ЛУНА, спутник Земли, ближайшее к нам небесное тело. В первом приближении Луну можно считать шаром, диаметр которого равен 3.476 км, что составляет 0,2726 экваториального диаметра Земли. Среднее расстояние Луны от Земли равно 384.403 км, что составляет 1/400 расстояния ее от Солнца. Луна совершает полный оборот вокруг Земли в 27 дней 7 час. 43 мин. 11, 47 сек. (=27, 321661 суток) в направлении с 3. на В., т. е. обратно видимому суточному вращению небесного свода. Этот период называется сидерическим (звездным) месяцем, так как определяет движение Л. относительно неподвижных звезд. Период обращения по отношению к Солнцу, которое само движется к В., равен 29 дням 12 час. 44 мин. 2,78 сек. (=29, 530588 суток) и называется синодическим месяцем.
Фазы Л. Л. светит только отраженным светом Солнца и вследствие этого имеет фазы, к-рыми характеризуется величина освещенной части Л. Фаза зависит от взаимного положения Л. и Солнца. Когда долготы (см.) этих светил равны, фаза Л. называется новолунием. В это время Л. находится между Землей и Солнцем, обращена к Земле темной стороной и не видна. Приблизительно через 7 дней становится видна ровно половина диска Л.; эта фаза называется 1-й четвертью. Далее Л. продолжает прибывать, и, когда долгота Л. на 180° больше долготы Солнца, наступает так наз. полнолуние. Наконец, 3-й, или последней четвертью называется фаза, когда видна опять половина Л., но Л. уже убывает. Через 7 дней после последней четверти наступает опять новолуние. Синодический месяц и есть тот промежуток времени, через к-рый повторяются фазы Л. 19 тропических лет содержат почти точно 235 синодич. месяцев (Метонов цикл) с ошибкой меньше 0,1 суток. Этот период позволяет с некоторой точностью предсказывать дни новолуний. Вблизи новолуния, до или после него, когда Л. имеет вид узкого серпа, всегда можно наблюдать и остальную часть диска Л., слабо освещенную т. н. пепельным светом. Он объясняется освещением Л. светом, отраженным от Земли, повернутой в это время к Л. стороной, освещенной Солнцем.
Теория движения Л. и таблицы. Обращение Л. вокруг Земли совершается под действием сил притяжения к Земле, Солнцу и планетам; теоретич. изучение ее движения представляет труднейшую задачу небесной механики. В общих чертах это движение можно представить след, образом. Если бы кроме Земли и Л. не было других небесных тел, Л. двигалась бы по эллипсу, в одном из фокусов к-рого находится Земля. При этом радиус-вектор, направленный от Земли к Л., в равные времена описывал бы равные площади. В действительности же Солнце своим притяжением весьма сильно изменяет («возмущает») эллиптич. движение Л., в результате чего все элементы орбиты (см.) Л. непрерывно изменяются.
Линия пересечения плоскости ее орбиты с эклиптикой (см.), называемая линией узлов, постоянно перемещается в сторону обратного движения, проходя в год в среднем 19° 20',5 и, следовательно, обходя всю окружность в 18,6 лет. Это движение совершается в одну сторону, но с переменной скоростью. Средний промежуток времени между последовательными прохождениями Луны через восходящий узел называется драконическим месяцем. Он равен 27,21222 дня. Этот период имеет большое значение в теории затмений, (см.). В связи с этим и в тот же период изменяется и наклонность орбиты Л. к эклиптике в пределах от 4° 59' до 5° 18'. Большая ось эклиптич. орбиты, называемая линией апсид, вращается, наоборот, в прямом направлении со средней скоростью 40° 41',4 в год и, значит, проходит полную окружность в 8,85 лет. С таким же периодом колеблется величина эксцентриситета от 1/22 до 1/14 и периодически изменяется большая полуось. Самое движение Л. но орбите совершается неравномерно, оно осложнено целым рядом неравенств. Крупнейшее из них есть уравнение центра (так называется тот периодич. член, к-рый зависит от эллиптичности орбиты. Он существовал бы и при отсутствии возмущений). Главнейшие периодич. неравенства движения Л. были открыты наблюдениями задолго до их объяснения динамич. теорией.
Математическая теория движения Л., основанная на ньютоновском законе всемирного тяготения, чрезвычайно сложна. Она была разработана Лапласом, Ганзеном, Делоне, Ньюкомбом, Гиллом, Броуном и др.
В теории Броуна исчерпаны и вычислены все члены в долготе, превышающие 0",003, какие могут быть найдены на основании строгой динамич. теории с учетом возмущений от Солнца и прямых и косвенных возмущений от всех планет. В его теории дается 155 членов, выражающих периодич. возмущения в долготе и имеющих коэффициенты больше 0",1, и более 500 членов с меньшими коэффициентами. Возмущения широты выражаются половинным числом членов, возмущения параллакса — 150 членами. Таблицы Броуна, вычисленные по этой теории, вошли с 1923 во всеобщее употребление, заменив таблицы Ганзена, господствовавшие в астрономии с середины 19 в. Экваториальный горизонтальный параллакс 57',2",70; радиус Л. на среднем расстоянии 15'32",58 (по С. Ньюкомбу, из наблюдений покрытий звезд).
Несмотря на предельную тщательность, с к-рой разработана теория, ее не удается согласовать с наблюдениями. Во-первых, сравнение древних наблюдений (гл. обр. солнечных затмений) с наблюдениями арабов (10 в.) и с современными обнаружило т. н. вековое ускорение Л. в 10",80 в столетие, теоретическая же величина, зависящая от векового уменьшения эксцентриситета земной орбиты, по Броуну, равна 6",01. Разница в 4",8 не имеет объяснения в теории. Она приводит к тому, что Л. уходит вперед от теоретически вычисленного места на величину, возрастающую пропорционально квадрату времени. Вероятное объяснение этого ускорения заключается уже не в теории Л., а в прогрессивном замедлении вращения Земли, обусловленном трением приливов в неглубоких морях и проливах, вследствие чего медленно увеличивается длина суток. Ускорение Л., следовательно, является кажущимся вследствие изменения единицы времени. Во-вторых, для согласования классич. теории с наблюдениями пришлось включить в таблицы чисто эмпирич. поправку долготы периодич. характера, т. н. большой эмпирич. член в форме +13",6 sin (1,°39t+243°), где t — время, выраженное в годах, считая от 1900. Период этого члена равен 260 годам, и он также не имеет объяснения в теории. Наконец, в наблюдаемой долготе Л. остаются еще малые колебания с амплитудой до 4", складывающиеся из членов с периодами 59 и 70 лет или совсем неправильные. Все эти периодич. отклонения истинной долготы Л. от гравитационной теории называются флюктуациями. Их причина, вероятнее всего, лежит в неправильностях вращения Земли, зависящих от каких-то перемещений коры или более глубоких слоев. Наблюденная поправка броуновских таблиц в 1922 составляла +85", в 1936 +5" и в наст. время продолжает уменьшаться.
Масса, плотность и тяжесть на поверхности Л. По Броуну, масса Л. равна 1 : 81,53 массы Земли. Плотность по отношению к воде=3,33. Это число совпадает с плотностью базальтовых пород. Тяжесть на поверхности Л. равняется 1/6 тяжести на Земле.
Вращение Л., оптическая и физическая либрации. Законы вращения Луны вокруг оси были открыты Кассини в 1693: 1) Л. равномерно вращается вокруг неподвижной в ней самой оси и точно в то же самое время, как вокруг Земли; 2) наклон этой оси к плоскости эклиптики остается постоянным; 3) три плоскости: лунного экватора, лунной орбиты и эклиптики, проведенные через центр Земли, пересекаются по одной прямой (линия узлов), причем нисходящий узел лунного экватора
на эклиптике совпадает с восходящим узлом лунной орбиты (см. рисунок). Вследствие первого закона Л. всегда обращена к Земле одной стороной, что легко заметить по пятнам. Как начало для отсчета долгот на поверхности Л. установлен первый радиус. Он лежит в плоскости лунного экватора и направлен к центру Земли в момент, когда Л. находится одновременно в перигее и в узле своей орбиты. В результате неравномерного движения Л. вокруг Земли и вследствие наклона экватора Л. к ее орбите на 6° 41', начальный радиус не проходит вообще через центр Земли, но периодически уклоняется от этого среднего положения по долготе на ±7° 45' и по широте на ±6° 41'. Это явление называется оптич. либрацией. Наблюдателю кажется, что в течение месяца Л. совершает небольшие маятникообразные колебания во все стороны около неподвижного центра. Благодаря этому обстоятельству мы можем видеть больше половины лунной поверхности и можем определять геометрич. методом расстояния различных точек поверхности Л. от центра, т. е. изучать фигуру Л. — Существует еще суточная либрация, зависящая от того, что наблюдатель, находясь на поверхности Земли, участвует в ее вращении. Максимум суточной либрации — 1° 1'. Благодаря обеим либрациям наблюдается 4/7 поверхности Л.
В связи с оптич. либрацией стоит физич. либрация. Так называются малые изменения периодич. характера в наклонности лунного экватора к эклиптике, в долготе его узла и в долготе первого радиуса, т. е. малые отступления истинного вращения от законов Кассини.
Они зависят от формы Л. и от распределения плотностей, иначе — от главных моментов инерции Л. Земля возмущает своим притяжением вращательное движение Л. благодаря тому, что масса Л. распределена вообще несимметрично вокруг прямой, соединяющей центры Земли и Л. Физическая либрация обнаруживается для наблюдателя в едва заметных перемещениях пятен на диске Л. (ок. 0",4) по отношению к их теоретич. положениям, вычисленным по законам Кассини. Теория указывает еще на свободную либрацию, зависящую от начальных условий вращения Л. и от моментов инерции. Однако пока не удается вывести ее с уверенностью из наблюдений.
Для изучения физической либрации наблюдают небольшой, резко очерченный кратер Mösting А, лежащий вблизи середины лунного диска. Видимые его перемещения относительно краев Луны позволяют вывести все величины, характеризующие вращательное движение Луны. Из этих же измерений, производимых на фотографиях или непосредственно через трубу (лучше всего употреблять для этой цели гелиометр), можно делать выводы и о фигуре края и диска и о фигуре Л. как тела. Оказывается, что Л. не является сферой, но несколько вытянута по направлению к Земле (на 0,5 км). В Южном полушарии, в районе полюса, существует или высокое плоскогорье или широкий горный хребет, к-рый, выходя на край Л. при положительной либрации по широте, периодически вызывает кажущееся увеличение видимого диаметра Л. (до 2",0). Рельеф краевой зоны Л. дается картами Тайна (1914), в к-рых, однако, не отражено указанное здесь изменение радиуса. Эти карты должны считаться устаревшими. Наиболее продолжительные ряды наблюдений физич. либрации Л. сделаны в обсерватории им. Энгельгардта близ Казани (с 1895 до наст. времени).
Поверхность Луны. Самые крупные образования на Луне, уже заметные для невооруженного глаза, именно — обширные темные пятна, были названы морями. Им были даны названия: море Кризисов, Ясности, Плодородия, Нектара, Дождей, Облаков, Влажности, Холода, Океан Бурь (см. карту). Но едва ли когда-нибудь были на Л. моря. В настоящее время там нет никаких признаков воды. В телескоп видны: 1) многие сотни кратеров, состоящих из кольцеобразного вала и внутренней впадины. Диаметры этих валов весьма разнообразны и изменяются в пределах от нескольких сотен метров до 200—300 км. В центре впадины иногда наблюдается одна или несколько горок. Наиболее крупные кратеры названы именами древних и средневековых астрономов и ученых. По мнению Вильяма Пикеринга, число кратеров и кратерных ямок, видимых при благоприятных условиях, заключается между 200.000 и миллионом. 2) Горные цепи, тянущиеся по краям «морей»: Апеннины, Альпы, Кавказ и др. В них встречаются вершины до 8 км высотой (Лейбниц, Дерфель). 3) Светлые полосы или лучи, исходящие радиально от нек-рых крупных кратеров. Лучи тянутся на сотни километров. Один из лучей системы кратера «Тихо» имеет длину 2.100 км. Вообще лучи не прерываются и не изменяют прямолинейности при пересечении их горами. 4) «Сияние» вокруг некоторых кратеров (вокруг Кеплера, Аристарха). 5) Бороздки — узкие и глубокие ущелья, при рассматривании в трубу имеющие вид черных жилок. Они особенно заметны около кратера Гигинус. Это, вероятно, трещины в лунной коре. 6) Террасообразные плоскогорья среди равнин. Точно установленных изменений на Л. нет, за исключением, может быть, кратера Линнея, к-рый в 19 в. утратил свою явно выраженную форму кратера, каким его видели несколько астрономов. На его месте теперь можно рассмотреть только небольшое светлое пятно без признаков цент
Луна в полнолуние.
Восточная часть моря Дождей.
Большой кратер. В центре — Архимед, внизу — Платон.
Луна в первую четверть. ральной ямки. Наблюдают еще периодические изменения цветных оттенков в нек-рых местах Л. в зависимости от высоты Солнца (в кратере Платон и др.).
Атмосфера, вода, температура на Л. Целый ряд наблюдений убеждает нас в том, что на Л. нет атмосферы. Края Л. видны в телескоп всегда с полной резкостью и без затемнения; на границе между освещенной и темной частями не наблюдается никаких сумеречных явлений; при покрытии какой-нибудь звезды она исчезает мгновенно, без малейшего поглощения света и т. д. Нет также на Л. и воды. В противном случае, благодаря испарению, образовалась бы атмосфера из водяных паров. Вследствие отсутствия воды и атмосферы на Л. нет процессов выветривания, и горные пейзажи сохраняют свой своеобразный характер. По той же самой причине температура поверхности сильно изменяется от дня к ночи. Наблюдения и вычисления показывают, что температура на лунном экваторе к середине лунного дня, к-рый продолжается 14 земных суток, поднимается до +120°, а к концу двухнедельной ночи падает до —150°. При таких резких колебаниях температуры должно наступить частичное разрушение горных пород. Вероятно, поверхностные слои местами размельчены до состояния пыли. Во время лунных затмений температура поверхности падает в течение часа от +70° до —80° С. Отсюда можно заключить, что материал поверхностных слоев является плохим проводником тепла и не может состоять из массивных горных пород — гранита, базальта и пр. Скорее, это что-нибудь вроде вулканического пепла и пемзы. Исследования поляризации лунного света на отдельных площадках также согласуются с предположением о рыхлости поверхностного слоя Л.
Фотометрия лунного света. Спектральный состав. Поляризация. Свет полной Луны при ее среднем расстоянии слабее света Солнца в 465.000 раз (с вероятной ошибкой ±10%). Площадка, стоящая перпендикулярно к лучам, освещается полной Л. с той же яркостью, как от 0,24 нормальной свечи на расстоянии 1 м. В первой йли последней четверти Л. посылает в 9 раз меньше света, а на расстоянии 40° от Солнца — в 100 раз меньше, чем в полнолуние. Из всего полученного от Солнца света Л. отражает во все стороны в общей сложности 0,073, или примерно 7%. Следовательно, поверхность Л. довольно темная и по цвету приближается к глине или песку. Для фотографии. лучей альбедо (см.) еще меньше, что указывает на коричневатый тон ее поверхности. Звездная величина Л. в среднее полнолуние равна — 12,55.
В отношении спектрального состава свет Л. ничем не отличается от солнечного, как и можно было ожидать, в виду отсутствия на Л. поглощающей среды. Поляризация лунного света также была предметом исследования, т. к. она может дать сведения о составе и механическом состоянии горных пород. Наибольшей величины, именно 16%, поляризация достигает за одни сутки до 1-й четверти и через одни сутки после 3-й. Такой сравнительно малый процент поляризованного света соответствует отражению от разрыхленных пород, в к-рые свет может частично проникать и отражаться.
Происхождение лунных форм. Для объяснения происхождения кратеров были предложены в основном четыре гипотезы: 1) гипотеза пузырей, 2) приливов и отливов, 3) вулканов, 4) падения метеоритов. По 1-й гипотезе, почти невероятной, кратеры являются остатками лопнувших пузырей, вздувшихся на поверхности густой застывающей лавы под влиянием выделяющихся изнутри газов. По 2-й гипотезе, валы кратеров образовались в результате повторных излияний лавы через отверстия в коре. Причина излияний — приливная волна в жидком ядре Л., поднимаемая земным притяжением. По отношению к некоторым кратерам это объяснение может быть правильным, вообще же плавающая на магме кора движется вместе с нею, и поэтому не может возникнуть сил, выдавливающих магму наружу через небольшие отверстия. Вулканическая гипотеза основана на внешнем сходстве лунных кратеров с земными вулканами. Однако при ближайшем рассмотрении количественных соотношений, характеризующих те и другие формы, эта аналогия исчезает. С другой стороны, для вулканич. деятельности на Л. нет тех предпосылок, какие существуют на Земле в виде медленного сжатия материковых глыб под влиянием тектонических движений. Однако некоторая часть кратеров могла образоваться таким способом при соответствующих местных условиях.
Наиболее вероятной является гипотеза падения метеоритов на поверхность Л. При падении какой-нибудь массы с космич. скоростью (до 200 км в сек.) на твердую поверхность Луны образуется количество тепла, достаточное для превращения части упавшей массы в газ огромной упругости и температуры. Происходит взрыв, измельчающий горную породу в порошок, смешанный с глыбами и сплавленными кусками. Эти раздробленные массы разбрасываются взрывом равномерно во все стороны, независимо от угла падения, и образуют правильный круглый вал. Более легкие, пылевидные массы выбрасываются как бы струями и ложатся в виде лучей длиной часто в сотни километров. Наблюдениями было обнаружено, что лучи представляют пологие насыпи высотой до 7½ м, заметные только при очень косом освещении Солнцем. Способ образования лучей объясняет, почему встречающиеся на их пути горы не изменяют их направления. — Моря, окруженные горными цепями, также можно рассматривать как результат падения исключительно больших масс. Эти массы сами плавились и расплавляли окружающие породы на большом пространстве и при частых падениях даже повышали температуру Л. Наконец, и по вопросу о происхождении Л. существуют две основных гипотезы. Согласно одной из них (теория приливной эволюции, по Дж. Дарвину), Л. при нек-рых условиях отделилась от Земли и под действием приливных сил постепенно удалилась от нее (см. Приливы и отливы). По другой гипотезе (Вегенер и др.), Л. образовалась под влиянием столкновений и соединения больших масс, встретившихся на пути Земли (подробнее об этих гипотезах см. Космогония}. Вопрос этот нельзя считать решенным и в наст. время.
Карты Л. составлялись на основе точных измерений взаимного положения многих пунктов лунной поверхности рядом исследователей, специально посвятивших этим наблюдениям много лет своей работы. Наиболее известными и крупными работами являются следующие. Карта Луны Беера и Медлера, имеющая диаметр 95 см (вместе с большим томом наблюдений, послуживших для ее составления), изданная в 1834, представляет собой первое полное описание лунной поверхности, по точности и детальности превзойденное лишь аналогичными работами Лормана и Шмидта (диаметр карты — 2 м). На картах различные образования лунной поверхности изображаются условно штриховкой в ортографич. проекции, очень близко соответствующей виду Л. при наблюдении в телескоп. Некоторые атласы были составлены фотографии, путем, но фотографии Л. сильно различаются между собой в зависимости от угла освещения данного участка Луны Солнцем, и поэтому отождествление на фотографиях, снятых при другом освещении, деталей лунной поверхности часто представляет большие трудности. Из таких фотографии. атласов нужно упомянуть большой атлас Парижской обсерватории, составленный Леви и Пьюзе, содержащий прекрасные увеличения, сделанные с оригинальных негативов и воспроизведенные гелиогравюрой. Меньшие по объему атласы изданы Гарвардской и Ликской обсерваториями. Ряд прекрасных фотографий Л. опубликован обсерваторией на Маунт Вильсон. Ниже мы перечисляем имеющиеся карты и изображения:
Beer W. und Mädler J. H., Марра selenographica..., В., 1834; Beer W. und Mädler J. H., Der Mond nach seinen kosmischen und individuellen Verhältnissen..., T. 1—2, B., 1837; Lohrmann W. G., Mondkarte, Lpz., 1892; Schmidt J. F. J., Karte der Gebirge des Mondes nach eigenen Beobachtungen in den Jahren 1840—1874 entworten, B., 1878; Fauth P., Neue Mondkarten und neue Grundlagen einer Mondkunde auf 16 Tafeln, München, 19 32; Gооdacre W., The moon with a description of its surface formations, Bournemouth, 1931; Loewy M. et Puiseux Р., Atlas photographique de la lune, P., 1910; Pickering W. H., A photographic atlas of the moon, Cambridge (Mass.), 1903.
Лит.: Рессель Г. H., Дэган Р. С., Стюарт Д. К., Астрономия, пер. с англ., т. I, М. — Л., 1934; Вегенер А., Происхождение луны и ее кратеров, М. — П., 1923; Франц Ю., Луна, пер. с нем., М. — П., 1923; Гальперсон С., Атлас луны, 2 изд., П., 1922; Науn F., Selenographische Koordinaten, 4 vis, Lpz., 1902—14; Яковкин А., Постоянные физической либрации луны, выведенные из наблюдений Т. Банахевича в 1910—15 гг., Казань, 1928; Фаут Ф., Природа луны, пер. с нем., СПБ, 1911.