Темная сторона Луны
Понаблюдайте за полной Луной, и вы заметите, что она всегда выглядит одинаковой. С Земли мы всегда видим только одну сторону нашего спутника. Обратная сторона или, как ее часто называют, темная сторона Луны скрыта от земного наблюдателя. Но к неизвестному у человека особая тяга. В ХХ веке, когда в космос стали отправлять первые спутники, ученых стал интересовать вопрос, что скрывает темная сторона Луны.
В действительности, темная сторона Луны не всегда темная. Она находится в тени, только когда с Земли мы наблюдаем полнолуние. При новолунии обратная сторона полностью освещена, однако на Земле этого не видно.
Луна всегда повернута к Земле одной стороной. Связано это с тем, что движение вокруг оси и движение по орбите у спутника синхронизированы. Другими словами Луна совершает один оборот вокруг оси и один оборот по орбите за одно и то же время. Синхронное вращение называют приливным захватом, и практически все спутники Солнечной системы подвержены этому процессу. Однако есть и исключения. К примеру, спутник Сатурна – Феба, движется по орбите в обратном направлении движению Сатурна. Его движение очень несинхронно – оборот вокруг оси Феба совершает за 9 часов, а по орбите вокруг планеты за 18 земных месяцев. Если бы Луна двигалась настолько несинхронно, то мы бы наблюдали ее с разных сторон.
Поскольку видна только одна сторона, можно подумать, что мы наблюдаем лишь 50 % поверхности спутника. Однако это не совсем так. У Луны, как и у большинства объектов Вселенной, эллиптическая орбита и у нее есть эксцентриситет − показатель, который определяет, насколько орбита близка к идеальной окружности. Расстояние от Луны до Земли колеблется от 360 тысяч до 400 тысяч километров. Также орбита спутника наклонена примерно на 5 градусов. Поэтому с Земли можно наблюдать северный и южный полюса Луны. Эти эффекты приводят к либрации – медленному покачиванию спутника. Можно сказать, что благодаря либрации мы можем взглянуть на обратную сторону Луны, небольшую ее часть.
Фазы и либрации Луны. Источник:NASA Goddard
Первый снимок, сделанный спутником Луна-3. Источник: NASA
С развитием космических полетов мы смогли увидеть всю Луну вместе с ее загадочной темной стороной. Первый космический снимок обратной стороны был получен благодаря советскому космическому аппарату Луна-3, запущенному в 1959 году. Первые фотографии были низкого разрешения, но и они дали ценную информацию о поверхности Луны. А в 1965 году советский аппарат Зонд-3 сделал более четкие фотографии, на основе которых созданы первые карты лунной поверхности и даже глобус.
Кроме космических кораблей, обратную сторону спутника видели несколько человек – астронавты программы «Апполон».
Обратная сторона Луны интересна своим кратером на Южном полюсе – бассейн Южный полюс-Эйткен. Это крупнейший кратер в Солнечной системе. Его диаметр около 2,5 тысячи километров.
Бассейн Южный полюс-Эйткен. Крупнейший кратер в Солнечной системе. Источник: NASA
При сравнении сторон Луны можно заметить, что они сильно отличаются. Видимая с Земли сторона покрыта темными пятнами. Это базальтовые равнины, которые называются лунными морями. Название дали по ошибке, думая, что это действительно водные моря. Но на обратной стороне таких пятен нет. Ученые задавались этим вопросом еще с 1959 года, когда были получены первые снимки.
Всё дело в процессах, которые происходили миллиарды лет со времен зарождения нашей Солнечной системы. Согласно теориям Луна образовалась в результате столкновения Земли с другим крупным объектом. Тогда новорожденная Луна была в 20 раз ближе к Земле и практически сразу попала под приливный захват. С этого момента спутник уже смотрел на Землю одной стороной. Оба объекта, Земля и Луна, были очень горячими, но маленькая Луна остывала быстрее. При этом раскаленная Земля постоянно нагревала одну сторону спутника, в то время как обратная сторона оставалась очень холодной. Поверхность на горячей стороне испарялась, а на обратной холодной стороне накапливались вещества, такие как кальций и алюминий. Эти вещества в последствие сформировали кору, которая толще, чем на видимой стороне. Когда разная по толщине кора остыла полностью и каменные потоки сталкивались с Луной, они пробивали более тонкую часть коры, высвобождая потоки лавы, которые и сформировали базальтовые равнины лунных морей.
Луна – наш естественный спутник, красива и загадочна. Она так же многогранна, как и Земля. Ее изучение важно для понимания не только эволюции нашей планеты, но и Солнечной системы.
Источник
Радиотелескоп на обратной стороне Луны: зачем он там нужен и чем поможет науке
Источник: NASA
Весной 2020 года NASA одобрило проект создания огромного радиотелескопа на обратной стороне Луны. Согласно планам, его планируют создавать при помощи специализированных роботов DuAxel, поскольку команду строителей на Луну по понятным причинам отправить не получится.
Размер радиотелескопа будет поистине огромным — диаметром вплоть до 5 километров. Благодаря своему размеру он поможет астрономам изучать реликтовое излучение и получать новые знания о молодой Вселенной и ее эволюции. Но почему именно Луна? Разве на Земле нельзя создать нечто подобное?
Проблемы наземных радиотелескопов
Основная проблема состоит в том, что для получения качественной «картинки» при помощи радиоспектра нужна большая площадь рабочей поверхности. То есть настолько большая, насколько это возможно. С увеличением размера повышается точность определения координат источника, а также можно больше узнать о таких характеристиках этого источника, как форма, структура и тому подобные вещи. Для ученых очень важна разрешающая способность системы, от этого показателя напрямую зависит размер объектов, которые способен «увидеть» телескоп. Ну а разрешение зависит как раз от диаметра чаши телескопа и длины волны рабочего диапазона устройства.
Именно из-за необходимости увеличения размеров радиотелескопов на Земле строились и строятся такие гиганты, как Аресибо (к сожалению, он полностью разрушен из-за аварии и демонтирован), Небесный глаз, «Ратан-600» и другие.
Есть и еще один вариант: создание не огромных радиотелескопов, а кластерных систем, которые состоят из десятков или даже сотен отдельных небольших радиотелескопов. Примером кластерного радиотелескопа служит MeerKAT, который состоит из 64 отдельных телескопов. Он размещен в Южной Африке, в первый же день работы (его включили в 2016 году) телескоп обнаружил 1300 галактик на участке небосвода, где до этого ученые нашли всего 70 галактик.
Самым большим кластерным радиотелескопом на Земле можно считать SKA — радиоинтерферометр с общей площадью антенной решетки площадью больше 1 км². Пока что он не готов полностью, но к моменту реализации проекта в 2024 или 2025 годах его чувствительность раз в 50 превысит чувствительность любого другого радиотелескопа на Земле. При этом отдельные элементы кластерной системы расположены не рядом, а на огромном расстоянии друг от друга — в Австралии и Южной Африке. Количество отдельных антенн в SKA составляет несколько тысяч.
Еще одна проблема — в технической сложности создания крупных радиотелескопов. Что кластерные системы, что одиночки-гиганты — все они требуют огромных вложений и ресурсов. Но, в целом, техническая сложность и дороговизна — особенность практически всех проектов, направленных на изучение космоса, здесь вряд ли можно что-то поделать.
Ну и третий момент — радиоизлучение на самой Земле. Оно очень сильное. В некоторых секторах радиоспектра, например, коротких волнах, Земля, если на нее «посмотреть» радиотелескопом, будет даже «ярче» Солнца. Постороннее радиоизлучение очень мешает астрономам, а с развитием цивилизации ситуация лишь ухудшается, поскольку земной радиоэфир становится все насыщеннее. Это сравнимо со световым загрязнением, которое мешает наблюдениям Вселенной уже при помощи оптических телескопов — чем сильнее освещена Земля, тем сложнее наблюдать за космосом. Кстати, Солнце излучает и в радиоспектре, что тоже мешает наземным радиотелескопам вести наблюдение.
Обратная сторона Луны как идеальный вариант для астрономов
Идея создания радиотелескопа с обратной стороны сначала существовала лишь в качестве идеи. Много лет ее обсуждали, она прозвучала в рассказах и романах нескольких авторов научно-фантастических произведений.
Но в итоге идея стала рассматриваться с практической точки зрения. В 2020 году агентство NASA одобрило проект постройки самого большого радиотелескопа с заполненной апертурой. Главное предназначение проекта LCRT (Lunar Crater Radio Telescope), как и говорилось выше, — в изучении реликтового излучения Вселенной, хотя LCRT способен выполнять и другие задачи вроде наблюдения за космическими объектами.
Он сможет работать с радиоизлучением с длиной волны 10-50 м и частотой 6-30 МГц.
Размещать телескоп планируется в одном из подходящих для этого лунных кратерах. Роботы-строители займутся растягиванием проволочной сети с закреплением ее внутри кратера. Затем ровно по центру они же закрепят подвесной облучатель. О том, как будет происходит процесс строительства, схематически сообщается на картинке ниже.
Проект поддержан программой NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts). Участники этого проекта выполнили первую часть работ, доказав фактическую возможность создания огромного телескопа на обратной стороне Луны. После этого агентство NASA выделило средства на второй этап — он займет не менее двух лет. Пока что выделено $500 000, чего, конечно, недостаточно для постройки телескопа на Луне. Но это средства, предназначенные для проведения работ на Земле, речь все еще о ранних этапах подготовки. Ученые используют средства для тестирования роботов и моделирования процесса строительства.
А вот когда и этот этап подойдет к завершению, к проекту подключатся как специалисты NASA, так и другие партнеры.
Кстати, это не единственный проект по созданию радиотелескопа на Луне. Есть и другие, включая FarSide и FarView. В 2022 году NASA собирается запустить радиоспектрометр на Луну, посадив его при помощи специальной платформы. Если все получится, то будет пройден этап proof of concept, то есть ученые докажут саму возможность создания радиотелескопа на спутнике Земли. Это будет мощный аргумент в пользу крупных проектов.
Идея как FarSide, так и FarView — создание радиоинтерферометра на обратной стороне Луны. Это как MeerKAT, только еще чувствительнее и больше.
К сожалению, все три проекта — LCRT, FarSide и FarView — дело будущего. FarSide, если и будет реализован, то где-то к 2030 году. FarView — примерно в середине 2030-х, а LCRT — уже к 2040 году
Источник
Обратная сторона Луны
Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной — это связано с тем что за около 4,5 млрд лет существования системы Земля-Луна наш естественный спутник подвергся эффекту приливного захвата.
Причина деления Луны на видимую и обратную стороны
Площадь невидимой с Земли части составляет 41%, так как ещё 9% поверхности Луны мы можем видеть с определённым периодом благодаря лунной прецессии.
Такое воздействие в системе из нескольких небесных тел, когда более массивное тело так воздействует на более лёгкое посредством своих приливных сил, что лёгкое тело постепенно замедляет (или ускоряет) скорость своего вращения вокруг собственной оси сравнивая его частоту с частотой вращения вокруг тяжёлого тела. Лёгкое тело также влияет на более тяжёлое, но этот эффект оказывает меньше пропорционально различий в массе. Так скажем Луна своим гравитационным воздействием постепенно замедляет вращение Земли вокруг своей оси, удлиняя тем самым земные сутки на 1 секунду примерно за 3 тысячи лет, но при этом до приливного захвата Земли Луной требуется ещё несколько миллиардов лет, хотя Луна была захвачена уже довольно давно.
Если Луне всё-таки удастся осуществить гравитационный захват Земли (а для этого потребуется чтобы Солнце, превратившееся к тому времени в красного гиганта, нам в этом не мешало), тогда Луну можно будет наблюдать только с восточного или западного полушария Земли — в зависимости от того в какой момент остановится вращение. При гравитационном воздействии Луны на Землю выделяется энергия в виде морских и океанских приливов/отливов которые вызывают постепенную потерю Луной кинетической энергии, что вызывает её удаление от нас на 38 мм в год. С гравитационным захватом Земли на ней прекратятся приливы и отливы, а Луна практически перестанет от нас удаляться — так как единственным источником потери энергии Луной станут гравитационные волны, мощность излучения которых от системы Земля-Луна весьма мала (около 0,2 мкВт).
История исследования обратной стороны Луны
Испокон веков людей привлекали неизведанные уголки Земли:
Гравюра Фламмариона 1888 года изображающая средневекового пилигрима добравшегося до края Земли и заглянувшего за небесный свод.
И хотя экспедиция Магеллана ещё в 1522 году доказала, что никакого края Земли не существует, а с достижением Эдмундом Хиллари и Тенцингом Норгеем 29 мая 1953 года вершины Эвереста — на Земле почти не осталось белых пятен, но практически вся Солнечная система для нас оставалась загадкой до полёта Спутника-1 4 октября 1957 года, когда началась космическая эра. Таким образом взоры исследователей с Земли направились на Солнечную систему и ближайшей целью в ней стала Луна, а наиболее привлекательным местом на ней — была её обратная сторона, которая всегда скрыта от земного наблюдателя.
Первый снимок обратной стороны Луны
Первые снимки обратной стороны Луны сделала станция Луна-3, которая была запущена 4 октября 1959 года — ровно спустя два года после запуска Спутника-1. Станции потребовалось 3 дня чтобы добраться до Луны, а затем начался ещё более сложный этап — Луне-3 требовалось сфотографировать поверхность, точную отражающую способность которой достоверно не мог предсказать никто. Поэтому электронные камеры (только начинающие своё развитие) отпадали, оставалась только фотоплёнка. Для того чтобы точно получить качественные снимки, фотографирование происходило двумя объективами с фокусным расстоянием в 200 и 500 мм и выдержкой от 1/200 до 1/800 секунды с шагом 1/200. За 40 минут съёмки было сделано 29 снимков, покрывающих 70% всей поверхности обратной стороны Луны, после проявки они передавались на Землю с помощью камеры бегущего луча.
Макет станции из музея космонавтики в Москве
Всего на Землю удалось передать 17 фотографий, 6 из которых в дальнейшем были обнародованы. Также 6 ноября 1960 года был опубликован «Атлас обратной стороны Луны» в который вошло 500 отдельных деталей лунной поверхности (Международным астрономическим союзом названия деталей поверхности обратной стороны Луны были утверждены 22 августа 1961 года). Специально для этой станции была произведена фототелевизионная система «Енисей» делавшая снимки и передававшая их на Землю, а также система «Чайка», осуществлявшая ориентацию по Солнечному и Лунному датчику, что сделало Луну-3 первым в мире ориентированным по 3 осям аппаратом.
Обратная сторона Луны. Снимок полученный станцией Зонд-3
По программе съёмок обратной стороны Луны было запущенно ещё два аппарата, но оба они не смогли выйти на орбиту Земли. Получить снимки обратной стороны Луны лучшего качества удалось только станции Зонд-3, которая была запущена 18 июля 1965 года. Переданные этой станцией 25 снимков имели разрешение в 860×1100 пикселей и были гораздо качественнее, что позволило составить новый атлас, покрывающий уже 95% лунной поверхности и имеющий 4000 деталей.
Беспилотная часть лунной программы США в этот момент была практически полностью направлена на обеспечение пилотируемых полётов (посадки которых были назначены на видимую часть Луны). Так что достижения США по изучению обратной стороны Луны в первой половине 60-х были не велики. Например, попадание в эту область Луны Рейнджера-4, который должен был сделать её снимки. Но из-за отказа радиоаппаратуры главным достижением этой миссии стало только то, что впервые в мире объект, созданный человеком достиг поверхности обратной стороны Луны. Полноценную съёмку данной области удалось сделать только пятому аппарату из программы «Лунар орбитер» запущенному в конце 1967 года — тогда, когда места будущих посадок «Аполлонов» были уже отсняты и учёным был дан карт-бланш на съёмки тех областей Луны, которые их более всего интересовали.
Топографическая карта Луны, видимой (слева) и обратной стороны (справа). Синим цветом на карте изображаются низменности, красным цветом изображены возвышенности.
Кратер Циолковский (на обратной стороне Луны) был предложен учёными как возможное место посадки Аполллона-18, а после отмены этой миссии — как место для посадки Аполллона-17. И хотя эту позицию также отстаивал единственный учёный побывавший на Луне (как раз в ходе этого последнего полёта Аполлона-17) геолог Харрисон Шмитт — это место для посадки посчитали слишком опасным и отказались от него в пользу долины Таурус-Литтров (которая возможно принесла учёным даже больший сюрприз, раскрыв следы вулканической деятельности).
Особенности строения и достопримечательности
Карта обратной стороны Луны
Обратная сторона Луны имеет более плотную концентрацию кратеров, чем видимая сторона. Так как Земля покрывает только 0,1% от неба на видимой стороне Луны, то версия с защитой Землёй видимой стороны считается маловероятной. На данный момент основной версией такого положения считается то, что гравитационное воздействие Земли вызывало в прошлом более активные геологические процессы на видимой стороне Луны, нежели на обратной. Вытекавшая в таких процессах лава закрывала собой кратеры на видимой стороне Луны, в то время как кратеры на обратной стороне остались практически не тронутыми.
Будущие исследования и возможность использования
На данный момент обратная сторона Луны представляет интерес как место для размещения радиотелескопов (так как толща Луны при этом будет экранировать паразитный сигнал, идущий от Земли) и в качестве места для добычи гелия-3 (так как видимая сторона частично экранируется Землёй от экспонирования солнечному ветру). На данный момент до поверхности обратной стороны Луны не добрался ни один человек или автоматический аппарат в рабочем состоянии, но по планам космической программы Китая уже до конца 2018 года на обратную сторону Луны должна приземлиться автоматическая межпланетная станция «Чанъэ-4» с вторым китайским луноходом.
Миссия NASA по возврату образцов в представлении художника
Однако наибольший интерес к Луне на данный момент проявляется в плане изучения её самой. Так китайская станция «Чанъэ-5» должна доставить образцы с горы Румкера которая имеет вулканическое происхождение. Также в Китае и США сейчас готовятся миссии по доставке образцов с южного полюса Луны, где по данным зонда «Чандраян-1» были обнаружены залежи воды. США в качестве места посадки своего аппарата указывает самый большой кратер на поверхности Луны — бассейн Южный полюс-Эйткен, находящийся в южной области обратной стороны Луны. Загадки происхождения Луны и её ресурсы продолжают ожидать человечество.
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Источник