Księżyc - ruch naturalnego satelity Ziemi

Zdajesz maturę z matematyki bo MUSISZ? ==> Zobacz Ekspresowy Kurs Maturalny <== i przygotuj sie do matury nawet w 7 dni!

Kategoria: Geografia Fizyczna Świata Tagi: wszechświat, Ziemia,

Księżyc jest jedynym satelitą Ziemi. Jego średnica wynosi 3474 km, przez co jest piątym co do wielkości księżycem w Układzie słonecznym. Objętość Księżyca stanowi około 1/50 objętości Błękitnej Planety. Znajduje się około 400 000 km od naszej planety. Jest 81 razy lżejszy od Ziemi ale jego skorupa jest prawie 2 razy grubsza bo ma aż 70 km. Pod nią znajduje się skalny płaszcz, który mięknie w miarę zbliżania się do środka. Możliwe, że w samym środku Księżyca jest niewielkie jądro z żelaza. Naturalny satelita Ziemi jest jedynym ciałem niebieskim, na którym wylądował człowiek.

Jak powstał Księżyc

Dokładnie nie wiadomo jak powstał Księżyc. Istnieje wiele teorii na ten temat. Oto cztery z nich:

I teoria jest uważana przez naukowców za najbardziej prawdopodobną. Mówi ona o tym, że z nowonarodzoną Ziemią zderzyło się duże ciało kosmiczne. Skutkiem tego zdarzenia było to, że fragment skorupy i płaszcza Ziemi odłączył się od planety jego szczątki utworzyły wokół niej pierścień. Z czasem te resztki połączyły się i utworzyły Księżyc.
Według II teorii Księżyc powstał dalej od Ziemi i po czasie kiedy znalazł się w okolicy Błękitnej Planety pole grawitacyjne przyciągnęło go.
Następna teoria mówi o tym, że Ziemia i Księżyc były kiedyś jedną dopiero formująca się planetą. Jednak obracała się wokół własnej osi zbyt szybko czego skutkiem było oderwanie się Księżyca. Ta teoria jest jednak mało możliwa w rzeczywistości. Potwierdza to skład chemiczny Ziemi oraz Księżyca wskazujący na to, że nasza planeta i jej naturalny satelita nigdy nie były jednym ciałem.
Kolejna teoria twierdzi, że Księżyc powstał z pyłów i gazów, które wpadły w pole grawitacyjne Ziemi.

Jego wiek został określony na podstawie radioaktywności jego skał ( uran po czasie zmienia się w ołów czyli mierząc proporcje uranu i ołowiu można obliczyć wiek skały ). Naukowcy twierdzą, że tworzenie Księżyca nastąpiło około 4,65 miliarda lat temu. Zgada się to zarówno z wiekiem Słońca jak i meteorytów. Przed programem kosmicznym Apollo próby obliczenia wieku Księżyca były oparte tylko na domysłach. Uczeni ustalili, że pierwsze skały księżycowe zestaliły się około 4,4 miliarda lat temu.

Na Księżycu niebo jest zawsze czarne. Jest to spowodowane bardzo cienką atmosferą, w rezultacie czego światło słoneczne nie ma na czym się rozpraszać. Z tego samego powodu fale głosowe nie mają ośrodka, który by je roznosił. Ponieważ fale dźwiękowe nie roznoszą się w próżni, na Księżycu panuje cisza. Z powodu cienkiej atmosfery na Księżycu występują duże wahania temperatur. Nocą temperatura spada do -150°C a w pełnym Słońcu znacznie przewyższa 100 °C.

Powierzchnia Księżyca jest pokryta dużą ilością kraterów uderzeniowych. Jest ich około pół miliona o średnicy powyżej 1 kilometra. Powstały one na skutek zderzenia się komety albo asteroidy z Księżycem. Największy krater, który uznawany jest także za największy w całym układzie słonecznym, znajduje się po niewidocznej stronie Księżyca. Jest to basen Biegun Południowy – Aitken. Jego średnica wynosi 2240 km a głębokość 13 km. Największymi kraterami znajdującymi się po widocznej stronie Księżyca są między innymi: Imbrium, Serenitatis, Crisium i Nectaris.

Z Ziemi oprócz ciemniejszych miejsc są widoczne jaśniejsze obszary, które są nazywane górami albo wyżynami. Największe pasma górskie po jasnej stronie Księżyca znajdują się na obrzeżach wielkich kraterów. Góry księżycowe od ziemskich odróżnia fakt, że te pierwsze powstały w wyniku zderzeń kosmicznych a nie procesów tektonicznych.

Morzami księżycowymi nazywamy ciemne obszary, które są widoczne gołym okiem na jasnej stronie Księżyca. Są to strefy zestalonej magmy. Starożytni astronomowie wierzyli, że te miejsca są wypełnione wodą.

Budowa wewnętrzna została odtworzona przez uczonych na podstawie drgań powierzchni zmierzonych przez sejsmometry zostawione w czterech miejscach przez astronautów. Skorupa Księżyca ma od 60 do 100 km grubości. W skład skorupy wchodzą: Węgiel, Tlen, Sód, Magnez, Glin, Krzem, Siarka i Cynk. Niżej znajduje się warstwa skał stałych mająca grubość 1000 km. Poniżej znajduje się ciepłe, częściowo płynne jądro.

Naturalny ziemski satelita ma zewnętrzne pole magnetyczne. Jego natężenie wynosi od 1 do 100 nanotesli, czyli pole magnetyczne na Ziemi jest ponad 100 razy silniejsze. Pole magnetyczne Księżyca nie ma charakteru dipolarnego. Po stwierdzeniu tych cech naukowcy uznali, że głównym źródłem pola nie jest jądro a skorupa.

Natężenie pola grawitacyjnego naukowcy obliczyli na podstawie obserwacji sygnałów radiowych, które były wysyłane przez orbitujące dookoła Księżyca satelity. Pole grawitacyjne na Księżycu charakteryzuje występowanie miejsc o zwiększonej grawitacji. Są to tak zwane maskony. Świadczą one o tym, że pod powierzchnią Księżyca występują substancje o gęstości większej niż otoczenie.

Mapa widocznej strony Księżyca

Widoczna strona Księżyca, Niewidoczna strona Księżyca

Księżyc kręci się wokół Ziemi z zachodu na wschód. Zawsze widzimy tą samą stronę Księżyca, gdyż obraca się on wokół własnej osi w tym samym tempie, w jakim obiega Ziemię. Zjawisko to nazywane jest tzw. synchroniczną rotacją. Druga strona Księżyca została poznana dopiero za pośrednictwem zdjęć wykonanych przez sondy kosmiczne.

Księżyc nie świeci własnym światłem lecz odbitym światłem słonecznym. Z tego powodu oświetlona jest zawsze tylko jedna połowa. Ruchowi Księżyca towarzyszy zjawisko faz (kwadr).

Jak sama nazwa wskazuje, występują cztery kwadry:

Nów (1)

obszar widoczny z ziemi jest nie oświetlony. Po tej fazie księżyca zaczyna przybywać. Przybiera on kształt coraz grubszego rogalika. Zaczyna coraz później wschodzić z rana, za to coraz później zachodzi wieczorem.

Pierwsza kwadra (3)

widoczna jest wschodnia połowa tarczy. Następuje po około tygodniu od nowiu. W trakcie tej fazy prosta Księżyc – Ziemia ustawiona jest pod kątem 90° do prostej Ziemia – Słońce.

Pełnia (5)

widoczna jest cała tarcza. Następuje po około tygodniu od pierwszej kwadry, kiedy Księżyc znajduje się po przeciwnej stronie niż Słońce, jednak Księżyc jest nachylony do płaszczyzny ekliptyki w taki sposób, że Ziemia go nie przysłania. Naturalny satelita ziemski wschodzi o zachodzie Słońca a zachodzi o wschodzie.

Ostatnia kwadra (7)

widoczna jest zachodnia połowa tarczy. Księżyc wschodzi i zachodzi 6 godzin przed Słońcem.

Jeden obieg Ziemi zajmuje Księżycowi 27 dni, 7 godzin i 43 minuty. Jest to tak zwany miesiąc syderyczny czyli gwiazdowy. Miesiącem synodycznym nazywamy czas jaki upływa od jednej takiej samej fazy do drugiej. Jest to 29 dni, 12 godzin, 44 minuty i 3 sekundy.

Księżyc w poszczególnych kwadrach widziany z Ziemi

Zaćmienie księżyca

Zaćmienia występują kiedy Ziemia, Słońce i Księżyc znajdą się w jednej linii.

- stożek cienia całkowitego jest to miejsce geometryczne punktów znajdujących się po innej stronie Ziemi niż Słońce, z których wcale nie widać Słońca
- stożek półcienia jest to miejsce geometryczne punktów z perspektywy, których część Słońca jest widoczna a część zasłonięta przez Ziemię.

Całkowite zaćmienie zachodzi wtedy gdy Księżyc obiegający Ziemię przejdzie przez cały stożek cienia całkowitego Ziemi. Podczas tego zjawiska promienie słoneczne przez jakiś czas nie dochodzą do powierzchni naturalnego satelity Ziemi. W tym czasie jego płaszczyzna jest ciemna i niewidoczna z Ziemi. Całkowite zaćmienia są możliwe dzięki temu, że kątowe rozmiary Księżyca i Słońca są prawie takie same. W prawdzie średnica Księżyca jest prawie 400 razy mniejsza od średnicy słońca to jednak Księżyc znajduje się 400 razy bliżej Ziemi.

Natomiast jeśli tylko część Satelity przejdzie przez stożek cienia całkowitego zachodzi zjawisko zaćmienia częściowego.

Zaćmienie półcieniowe następuje w momencie, w którym Księżyc przesunie się przez stożek półcienia Ziemi.

Zaćmienia Księżyca maksymalnie trwają 1 godzinę i 40 minut. Występują podczas pełni Księżyca.

Powszechnie twierdzi się, że zaćmienia Księżyca występują częściej niż zaćmienia Słońca. Jest to jednak nieprawda. Naukowcy obliczyli że pomiędzy 1207 r. p.n.e. a 2162 r. n.e. ( 3369 lat) wypadnie 8000 zaćmień Słońca oraz 5200 zaćmień Księżyca, czyli średnio 3 zaćmienia Słońca wypadają na 2 zaćmienia Księżyca. W ciągu jednego roku zdarzają się 2 do 4 zaćmień Słońca. Natomiast jeśli chodzi o zaćmienia Księżyca to w ciągu roku maksymalnie mogą wystąpić 3 zaćmienia. Jednak może się zdarzyć i tak że w danym roku nie wystąpi ani jedno zaćmienie, nawet częściowe. Jest to spowodowane faktem, że zaćmienie Księżyca widać tylko tam gdzie Księżyc znajduje się nad horyzontem.

Najbliższe całkowite zaćmienie Księżyca w Polsce wystąpi 21 grudnia 2010 roku, jednak Księżyc zajdzie w trakcie trwania zjawiska więc będziemy mieli szansę obserwować tylko początek zaćmienia. Natomiast już 6 sierpnia 2009 roku będzie widać zaćmienie półcieniowe podczas, którego nastąpi mało widoczne zmniejszenie blasku księżyca. Następne będzie płytkie zaćmienie częściowe 31 grudnia 2009 roku.

Zaćmienie Księżyca widziane w Leeds w Anglii 3 marca 2007 roku.

Całkowite zaćmienie Księżyca umożliwia zobaczenie większej ilości gwiazd na niebie.

Całkowite zaćmienie Księżyca nad Melbourne w Australii z 28 sierpnia 2007 roku.

Pomimo, że księżyc znajduje się 400 000 km od naszej planety to i tak pomiędzy nimi występuje grawitacja. To właśnie ona sprawia, że na Ziemi występują pływy. Pływy są to przypływy i odpływy wody w oceanach. Na to zjawisko ma również pośredni wpływ Słońce, jednak jest ono o tyle oddalone od Ziemi, że odgrywa raczej niewielką rolę. Jednak największe pływy są odnotowywane w czasie kiedy Księżyc i Słońce znajdują się w jednej linii w stosunku do Ziemi, a więc kiedy ich siła oddziaływania jest największa, tak zwane pływy syzygijne. Analogicznie do tego najniższe pływy są notowane wtedy gdy Ziemia, Księżyc i Słońce tworzą względem siebie kąt prosty, są to tak zwane pływy kwadrowe.

Zjawisko pływów po raz pierwszy w matematyczny sposób opisał w 1687 Isaac Newton. Mimo, że na Bałtyku zjawisko pływów jest prawie nie zauważalne, to na oceanach poziom wody zmienia się dwa razy dziennie nawet o kilkanaście metrów. Rekord został zanotowany w Nowej Szkocji w Kanadzie gdzie zmiana poziomu wody dochodzi do 15 metrów.

Występowanie pływów potwierdza prawo powszechnego ciążenia sformułowane przez Isaaca Newtona, które mówi nam, że dwa ciała przyciągają się siłą wprost proporcjonalną do iloczynu ich mas a odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości.

Wody znajdujące się bliżej miejsca górowania Księżyca są mocniej przyciągane niż te znajdujące się po przeciwnej stronie. W miejscach mocniej przyciąganych powstaje tak zwana wysoka woda.

Ruch obrotowy Ziemi w ciągu doby sprawia, że przypływy powtarzają się w rytmie pół dobowym. Przypływy zdarzają się co 12 godzin i 25 minut.
Nie tylko przypływy i odpływy są skutkami pływów. Pływy powodują też niewielkie zmiany w gęstości atmosfery ziemskiej oraz odkształcenia rzędu kilku centymetrów w skorupie ziemskiej.

Innym, pośrednim skutkiem takich oddziaływań jest położenie jądra Księżyca. Jest ono przesunięte w kierunku Błękitnej Planety, gdyż po stronie zwróconej w kierunku Ziemi grubość jego skorupy wynosi 60 km a po przeciwnej stronie 100 km.

Przypływ w 15 minut, Brunsbüttel

3-4 mld lat temu, kiedy księżyc znajdował się 150 000 km od Ziemi pływy znacznie silniej oddziaływały znacznie mocniej na ówczesne oceany.

Prawa Cassiniego są to trzy prawa dotyczące ruchu orbitalnego Księżyca sformułowane przez francuskiego astronoma włoskiego pochodzenia Giovanni Cassiniego. Zakładają one:

Księżyc obraca się dookoła własnej osi ze stałą prędkością kątową. Czas obiegu Ziemi jest równy czasowi jego obrotu wokół własnej osi a kierunek obracania jest zgodny z kierunkiem obiegu dookoła Ziemi czego skutkiem jest to, że zawsze widzimy tylko jedną stronę Księżyca
Księżyc ma stałe nachylenie ekliptyki do swojego równika
Oś obrotu i oś orbity są położone na jednej płaszczyźnie razem z osią ekliptyki

Bibliografia:

Astronomia i Wszechświat wyd. Muza SA
Kosmos wyd. Glob
www.fazyksiezyca.zkv.pl
www.wikipedia.pl
www.nauticalissues.com
www.dracul.kill.pl
www.eclipse.gsfc.nasa.gov
www.kosmodopalacz.info
www.encyklopedia.pwn.pl
www.tk.pl/astro/ksiezyc/index1.htm

Autor: Magdalena Urbańska

Materiał udostępniony dzięki uprzejmości Pana Sławomira Dmowskiego nauczyciela z XXIV LO im. C. Norwida w Warszawie. www.geo.norwid24.waw.pl