praca magisterska - Kopia (4) 5

Siódmy Kontynent - tak
nazywał naszego naturalnego satelitę radziecki astronom N.A. Warwarow. Były ku temu dwa
powody: pierwszy - to domniemanie, iż nasz Księżyc jest fragmentem Ziemi, jej odpryskiem
; drugi - że jest on, obok rodzimej planety z jej lądami, najlepiej poznanym ciałem
niebieskim, tworzącym jakby jeszcze jeden jej kontynent. Jego powierzchnia wynosi
37910000 km2, czyli jest mniejsza od powierzchni Azji, a nawet od powierzchni obu ameryk,
co również w pewnym sensie może uzasadnić ową przenośną nazwę. Ten wierny towarzysz
Ziemi nosi zresztą wiele imion - w kilku językach nazywa się miesiącem, co wskazuje na
powodzenie rachuby czasu, w języku polskim nazywa się Księżycem, w czym dopatruje się
echa wierzeń prasłowiańskich: księciem (władcą) było słońce, nasz naturalny satelita jego
synem, czyli księżycem.
Przez całe tysiąclecie widok Księżyca pobudzał do dociekań, lecz o ile zmiany faz nauczono
się poprawnie objaśniać już w starożytności, to nieregularne plamy na jego tarczy długo
pozostawały zagadką - dopatrywano się w nich w zależności od wyobraŹni już to oblicza ,
już to różnych fantastycznych tworów. Jerzy Żuławski tworzył swe wstrząsające opisy
powierzchni księżycowej obserwując Tatry w świetle miesięcznym, usiłując wyczarować
nieznany wówczas z bliska świat Srebrnego Globu z wyglądu potrzaskanych szczytów,
chaosu połupanych płyt, szarych sieci rozpadlin i rumowisk piargów.
Jedynie nieliczni domyślali się, jaki jest naprawdę wygląd towarzysza Ziemi -Anaksagoras z
Kladzomenów występował z twierdzeniem, że Księżyc to druga Ziemia , a Herodot z
Halikarnasu pisał, powołując się na nieznane nam Źródła staroegipskie, iż Księżyc bogaty
jest w góry . Dopiero jednak w 1609 r. Galileusz, skierowawszy na Księżyc skonstruowaną
przez siebie lunetę, poznał rzeczywisty wygląd Srebrnego Globu, stwierdzając ponad wszelką
wątpliwość, że powierzchnia Księżyca nie jest płaska. Odkrył on na Księżycu góry, doliny i
rozległe równiny, które uważał za morza. Przekonanie to tak mocno zapadło w świadomości
ówczesnych badaczy, że do chwili obecnej w oficjalnym nazewnictwie równiny są nazywane
morzami, mimo iż już w XVIII wieku wiedziano, że na Księżycu niemożliwe jest istnienie
otwartych zbiorników wody! Galileusz sporządził pierwsze rysunki powierzchni Księżyca
oglądanej przez teleskop.
Najpełniejszy wizerunek naszego naturalnego satelity dał w 1647 r. Astronom-amator, Jan
Heweliusz z Gdańska, w dziele pt. Selenographia liczącym 495 stron tekstu, 40 rysunków
Księżyca w różnych fazach i z licznymi szczegółami, a także 3 mapy. Systematyczne badania
Heweliusz zapoczątkował w 1641 roku. Jego obserwacje i opisy powierzchni Księżyca były
tak dokładne i staranne, że służyły ponad stulecie badaczom Srebrnego Globu. Nie bez
powodu więc Jan Heweliusz (1611-1687) nazywany jest twórcą selenografii.
W następnych wiekach sporządzono coraz dokładniejsze wizerunki Księżyca. Ponowny
rozkwit selenografii przypada na drugą połowę XIX wieku, kiedy do obserwacji Księżyca
zastosowano duże teleskopy wyposażone w kamery fotograficzne. Dziś atlasy naszego
satelity są tak dokładne, że geografowie skarżą się, iż powierzchnia widocznej części
Księżyca znana jest lepiej niż powierzchnia Ziemi.
POCHODZENIE
Istnieją różne teorie naukowe pochodzenia Księżyca i dotychczas nie można zawyrokować,
które z nich najbliższe są prawdy. Argumenty oparte na rozważaniu różnic i podobieństw
składu chemicznego Srebrnego Globu i Ziemi są niewystarczające, by wyjaśnić sposób
związania się obu ciał w jeden system.
W każdym razie istnieją aż trzy różne hipotezy pojawienia się Srebrnego Globu w charakterze
naturalnego satelity: przez rozszczepienie Praziemi, drogą skupiania materii w pobliżu naszej
planety lub wskutek wychwycenia ciała, które nadbiegało z dala, przez jej pole grawitacyjne.
Myśl, że Księżyc stanowił kiedyś część Ziemi, po raz pierwszy rzucił G. H. Darwin - wybitny
astronom i geofizyk brytyjski, drugi syn słynnego twórcy teorii ewolucji gatunków, Charlesa
Darwina. Nowoczesną wersję hipotezy rozszczepienia zawdzięcza się D. U. Wise owi.
Zgodnie z jego poglądami Praziemia stanowiła ciało jednorodne, wykonujące bardzo szybki
ruch obrotowy wokół osi. Doba gwiazdowa na naszej planecie trwała wówczas zaledwie 2,6
godziny. W miarę upływu czasu następowało zróżnicowanie wewnętrzne globu na gęste jądro
i lżejszy płaszcz. Zmiana rozkładu mas spowodowała odpowiednie zwiększenie szybkości
obrotu. To z kolei pociągnęło za sobą oderwanie od Ziemi materiału bogatego w krzemiany i
glikokrzemiany, a zawierającego stosunkowo mniejsze ilości żelaza i innych metali. Wariant
tej hipotezy zaproponował uczony australijski F. Ringwood. Uważał on, że Ziemia pierwotna
była tak gorąca, iż odparowała grubą gęstą powłokę atmosferyczną, która kondensowała się w
przestrzeni kosmicznej tworząc Księżyc. Jednak pomysł ten jest dość sztuczny.
Tak więc należało by przyjąć, że Księżyc powstał poza Ziemią. Biorąc pod uwagę ogólny
jego skład chemiczny można by sądzić, że Srebrny Glob utworzył się z podobnego materiału
jak Mars, ale w nieco większym odstępie od Słońca, bliżej pasa planetoid. Brak lotnych
pierwiastków w materiale Księżyca przemawia natomiast za przesunięciem miejsca narodzin
Srebrnego Globu daleko w stronę naszej gwiazdy, nawet w sąsiedztwo Merkurego.
Wychwycenie przez naszą planetę Księżyca, zbliżającego się do Ziemi z tak odległych
regionów, nie wydaje się jednak możliwe. Obiekt taki musiałby dotrzeć w jej pobliże z tak
dużą prędkością względną, że nie mógłby zostać wprowadzony na orbitę satelitarną, lecz
musiałby nadal krążyć wokół Słońca choć po zmienionym torze. Astronomowie zgadzają się
więc obecnie dość powszechnie, że hipoteza pochwycenia Księżyca, który by powstał daleko
od Ziemi, jest bardzo mało prawdopodobna.
Znacznie bardziej naturalny wydaje się pogląd, że Księżyc powstał z mgławicy
okołosłonecznej w podobny sposób i w tym samym mniej więcej czasie niż Ziemia, i w jej
pobliżu. Nasza planeta miała utworzyć się nieco wcześniej z materiałów o wyższej
temperaturze kondensacji. Zawiera więc odpowiednio dużą ilość żelaza i innych cięższych
metali. Księżyc narastał póŹniej lub może w nieco wolniejszym tempie, gdyż obecność
powstającej Protoziemi o znacznej stosunkowo masie przeszkadzała w skupianiu materii
naszego naturalnego satelity.
Być może tempo narastania Protoziemi było początkowo wydatnie większe niż póŹniej.
Spadek dość znacznych ilości materii na planetę przeszkadzał więc w skupianiu się
fragmentów na jej orbicie satelitarnej w przyszły Srebrny Glob, a to w skutek częstych
zderzeń. Dopiero potem, gdy koncentracja materii nadlatującej z przestrzeni kosmicznej
zmalała, powstały spokojniejsze warunki, sprzyjające rozrastaniu się Praksiężyca. Uczona
radziecka E. L. Ruskol oceniła, że nastąpiło to wtedy, gdy Praziemia osiągnęła mniej więcej
połowę dzisiejszych rozmiarów.
Ogólnie rzecz biorąc hipoteza powstania Księżyca drogą stopniowego rozrostu przez
skupianie materii od razu na orbicie okołoziemskiej wydaje się najbardziej prawdopodobna.
Niezgodności między uczonymi dotyczą tu szczegółów procesu, które w wielu jeszcze
punktach wymagają wyjaśnienia.
BUDOWA WEWNĘTRZNA Dotychczas uzyskano ze Srebrnego Globu skały, które można
w zasadzie zaliczyć do jednego z trzech rodzajów. Są to: ciemny bazalt mare oraz noryt
KREEP i anortozyt - oba ostatnie występujące na księżycowych wyżynach. Ciemna barwa
bazaltu spowodowana jest zawartością związków żelaza i tytanu. Noryt KREEP zawdzięcza
swą nazwę niezwykle dużej zawartości potasu K, ziem rzadkich REE (Rare Earth Elements)
oraz fosforu p. Skała ta jest jasna, podobnie z resztą jak anortozyt. W porównaniu z tym
ostatnim jednak zawiera m.in. aż 50 do 100 razy więcej nie tylko pierwiastków oznaczonych
skrótowcem KREEP , ale również promieniotwórczych, takich jak uran i tor.
Skały wszystkich trzech wymienionych typów zawierają krzemiany magnezu i żelaza pod
postacią piroksenów lub oliwinów oraz skalenie - glikokrzemiany, tu głównie wapnia. Bazalt
w nieco ponad 50 procentach składa się z owych krzemianów magnezu i żelaza, a oprócz tego
ma znaczną, bo 10- lub 20-procentową domieszkę ilmenitu, który jest tytanianem żelaza.
Anortozyt natomiast to prawie czysty skaleń wapniowy - anoryt. Noryt w porównaniu z
pozostałymi dwoma materiałami skalnymi ma skład pośredni.
Charakterystyczną cechą skał księżycowych jest ich silne zubożenie w pierwiastki, takie jak
kadm, cynk, ołów, potas, sód i inne. Pod tym względem minerały Srebrnego Globu różnią się
tak zasadniczo od ziemskich, że stanowi to argument przeciw utworzeniu się Księżyca i
naszej planety z jednego wspólnego ciała macierzystego. Zarówno bazalt mare, jak i oba
materiały wyżynne mają ten odmienny ogólny skład pierwiastkowy od tego, jaki występuje w
atmosferze słonecznej czy w chondrytach. Bazalt, noryt KREEP i anortozyt przypominają
natomiast ziemskie skały magmowe. Można z stąd wyciągnąć uzasadniony wniosek, że to
procesom magmowym zawdzięczają powstanie i skład. Bazalt mare i noryt KREEP
powstały wskutek częściowego przetopienia we wnętrzu globu księżycowego. Anortozyt
natomiast został wytworzony w procesie innego typu, a mianowicie na drodze krystalizacji
frakcjonowanej.
Jak wykazały badania prawie cała skorupa księżycowa -o grubości ocenianej na około 60 do
ponad 100 kilometrów - zbudowana jest z anortozytu. Bazalt mare wypełnia głównie
stosunkowo płytkie niecki nizin. Stanowiska norytu są zaś rzadkie.
BUDOWA ZEWNĘTRZNA Z powodu zrównania się ruchu obrotowego z ruchem
obiegowym (tzw. rotacja związana) Księżyc zwrócony jest ku Ziemi zawsze jedną stroną,
czyli możemy widzieć tylko połowę jego powierzchni. Jednak obszar widzialności
powierzchni Srebrnego Globu ulega niewielkim zmianom. Zjawisko to nosi nazwę libracji
(od libra - waga), a zostało ono zauważone po raz pierwszy przez Galileusza.
Księżyc jest praktycznie pozbawiony atmosfery i dzięki temu można obserwować go bez
żadnych zakłóceń. Ukształtowanie powierzchni Księżyca jest osobliwe w porównaniu z
Ziemią, właśnie ze względu na brak atmosfery oraz jakichkolwiek zbiorników wodnych.
Powierzchnia Srebrnego Globu składa się z mórz , czyli rozległych równin, które występują
głównie na półkuli zwróconej ku Ziemi, oraz z pofałdowanych utworami górskimi lądów, o
jaśniejszym od mórz zabarwieniu. Rzecz ciekawa, morza księżycowe są skoncentrowane na
widzialnej z Ziemi stronie Księżyca. Są to przede wszystkim koliste Mare Imbrium (Morze
Deszczów), Mare Tranquilitatis (Morze Spokoju), na którym wylądowali pierwsi ludzie,
Mare Crisium (Morze Przesileń) oraz rozległy nieregularny obszar Oceanus Procellarum
(Ocean Burz), na który spadło lub na którym osiadło łagodnie wiele próbników. Mare
Orientale (Morze Wschodnie) - znajdujące się na pograniczu półkuli księżycowej, dostępnej
obserwacjom naziemnym i przeciwnej.
Cała powierzchnia Księżyca pokryta jest ponadto kraterami - najbardziej charakterystycznymi
tworami na naszym naturalnym satelicie - z których największe nazywane są górami
pierścieniowymi. Kratery i góry pierścieniowe są uważane za pozostałości po upadkach na
powierzchnię Księżyca meteorytów najróżniejszych rozmiarów, od ogromnych do
mikroskopijnych, niektóre kratery mogą jednak być pochodzenia wulkanicznego. ¦rednice
kraterów wynoszą od kilku metrów (są to właściwe płytkie zagłębienia) do ponad dwustu
kilometrów (góry pierścieniowe). Pod względem morfologicznym rozróżnia się kratery z
centralną górką, następnie kratery z płaskim dnem noszące nazwy cyrków i kratery małe o
średnicach do około 20 km i z dnem nieckowato zagłębionym. Wysokość gór
pierścieniowych nie przekracza z reguły 3,5 km względem otaczającej płaszczyzny. Zbocza
kraterów są łagodne od strony zewnętrznej, bardziej stromo opadając do wnętrza.
W roku 1970 Międzynarodowa Unia Astronomiczna zatwierdziła ostatecznie nazwy nadane
utworom na odwrotnej, niewidocznej stronie Księżyca. Jedenaście kraterów otrzymało nazwy
upamiętniające uczonych polskich i polskiego pochodzenia - Armińskiego, Banachiewicza,
Ceraskiego, Dziewulskiego, Gadomskiego, Graffa, Kowalskiego, Sierpińskiego,
Skłodowskiej-Curie, Smoluchowskiego i ¦niadeckiego. Na zwróconej ku Ziemi stronie
Księżyca mamy natomiast 7 polskich kraterów (w nawiasach średnice): Bogusławski (98
km), Dembowski (40 km), Heweliusz (110 km), Kopernik (91 km), Kunowski (17,4 km),
Lubieniecki (37 km) i Witelo (44,7 km).
Stosunkowo często spotykanym na Księżycu tworem są szczeliny. Niektóre z nich stanowią
rowy tektoniczne. Wytworzyły je płynne masy, nie była to jednak woda, której śladów
działalności próżno by szukać na powierzchni Srebrnego Globu. Czynnikiem drążącym
szczeliny księżycowe była lawa. Badania wykazały, że ze względu na swój skład odznaczała
się ona w stanie stopionym wielką płynnością - była znacznie mniej lepka niż na Ziemi.
KLIMAT
Warunki fizyczne panujące na Księżycu są dobrze znane. Określa je przede wszystkim mała
masa Księżyca. Przyśpieszenie na jego powierzchni wynosi niespełna 1/6 przyśpieszenia
ziemskiego i jest równe 1,62 m/s2, w związku z czym prędkość ucieczki równa się 2,38 km/s.
Z tego powodu Księżyc nie zdołał utrzymać gęstej atmosfery. Przeprowadzone pomiary
wykazały, że ciśnienie szczątkowej atmosfery wynosi zaledwie 10-10 hPa! Brak atmosfery
powoduje duże wahania temperatury - w punkcie podsłonecznym osiąga ona +130 stopni
Celsjusza, nocą spada zaś do około -150 stopni Celsjusza. W takich warunkach na Ziemi
skrapla się powietrze. Skoki temperatury, jakie muszą następować zwłaszcza wtedy, gdy dany
fragment terenu przestanie ogrzewać Słońce, są tak duże, że powodują raptowny skurcz
materiału; pojawiające się naprężenia przyczyniają się do jego pękania i kruszenia.
Zjawiska tego nie potęguje oczywiście woda, której jak już wspomniałem, zupełnie tu brak.
Przypuszczano jednak, że nawet tuż pod powierzchnią, zwłaszcza w miejscach gdzie Słońce
nie dociera, może występować nawet lód lub cos w rodzaju marzłości. Wtedy jednak w
gazach, które w znikomych ilościach pojawiają się tuz nad gruntem księżycowym, powinna
znajdować się odrobina pary wodnej. Nic takiego nie stwierdzono. Mało tego, w skałach
księżycowych nie ma - przeciwnie niż na Ziemi - nawet wody związanej chemicznie i
połączeń zawierających grupy wodorotlenowe OH. Wykryto jedynie znikome ślady wody w
wybranych partiach druzgotu i miału - w ilościach wynoszących zaledwie setki części na
milion.
ZJAWISKA NA KSIĘŻYCU Do najbardziej interesujących zjawisk na sferze niebieskiej
należą bez wątpienia zaćmienie Księżyca i Słońca, zdarzające się wtedy, kiedy Ziemia
znajduje się w przybliżeniu na prostej łączącej środki obu tych ciał.
W przypadku zaćmienia Księżyca Ziemia znajduje się między Słońcem a Srebrnym Globem,
rzucając na niego swój cień. Długość stożka Ziemi, znajdującego się w średniej odległości od
Słońca, wynosi 1 384 000 km. Natomiast promień krążka cienia wynosi 4600 km. Dzięki
temu Księżyc może dość długo przebywać w stożku cienia - maksymalnie do 1h 40min, jeśli
zaćmienie jest centralne.
Fazy księżyca:
- I kontakt - rozpoczyna się zaćmienie częściowe;
- II kontakt - całkowite pogrążenie się Księżyca w cieniu Ziemi;
- III kontakt - zetknięcie się (wewnętrznej)tarczy ze stożkiem cienia;
- IV kontakt - Księżyc opuszcza cień (zetknięcie zewnętrzne).
W ciągu roku mogą wystąpić najwyżej trzy zaćmienia Księżyca, ale może być i tak, że w
danym roku, nie zdarzy się ani jedno zaćmienie (nawet częściowe).
Zjawiska zaćmienia Słońca zdarzają się częściej niż Księżyca! Zachodzą one wtedy, gdy
stożek cienia Księżyca pada na Ziemię, czyli Srebrny glob jest wtedy w fazie nowiu.
Oto kolejne fazy zaćmienia Słońca:
- I kontakt - niewidoczna tarcza Księżyca styka się zewnętrznie (zawsze od strony zachodniej)
z dyskiem słonecznym;
- II kontakt - tarcza Księżyca styka się wewnętrznie z zachodnią krawędzią tarczy Słońca;
- III kontakt - tarcza Księżyca styka się wewnętrznie ze wschodnim brzegiem tarczy
słonecznej;
- IV kontakt - tarcza Księżyca opuszcza tarczę Słońca stykając się z nią od zewnątrz.
Podczas II i III kontaktu można zaobserwować szczególnie ciekawe zjawisko tak zwanych
pereł Bailly ego, które tworzą promienie słoneczne prześwitujące przez nierówności brzegu
tarczy księżycowej.
Do ciekawych zjawisk należą także zakrycia planet, planetoid i gwiazd przez tarczę
Srebrnego Globu.
WYPRAWY NA KSIĘŻYC
Wyprawy księżycowe zapoczątkowane w roku 1959 przez serię automatycznych sond
Łunnik, a kontynuowane przez sondy Łuna, Zond, Surveyor i Lunar Orbiter, uwieńczone
zostały w 1969 roku pierwszą wyprawą załogową.
Amerykański statek Apollo 11 z Neilem Armstrongiem, Edwinem Aldrinem i Michaelem
Collinsem wszedł na orbitę okołoksiężycową 19 lipca 1969 roku. Następnego dnia, tj. 20
lipca, człon lądujący z Armstrongiem i Aldrinem osiągnął powierzchnię Srebrnego Globu. Po
raz pierwszy w historii ludzkości człowiek postawił stopę na powierzchni innego ciała
niebieskiego. Celem tej wyprawy była nie Sinus Medii (Zatoka ¦rodkowa), lecz oddalona od
jej centrum o mniej więcej 750 km na wschód wygładzona równina Mare Tranquilitatis
(Morza Spokoju).
Przez następne trzy lata na Księżycu lądowały kolejne wyprawy załogowe. Jedynie Apollo 13
nie dotarł do Księżyca, gdyż uległ awarii, lecz szczęśliwie powrócił na Ziemię. Ostatnim
statkiem z tej serii był Apollo 17, po czym program lotów zawieszono nie tyle ze względów
technicznych, ile ekonomicznych, bowiem zarówno rakiety, jak i statki były do
jednorazowego użytku. Dopiero po skonstruowaniu odzyskiwanych pojazdów kosmicznych,
których prototypem jest tzw. Space Shuttle, loty na Księżyc będą mogły być wznowione.
PRĘDKO¦CI KOSMICZNE
Prędkości kosmiczne ? minimalne wartości prędkości, jakie należałoby nadawać ciałom
związanym siłami grawitacji z obiektami astronomicznymi, aby ciała te mógł opuścić owe
obiekty astronomiczne. I tak pierwszą prędkością kosmiczną nazywa się najmniejszą wartość
( wynosi ona 7,9 km/s ) z jaką należy wyrzucić ciało z powierzchni Ziemi, aby na tę
powierzchnię nie powróciło , lecz stało się satelitą Ziemi. Drugą prędkością kosmiczna ( 11,2
km/s ) jest to najmniejsza prędkość z jaką należy wyrzucić ciało z powierzchni Ziemi aby
opuściło strefę, w której przyciąganie Ziemi przeważa nad oddziaływaniem innych ciał
kosmicznych. Tor wyrzuconego z taką prędkością ciała będzie początkowo miał kształt
paraboli ( stąd inna nazwa drugiej prędkości kosmicznej ? prędkość paraboliczna ), z czasem
jednak przybierze kształt orbity zlokalizowanej w Układzie Słonecznym. Trzecia prędkość
kosmiczna, równa 16,7 km/s. To prędkość, jaką trzeba by nadać ciału, aby wyrzucić je
bezpowrotnie z Układu Słonecznego. Jeszcze inną prędkością kosmiczną , zwaną niekiedy
czwartą prędkością kosmiczną jest prędkość niezbędna do tego, by poruszające się z nią ciało
mogło opuścić naszą Galaktykę. Wynosi ona co najmniej 130km/s.
SZTUCZNE SATELITY
Sztucznymi satelitami Ziemi nazywamy obiekty umieszczane przez człowieka na orbicie
okołoziemskiej i krążące po niej bez własnego napędu. Jest to możliwe dzięki nadaniu im
przez rakiety, które wyniosły ją w przestrzeń kosmiczną, odpowiedniej prędkości
początkowej. Prędkość ta musi wynosić nie mniej niż około 8 kilometrów na sekundę, lecz
nie przekraczać 11 kilometrów na sekundę. Jeśli będzie mniejsza satelita spadnie na Ziemię.
Gdyby była większa, zamiast wejść na orbitę, ucieknie poza strefę przyciągania ziemskiego.
Pierwszy sztuczny satelita ziemi Sputnik I, został umieszczony na orbicie 4 paŹdziernika
1957 roku. Obecnie krążą już setki satelitów, służących do badań górnych warstw atmosfery,
ułatwiających
sporządzenie
map,
pomagających
w
przewidywaniu
pogody,
wykorzystywanych dla celów łączności. Od 1962 roku dzięki satelitom możliwa jest wymiana
programów telewizyjnych pomiędzy kontynentami. Zawdzięczaliśmy im właśnie oglądania
po raz pierwszy bezpośrednich transmisji z Olimpiady w Meksyku w 1968 roku.
NATURALNE SATELITY
Ciała niebieskie niedużych rozmiarów, krążące dookoła planet, towarzysząc im w ich ruchu
dookoła słońca. Merkury i Wenus nie posiadają księżyców. Wobec obecnego stanu nauki
księżyce posiadają : Ziemia 1, Mars 2, Jowisz 9, Saturn 10, Uran 4, Neptun 1. Wszystkie
księżyce
Keplera.
poruszają
się
dookoła
planet
według
praw