13 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чем объясняется отсутствие атмосферы на Луне

Содержание

Почему на Луне нет атмосферы?

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°С — 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:

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

Но если молекулы воздуха не могут взлетать выше 12,5 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.

Читать еще:  Почему умер Чуркин

Действительно, 3500 2 = 20п, откуда п =-—-, 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.

Отсутствие атмосферы у нашего спутника — не случайность, не каприз природы, а закономерное следствие физических законов.

Понятно также, что причины, по которым невозможно существование атмосферы на Луне, должны обусловливать ее отсутствие вообще на всех мировых телах со слабым напряжением силы тяжести: на астероидах и на большинстве спутников планет.

Есть ли на Луне атмосфера?

Утверждение о том, что атмосфера у Луны отсутствует, одновременно и правильное, и ошибочное. Плотной газовой оболочки, способной защитить поверхность от падения метеоритов, а жизнь на ней — от смертоносного космического излучения, у нашего спутника нет. Но у него есть тонкая и сильно разреженная газовая оболочка, которую можно считать атмосферой.

Плотность лунной атмосферы

Плотность лунной атмосферы в 10 триллионов раз меньше, чем атмосферы Земли. Плотность зависит от лунных «суток»: на освещенной солнцем дневной стороне у поверхности лунной почвы концентрация ионов газа в 1 см³ составляет 10 в 4 степени, а на темной ночной — 10 в 5 степени. Для нашей планеты этот показатель равен 2,7х10 в 19 степени.

Читать еще:  Что будет если закончатся природные ресурсы

Лунная атмосфера настолько разрежена, что для того чтобы произошло столкновение двух атомов присутствующих в ней газов, им нужно проделать путь длиной больше 10 радиусов Луны ночью и 100 — днем.

До тех пор, пока они не разгонятся больше 2,38 км/с, чтобы улететь в космос, или не замедлятся до 1,68 км/с, чтобы быть притянутыми гравитацией спутника, молекулы в этой газовой прослойке движутся вокруг Луны по эллиптическим орбитам, как микроскопические спутники.

Какие газы присутствуют

В атмосфере Луны нет воздуха, ее основу составляют:

  • молекулы водорода;
  • ионы гелия;
  • ионы метана;
  • ионы аргона;
  • ионы неона.

В 1991 г. у Луны был обнаружен небольшой — размером 15-20 радиусов — натриевый хвост. Это открытие позволило сделать вывод о присутствии в лунной атмосфере небольшого количества ионов натрия и калия.

Американская космическая станция Lunar Prospector Orbiter (Лунный геолог) обнаружила у поверхности Луны следы радиоактивных изотопов радона и полония. Общую массу газовой прослойки Луны ученые оценивают в 25000 кг.

Как влияет разреженная атмосфера

Отсутствие атмосферы делает Луну уязвимой перед жестким космическим излучением, способным уничтожить все формы жизни на ее поверхности.

Также без атмосферы она подвержена большим температурным колебаниям. Освещенная Солнцем сторона спутника разогревается до +127ºС, а на неосвещенной температура составляет 173ºС ниже нуля.

На дне глубоких кратеров Лунных вулканов, куда Солнце никогда не заглядывает, температура опускается почти до абсолютного нуля — минус 247ºС. Таких низких температур пока не было зафиксировано даже на Плутоне.

Не имея атмосферы, Луна беззащитна перед метеоритной угрозой. Бомбардировка ее поверхности микрометеоритами, которые на Земле полностью сгорают, не достигая поверхности, на Луне происходит постоянно.

Что случилось с атмосферой Луны

Причина тонкой газовой оболочки — сравнительно низкая гравитация спутника. Из-за нее большинство молекул газов рассеиваются в космическом пространстве. Но так было не всегда.

По одной из гипотез, около 3,5 млрд лет назад у Луны на протяжении 70 млн лет была собственная атмосфера, плотность которой втрое превышала сегодняшнюю марсианскую. В это время на нашем спутнике был пик активности лунных вулканов, вместе с лавой выбрасывалось столько газов, что их хватало не только для замещения улетевших в космос молекул, но и для увеличения их количества.

Поднятая лунная пыль служила своеобразной прослойкой, не дававшей поверхности перегреваться днем и переохлаждаться ночью.

Причиной, почему эта атмосфера не сохранилась, явилось затухание активной вулканической деятельности: все больше пыли оседало на поверхность и все меньше газов выбрасывалось в окололунное пространство. Когда количества новых молекул газов стало не хватать для возмещения поглощенных космосом, наступила критическая точка, и лунная атмосферная оболочка стала истощаться, пока не исчезла.

Сегодняшняя тонкая газовая оболочка, состоящая в основном из молекул водорода и ионов гелия, аргона и метана, — это совокупность нескольких физических процессов:

  • радиоактивного распада вещества в недрах Луны;
  • воздействия на поверхность солнечных лучей и космического излучения;
  • падения метеоритов.

Во время радиоактивного распада вещества, который непрерывно протекает в недрах Луны, выделяются свободные изотопы газов. Поднимаясь на поверхность, они становятся основой газовой прослойки. Дальше в ее формировании участвует Солнце.

На дневной стороне Луны большинство атомов водорода разгоняются до скорости свыше 2,38 км/с (минимальная скорость, необходимая для преодоления лунного притяжения) и улетают в космическое пространство. На ночной стороне скорость молекул сильно снижается, и они опускаются на поверхность.

Ионы других газов тяжелее водорода (гелий — в 2 раза, неон — в 10, аргон — почти в 20), и развить достаточную скорость, чтобы улететь, не могут. На освещенной Солнцем стороне они находятся над ее поверхностью, на неосвещенной — на ней.

Читать еще:  Какие женские имена сейчас самые популярные

Еще один источник пополнения газовой прослойки — маленькие метеориты, регулярно падающие на поверхность спутника. От их ударов поднимается не только лунная пыль, но и молекулы лежащих на ней газов.

Урок 15. Луна. Спутники планет

1. Какие гипотезы образования Луны вам известны? Кратко изложите их суть

Луна образовалась вместе с Землёй из одной планетезимали; Земля могла разделиться на две части; при объединении небольших камешков; при «косом» столкновении с крупным небесным телом.

2. На следующие вопросы дайте односложные ответы — «да» или «нет»

  1. Является ли Луна ближайшим к Земле небесным телом? (да)
  2. Имеется ли на Луне атмосфера? (нет)
  3. Ступала ли на Луну нога человека? (да)
  4. Смог ли бы космонавт на Луне воспользоваться компасом для ориентирования, как путешественник на Земле? (нет)
  5. Характерны ли для Луны резкие смены температур? (да)
  6. Похоже ли Лунное вещество на вулканические земные породы — базальты? (да)
  7. Имеются ли в Лунных породах следы органических соединений? (нет)
  8. Верно ли утверждение, что возраст лунных пород составляет около 4.5 млрд лет? (да)
  9. Связаны ли с Луной явления приливов и отливов на Земле? (да)
  10. Имеется ли в лунных морях вода? (нет)
  11. Являются ли кратеры самыми многочисленными образованиями на Луне? (да)
  12. Верно ли, что Луна повёрнута к Земле всегда одной стороной? (да)
  13. Можно ли изучать внутреннее строение Луны по записям сотрясений от ударов метеоритов по её поверхности? (да)
  14. Ось вращения Луны почти перпендикулярна плоскости её орбиты. Будет ли на небе Луны α Малой Медведицы играть роль Полярной звезды? (нет)

3. Дополните рисунок и на его основе объясните механизм явления приливов и отливов на Земле

Через какие промежутки времени в среднем должны наступать приливы и отливы в каждом определённом месте на Земле?

В среднем дважды в сутки, т. к. на ближней к Луне стороне Земли вода притягивается сильнее, чем сама Земля. Поэтому происходит прилив. На дальней стороне Земли всё наоборот: Земля притягивается к Луне сильнее, чем вода. Происходит ещё один прилив.

4. Используя карту Луны, найдите и подпишите следующие объекты: моря (Кризисов, Изобилия, Облаков, Спокойствия), горные хребты (Альпы, Кавказ), кратеры (Архимед, Аристотель)

  1. Море Облаков
  2. Море Кризисов
  3. Море Изобилия
  4. Море Спокойствия
  5. Горный хребет Альпы
  6. Горный хребет Кавказ
  7. Кратер Архимед
  8. Кратер Аристотель

5. Море Москвы, расположенное на невидимой стороне Луны, имеет поперечник D ≈ 300 км. Можно ли было бы увидеть его с Земли невооружённым глазом, если бы оно находилось на обращённом к Земле полушарии Луны? Ответ обоснуйте, принимая во внимание, что разрешающая способность глаза α = 1′

Минимальный размер d объекта, видимого невооружённым глазом, определим по формуле. Так как D > d, Море Москвы можно было бы увидеть невооружённым глазом.

6. На краю лунного диска видна гора, выступающая над ним на α = 0.03′. С учётом того, что линейный диаметр Луны D ≈ 3480 км, а угловой диаметр φ = 30′, найдите высоту этой горы в километрах

Обозначим буквой S расстояние до Луны.

7. Где на «лунном небе» космонавт увидит Земли, если он будет находиться в центре видимого для нас полушария Луны?

Если космонавт будет находится в центре видимого для нас полушария Луны, то на «лунном небе» он увидит Землю в зените.

Источники:

http://studme.org/151672/matematika_himiya_fizik/pochemu_lune_atmosfery
http://o-kosmose.ru/solnechnaya-sistema/est-li-na-lune-atmosfera
http://superresheba.by/resh/285

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector