atrast pat nelielas rezerves – tas varētu būt īsts izrāviens.
Kā plāna atmosfēra ietekmē
Tagad, kad esam sapratuši, kāda ir atmosfēra uz Mēness, varam tuvāk aplūkot jautājumu, kādu ietekmi tā atstāj uz mums tuvāko kosmisko ķermeni. Tomēr precīzāk būtu atzīt, ka tas praktiski neietekmē Mēnesi. Bet pie kā tas noved?
Sāksim ar faktu, ka mūsu satelīts ir pilnīgi neaizsargāts no saules starojuma. Rezultātā, “ejot” pa tās virsmu bez īpašiem, diezgan jaudīgiem un apjomīgiem aizsarglīdzekļiem, radioaktīvo apstarošanu iespējams saņemt dažu minūšu laikā.
Turklāt satelīts ir neaizsargāts pret meteorītiem. Lielākā daļa no tām, nonākot Zemes atmosfērā, gandrīz pilnībā sadeg no berzes ar gaisu. Gadā uz planētas nokrīt aptuveni 60 000 kilogramu kosmisko putekļu – tie visi bija dažāda izmēra meteorīti. Viņi nokrīt uz Mēness to sākotnējā formā, jo tā atmosfēra ir pārāk reta.
Visbeidzot, ikdienas temperatūras izmaiņas ir vienkārši milzīgas. Piemēram, pie ekvatora dienas laikā augsne var sasilt līdz +110 grādiem pēc Celsija, bet naktī atdzist līdz -150 grādiem. Tas nenotiek uz Zemes, jo blīvā atmosfēra spēlē sava veida “segas”, neļaujot dažiem saules stariem sasniegt planētas virsmu, kā arī neļaujot karstumam iztvaikot naktī.
Vai vienmēr tā ir bijis?
Kā redzat, Mēness atmosfēra ir diezgan drūms skats. Bet vai viņa vienmēr ir bijusi tāda? Tikai pirms dažiem gadiem eksperti nonāca pie šokējoša secinājuma – izrādās, ka nē!
Apmēram pirms 3,5 miljardiem gadu, kad mūsu satelīts tikai veidojās, dziļumā norisinājās vardarbīgi procesi - vulkānu izvirdumi, lūzumi, magmas uzliesmojumi. Šie procesori atmosfērā izlaida lielu daudzumu sēra oksīda, oglekļa dioksīda un pat ūdens! “Gaisa” blīvums šeit bija trīs reizes lielāks nekā šodien novērotais uz Marsa. Diemžēl vājā Mēness gravitācija nespēja noturēt šīs gāzes - tās pamazām iztvaikoja, līdz satelīts kļuva tāds, kādu mēs to varam redzēt mūsu laikā.
Secinājums
Mūsu raksts tuvojas beigām. Tajā mēs izskatījām vairākus svarīgus jautājumus: vai uz Mēness ir atmosfēra, kā tā parādījās, kāds ir tās blīvums, no kādām gāzēm tā sastāv. Cerēsim, ka atcerēsities šos noderīgos faktus un kļūsiet par vēl interesantāku un erudītāku sarunu biedru.