Вслед за Галилеем

И дети, и взрослые любят мечтать, гладя на звездное небо. Но много ли мы знаем о небесных светилах, даже о самом знакомом для нас – о Луне? В Год астрономии мы продолжаем знакомить наших читателей с этой удивительной наукой.

Луна, заветный друг!

Так восхищался Валерий Брюсов существованием на звездном небе второго по важности в жизни человека светила после Солнца – Луны. А в древние времена с именем естественного спутника Земли было связано много таинственного и мистического. Свидетельств этому в преданиях разных народов, в мифах и легендах множество. К примеру, существует мнение, что после новолуния должен быть дождь и тогда серп Луны, еще молодой, умоется.

В 2009 году человечество отмечает 400-летие начала телескопической астрономии, то есть наблюдений, выполненных с помощью телескопа. Даже первый, совсем скромный по современным меркам телескоп итальянского ученого Галилео Галилея (рис. 1), впервые направившего его на небо и описавшего свои результаты, позволил увидеть то, что никто до него на небе не видел. Телескопы Галилея были небольшие и давали увеличение от 3 до 30 раз (рис. 2).

На Луне, спутнике Земли, ученый рассмотрел горы и равнины, моря и океаны (рис. 3), то есть детали ландшафта, которые говорили, что Луна – не хрустальный шар, а такое же небесное тело, как и Земля.

Как объяснить то, что ученый увидел в телескоп? Похоже, что в то же время на Луну смотрел и английский математик Томас Гарриот (1560–1621), но он сначала сравнил ее с… тортом и поэтому не стал сначала публиковать свои результаты.

Другие считали, что темные пятна на поверхности Луны – это своеобразная ее окраска, третьи думали, что моря – действительно неровности, но они заполнены слоем прозрачного вещества, поэтому все равно наша спутница имеет идеально гладкую сферическую поверхность, как полагали еще древние греки.

А что говорил по этому поводу Галилео Галилей? Давайте поступим так: получим ответ о строении лунной поверхности сами, на основе собственных наблюдений. А для их проведения, конечно, понадобится зрительная труба, которую можно купить (благо их теперь достать нетрудно!), либо сделать самому, либо попросить у учителя физики в собственной школе (практически все школы имеют небольшие телескопы-рефракторы, которые поступали туда по разнарядке органов образования).

Но вначале поговорим о том, что такое Луна.

Луна вчера и сегодня

В предсказаниях астрологов Луна играет немаловажную роль, причем «аспекты Луны являются главным условием, которое следует иметь в виду в вопросе о болезнях», – так и пишется в «Астрологии» Сефариала, где также отмечается, что «нет лучшего признака счастья и согласия в браке, как хороший аспект между Солнцем и Луной». Но действительно ли роль Луны в жизни человека так велика, что, исчезни она с небосвода, и на Земле произойдет много непоправимого? Или вся магия Луны связана лишь с тем, что это доступный с древних времен для наблюдений невооруженным глазом объект Вселенной? Почему Луна так быстро передвигается среди звезд? Почему Луна меняет свой вид? Почему вообще Луна светит?

Ответы на эти вопросы получены уже давно. Появились новые проблемы, ждущие своего решения. Но таинства, связанные с Луной, хоть и возникли в древние времена из-за бессилия человека постигнуть их, сохранились до настоящего времени, обрастая новыми наслоениями. Сейчас широко практикуются лунные календари, в которых приводятся рекомендации к выполнению работ на дачном участке, астрологические предсказания, связанные с влиянием на организм человека положения Луны и планет на эклиптике. Попытаемся ответить на вопрос: а есть ли хотя бы одно достоверно установленное влияние Луны на Землю, кроме приливов, о которых знает почти каждый? Может быть, прав Лю Дюбай, китайский поэт, говоривший еще в 1922 году:

Просто лунная поверхность –
Зеркало души,
В нем прочтешь любую повесть,
Что ни напиши!

Основные сведения

О том, что Луна ближайшее к Земле небесное тело, знали еще древние. По их представлениям, Земля располагалась в центре мира, а Луна была первым вращающимся вокруг Земли небесным телом. А все потому, что расположение планет относительно Земли определялось по их угловой скорости перемещения на фоне сферы неподвижных звезд. Луна же перемещается среди звезд быстрее всех. Расстояние между Луной и Землей мало по сравнению с другими масштабами Солнечной системы – всего 384 000 км. Это в 400 (!) раз меньше расстояния Земли до Солнца. Однако диаметр Луны всего 3480 км, а это составляет приблизительно четверть земного диаметра. Луна – чемпион в мире среди 60 спутников планет Солнечной системы: ее масса в 81 раз меньше массы Земли.

Люди давно знали, что Луна да и все остальные спутники и планеты, светят не потому, что имеют источники собственного излучения, как звезды, а, как писал Микеланджело Буонарроти:

Я как луна, что на небесном поле
Невидима, пока не отразит
В ней солнце отблеск своего сиянья.

Об этом легко догадаться каждому, ведь во время солнечных затмений, когда Луна загораживает своим диском диск Солнца, она темна. Да и блеск Луны заметно ослабевает, когда она попадает в тень Земли во время лунных затмений. Не будь у Земли атмосферы, Луну ожидала бы участь Солнца, только Луна была бы не видна более продолжительное время.

То узкий серп, то полный диск

Закономерности в изменении вида Луны – «ночного неба президента» – заметить легко, да практически все мы их знаем: как-никак, а Луна – второе по блеску светило на небе.

Сначала узкий серп Луны появляется в западной части горизонта недалеко от Солнца: в народе говорят, что народился месяц (см. рис. 4а). Почему такое выражение? Ответ мы получим чуть-чуть позже.

Если посмотреть на Луну в следующий вечер (см. рис.4б), можно заметить, что она удалилась от Солнца и стала «полнее». Астрономы говорят, что увеличилась фаза Луны. Что это такое, можно узнать, посмотрев рис. 5, а затем и на рис. 6, где представлены изображения Луны в разных фазах.

Делая простейшие зарисовки вида Луны, можно установить интересную закономерность: через какое время повторяются лунные фазы или сколько времени проходит от одного полнолуния, например, до следующего. Этот период астрономы назвали синодическим, от греческого слова «синод», которое означает «собор», так что синодический период обращения Луны как бы собирает все ее фазы от нуля до единицы. Его проще определить, умножив на четыре время от первой четверти до полнолуния.

Почему Луна меняет свой вид? Все определяется ее положением относительно Солнца и Земли. Рассмотрим новолуние – тогда Луна располагается около Солнца, поэтому освещенная Солнцем часть Луны будет обращена к Солнцу, значит, от нас, а к нам будет обращена темная сторона Луны.

Итак, от новолуния до фазы «первая четверть» проходит семь с половиной недель, значит, снова Луна возвращается к Солнцу через 30 дней (29,5 дней, если говорить точнее). Если вспомнить, что продолжительность месяца как единицы измерения времени в календаре – 30 или 31 день, то становится ясным, почему Луну иногда называют месяцем.

Зачем еще один месяц – сидерический?

Одного месяца – синодического – астрономам почему-то мало, они пользуются еще сидерическим, то есть звездным месяцем. Давайте сначала попытаемся определить его численное значение, а потом подумаем, с чем он связан и зачем нужен ученым. Раз период звездный, надо определить время, в течение которого Луна делает один оборот вокруг Земли по отношению к звездам. Для этого надо в один вечер выйти два раза с интервалом в один или два часа и оба раза зарисовать положение Луны среди звезд, причем стоит выбрать такое положение, когда Луна находилась между какими-нибудь яркими звездами – назовем их опорными. На этом же рисунке следует зарисовать и угловые размеры Луны по отношению к размерам между опорными звездами. Вывод, к какому вы придете, будет вашим личным открытием в астрономии (хотя его знали еще в Древнем мире!): за один час Луна смещается на фоне звезд на свой диаметр (если более точно, то на 9,55°). Вспомним теперь, что с Земли Луна видна под углом в 0,5°. Сможете ли вы теперь определить время, в течение которого Луна проходит вокруг Земли всю свою орбиту в 360°? 360° делим на 0,55° и находим, что звездный период обращения Луны вокруг Земли составляет 654 часа, или 27,3 дня.

А теперь подумайте, почему синодический период Луны больше сидерического?

Мир Луны

Удивителен мир Луны! Безмолвие и тишина, не нарушаемые ничем многие миллионы лет. Даже если на глазах у космонавта произойдут изменения ландшафта (упадет метеорит), то взрыва он не услышит. Небо на Луне черное, и на его фоне видны Солнце и звезды. Нельзя на Луне наблюдать и метеоров – «падающих звезд», ведь они образуются в результате сгорания небольших тел в атмосфере Земли. Объяснение всем явлениям, которых не бывает на Луне, заключено в том, что там нет атмосферы. Масса Луны мала, чтобы удержать на долгое время газы. А как интересно играть на Луне в прятки! Достаточно шагнуть в тень, и вас трудно будет найти, ведь рассеянного атмосферой света также не будет.

Давно замечено, что Луна обращена к Земле всегда одной стороной, то есть она обладает синхронным вращением (обороты вокруг Земли и вокруг собственной оси равны 27 суткам). Будущим обитателям лунных баз будет нелегко привыкнуть к смене лунных дней и ночей, ведь длятся они более 13 земных суток. А «ясной» Луна зовется опять-таки из-за отсутствия атмосферы: детали ее поверхности с Земли видны с большими подробностями. Наблюдения за Луной даже в небольшой телескоп незабываемы – ведь можно рассмотреть почти километровые детали. А что касается выражения «холодная» Луна, то это справедливо только для лунной ночи. Тогда действительно температура лунной поверхности минус 170 °С. Но когда Солнце в зените, температура поднимается до 130 °С выше нуля. Конечно, воды на Луне нет, когда мы имеем в виду жидкую воду на ее поверхности. Но она может быть под коркой грунта в виде льда, и астрономы предполагают, что льда там немало.

В ясные ночи многие любители астрономии проводят фотографические наблюдения за Луной, а затем просматривают полученные материалы. Может быть, кому-то и повезет: будет обнаружено либо внезапное увеличение яркости детали лунной поверхности, либо внезапное ухудшение видимости дна кратера или цирка, либо изменение цвета или формы объектов лунной поверхности. Такие наблюдения – дело нелегкое, ведь длятся временные явления менее 15 минут. Но если вам повезет, как Н.А. Козыреву, открывшему извержение вулкана из центральной горки кратера Альфонс, то, как и он, вы сможете получить медаль за открытие Международного астрономического союза.

Вся поверхность Луны усыпана объектами, имеющими кольцевую структуру, которые называются кратерами и цирками. После полетов космических аппаратов к планетам оказалось, что наличие таких структур представляет общее свойство всех планет, похожих на Землю, их спутников и спутников планет-гигантов. Как они образовались? Вполне возможно, что это следы падения на планеты остатков того вещества, из которого возникли сами планеты. За историю наблюдений за Луной с поверхности Земли астрономы не зафиксировали возникновения сколько-нибудь заметного кратера. А ведь Луна буквально усыпана ими. Поэтому достоянием истории являются слова английского астронома Вильяма Гершеля: Луна «весьма вероятно, так же, как и остальные планеты, населена живыми существами, органы которых приспособлены к особым условиям этого обширного небесного тела». Сказано это было почти два века назад...

Что будет с Луной?

Осталось сказать несколько слов о том, как же произошла Луна и что с ней будет в дальнейшем. Раньше считали, что Луна образовалась из роя тел вблизи растущей Земли, которая сама возникла из холодного вещества Солнечной системы. Но в последнее время небезуспешно развивается гипотеза, связанная со встречей Земли с телом, сравнимым по массе с Марсом. Околоземное пространство было заполнено результатами гигантской катастрофы, из которых приблизительно через тысячу лет и «собралась» Луна.

Вы, наверное, заметили, что при знакомстве с природой Луны не приходилось отмечать особое положение Луны из-за каких-то ее необычных свойств. Нет, Луна действительно рядовое тело Солнечной системы, но обладающее, как и любой другой объект Вселенной, индивидуальными свойствами. Лишь только близость к Земле выделяет ее из множества других небесных тел. А этим определяется многое происходящее на нашей планете. Взять хотя бы лунные приливы – сейчас их мощь используется для выработки электроэнергии: построено несколько приливных гидроэлектростанций.

Исследованиями, проведенными автоматическими межпланетными станциями типа «Аполлон» и «Луна», установлено, что сейсмическая активность Луны определяется силами притяжения Земли и Солнца и может быть спрогнозирована на основе законов механики. Можем ли мы что-то предсказывать на Земле, исходя из положения Луны относительно Земли и Солнца? К сожалению, кроме лунных фаз, практически ничего, если не иметь в виду еще приливы и отливы. Будем надеяться, что хотя бы какие-то статистические закономерности будут получены в ближайшее время. Может быть, тогда астрология обретет научные основы, на которые будет опираться в своих прогнозах. А пока нам остается довольствоваться строками Константина Бальмонта:

Когда Луна сверкнет во мгле ночной
Своим серпом блистательным и нежным,
Моя душа стремится в мир иной,
Пленяясь всем далеким, всем безбрежным.