Давление на луне. Специалисты наса: луна имела плотную атмосферу, включавшую водяной пар - телеканал «наука

Вопрос этот принадлежит к тем, которые уясняются, если сначала их, так сказать, перевернуть. Прежде чем говорить о том, почему Луна не удерживает вокруг себя атмосферу, поставим вопрос: почему удерживается атмосфера вокруг нашей собственной планеты? Вспомним, что воздух, как и всякий газ, представляет хаос не связанных между собой молекул, стремительно движущихся в различных направлениях. Средняя их скорость при t = 0 °C – около 1/2 км в секунду (скорость ружейной пули). Почему же не разлетаются они в мировое пространство? По той же причине, по какой не улетает в мировое пространство и ружейная пуля. Истощив энергию своего движения на преодоление силы тяжести, молекулы падают обратно на Землю. Вообразите близ земной поверхности молекулу, летящую отвесно вверх со скоростью 1/2 км в секунду. Как высоко может она взлететь? Нетрудно вычислить: скорость v, высота подъема h и ускорение силы тяжести g связаны следующей формулой:

v 2 = 2gh.

Подставим вместо v его значение – 500 м/с, вместо g – 10 м/с 2 , имеем

h = 12 500 м = 12 1/2 км.

Но если молекулы воздуха не могут взлетать выше 12 1/2 км, то откуда берутся воздушные молекулы выше этой границы? Ведь кислород, входящий в состав нашей атмосферы, образовался близ земной поверхности (из углекислого газа в результате деятельности растений). Какая же сила подняла и удерживает их на высоте 500 и более километров, где безусловно установлено присутствие следов воздуха? Физика дает здесь тот же ответ, какой услышали бы мы от статистика, если бы спросили его: «Средняя продолжительность человеческой жизни 70 лет; откуда же берутся 80-летние старики?» Все дело в том, что выполненный нами расчет относится к средней, а не реальной молекуле. Средняя молекула обладает секундной скоростью в 1/2 км, но реальные молекулы движутся одни медленнее, другие быстрее средней. Правда, процент молекул, скорость которых заметно отклоняется от средней, невелик и быстро убывает с возрастанием величины этого отклонения. Из всего числа молекул, заключающихся в данном объеме кислорода при 0°, только 20 % обладают скоростью от 400 до 500 м в секунду; приблизительно столько же молекул движется со скоростью 300–400 м/с, 17 % – со скоростью 200–300 м/с, 9 % – со скоростью 600–700 м/с, 8 % – со скоростью 700–800 м/с, 1 % – со скоростью 1300–1400 м/с. Небольшая часть (меньше миллионной доли) молекул имеет скорость 3500 м/с, а эта скорость достаточна, чтобы молекулы могли взлететь даже на высоту 600 км.

Действительно, 3500 2 = 20h , откуда h=12250000/20 т. е. свыше 600 км.

Становится понятным присутствие частиц кислорода на высоте сотен километров над земной поверхностью: это вытекает из физических свойств газов. Молекулы кислорода, азота, водяного пара, углекислого газа не обладают, однако, скоростями, которые позволили бы им совсем покинуть земной шар. Для этого нужна скорость не меньше 11 км в секунду, а подобными скоростями при невысоких температурах обладают только единичные молекулы названных газов. Вот почему Земля так прочно удерживает свою атмосферную оболочку. Вычислено, что для потери половины запаса даже самого легкого из газов земной атмосферы – водорода – должно пройти число лет, выражающееся 25 цифрами. Миллионы лет не внесут никакого изменения в состав и массу земной атмосферы.

Чтобы разъяснить теперь, почему Луна не может удерживать вокруг себя подобной же атмосферы, остается досказать немного.

Напряжение силы тяжести на Луне в шесть раз слабее, чем на Земле; соответственно этому скорость, необходимая для преодоления там силы тяжести, тоже меньше и равна всего 2360 м/с. А так как скорость молекул кислорода и азота при умеренной температуре может превышать эту величину, то понятно, что Луна должна была бы непрерывно терять свою атмосферу, если бы она у нее образовывалась.

Когда улетучатся наиболее быстрые из молекул, критическую скорость приобретут другие молекулы (таково следствие закона распределения скоростей между частицами газа), и в мировое пространство должны безвозвратно ускользать все новые и новые частицы атмосферной оболочки.

По истечении достаточного промежутка времени, ничтожного в масштабе мироздания, вся атмосфера покинет поверхность столь слабо притягивающего небесного тела.

Можно доказать математически, что если средняя скорость молекул в атмосфере планеты даже втрое меньше предельной (т. е. составляет для Луны 2360: 3 = 790 м/с), то такая атмосфера должна наполовину рассеяться в течение нескольких недель. (Устойчиво сохраняться атмосфера небесного тела может лишь при условии, что средняя скорость ее молекул меньше одной пятой доли от предельной скорости.) Высказывалась мысль – вернее, мечта, – что со временем, когда земное человечество посетит и покорит Луну, оно окружит ее искусственной атмосферой и сделает таким образом пригодной для обитания. После сказанного читателю должна быть ясна несбыточность подобного предприятия.

Казалось бы, что о Луне мы знаем больше всех остальных объектов Вселенной, ведь это космическое тело мы можем наблюдать невооруженным глазом и имели достаточно времени, чтобы изучить его в деталях. А между тем до сих пор наше ночное светило окружено ореолом тайн и мифов. Один за другим совершаются удивительные лунные открытия , развеивающие очередной миф о бледной загадочной спутнице Земли, но тут же рождаются другие. А некоторые наши заблуждения настолько живучи, что преспокойно существуют себе в умах абсолютного большинства землян, несмотря на все достижения современной науки.

Есть ли у Луны атмосфера?

Что вы ответите на этот вопрос? Нечего и думать, каждый еще из школьного учебника помнит, что атмосферы у Луны нет. Оказывается, это не так. У Луны зафиксировано наличие атмосферы . Другое дело, что она очень разряжена, буквально в 15 раз больше , чем на Земле. Вся ее масса составляет 10 тонн . Много это или мало? Судите сами: если сжать атмосферу Луны до плотности атмосферы Земли, то ее хватит только на заполнение актового зала типовой школы.

Но это не главное, гелий-3 - вот находка!

Хотя Луна и уступает Земле в плотности атмосферы, этот недостаток с лихвой компенсируется разведанными огромными запасами изотопа гелия-3 . Особенно если учесть, что на Земле его в общей сложности всего одна тонна! Гелий-3 является идеальным топливом для термоядерных электростанций. И пусть сегодня земляне еще не «приручили» термоядерную реакцию, со временем Луна вполне может стать плацдармом горно-обогатительных комбинатов и промышленных предприятий , обслуживающих нужды электроники. Именно эти соображения подтолкнули в 60-х годах прошлого века и советских, и американских исследователей к активному изучению нашего спутника.

История освоения Луны - история соревнования двух держав

И началась лихорадочная гонка по освоению белых пятен Луны.
Советский космический аппарат «Луна-3» первым сфотографировал обратную сторону Луны в 1959 г. , а американский аппарат «Ranger-4» первым исследовал невидимую поверхность спутника. Советский «Луна-9» первым совершил посадку на поверхность Луны 3 февраля 1966г. , а американские космонавты первыми высадились на Луну 20 июля 1969г . Советский Союз будет активно исследовать Луну с помощью роботов-луноходов и создавать для исследования космическую станцию «Мир », а США сделают еще 5 лунных экспедиций с высадкой на поверхность.
И американская, и советская программы были засекречены, но успешно продвигались до середины 70-х годов . Как вдруг обе программы были неожиданно свернуты . Д.Ф. Устинов , тогдашний министр обороны, так прокомментировал закрытие программы: «…лунную программу следует закрыть, так как ее ценность исчерпана полетами американских астронавтов и отечественных автоматических аппаратов ». Выдвинута была и официальная причина закрытия - участившиеся неудачи с запусками (это была правда). Американцы придерживались примерно такой же версии. Но вместе с тем уже в 1968 году НАСА имел каталог по итогам исследования Луны, в котором были зарегистрированы более 600 аномалий , замеченных на Луне:
- различные внезапно появляющиеся и исчезающие кратеры,
- летающие объекты неизвестных форм,
- радужные туманы, сопровождающие космонавтов,
- появление вблизи людей в космосе теней странных очертаний и ярких вспышек.
Вывод напрашивался сам собой - Луна, возможно, обитаема . Что же делают обе исследовательские стороны? Вместо дальнейшего изучения этого предположения они полностью сворачивают лунные программы. Это факт, породивший много мифов.

Свидетельства далекого прошлого

Существует множество свидетельств, зафиксировавших этот факт.
Первое - в 1064 г . - в хронике Я. Мальвеция говорилось о необычайно яркой звезде, появившейся после отделения от Солнца в круге Луны.
И далее - в хрониках 1540, 1668, 1737, 1794 и далее вплоть до последнего времени аналогичные записи и даже рисунки.
В годы войны таких наблюдений со стороны советских бойцов было множество. Вот один из них, дословно записанный: «…посередине затемненной Луны звезда светит. Посмотрели мы, и точно: месяц, а рядом с ним- яркая звездочка. Поднялся тут удивленный галдеж, мол, как это сквозь Луну звезда может просвечивать? А она вдруг пришла в движение. Постепенно вышла из лунного диска, обогнула его и стала удаляться ».

Луну сделали инопланетяне?

Началось все с заявления в 1960г . американского ученого-астронома Карла Сагана о том, что на Луне есть искусственные пещеры . Он утверждал, что их объем можно рассчитать, они занимают приблизительно 100куб. км. пространства.
В 1963г . работники Флэгстафской обсерватории, рассматривая, как сразу 30 светящихся объектов строем двигались на фоне диска Луны в сопровождении более мелких объектов, заметили также и гигантские купола над поверхностью спутника, которые меняли свой цвет.
Остается загадочным тот факт, что самые знающие звездочеты X-XI веков, китайские, написали целые трактаты о звездном небе, изложив описания многочисленных объектов небесной сферы, но ни словом не упомянули о Луне , будто ее и вовсе не было. А может, и вправду тогда ее еще не было?
Свет на гипотезу внеземного происхождения Луны могли бы пролить члены американских экспедиций к Луне, но они почему-то крайне мало говорят на эту тему. Тем не менее американские астронавты считали, что все их действия на Луне отслеживались некими другими существами, а один из космонавтов высказал свои эмоции более определенно: «О, Господи! Здесь находятся другие космические корабли, они выстроились вдоль дальнего края кратера. Они наблюдают за нами! ».
В свете этих фактов миф о том, что Луна - чье-то рукотворное произведение , не кажется уж таким фантастическим. В самом деле, ведь были же мы долгое время на 100% уверены, что на Луне атмосферы нет, но, оказывается, заблуждались. Все дело в том, что наука способна мифы превращать в реальность и наоборот. И пусть до цветения яблонь на Марсе еще далеко, человечество, несомненно, ждут удивительные открытия, и прежде всего - лунные.

Она просуществовала на протяжении 70 миллионов лет

Вскоре после того, как Луна сформировалась, на ней протекали вулканические процессы, благодаря которым у спутника Земли на протяжении 70 миллионов лет была сравнительно плотная атмосфера,. Об этом, ссылаясь на результаты недавнего научного исследования, заявили специалисты, представляющие американское аэрокосмическое агентство NASA.

Воспользовавшись данными, полученными в ходе миссий «Аполлон-15» и «Апполон-17», специалисты изучили базальт с лунной поверхности. В результате учёные пришли к выводу, что в первые десятки миллионов лет после формирования Луны на ней происходило множество извержений вулкана, в результате которых над поверхностью оказалось большое количество газа. Постепенно этот газ испарялся, однако до этого он окружал планету плотным слоем.

Исследователи предполагают, что именно в этот период на Луне могло накопиться большое количество воды, часть которой сейчас удаётся обнаружить в виде запасов льда. Тем не менее, во времена, когда космическое тело покрывала атмосфера, вода на ней пребывала в жидком виде и её было значительно больше - в частности, она заполняла Море Спокойствия и Море Дождей, на сегодняшний день называющиеся «морями» несколько менее заслужено. Однако впоследствии большая часть воды испарилась в космос вслед за окружавшими планету вулканическими газами.

На сегодняшний день о былой вулканической активности на Луне напоминают образованные в их результате тоннели под её поверхностью, называемые « ». По мнению некоторых учёных, в будущем они могут послужить оптимальным местом для создания лунных баз и колоний - с тех пор, как атмосфера спутника испарилась, а геологические процессы в недрах прекратились, его поверхность не защищена от космической радиации и резких перепадов температуры, и пребывание под поверхностью предположительно может хотя бы отчасти решить данную проблему.

> > > Атмосфера Луны

Есть ли прочная атмосфера на Луне? Нет. Поэтому до сих пор существует подозрение, что миссия Аполлона могла быть поддельной (флаг не мог развиваться, так как нет ветра). Но там есть очень тонкий газовый слой, который технически именуют атмосферой Луны .

В этом слое газы настолько распространены, что практически не сталкиваются. Они напоминают микроскопические пушечные ядра, путешествующие по изогнутым траекториям и отражающиеся от поверхности. Если брать по объему, то на один см 3 атмосферы приходится 100 молекул (на уровне моря Земли на см 3 выпадает 100 миллиардов миллиард молекул). Общая масса газов – 25000 кг.

В атмосфере Луны было найдено несколько элементов. Недавно Lunar Reconnaissance Orbiter наткнулся на гелий. Астронавты Аполлона оставили на поверхности детекторы, которые отыскали: аргон-40, метан, гелий-4, азот, углекислый газ и окись углерода. Наземные спектрометры также нашли натрий и калий, а Лунный Геолог (Lunar Prospector orbiter) – радиоактивные изотопы радона и полония.

Появлению атмосферы Луна обязана процессу дегазации. Это выпуск газов из пространства из-за радиоактивного распада. Подобное может возникать и во время землетрясения. Освободившись, легкие газы удаляются в пространство.

Кроме того, газы из почвы выделяются из-за постоянного влияния солнечного света и ветра, а также микрометеоритов, падающих на поверхность. Это называют распылением. Такие газы могут удалиться в космос или же путешествуют по лунной почве. Распыление способно объяснить, каким образом лед накапливается в кратерах. Кометы могли оставить на спутнике молекулы воды, которые собрались в кратерах и создали толстые ледяные слои.

Лунное сияние

Ультрафиолетовые солнечные лучи влияют на выделившиеся газы, из-за чего выталкиваются электроны. Они получают электрический заряд, который отправляет частицы высоко в небо. Ночью происходит обратный процесс, в котором электроны оседают на почву.

Этот пыльный фонтан функционирует вдоль границы между днем и ночью, создавая Свечение Лунного Горизонта. Астронавты описывали лунную пыль, как липкий песок. Это становится причиной опасности для техники. Когда команда вернулась на Землю, то их скафандры были потерты. Поэтому придется узнать как можно больше о лунных процессах, прежде чем отправлять новые человеческие миссии. А пока вы знаете, как выглядит лунная атмосфера.

Луна - естественный спутник Земли, при наблюдении за которым возникает немало вопросов как у астрономов, так и у простых людей. И один из самых интересных следующий: существует ли атмосфера Луны?

Ведь если она есть, значит, возможна и жизнь на этом космическом теле, хотя бы самая примитивная. Постараемся ответить на этот вопрос максимально подробно и достоверно, используя последние научные гипотезы.

Большинство людей, задумавшихся над этим, довольно быстро дадут ответ. Конечно, атмосфера Луны отсутствует. Однако на самом деле это не так. Оболочка из газов на естественном спутнике Земли все-таки присутствует. А вот какую плотность имеет, какие газы входяд в состав лунного "воздуха" - это совсем другие вопросы, дать ответы на которые будет особенно интересно и важно.

Насколько она плотная?

К сожалению, атмосфера Луны очень разреженная. К тому же показатель плотности сильно меняется в зависимости от времени суток. Например, ночью на один кубический сантиметр лунной атмосферы приходится около 100 000 молекул газа. Днем этот показатель значительно изменяется - в десять раз. Из-за того что поверхность Луны сильно нагревается, плотность атмосферы падает до 10 тысяч молекул.

Кому-то этот показатель покажется впечатляющим. Увы, даже для самых неприхотливых существ с Земли такая концентрация воздуха будет смертельной. Ведь на нашей планете плотность составляет 27 х 10 в восемнадцатой степени, то есть 27 квинтиллионов молекул.

Если собрать весь газ на Луне и взвесить его, то получится удивительно маленькое число - всего-навсего 25 тонн. Поэтому, оказавшись на Луне без специального снаряжения, ни одно живое существо не сможет долгое время протянуть - хватит его в лучшем случае на несколько секунд.

Какие газы присутствуют в атмосфере

Теперь, когда мы установили, что Луна имеет атмосферу, хоть и очень-очень разреженную, можно перейти к следующему, не менее важному вопросу: какие газы входят в ее состав?

Основными компонентами атмосферы являются водород, аргон, гелий и неон. Впервые пробы были взяты экспедицией в рамках проекта "Аполлон". Именно тогда установили, что в состав атмосферы входят гелий и аргон. Уже значительно позже, используя специальное оборудование, астрономы, наблюдавшие за Луной с Земли, смогли установить, что она содержит также водород, калий и натрий.

Возникает вполне закономерный вопрос: если атмосфера Луны состоит из этих газов, то откуда же они взялись? С Землей все просто - многочисленные организмы, начиная от одноклеточных и заканчивая людьми, 24 часа в сутки превращают одни газы в другие.

А вот откуда взялась атмосфера Луны, если там нет и никогда не было живых организмов? На самом деле газы могли образоваться по самым разным причинам.

В первую очередь различные вещества были занесены многочисленными метеоритами, а также солнечным ветром. Все-таки на Луне выпадает значительно большее количество метеоритов, чем на Земле - опять же благодаря практически отсутствующей атмосфере. Кроме газа они могли принести на наш спутник даже воду! Имея большую плотность, чем газ, она не улетучивалась, а просто собиралась в кратеры. Поэтому сегодня ученые прилагают немало усилий, пытаясь отыскать хотя бы незначительные запасы - это может стать настоящим прорывом.

Как влияет разреженная атмосфера

Теперь, когда мы разобрались, какая атмосфера на Луне, можно внимательнее изучить вопрос о том, какое влияние она оказывает на ближайшее к нам космическое тело. Впрочем, точнее будет признать, что она практически никак не влияет на Луну. А вот к чему это приводит?

Начнем с того, что наш спутник совершенно не защищен от солнечной радиации. В результате, "прогулявшись" по его поверхности без специального, довольно мощного и громоздкого защитного оборудования, вполне можно получить радиоактивное облучение за считаные минуты.

Также спутник беззащитен перед метеоритами. Большинство из них, входя в атмосферу Земли, практически без остатка сгорают от трения об воздух. За год на планету выпадает около 60 000 килограммов космической пыли - вся она была метеоритами разного размера. На Луну же они падают в первозданном виде, так как ее атмосфера слишком разреженная.

Наконец, суточные перепады температуры просто огромные. Например, на экваторе днем почва может нагреваться до +110 градусов по Цельсию, а ночью - остывать до -150 градусов. На Земле этого не происходит благодаря тому, что плотная атмосфера играет роль своеобразного "одеяла", не пропускающего часть солнечных лучей до поверхности планеты, а также не позволяя теплу испариться ночью.

Всегда ли было так?

Как видите, атмосфера Луны представляет собой довольно безрадостное зрелище. Но неужели она всегда была такой? Всего несколько лет назад эксперты пришли к шокирующему мнению - оказывается, нет!

Около 3.5 миллиардов лет назад, когда наш спутник только формировался, в недрах шли бурные процессы - извержения вулканов, разломы, выплески магмы. В ходе этих процессоров в атмосферу выбрасывалось большое количество оксида серы, углекислого газа и даже воды! Плотность "воздуха" здесь в три раза превышала ту, которая сегодня наблюдается на Марсе. Увы, слабое притяжение Луны не смогло удержать эти газы - они постепенно испарялись, пока спутник не стал таким, каким мы можем видеть его в наше время.

Заключение

Наша статья подходит к концу. В ней мы рассмотрели ряд важных вопросов: есть ли атмосфера на Луне, как она появилась, какова ее плотность, из каких газов состоит. Будем надеяться, что вы запомните эти полезные факты и станете еще более интересным и эрудированным собеседником.