Księżyc siódmy kontynent

1. Pochodzenie

Skład chemiczny (który odtworzono z folii aluminiowej naświetlonej cząstkami wiatru słonecznego) przebadanych próbek księżycowych wykazuje daleko idące podobieństwo (np. stały stosunek izotopów różnych pierwiastków) do skał ziemskich, ale także pewne różnice. Księżyc ma mniejszą średnią gęstość niż Ziemia jest uboższy w ciężkie żelazo. Jego powierzchnia pokryta jest grubą (6-9 km) warstwą regolitu. Ma także mniej lekkich, lotnych materiałów w skorupie, za to dużo materiału "przetopionego" w wysokiej temperaturze. Występowanie spękalin, rowów, dolin może wskazywać na aktywność sejsmiczną w początkowym okresie tworzenia. Obecnie sądzi się, że księżyc, powstał w końcowej fazie tworzenia się Układu Słonecznego (ok. 4,4 mld lat temu) w wyniku zderzenia dwóch protoplanet. Obliczenia modelowe pozwalają dość ściśle opisać to zderzenie: dwie bryły o jednakowym składzie (32% żelaznego jądra + granitowy płaszcz), ale o różnej masie (jedna o masie zbliżonej do dzisiejszej masy Ziemi, druga o masie zbliżonej do masy Marsa) zderzyły się ze względną prędkością ok. 14 km/s. Przy zderzeniu część skalistych płaszczy została odrzucona, wydzielone ciepło wyzwoliło lotne elementy (gł. z mniejszej bryły proto księżyca), żelazne jądro protoksiężyca prawie w całości utonęło w jądrze protoziemi. Następnie, po zaledwie kilkunastu minutach, jedna z brył - dzisiejszy księżyc - oderwała się i zaczęła krążyć wokół Ziemi z okresem ok. 5 h w odległości ok. 5 promieni Ziemi (obecnie - 60). Po 24 h odkształcona wskutek zderzenia bryła materii utworzyła prawie kulisty księżyc. Następnie (przez ok. 700 mln lat) trwało intensywne bombardowanie księżyca resztkami materii dysku. Od tamtej pory Ziemia i księżyc poruszają się wspólnie po orbicie okołosłonecznej. Ziemia wyhamowała obrót księżyca, który obraca się teraz synchronicznie - jak wszystkie największe księżyce Układu Słonecznego.

2
9. Słowniczek

Albedo – wielkość charakteryzująca zdolność odbijania promieniowania przez daną powierzchnię. Albedo Księżyca w świetle widzialnym wynosi 0,07.
Anortozyt – skała głębinowa lub metamorficzna składająca się niemal wyłącznie z bogatego w wapń plagioklazu; gruboziarnisty, zwykle szary, ciemny, czasem z piękną grą barw o odcieniach błękitnych, zielonych, fiołkowych; występuje głównie w utworach prekambryjskich, w których tworzy wielkie intruzje.
Ekliptyka – wielkie koło na sferze niebieskiej, wzdłuż którego obserwuje się pozorny ruch Słońca, będący odbiciem ruchu rocznego Ziemi dookoła Słońca; ponieważ ruch roczny Ziemi dookoła Słońca nie jest jednostajny, obserwowana prędkość ruchu Słońca po ekliptyce nie jest stała; wzdłuż ekliptyki leży 12 gwiazdozbiorów – Zodiaku.
Obrót synchroniczny księżyca - okres obrotu księżyca wokół własnej osi ,który jest równy okresowi obiegu wokół Ziemi.
Pływy – na Ziemi to okresowe zjawisko zachodzące w hydrosferze, atmosferze i skorupie ziemskiej wskutek przyciągania Księżyca i Słońca. Na każdą cząsteczkę masy wodnej działają 2 siły: przyciągania Księżyca i odśrodkowa, spowodowana obrotem układu Ziemia – Księżyc dookoła wspólnego środka masy. Występują z tych powodów okresowe podniesienia poziomu wód (przypływ), a następnie opadnięcie (odpływ). Kolejne pływy występują co ok. 6 lub 12 godzin. Podobne zjawiska, lecz na mniejszą skalę powoduje Słońce.
Selenografia – nazwa działu astronomii zajmującego się opisem powierzchni Księżyca.


11

2. Budowa

Na podstawie badań sprowadzonych na Ziemię próbek gruntu stwierdzono że:
najobficiej występuje w księżycowych skałach tlen (40%), krzem (20%), żelazo (15%), wapń (10%) a następnie glin, tytan, magnez i inne.
od utworzenia się niektórych skał upłynęło 3-4 miliardy lat a zatem przynajmniej taki wiek musi mieć księżyc.
od momentu utworzenia się skał na obszarach gdzie je zebrano, nie było wody. - brak mierzalnych ilości związków organicznych.
Księżyc nie ma atmosfery ;śladowa powłoka gazowa zawiera cząsteczki gazu międzyplanetarnego (znikome ilości helu, neonu, argonu). Mała prędkość ucieczki wynikająca z niewielkiego przyspieszenia grawitacyjnego sprawia, że cząsteczki gazu, które mogłyby utworzyć trwałą atmosferę, ulegają rozproszeniu w otaczającej przestrzeni. Brak atmosfery ma dwie ważne konsekwencje. Nic nie łagodzi różnicy temperatur między obszarami oświetlonymi przez słońce (37C) i obszarami znajdującymi się w cieniu (-173 C) a także nic nie chroni powierzchni księżyca przed strumieniami promieni słonecznych (wiatr słoneczny) oraz przed meteorami. Oprócz tego na szybką erozję ma również wpływ brak jakichkolwiek pasów radiacji czyli magnetosfery. Najdokładniejsze dane o księżycu uzyskano za pomocą sond z serii APOLLO. Wnętrze księżyca jest stosunkowo dobrze poznane dzięki badaniom sejsmologicznym. Współczesne modele przewidują, że nad małym żelaznym jądrem (średnica 1400 km) znajduje się warstwa stopionych skał o grubości 400 km, nad nią płaszcz 500 km okryty twardą skorupą. środek jądra jest wyraźnie przesunięty w kierunku Ziemi względem środka geometrycznego. Skorupa jest cieńsza od strony Ziemi i nie jest jednolita. Wywołane jest to przez skupiska masy pod powierzchnią księżyca (zwłaszcza pod morzami) określane mianem maskonów, które mogą być meteorytami "zatopionymi" w księżycu w trakcie okresu jego tworzenia. Maskony wpływają na nieregularność pola grawitacyjnego księżyca



3. Powierzchnia

Pierwsze obserwacje Księżyca za pomocą lunety przeprowadził Galileusz w 1609 r. Zaobserwował on różne formy powierzchni i nadał im nazwy stosowane do dziś - morza, oceany i góry. Obecnie dzięki satelitarnym i bezpośrednim badaniom wiemy, że księżycowe morza to w rzeczywistości rozległe, płaskie obszary pokryte zastygłą lawą. Na półkuli zwróconej ku Ziemi zajmują one ok. 30% powierzchni, natomiast na półkuli odwróconej od Ziemi zaledwie ok. 3%. Na Księżycu liczne są pasma górskie, przy czym maksymalna różnica poziomów między powierzchnią mórz a wierzchołkami gór sięga 9 km.
Najczęściej obserwowane formacje powierzchni Księżyca to kratery o zróżnicowanych rozmiarach. Są one rozłożone nierównomiernie, wewnątrz dużych spotyka się często mniejsze. Największe z nich to Clavius i Grimaldi - mają 230 km średnicy i głębokość 3 km. Na półkuli zwróconej ku nam kraterów o średnicy powyżej 1 km jest kilkaset tysięcy, natomiast na przeciwnej stronie jest ich znacznie więcej. Materiał pokrywający powierzchnię stanowi drobny, lekki pył, zbudowany w większości z dwutlenku krzemu. Topografią Księżyca zajmuje się selenografia. Albedo powierzchni Księżyca wynosi od 0,05 (na tzw. morzach, czyli obszarach bazaltowych dolin), do 0,17 na obszarach pokrytych w większości anortozytem.

Parametry fizyczne Księżyca
średnica równikowa 3476 km
masa (Ziemia=1) 0,012
średnia gęstość (woda=1) 3,34
średnia odległość od Ziemi 384 000 km
okres obiegu wokół Ziemi 27,3 dni
okres obrotu 27,3 dni
przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni 1,62 N/kg
atmosfera brak

4. Morza i kratery

Na tarczy Księżyca, obserwowanej nawet nieuzbrojonym okiem, widoczne są ciemniejsze fragmenty powierzchni zwane morzami, choć wiadomo, że nie ma tam wody. Są to rozległe równiny o nieco mniejszej zdolności odbijania światła słonecznego niż pozostałe rejony Księżyca i dlatego wydają się mniej jasne. Drugim charakterystycznym tworem powierzchni Księżyca są kratery, z których największe przekraczają średnice 200 km. Większość obserwowanych kraterów powstała w pierwszym okresie po uformowaniu się Księżyca, tj ok 4 miliardy lat temu, na skutek zderzeń z drobniejszymi ciałami niebieskimi. średni wiek mórz to 3,5 mld, natomiast młodsze niż 1mld nie występują. W odróżnieniu od księżyca na Ziemi wciąż są czynne wulkany a aktywność tektoniczna nadarza sporo kłopotów i katastrof. Z tego punktu widzenia niegdyś i nawet teraz niektórzy nazywają księżyc martwą planetą z powodu braku jakiejkolwiek aktywności sejsmicznej i jego szarej monotonii. Jednakże niewiele jest układzie słonecznym księżyców, na których jest obecna aktywność wulkaniczna. Morza występują w pozostałościach po uderzeniach ogromnych meteorów we wczesnym okresie tworzenia się powierzchni księżyca. Wyżyny i pasma górskie nie są podobne do Ziemskich gdyż są również efektem wypiętrzenia się terenu wskutek upadku "okruchu" skalnego. Dna bardzo starych kraterów pokrywają morza, które zajmują 21% powierzchni widocznej strony księżyca. Druga strona pokryta jest zaledwie w dwóch procentach. Podczas uderzeń meteorów i erupcji wulkanów masy skalne zamieniały się w płynną lawę, która rozpływała się łatwo na wielkie obszary. Dzięki niewielkiemu przyspieszeniu grawitacyjnemu (1,62 m/s2) wyrzucane obficie podczas erupcji pyły nie opadały jak na Ziemi w "pobliżu" wulkanu lecz rozchodziły się po ogromnych powierzchniach co tłumaczy brak wysokich kraterów na księżycu gdyż były one nieustannie zasypywane popiołami, które się nawarstwiały.

Krater Kopernika

Krater Clavius


5. Zaćmienie Księżyca
Płaszczyzna orbity Księżyca jest nachylona do płaszczyzny orbity Ziemi pod kątem 509’. Dlatego poruszając się stale w pobliżu ekliptyki Księżyc "spotyka" często planety lub niektóre gwiazdy. Może wówczas dojść do efektownych konfiguracji, a nawet do chwilowego zakrycia ciała niebieskiego przez tarczę Księżyca.
Naładniejsze zjawisko zachodzi wtedy, gdy Księżyc, Ziemia i Słońce znajdują się dokładnie na tej samej prostej. Wtedy z niektórych obszarów Ziemi można obserwować zaćmienie Słońca lub zaćmienie Księżyca. To pierwsze zjawisko zdarza się maksymalnie 5 razy w roku, ale może być oglądane tylko z niewielkiego fragmentu Ziemi, drugie występuje nie częściej niż 3 razy w ciągu roku.
W 1919 roku wyruszyły dwie ekspedycje astronomiczne, jedna do Brazyli a druga do Afryki, aby korzystając z zaćmienia Słońca dokonać bardzo ciekawego i ważnego doświadczenia. Kiedy Księżyc zasłonił na chwilę Słońce, wykonano zdjęcie nieba w okolicy zasłoniętej tarczy słonecznej. Po przeprowadzeniu dokładnej analizy okazało się, że widoczne na zdjęciu gwiazdy odsunęły się o kąt 2’’. Oznaczało to, że Słońce zakrzywia czasoprzestrzeń w stosunku odpowiednim do własnej masy. W ten sposób potwierdzona została ogólna teoria względności.


6. Fazy Księżyca
Fazą Księżyca nazywamy pozycję Księżyca na orbicie objawiająca się określonym kształtem widocznej części jego tarczy. W ciągu obiegu Księżyca wokół Ziemi coraz to inna jego część jest oświetlona przez Słońce, tak że widoczna (oświetlona) część zwróconej stale ku Ziemi tarczy Księżyca zmienia kształt. Rozróżnia się 4 główne fazy: nów, pierwsza kwadra, pełnia, ostatnia kwadra.
Poniższe obrazki przedstawiają poszczególne fazy Księżyca.
Nów Sierp młodego Księżyca Pierwsza kwadra

Dopełniający się Księżyc Pełnia Cofający się Księżyc

Ostatnia kwadra Sierp starego Księżyca



8.Wpływ Księżyca na Ziemię
Każde dwa ciała niezależnie od swoich rozmiarów wzajemnie się przyciągają. Siła przyciągania zależy od masy tych ciał, oraz od odległości pomiędzy nimi. Pomiędzy Ziemią a Księżycem także działa przyciąganie spowodowane siłą grawitacji. Przyciąganie to działa w obu kierunkach, to znaczy, że nie tylko Ziemia przyciąga Księżyc nie pozwalając mu na ucieczkę w przestrzeń, ale także Księżyc przyciąga Ziemię. Ziemia jako ciało stosunkowo sztywne nie poddaje się zbytnio temu działaniu w przeciwieństwie do wód ziemskich oceanów. Spiętrzają się one po stronie bliższej księżycowi oraz po przeciwnej stronie kuli ziemskiej powodując zjawisko pływów. Pływy występują w danym miejscu dwa razy dziennie. Cykl pływów zamyka się po 24 godzinach i 50 minutach. Te 50 minut bierze się stąd, że w ciągu 24 godzin Księżyc przebywa 1/28 drogi po orbicie i aby przypływ powrócił w to samo miejsce Ziemia musi wykonać więcej niż jeden obrót.

Działanie pływowe wywiera na Ziemię zarówno przyciąganie Księżyca, jak i Słońca. Obie siły dodane do siebie powodują występowanie 28-dniowego cyklu pływów. Z powodu odległości wpływ Słońca zaznacza się słabiej niż wpływ Księżyca. Efekt jest najsilniejszy, gdy Słońce i Księżyc znajdują się w jednej linii. Występuje wówczas najwyższy przypływ i najgłębszy odpływ. Są to tzw. pływy syzygijne.

Kiedy siedem dni później Słońce i Księżyc leżą na liniach będących ramionami kąta prostego, ich działanie znosi się wzajemnie i pływy są słabsze. Są to tzw. pływy kwadraturowe.

9. Wyprawy na Księżyc

Od 1959 roku wysyłano w stronę Księżyca kilkadziesiąt sond automatycznych. Pierwsze miały tylko zrobić jego zdjęcia - czy to przelatując obok niego, czy też przed rozbiciem się o jego powierzchnię.
W październiku 1959 roku rosyjska sonda Łuna-3 przekazała na Ziemię pierwsze obrazy niewidocznej strony Księżyca. Potem lądujące łagodnie na jego powierzchni sondy dostarczyły nam dokładniejszych informacji o tym globie. Później miesiącami badały go i fotografowały satelity umieszczone na orbitach okołoziemskich. W końcu na Księżycu postawił stopę człowiek. W latach 1969 - 1972 podjęto, w ramach programu Apollo, sześć wypraw; w ich wyniku wylądowało na Księżycu dwunastu amerykańskich astronautów. Pierwsi stanęli na jego powierzchni 20 lipca 1969 roku Neil Armstrong i Edwin Aldrin, którzy dotarli tam statkiem Apollo-11. Kosmonauci, którzy byli na Księżycu, zrobili tysiące jego zdjęć, rozmieścili tam przyrządy naukowe, dokonali wielu pomiarów i przywieźli na Ziemię około 400 kg próbek skał księżycowych.
Księżyc można określić mianem „siódmego kontynentu”, ponieważ jest on jedyną pozaziemską powierzchnią, na której człowiek postawił nogę.

Spis treści
1. Pochodzenie............................................str. 2
2. Budowa...................................................str. 3
3. Powierzchnia..........................................str. 4
4. Morza i kratery......................................str. 5
5. Zaćmienie Księżyca...............................str. 6
6. Fazy Księżyca........................................str. 7
7. Wpływ Księżyca na Ziemię..................str. 8
8. Wyprawy na Księżyc............................str. 10
9. Słowniczek.............................................str. 11
10. Bibliografia......................................str. 12


10. Bibliografia
v Hoimar von Ditfurth: Dzieci Wszechświata, PSW, 1990
v John A. Wood: Układ Słoneczny, PWN, Warszawa 1983
v Czasopismo Życie Świata
v Internet
Opracowanie:
Irmina Frąckiewicz
Katarzyna Soszyńska
Kl.III l
Rok szkolny 2003/2004