Σελήνη ( Με αφορμή την πανσέληνο)

Ο μοναδικός φυσικός δορυφόρος της Γης και το δεύτερο κατά σειρά λαμπρότητας σώμα που αντικρίζουμε στο Ουράνιο Στερέωμα. Γνωστή και με το όνομα "Φεγγάρι" αποτελεί ένα από τα πλέον προσφιλή αντικείμενα παρατήρησης, θαυμασμού και διαλογισμού. Σημειωτέον ότι με τη λέξη "φεγγάρι" χαρακτηρίζουμε επίσης και τους φυσικούς δορυφόρους των υπολοίπων πλανητών του ηλιακού συστήματος.

H σελήνη είναι ο πέμπτος μεγαλύτερος δορυφόρος στο ηλιακό σύστημα. Έχει διάμετρο 3476 km, περίπου το ένα τέταρτο της γήινης διαμέτρου και το 1/81 της μάζας της Γης. Η ένταση της βαρύτητας στην επιφάνεια της σελήνης είναι το 1/6 της βαρύτητας της Γης. Δηλαδή αν στη γη ζυγίζετε 70kg στη σελήνη θα ζυγίζατε 12,5 ! Η ακτίνα της πρωτοϋπολογίστηκε από τον Αρίσταρχο με σφάλμα 32% και αργότερα από τον Πτολεμαίο με σφάλμα μόνο 5%.

Η σελήνη έχει θερμοκρασίες που ποικίλλουν από 123°C στην ημέρα έως -170°C τη νύχτα στον ισημερινό, και κάτω από -233°C στους μόνιμα σκιασμένους πολικούς κρατήρες.

Η απόσταση της σελήνης από τη Γη κυμαίνεται από 356.400 km έως 406.700 km. Περιστρέφεται στον ελαφρώς κεκλιμένο άξονά του σε 27 ημέρες 7 ώρες και 43 λεπτά, ακριβώς στον ίδιο χρόνο που διαρκεί η τροχιακή περιφορά της γύρω από τη Γη. Αυτός ο συντονισμός είναι και ο λόγος που από τη γη βλέπουμε πάντα την ίδια όψη της, κάτι που οφείλεται στην βαρυτική έλξη από τη Γη. Όμως η πλευρά που βλέπουμε αλλάζει ελαφρώς στα όρια της, ως αποτέλεσμα αρκετών φαινομένων πχ της λίκνισης ή μετάπτωσης και κατά συνέπεια ορατό στη γη είναι το 59% της επιφάνειάς της.

Ο κύκλος των σεληνιακών φάσεων οφείλεται στη συνεχώς μεταβαλλόμενη ευθυγράμμιση του ήλιου, της γης και της σελήνης κατά τη διάρκεια της τροχιακής περιόδου του φεγγαριού. Mε την παρέλευση των ημερών και την αλλαγή της σχετικής θέσης των τριών ουρανίων σωμάτων, το ορατό από τη γη τμήμα της σεληνιακής επιφάνειας που φωτίζεται από τον Ήλιο, μεταβάλλεται.

Οι κινήσεις της Σελήνης

Η τροχιά της Σελήνης

Η Σελήνη περιφέρεται γύρω από τη γη με την ίδια φορά που η γη περιφέρεται γύρω από τον ήλιο. Η τροχιά είναι ελλειπτική (~0.15% απόκλιση από κυκλική, 0.0054 εκκεντρότητα) με τον Ήλιο στην μία εστία της. Περίγειο έχουμε όταν η σελήνη είναι στο κοντινότερο σημείο με τη Γη (363,104 km) ενώ απόγειο όταν είναι στο μακρύτερο (405,696 km). Σαν αποτέλεσμα η Σελήνη εμφανίζεται περίπου 11% μεγαλύτερη στο περίγειο από ότι στο απόγειο.

Η αστρική περίοδος, δηλαδή ο χρόνος που περιφοράς σε σχέση με τα μακρινά άστρα, είναι 27,321 μέρες. Ο χρόνος αυτός ονομάζεται αστρικός μήνας. Η περίοδος των φάσεων, δηλαδή ο χρόνος που χρειάζεται η Σελήνη να γυρίσει στο ίδιο σημείο σε σχέση με τον Ήλιο όπως παρατηρείται από τη Γη, είναι 29,530 μέρες. Ο χρόνος αυτός ονομάζεται συνοδικός μήνας. Κάθε μέρα η Σελήνη κινείται από την Α προς τη Δ σαν αποτέλεσμα της περιστροφής της Γης, Κινείται 13,19ο Ανατολικά σε σχέση με το υπόβαθρο των άστρων. Δηλαδή σε δύο συνεχόμενα βράδια την ίδια ώρα η Σελήνη θα βρίσκεται 13ο ανατολικότερα και για να βρεθεί στο ίδιο σημείο με το προηγούμενο βράδυ θα χρειαστεί 52’ επιπλέον.

Οι φάσεις της Σελήνης

Οι φάσεις της Σελήνης εξηγούνται από το μέρος της Σελήνης που φαίνεται από ένα παρατηρητή από τη Γη, καθώς το φως του Ηλίου ανακλάται πάνω στην επιφάνεια της. Το μέρος που φαίνεται εξαρτάται από τις θέσεις Ηλίου-Γης-Σελήνης.

Η διαφορά 27,3 και 29,53 εξηγείται στην εικόνα 4. Η Σελήνη ολοκληρώνει μία περιφορά γύρω από τη Γη σε σχέση με τα άστρα σε 27,3 μέρες αλλά για να έρθει στην ίδια θέση με σε συνάρτηση με τη Γη και τον Ήλιο χρειάζεται επιπλέον κάτι παραπάνω από 2 μέρες. Μαθηματικά αποδεικνύεται ως εξής: Σε ένα αστρικό μήνα η Γη μετακινείται (0,985 μοίρες ανά ημέρα) x (27.321 μέρες) = 26.91 μοίρες κατά την τροχιά της γύρω από τον Ήλιο. Η Σελήνη κινείται περίπου 13.17 μοίρες ανά ημέρα. Έτσι για να ξαναβρεθεί στην ίδια σχετική θέση Ηλίου-Γης-Σελήνης, η Σελήνη πρέπει να ταξιδέψει επιπλέον 26.91/13.17 = 2.043 μέρες. Αυτό σημαίνει ότι από τη μία φάση έως την επόμενη ένα μήνα μετά, το χρονικό διάστημα είναι 27.321 + 2.043 = 29.365 μέρες. Σχεδόν όσο ο συνοδικός μήνας. Το επιπλέον υπολογίζεται γιατί οι τροχιές τόσο της Σελήνης όσο και της Γης είναι ελλειπτικές.

Σύγχρονη περιφορά

Η Γη και η Σελήνη ασκούν παλιρροιακές δυνάμεις η μία στην άλλη. Σαν αποτέλεσμα έχει την δημιουργία ενός εξογκώματος τόσο στη Γη όσο και στη Σελήνη.

Το εξόγκωμα της Γης (έως και 30 cm στην στεριά) λόγω περιστροφής της δεν βρίσκεται ακριβώς στην ευθεία Γης-Σελήνης αλλά λίγο πιο μπροστά. Το εξόγκωμα έχει κάποια μάζα άρα ασκεί και βαρύτητα, και τραβά τη Σελήνη μπροστά. Αυτό δίνει στη Σελήνη μεγαλύτερη τροχιακή ενέργεια. Τροχιά με μεγαλύτερη ενέργεια σημαίνει και τροχιά με μεγαλύτερη ακτίνα. Άρα η Σελήνη απομακρύνεται όπως είπαμε και πριν κατά 1 cm το χρόνο. Επίσης ασκεί βαρύτητα στην Σελήνη με αποτέλεσμα την επιβράδυνση της περιστροφής της στο παρελθόν και εν τέλει να έχει περιφορά ίση με την περιστροφή της. Έτσι βλέπουμε την ίδια πλευρά της Σελήνης πάντα, η Σελήνη έχει «κλειδώσει». Η Σελήνη έλκει το εξόγκωμα επίσης. Αφού είναι πιο πίσω η Σελήνη, το τραβάει προς τα πίσω και κάνει τη Γη να χάνει ταχύτητα. Η μέρα γίνεται μεγαλύτερη. Σε κάθε 100 χρόνια η μέρα γίνεται μεγαλύτερη κατά 0,002 sec, το έτος κατά 0,7 sec. Τελικά ο χρόνος περιστροφής θα πέσει τόσο ώστε το εξόγκωμα να είναι στη ευθεία των 2 κέντρων. Τότε ο χρόνος μιας περιστροφής της Γης θα είναι ίσως με το χρόνο περιφοράς της Σελήνης, και οι άνθρωποι στη Σελήνη θα βλέπουν πάντα την ίδια πλευρά της Γης!

Ταλάντωση Σελήνης

Βλέπουμε πάντα την ίδια πλευρά της Σελήνης αλλά λόγω ταλαντώσεων της μπορούμε να δούμε όχι μόνο το 50% αλλά μέχρι και 59% της επιφάνειάς της.

Α) Ημερήσια ταλάντωση

Όσο περιστρέφεται η Γη η θέα της Σελήνης αλλάζει. Άλλη εικόνα βλέπει ένα παρατηρητής όταν ανατέλει η Σελήνη και άλλη όταν δύει. Στην 1η περίπτωση λίγο ανατολικότερα και στη 2η δυτικότερα.

Β) Διαμήκης ταλάντωση

Η Σελήνη γυρνά σε ελλειπτική τροχιά με όχι σταθερή ταχύτητα. Αλλά η Σελήνη περιστρέφεται (γύρω από τον εαυτό της) με σταθερή ταχύτητα. Έτσι όταν επιταχύνει μπορούμε να δούμε λίγο από το πίσω μέρος της ενώ όταν επιβραδύνει λίγο από το μπροστινό.

Γ) Κάθετη ταλάντωση

Το επίπεδο περιφοράς της Σελήνη κάνει γωνία 5,2ο με το επίπεδο της εκλειπτικής. Έτσι κάποιες στιγμές μπορούμε να δούμε πέρα από το Ν πόλο (ο Β είναι κρυμμένος) και άλλες πέρα από το Β πόλο (ο Ν είναι κρυμμένος)

Πανσέληνος

Όταν τα τρία σώματα πλησιάσουν στο κοντινότερο σε ευθυγράμμιση σημείο των τροχιών τους (με τη Γη ανάμεσα) γίνεται ορατό από τη γη όλο το φωτιζόμενο τμήμα της σελήνης και αυτή εμφανίζεται ως ολοστρόγγυλος δίσκος. Είναι η πανσέληνος. Η εικόνα της πανσελήνου στο ουράνιο στερέωμα ήταν πάντα εντυπωσιακή. Όμως στην πραγματικότητα η επιφάνεια αυτού του δορυφόρου είναι αρκετά σκοτεινή. Το albedo του, που είναι το μέρος του συνολικού φωτός που ανακλάται από το φεγγάρι, είναι κατά μέσον όρο μόνο 0,067, χαμηλότερο από όλους τους πλανήτες εκτός από τον Ερμή.

Το επίπεδο περιφοράς της σελήνης γύρω από τη γη είναι κεκλιμένο, σε σχέση με το επίπεδο περιφοράς της γης γύρω από τον Ήλιο, κατά 5 μοίρες περίπου. Αυτό το γεγονός καθιστά κάπως σπάνια την απόλυτη ευθυγράμμιση των τριών σωμάτων σε μία ευθεία. Σε αυτή την περίπτωση έχουμε το φαινόμενο της έκλειψης. Αν η κλίση των δύο επιπέδων ήταν μηδενική, τότε θα είχαμε εκλείψεις δύο φορές σε κάθε σεληνιακό κύκλο, δηλαδή περίπου κάθε 15 ημέρες ! Κατά τις εκλείψεις, όταν η Σελήνη βρίσκεται ανάμεσα από τη Γη και τον Ήλιο, έχουμε έκλειψη Ηλίου, ενώ όταν η Γη βρίσκεται ανάμεσα από τον Ήλιο και τη σελήνη έχουμε έκλειψη σελήνης. Στην απόλυτη ευθυγράμμιση έχουμε ολικές εκλείψεις.

Eξερεύνηση της Σελήνης

Ο άνθρωπος περιεργάστηκε τη Σελήνη πρώτα με γυμνά μάτια ενώ τα τηλεσκόπια, από τον δέκατο έβδομο αιώνα και μετά, βοήθησαν ώστε να αποκαλυφθεί ο πλούτος και η λεπτεπίλεπτη δομή της σεληνιακής επιφάνειας.

Η Σελήνη δεν περιβάλλεται από ατμόσφαιρα. Η επιφάνειά της έτσι είναι άμεσα εκτεθειμένη σε πτώσεις αστεροειδών και μετεωριτών.

Η επιφάνεια της σελήνης παρουσιάζει δύο διαφορετικούς τύπους εκτάσεων, σαφώς ορατούς στο γυμνό μάτι: οι φωτεινότερες ορεινές περιοχές, "terrae" ή "ήπειροι", που καλύπτουν το 80% της σεληνιακής επιφάνειας (65% της ορατής πλευράς), και περίπου 20 σκοτεινότερες περιοχές που κατά παράφραση ονομάζονται θάλασσες (mare).

Οι θάλασσες έχουν κι αυτές, όπως οι πεδιάδες, λίγους μεγάλους κρατήρες. Οι κρατήρες δημιουργήθηκαν από μεγάλες συγκρούσεις με μετεωρίτες, πριν 3.9 και 3 δισεκατομμύρια χρόνια, γεμάτες με βασαλτική λάβα. Οι παλαιότερες λεκάνες έδωσαν ακανόνιστο σχήμα στις θάλασσες (όπως είναι η Tranquillitatis ή η Fecundidatis), ενώ οι πιο πρόσφατες έδωσαν περισσότερο κυκλικό σχήμα (όπως η Crisium, η Serentatis και η Nectaris). Οι περιοχές των θαλασσών συγκεντρώνονται στην ορατή πλευρά της σελήνης, όπου καλύπτουν το 35% της επιφάνειας. Στην αθέατη πλευρά της σελήνης οι θάλασσες καλύπτουν μόνο το 5%, με μεγαλύτερη τη θάλασσα της Μόσχας.

Οι διαστημικές αποστολές ανέλαβαν να συνεχίσουν τη μελέτη και τη λεπτομερή χαρτογράφηση του συντρόφου της Γης στο αέναο ταξίδι της περιστροφής της γύρω από τον Ήλιο.

Προέλευση της Σελήνης

Παρότι παλαιόθεν αποτελεί αντικείμενο συστηματικής μελέτης, η προέλευση της Σελήνης δεν έχει διευκρινισθεί πλήρως. Οι θεωρίες που κατά καιρούς έχουν διατυπωθεί είναι οι παρακάτω:

1) Η Σελήνη ήταν ένας ανεξάρτητος πλανήτης, ο οποίος στη συνέχεια συνελήφθη από το βαρυτικό πεδίο της Γης. Αν και η θεωρία αυτή έχει ακόμη υποστηρικτές, κάτι τέτοιο ειναι απίθανο να συνέβη λόγω της σχετικά μεγάλης μάζας της Σελήνης.

2) Στη θέση του συστήματος Γη-Σελήνη υπήρχε αρχικά ένα ουράνιο σώμα, σε ρευστή κατάσταση το οποίο περιστρεφόταν γύρω από τον Ήλιο. Με την πάροδο του χρόνου όμως και εξαιτίας διαρκών ανακατανομών στη δομή του, καθώς τα βαρύτερα στοιχεία συνέχισαν να συσσωρεύονται στον πυρήνα ενώ τα ελαφρύτερα στην επιφάνεια, λόγω της περιστροφικής κίνησης προέκυψε μια αστάθεια, ώστε τελικά το σώμα αυτό να διασπαστεί σε δύο μέρη. Η θεωρία αυτή σήμερα θεωρείται ξεπερασμένη.

3) Η Γη και η Σελήνη δημιουργήθηκαν ανεξάρτητα μεν, ταυτόχρονα δε, στην περιοχή τους, από το ίδιο πρωταρχικό νεφέλωμα από το οποίο σχηματίστηκε και το υπόλοιπο ηλιακό σύστημα. Η διαφορετική σύσταση όμως των δυο σωμάτων δρα ανασταλτικά στην επικράτηση της θεωρίας αυτής.

4) Η Σελήνη είναι το αποτέλεσμα της σύγκρουσης της Γης με έναν πλανήτη της τάξεως μεγέθους του Άρη με ταυτόχρονη δέσμευσή της από το βαρυτικό πεδίο του πλανήτη μας. Πρόκειται για την πλέον δημοφιλή θεωρία σήμερα σύμφωνα και με τα δεδομένα που προέκυψαν από τις αποστολές Απόλλων.

Κρατήρες

Η επιφάνεια της Σελήνης είναι γεμάτη κρατήρες οι οποίοι καλύπτονται από ένα μείγμα το οποίο καλείται regolith και απαρτίζεται από θραύσματα πτώσης μετεωριτών και σεληνιακό χώμα. Άλλωστε σχεδόν όλοι οι κρατήρες έχουν διαμορφωθεί από την πρόσπτωση μετεωριτών κινούμενων με μεγάλες ταχύτητες, γεγονός που συμβαίνει εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια. Οι μεγαλύτεροι από τους κρατήρες δημιουργήθηκαν από την πρόσπτωση υπολειμμάτων από τον σχηματισμό των πλανητών, την εποχή που το ηλιακό σύστημα ήταν ακόμη νεαρό σε ηλικία και ως εκ τούτου περιείχε πολλά από αυτά. Σεισμογράφοι εγκατεστημένοι στην επιφάνεια του φεγγαριού εξακολουθούν να καταγράφουν την πτώση 70-150 μετεωριτών ανά έτος, οι μάζες των οποίων κυμαίνονται από 100γρ μέχρι και 1000Kgr! Φαίνεται πάντως ότι η εποχή των βίαιων αναταράξεων για το δορυφόρο μας πέρασε ανεπιστρεπτί.

Μαγνητικό πεδίο

Η Σελήνη δεν διαθέτει ένα ενιαίο μαγνητικό πεδίο όπως η Γη. Ωστόσο κάποιοι βράχοι εμφανίζουν ασθενείς μαγνητικές ιδιότητες γεγονός που μας ωθεί να συμπεράνουμε ότι στερεοποιήθηκαν παρουσία κάποιου μαγνητικού πεδίου. Υπάρχουν επίσης μικρά, περιορισμένης έκτασης μαγνητικά πεδία, τα οποία εμφανίζονται ισχυρότερα σε περιοχές αντιδιαμετρικές περιοχών με λεκανοπέδια. Η προέλευση αυτών των μαγνητικών πεδίων, μας είναι άγνωστη. Ορισμένοι επιστήμονες πιθανολογούν ότι ο ισχυρός κλονισμός (shock) της πρόσπτωσης μεγάλου μεγέθους μετεωριτών είχε ως επακόλουθο τη γένεση των πεδίων αυτών. Άλλοι πάλι ισχυρίζονται ότι η Σελήνη όντως διέθετε μαγνητικό πεδίο, όμοιο με αυτό της Γης, το οποίο και κατέρρευσε από άγνωστη αιτία.