Місяць (супутник)

Давні римляни називали Місяць Луною (лат. Luna) від індоєвропейського кореня louksnā — світла, заграва. Звідси грец. λύχνος — світильник[4]. Греки називали супутник Землі Селеною (грец. Σελήνη), стародавні єгиптяни — Ях (Іях).

• Радіус = 1737 км
• Велика піввісь орбіти = 384 400 км
• Орбітальний період = 27,321 661 діб
• Ексцентриситет орбіти = 0,0549
• Нахил орбіти до екватора = 5,16
• Температура поверхні = від −190°[1] до +120 °C
• Доба = 708 годин
• Середня відстань від Землі = 384 400 км (бл. 30 діаметрів Землі; у перигеї — 356 400 км, в апогеї — 406 800 км)[6]

Місяць привертав увагу людей з доісторичних часів. Це другий за яскравістю об'єкт на небосхилі після Сонця. Оскільки Місяць обертається навколо Землі з періодом близько місяця, кут між Землею, Місяцем і Сонцем змінюється; ми спостерігаємо це явище як цикл місячних фаз. Період часу між послідовними новими місяцями становить 29,5 днів (709 годин).

З давніх часів люди намагалися описати і пояснити рух Місяця, використовуючи дедалі точніші теорії.

Зміна фаз Місяця при його русі орбітою

Основою сучасних розрахунків є теорія Брауна. Створена на межі XIX—XX століть, вона пояснювала рух Місяця з точністю вимірювальних приладів того часу. При цьому в розрахунку використовувалося понад 1400 членів (коефіцієнтів і аргументів при тригонометричних функціях).

Сучасна наука може розраховувати рух Місяця і перевіряти розрахунки на практиці з більшою точністю. Так, для розрахунку позиції Місяця з точністю вимірювань лазерної локації застосовуються вирази з десятками тисяч членів і не існує межі кількості членів у виразі, якщо буде потрібно ще більша точність.

У першому наближенні можна вважати, що Місяць рухається еліптичною орбітою з ексцентриситетом 0,0549 і великою піввіссю 384 399 км. Реальний рух Місяця досить складний, для його розрахунку необхідно враховувати багато чинників, зокрема сплюснутість Землі і потужний вплив Сонця, яке притягує Місяць в 2,2 раза сильніше, ніж Земля. Більш точно рух Місяця навколо Землі можна представити як поєднання кількох рухів:

• Обертання навколо Землі еліптичною орбітою з періодом 27,32166 доби, це так званий сидеричний місяць (тобто рух виміряно відносно зірок).
• Поворот площини місячної орбіти, її вузлів (точок перетину орбіти з екліптикою) з періодом 18,6 року. Рух прецесійний, тобто довготи вузлів зменшуються.
• Поворот великої осі місячної орбіти (лінії апсид) з періодом 8,8 року (відбувається в протилежному напрямку, ніж зазначений вище рух вузлів, тобто довгота перигею збільшується).
• Періодична зміна нахилу місячної орбіти до екліптики у межах від 4° 59' до 5° 19'.
• Періодична зміна розмірів місячної орбіти: перигею від 356,41 Мм до 369,96 Мм, апогею від 404,18 Мм до 406,74 Мм.
• Поступове віддалення Місяця від Землі внаслідок припливного прискорення (приблизно на 4 см на рік), при цьому неперіодична складова орбіти є спіраллю, що повільно розкручується.

Хоча Місяць і обертається навколо власної осі, він завжди звернений до Землі одним і тим же боком. Річ у тому, що Місяць робить один оберт навколо своєї осі за той же час (27,3 доби), що й один оберт навколо Землі. А оскільки напрямки обох обертань збігаються, протилежний бік Місяця з Землі побачити неможливо. Щоправда, оскільки обертання Місяця навколо Землі еліптичною орбітою відбувається дещо нерівномірно, внаслідок лібрації з Землі можна спостерігати більше половини (близько 59 %^{[джерело?]}) місячної поверхні.

Між обертанням Місяця навколо власної осі і його обертанням навколо Землі існує відмінність: навколо Землі Місяць обертається зі змінною кутовою швидкістю внаслідок ексцентриситету місячної орбіти (другий закон Кеплера) — поблизу перигею рухається швидше, поблизу апогею — повільніше. Обертання супутника навколо власної осі рівномірне. Це дозволяє побачити із Землі західний і східний край зворотного боку Місяця. Це явище називається оптичною лібрацією за довготою.

Унаслідок нахилу осі обертання Місяця до площини земної орбіти з Землі можна побачити північний і південний край зворотного боку Місяця (оптична лібрація за широтою). Разом ці лібрації дозволяють спостерігати близько 59 % місячної поверхні. Явище оптичної лібрації відкрито Галілео Галілеєм 1635 року.

Також існує фізична лібрація, зумовлена коливанням супутника навколо положення рівноваги в зв'язку зі зміщеним центром ваги, а також через дію припливних сил з боку Землі. Ця фізична лібрація має величину 0,02° за довготою з періодом 1 рік і 0,04° за широтою з періодом 6 років.

Час, потрібний світлу на подолання відстані між Землею і Місяцем

Атмосфера Місяця вкрай розріджена. Коли поверхня не освітлена Сонцем, вміст газів над нею не перевищує 2,0×10⁵ частинок/см³ (для Землі цей показник становить 2,7×10¹⁹ частинок/см³), а після сходу Сонця збільшується на два порядки за рахунок дегазації ґрунту.

Розрідженість атмосфери призводить до високого перепаду температур на поверхні Місяця (від −190 до +120 °C)[7], залежно від освітленості; при цьому температура порід, що залягають на глибині 1 м, стала та дорівнює −35 °C. Зважаючи на практичну відсутність атмосфери, небо на Місяці завжди чорне, навіть коли Сонце перебуває над обрієм, і на ньому видно зорі[1].

Земний диск висить у небі Місяця майже нерухомо. Причини невеликих щомісячних коливань Землі по висоті над місячним горизонтом і за азимутом (приблизно по 7°) такі ж, як у лібрацій. Кутовий розмір Землі при спостереженні з Місяця в 3,7 раза більший за місячний при спостереженні з Землі, а площа небесної сфери, що закривається Землею в 13,5 разу більша за площу небесної сфери, що закривається Місяцем при спостереженні з Землі. Ступінь освітленості Землі, видима з Місяця, обернена місячним фазам, видимим на Землі: у повню з Місяця видно неосвітлену частину Землі, а під час молодика у місячному небі спостерігається освітлена півкуля Землі, яка створює приблизно в 50 разів сильніше освітлення, ніж Місяць у повню на Землі: максимальна видима зоряна величина Землі на Місяці становить приблизно −16^m.

Місяць не самосвітне тіло, як і всі планети. Спостерігати його можна лише тому, що він відбиває світло Сонця. Місяць завжди освітлюється Сонцем лише з одного боку, але земний спостерігач у різний час бачить освітлену половину під різними кутами. Місяць змінює свою видиму форму, і ці зміни називають фазами. Фази залежать від відносного розташування Землі, Місяця й Сонця.

• Молодик — фаза, коли Місяць перебуває між Землею і Сонцем. У цей час він невидимий для земного спостерігача.
• Повня — фаза, коли Місяць знаходиться в протилежній точці орбіти, і його освітлена Сонцем півкуля видима земному спостерігачеві повністю.
• Проміжні фази — положення Місяця між молодиком і повнею, коли земний спостерігач бачить більшу або меншу частину освітленої півкулі, їх називають чвертями.

Гравітаційні сили між Землею і Місяцем викликають деякі цікаві ефекти. Найвідоміший з них — морські припливи й відпливи. Гравітаційне тяжіння Місяця сильніше на тому боці Землі, який звернено до Місяця, і слабше — на протилежному боці. Тому поверхня Землі, особливо океани, витягнута в напрямку до Місяця. З іншого боку, якщо бути точними, не Місяць обертається навколо Землі, а обидва тіла обертаються навколо спільного центру мас, розміщеного всередині Землі на відстані 4700 км від її центру. Внаслідок цього виникає друга опуклість на Землі, спрямована у протилежний бік від Місяця. Цей ефект набагато сильніший в океанській воді, ніж у твердій корі, тож опуклість води більша. А позаяк Земля обертається набагато швидше, ніж Місяць пересувається своєю орбітою, рух опуклостей навколо Землі створює два припливи на день.

Повний Місяць

Місія «Аполлон-15». Місячний ровер.

Едвін Олдрін під час місії «Аполлон-11».

Тихо — 85-кілометровий ударний кратер на Місяці, в південній частині видимої сторони. Названий на честь Тихо Браге.

Винахід телескопів дозволив розрізняти дрібніші деталі рельєфу Місяця. Перші відносно якісні карти Місяця склали Міхаель ван Лангрен (1645), Ян Гевелій (1647) та Джованні Річчолі (1651). Вони ж заклали основу сучасної номенклатури деталей його поверхні[8]. Їх наступники завдяки вдосконаленню телескопів складали все кращі карти.

З початком космічної ери обсяг знань про Місяць значно збільшився. Став відомий склад місячного ґрунту, вчені навіть отримали його зразки, складено карту зворотного боку.

Вперше Місяць відвідав радянський космічний апарат Луна-2 13 вересня 1959 року.

Вперше астрономам вдалося заглянути на зворотний бік Місяця 1959 року, коли радянська станція Луна-3 пролетіла над ним і сфотографувала невидиму з Землі частину поверхні. Зворотний бік Місяця є ідеальним місцем для астрономічної обсерваторії. Розміщеним тут оптичним телескопам не довелося б пробиватися крізь щільну земну атмосферу. А для радіотелескопів Місяць слугував би природним щитом із твердих гірських порід завтовшки 3500 км, який надійно прикрив би від будь-яких радіоперешкод із Землі.

На початку 1960-х років Джон Кеннеді оголосив, що висадка людини на Місяць відбудеться до 1970 року. Для підготовки до пілотованого польоту NASA виконало кілька космічних програм: «Рейнджер» — фотографування поверхні, «Сервеєр» (1966—1968) — м'яка посадка і зйомки місцевості та «Лунар орбітер» (1966—1967) — детальне зображення поверхні Місяця.

Програма пілотованого польоту на Місяць називалася «Аполлон». Місяць — єдине позаземне тіло, на якому побувала людина. Перша посадка відбулася 20 липня 1969 року; остання — у грудні 1972 року. Місяць став першим небесним тілом, зразки якого були доставлені на Землю.

СРСР надіслав на Місяць два радіокеровані самохідні апарати — «Луноход-1» у листопаді 1970 року і «Луноход-2» у січні 1973.

Після закінчення радянської космічної програми «Луна» і американської «Аполлон» дослідження Місяця за допомогою космічних апаратів було практично припинено.

На початку XXI століття Китай опублікував свою програму освоєння Місяця, що включає, крім доставки місяцеходу (2011 року) і надсилання ґрунту на Землю (2012), ще й будівництво населених місячних баз (2030). Вважається, що це змусило інші космічні держави знову розгорнути місячні програми. Наприклад, ЄКА 28 вересня 2003 запустило свій перший місячний зонд «Смарт-1», а Джордж Буш 14 січня 2004 оголосив, що до планів США входить створення нових пілотованих космічних кораблів, здатних доставити людей на Місяць, з метою закласти до 2020 року перші місячні бази.

Сьогодні дослідникам доступно 382 кг місячного ґрунту, зібраного під час здійснення проєкту «Аполлон» (1969—1972) і близько 300 г ґрунту, доставленого радянськими автоматичними станціями Луна-16, Луна-20 і Луна-24. Цей ґрунт складається з приблизно 2200 різних зразків з дев'яти точок Місяця. Близько 45 кг зразків NASA безкоштовно передало до низки науково-дослідних організацій у США та інших країнах. Зразки для дослідження може отримати будь-яка наукова установа, що складе обґрунтовану заявку.

На початку XXI ст. програми дослідження Місяця активізувалися. Про свої плани створити орбітальну навколомісячну станцію оголосили кілька країн, зокрема США, Китай, Індія, Росія, Японія. Міжнародний космічний консорціум планував зробити це до 2010 р. Фахівці прогнозували, що у 2012 р. настане час масового запуску автоматизованих місяцеходів, а до 2015 р. буде створено докладну карту корисних копалин Місяця^{[джерело?]}.

У грудні 2018 року компанія SpaceX повідомила, що планує відправити туристичну місію навколо нашого природного супутника, а НАСА розробляє Exploration Mission 1 на 2019-2020 роки. У 2020-х роках планується послати на Місяць пілотовану експедицію Exploration Mission 2 і розпочати будівництво населеної місячної бази, яка буде не лише освоювати Місяць, але і забезпечуватиме полегшення польотів на Марс та інші планети Сонячної системи.

У 2019 р. повідомлено, що українське конструкторське бюро (КБ) «Південне» розробило концептуальний проєкт сімейства місячних посадкових апаратів, що перелітають з точки в точку на поверхні супутника Землі. Такі апарати дадуть можливість більш детально вивчати поверхню Місяця і можуть бути використані для пошуку корисних копалин.[9]

У 2020 р. повідомлено, що Об'єднані Арабські Емірати планують запустити безпілотник-місяцехід на Місяць у 2024 році. Місяцехід розробляють в дубайському космічному центрі Мохаммеда бін Рашида (MBRSC).[10]

Розділ науки, що вивчає будову та хімічно-мінералогічний склад Місяця, називають селенологією[11].

Завдяки розміру і складу Місяця іноді вважають, що він належить до планет земної групи поряд із Меркурієм, Венерою, Землею і Марсом. Елементний та мінералогічний склад місячних порід близький до земних[6]. Тому вивчаючи будову Місяця, можна багато дізнатися про будову та розвиток Землі.

Внутрішня структура

Будова Місяця

Місяць — диференційоване тіло, він має кору, мантію і ядро, які різняться за хімічним складом. Оболонка внутрішнього ядра багата залізом, вона має радіус 240 км, рідке зовнішнє ядро складається в основному з рідкого заліза і має радіус приблизно 300—330 кілометрів. Навколо ядра розташовано частково розплавлений прикордонний шар радіусом близько 480—500 кілометрів. Ця структура, як вважають, утворилася в результаті фракційної кристалізації з глобального океану магми, незабаром після утворення Місяця — 4,5 мільярда років тому. Місячна кора в середньому має товщину ≈50 км.

Серед супутників у Сонячній системі Місяць посідає друге місце за густиною (після Іо). Внутрішнє ядро Місяця мале, його радіус близько 350 км, це тільки ≈ 20 % від розміру Місяця, на відміну від ≈ 50 % у більшості інших землеподібних тіл. Складається місячне ядро із заліза, легованого невеликою кількістю сірки й нікелю^{[джерело?]}.

Місячна кора на зворотному боці товща, ніж на видимому. Максимуму її товщина сягає в околицях кратера Корольов, де перевищує середню приблизно вдвічі, а мінімуму — під деякими великими кратерами (наприклад, під басейном Моря Москви), де наближається до нуля. Середнє ж її значення складає, за різними оцінками, 30—50 км[12][13]. Під корою перебуває мантія і, можливо, невелике ядро з сірчистого заліза (радіусом приблизно 340 км і масою, що становить 2 % маси Місяця). На відміну від мантії Землі, мантія Місяця лише частково розплавлена. Центр мас Місяця розташовано приблизно за 2 км від геометричного центру в напрямку до Землі.

Вимірювання швидкості супутників «Лунар Орбітер» дозволили створити гравітаційну карту Місяця. З її допомогою було вперше виявлено маскони[14] (від «маса» та «концентрація»), — це маси речовини підвищеної густини. Гравітаційні аномалії, зумовлені масконами, на Місяці у багато разів більші, ніж на Землі.

Місяць не має магнітного поля. Але деякі з гірських порід на його поверхні виявляють залишковий магнетизм, що вказує на те, що, можливо, в історії Місяця було магнітне поле.

Не маючи ні атмосфери, ні магнітного поля, поверхня Місяця зазнає безпосереднього впливу сонячного вітру. Протягом 4 мільярдів років водневі іони з сонячного вітру бомбардували реголіт Місяця. Таким чином, зразки реголіту, доставлені «Аполлонами», виявилися дуже цінними для дослідження сонячного вітру. Цей місячний водень також може бути використано колись як ракетне паливо^{[джерело?]}.

Розділ науки, що вивчає будову поверхні Місяця, називають селенографією[16].
Поверхню Місяця можна поділити на два типи: дуже стара світла гірська місцевість з великою кількістю кратерів (місячні материки) і відносно молоді, темні й гладенькі місячні моря. Моря, які становлять приблизно 16 % всієї поверхні Місяця, — це просторі рівнини, вкриті застиглою лавою. Вони утворювалися переважно в гігантських метеоритних кратерах і сконцентровані на зверненому до Землі боці, що пов'язане з меншою товщиною кори. Поверхня Місяця вкрита реголітом — сумішшю тонкого пилу і скелястих уламків, утворених метеоритними ударами.

Більшість кратерів Місяця названо на честь видатних дослідників. Імена великих вчених давнини, таких як Тихо Браге, Коперник і Птолемей, були використані на видимому боці, а на зворотному часто трапляються сучасніші назви на кшталт Аполлон, Гагарін і Корольов. Багато з них є російськими, оскільки перші знімки зворотного боку зроблено радянським кораблем Луна-3. Найбільший кратер Місяця розташований на півдні його зворотного боку. Це басейн Південний полюс — Ейткен розміром 2400×2050 км та завглибшки 6–8 км. Його південний край видно з Землі.

Крім кратерів, на Місяці трапляються й інші деталі рельєфу — куполи, хребти, гряди, долини й тріщини (борозни).

Поверхня Місяця

Місячний ландшафт своєрідний і унікальний. Місяць весь вкритий кратерами різного розміру — від мікроскопічних до тисяч кілометрів. Довгий час вчені не могли заглянути на зворотний бік Місяця, але це стало можливо з розвитком технологій. Зараз існують дуже докладні карти обох півкуль Місяця. Детальні місячні карти складають для того, щоб підготуватися для висадки людини на Місяць, вдалого розташування місячних баз, телескопів, транспорту, пошуку корисних копалин тощо.

У колишньому СРСР було створено «Повну карту Місяця» у масштабі 1:5 000 000 та глобус Місяця у масштабі 1:10 000 000. Для окремих ділянок є великомасштабні карти масштабом від 1:1 000 000 до 1:40, створені в СРСР та США[16]. 2011 року в Інтернеті було опубліковано наразі найдокладнішу фотографію зворотного боку Місяця. Зображення було складене з безлічі світлин, отриманих зондом NASA під назвою LRO.

У 2019 р. повідомлено, що в NASA створили тривимірну карту Місяця. Дані для цієї карти зібрала міжпланетна автоматична станція Lunar Reconnaissance Orbiter. [17]

Перші теорії утворення Місяця передбачали, що він утворився зі первинної газо-пилової хмари разом із Землею (як подвійна планета). Однак головним питанням такої теорії є пояснення значного збіднення залізом та спорідненими з ним хімічними елементами. Виходячи з середньої густини 3,34 г/см³ Місяць містить лише близько 5 % залізонікелевої фази. Це значно менше, ніж вміст заліза у вуглецевих хондритах (28 %), які вважаються залишками первинної протопланетної хмари, та менше, ніж у складі Землі (37 %) чи інших планет земної групи (середня густина Меркурія — 5,94 г/см³, Венери — 5,54 г/см³, Марса — 3,94 г/см³)[18].

Інші вчені пропонували теорії, за якими Місяць утворився в якихось інших місцях Сонячної системи, збіднених залізом, і був захоплений Землею пізніше. Однак захоплення такого великого космічного тіла як Місяць із далекої орбіти видається вкрай малоймовірним. Переконливо пояснити значне збіднення Місяця на залізо (порівняно зі складом первинної протопланетної хмари) теж не вдається. Крім того, місячні базальти дуже подібні за складом до земних базальтів серединно-океанічних хребтів. Ізотопний склад кисню в них відрізняється від хондритів, що свідчить про споріднене походження Землі та Місяця.

Тому час від часу виникали гіпотези про відокремлення Місяця від Землі. Зокрема, таку теорію пропонував Джордж Дарвін (син Ч. Дарвіна).

Останнім часом набули популярності теорії, за якими Місяць утворився внаслідок зіткнення протоЗемлі з іншою протопланетою приблизно марсіанського розміру[19][20]. Імовірним місцем її утворення могла бути одна з троянських точок Лагранжа на земній орбіті. Цей планетоїд назвали Тейя, на честь давньогрецького титана Тейї — матері Селени[21]. Щоправда, подібні теорії не пояснюють деяких особливостей хімічного складу Місяця та його порід. Зокрема, з ізотопного складу місячних порід випливає, що на відміну від Землі, Місяцем втрачено майже весь первинний свинець, а той, що наразі входить до складу місячних порід, має радіогенне походження (тобто, утворився внаслідок радіоактивного розпаду урану та торію). Крім того, теорія не пояснює наявний розподіл моменту імпульсу у системі Земля — Місяць[22].

Більшість правових питань освоєння Місяця було вирішено 1967 року, коли СРСР, США та Велика Британія підписали договір про космос, до якого згодом приєдналися понад сто країн:

	Космічний простір і небесні тіла відкриті для дослідження і використання всіма державами на основі рівності і згідно з міжнародним правом. Космічний простір і небесні тіла не підлягають національному привласненню ні шляхом проголошення на них суверенітету, ні шляхом використання або окупації, ні будь-якими іншими засобами.
— Договір про принципи діяльності держав по дослідженню і використанню космічного простору, включаючи Місяць та інші небесні тіла. 27.01.1967.

Образ Місяця широко використовується в культурі практично всіх народів світу. Місяць є символом таємничості, романтичності, кохання. Численним є випадки використання в міфології, фольклорі, побуті, художній літературі, музичному й образотворчому мистецтві, кіно, комп'ютерних іграх тощо.

• Місячна програма США
• Місячна програма СРСР
• Місячна програма КНР
• Місячна програма ЄКА
• Фази Місяця
• Синій Місяць
• Реголіт
• Місячні породи
• Зворотний бік Місяця
• Дослідження Місяця
• Походження Місяця
• Селенологія

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
• Місячна одіссея: збірник / К. Д. Покровський, Ю. Г. Шкуратов [та ін.] ; під ред. Я. С. Яцківа. – К.: Академперіодика, 2007. – 241 с.: ілюстр.
• Путешествия к Луне / Ред.-сост. В. Г. Сурдин. — Москва : Физматлит, 2009. — 512 с. — ISBN 978-5-9221-1105-8.

Зовнішні відеофайли
	1. Ground control (Apollo archive) // Tom Kucy, 8 жовтня 2015 (англ.)

• (укр.) Сюжет про рух Місяця — французький науково-популярний серіал «Всі на орбіту!» (фр. Tous sur orbite !).
• (рос.) Кольорове фото Місяця.
• (рос.) Попелясте світло місяця.
• (рос.) Усе про Місяць.
• (англ.) Що таке «супермісяці»? Пояснення на сайті Наука від НАСА.
• (англ.) Google Lunar X Prize Foundation — фонд Google на підтримку приватних малобюджетних роботизованих досліджень Місяця.
• (англ.) Clementine Lunar Image Browser — знімки Місяця, зроблені під час місії Клементіни.