o Księżycu

W środę 10.01.2024 r. studenci wysłuchali wykładu dyrektora Planetarium i Obserwatorium Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika w Chorzowie mgr Stefana Janty o „Księżycu”.

Księżyc – geneza.
Najpopularniejszą teorią tłumaczącą powstanie ziemskiego satelity jest teoria wielkiego zderzenia. Zakłada ona, że zderzenie proto-Ziemi z ciałem wielkości Marsa wyzwoliło wystarczającą ilość energii do wyrzucenia dostatecznej ilości materii na orbitę okołoziemską. Z materii tej (planetozymale) miał uformować się Księżyc. Ponieważ planety powstają w toku stopniowej akrecji z małych ciał, tego typu zdarzenia musiały następować często w trakcie formacji Układu Słonecznego. Akrecja to opadanie rozproszonej materii na powierzchnię ciała niebieskiego w wyniku działania grawitacji.

Księżyc (łac. Luna, starogrecki – Selene) to jedyny naturalny satelita Ziemi.
Masa Księżyca – 7,3 x 1022 kg
Masa Ziemi – 6 x 1024 kg
Promień Księżyca 1738 km.
Promień Ziemi 6378 km.
Z powodu względnie dużego rozmiaru Księżyca oraz stosunku mas obu ciał wynoszącego około 81:1, niektórzy uważają układ Ziemia-Księżyc za planetę podwójną.
Średnia odległość Księżyca od Ziemi to 384400 km. Ponieważ Księżyc krąży dookoła Ziemi po orbicie, która nie jest idealnym okręgiem, lecz elipsą o mimośrodzie 0,0554 to największa odległość od Ziemi (Apogeum) wynosi 405696 km ,a najmniejsza (Perygeum) to 363100 km.
Przyspieszenie grawitacyjne na jego powierzchni to 1,62m/s2 czyli 1/6 przyspieszenia na Ziemi.
Księżyc i Ziemia krążą wokół barycentrum – wspólnego środka masy leżącego w odległości
4675 km od środka Ziemi.
Księżyc znajduje się w synchronicznej rotacji, czyli jego okres obrotu wokół osi równy jest okresowi orbitalnemu. Księżyc zwraca się stale do Ziemi jedną stroną (widoczna jest tylko jedna jego półkula). Ze względu na ekscentryczność orbity obserwuje się niewielkie odchylenia Księżyca zwane libracjami, które pozwalają na obserwowanie z Ziemi około 59% jego powierzchni. Strona niewidoczna została po raz pierwszy sfotografowana w 1957 r. przez radziecką sondę Łuna 3.
Prędkość ruchu Księżyca po orbicie to 1,023 km/s (przemieszcza się co godzinę o odległość kątową równą jego rozmiarowi, czyli o ok. pół stopnia).
Średnie albedo powierzchni Księżyca to 0,12, czyli 12% promieniowania padającego na Księżyc zostaje odbite w przestrzeń. Część z tego promieniowania dociera do Ziemi i dlatego widzimy Księżyc.
Średnia temperatura Księżyca to 250 K, minimalna 40 K, maksymalna 396 K.
Średnia gęstość Księżyca to ok. 3,4g/cm3 .
Średnia gęstość Ziemi to ok. 5,5g/cm3.
Warstwy powierzchni Ziemi są tak zbudowane jak Księżyc.
Na Księżycu znajduje się około pół miliona kraterów o średnicy powyżej 1km (brak atmosfery). Kratery, które są zawsze w cieniu (przy biegunach mają wewnątrz lodowce.
Dzięki programowi badawczemu Lunar Orbiter w 1966 r. odkryto maskony (średnica 50-200 km).
Tworzą one nieregularności w polu grawitacyjnym ciała niebieskiego, które powodują zaburzenia ruchu satelity. Osiem największych maskonów występuje pod powierzchnią mórz księżycowych (wypełnionych zestaloną magmą). Morza znajdują się niemal wyłącznie na widocznej stronie Księżyca.
Na kuli ziemskiej występują w ciągu roku dwa (1) zaćmienia Słońca, ale nie więcej niż 5. Pas zaćmienia ma maksymalną szerokość 300 km, a bywa, że tylko 100 km. Rozwija się turystyka do miejsc, w których będzie całkowite zaćmienie Słońca.
W Polsce najbliższe całkowite zaćmienie przewidywane jest w 2135 roku.
Księżyc wykonuje pełny obrót wokół Ziemi w ciągu 27 dni 7 godzin 43 minut (miesiąc syderyczny- gwiazdowy).
Okresowe zmiany w geometrii układu Księżyc – Ziemia-Słońce powodują występowanie powtarzających się faz Księżyca w cyklu 29 dni 12 godzin 44 minuty (miesiąc synodyczny).
Miesiąc smoczy (drakoniczny) – średni czas w jakim Księżyc przechodzi przez ten sam węzeł swojej orbity- trwa 27 dni 5 godzin 5 minut 36 sekund. Nazwa pochodzi od mitycznego smoka, zamieszkującego węzły orbity, który pożera Księżyc podczas zaćmień.
Miesiąc anomalistyczny – czas w jakim dowolna z anomalii Księżyca wzrasta o kąt pełny (okres między kolejnymi przejściami przez perygeum). Trwa on 27 dni 13 godzin 18 minut 33 sekundy.
Saros (arab. powtórzenie)- to okres, po którym Ziemia Słońce i Księżyc powracają do prawie takiego położenia względem siebie. Saros wynosi 6585,3 dni (18 lat 11 dni i 8 godzin). Cykl saros był już znany w starożytnym Babilonie. Opisywany był później przez Pliniusza i Ptolemeusza.

Fazy Księżyca:


nów – obszar zwrócony do Ziemi nie jest oświetlony,
kwadra pierwsza – ma kształt litery D (się Dopełnia, Dąży do pełni),
pełnia – jest oświetlony cały obszar zwrócony do Ziemi,
ostatnia kwadra – ma kształt litery C (Cienieje, Ciemnieje, Chudnie).
Budowa wewnętrzna
Skorupa zawiera duże ilości skał anortyzytowych i ma grubość ok. 50 km. Pod nią jest płaszcz górny ok.150 km, a następni półpłynny płaszcz dolny- 1200 km.
Promień stałego jądra wynosi 240 km, a nad nim jest płynne jądro grubości 90 km.
Pływy morskie
Pływy to regularnie powtarzające się podnoszenie i opadanie poziomu wody w oceanie wywołane oddziaływaniem grawitacyjnym Ziemi z Księżycem i Słońcem. Najsilniejsze pływy występują w trakcie pełni i nowiu Księżyca. Pływy o najwyższych skokach występują w następujących miejscach np. ;
Zatoka Fundy (Kanada) 15,5m (max. 19,6 m),
rzeka Severn , Kanał Bristolski (Anglia) 13 m (max. 17m),
port Granville, kanał La Manche (Francja) 12,6 m (max. 16 m).

Woda na Księżycu.

  1. W styczniu 1994 sonda Clementine weszła na orbitę biegnącą nad biegunami dokonywała pomiarów przez kilka miesięcy. Dzięki analizie transmisji radarowych naukowcy orzekli, że prawdopodobnie na południowym biegunie znajdują się złoża lodu.
  2. Lunar Prospector wystrzelony w 1998 roku; spektrometr neutronowy na pokładzie sondy wykrył obecność wody – w koncentracji 0,5%- na obydwu biegunach Księżyca.
  3. Sofia (Stratosferic Observatory for Infrared Astronomy) – samolot Boeing 747SP wyposażony
    w teleskop o średnicy 100 cali. Wykryto wodę w oświetlonych obszarach Księżyca w 2020 roku.
  4. Lunar Reconnaisance Orbiter (2009).
    Amerykańska sonda, której zadaniem było przeprowadzenie obserwacji na potrzeby lotów załogowych na Księżyc.
    Księżyc pokryty jest kilkumetrowej grubości warstwą drobnego regolitu w którym jest woda
    w ilości ponad 1l/m3.
    Chińska sonda Chang’e -5 (2020 r.) dostarczyła na Ziemię wykryte w księżycowej glebie koraliki uderzeniowe. Mogą one zawierać ok 0,2% wody.
    Księżyc oddala się od Ziemi ok. 4 cm rocznie.
    W sięgającej kilku dekad wstecz, skali czasowej obrót Ziemi wokół własnej osi przyspieszał. Od 2020 r. owo stałe przyspieszenie w osobliwy sposób zmieniło się w spowolnienie (0,5s / rok). Ma to ważny wpływ na nasze pomiary czasu. Wpływa to również na precyzję urządzeń nawigacyjnych takich jak GPS oraz inne urządzenia i systemy. Gdyby Ziemia jeszcze spowolniła, być może potrzebne będzie wprowadzenie „ujemnej sekundy przestępnej”, co jest jednak mało prawdopodobne.
    Wykłady dyr. mgra Stefana Janty cieszą się wielkim zainteresowaniem studentów.
    W drugim semestrze słuchacze będą uczestniczyć w kolejnej prezentacji Śląskiego Planetarium
    „Narodziny Ziemi”.

Opracował: Henryk Duda