Номер 5, страница 62 - гдз по физике 7 класс контрольные и самостоятельные работы Громцева

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Самостоятельные работы. СР-31. Вес воздуха. Атмосферное давление. Существование воздушной оболочки Земли. Вариант № 1 - номер 5, страница 62.

Решение.

У Луны, спутника Земли, практически отсутствует атмосфера по нескольким ключевым причинам, связанным с её физическими характеристиками и положением в Солнечной системе. Основные факторы — это слабая гравитация и воздействие солнечного излучения.

1. Слабая сила тяжести и низкая вторая космическая скорость

Способность небесного тела удерживать атмосферу напрямую зависит от его силы гравитации. Для того чтобы молекулы газа не покидали планету или спутник, их скорость должна быть меньше второй космической (или скорости убегания) для этого тела. Эта скорость — минимальная скорость, которую необходимо придать объекту у поверхности, чтобы он навсегда покинул гравитационное поле небесного тела.

Вторая космическая скорость $v_{II}$ вычисляется по формуле:
$v_{II} = \sqrt{\frac{2GM}{R}}$
где $\text{G}$ — гравитационная постоянная, $\text{M}$ — масса небесного тела, $\text{R}$ — его радиус.

Масса Луны примерно в 81 раз меньше массы Земли, а её радиус — примерно в 3.7 раза меньше. Из-за этого сила тяжести на её поверхности составляет всего около 1/6 от земной. В результате вторая космическая скорость для Луны очень мала и составляет всего $v_{II \ (Луна)} \approx 2.4 \ км/с$, в то время как для Земли она равна $v_{II \ (Земля)} \approx 11.2 \ км/с$. Такая низкая скорость убегания означает, что даже относительно медленным молекулам газа легко преодолеть лунное притяжение и улететь в космос.

2. Высокая скорость теплового движения молекул

Скорость движения молекул газа зависит от их температуры и массы. Среднеквадратичная скорость молекул $v_{ср.кв.}$ определяется формулой:
$v_{ср.кв.} = \sqrt{\frac{3kT}{m}}$
где $\text{k}$ — постоянная Больцмана, $\text{T}$ — абсолютная температура, $\text{m}$ — масса одной молекулы.

На Луне отсутствуют атмосфера и океаны, которые на Земле сглаживают суточные колебания температуры. Поэтому на дневной стороне поверхность Луны нагревается до $120–130 \ °C$ (около $400 \ K$). При такой температуре молекулы газов (особенно легких, таких как водород и гелий) приобретают очень высокие скорости, сопоставимые со скоростью убегания.

Согласно распределению Максвелла по скоростям, в любом газе всегда есть доля молекул, скорости которых значительно превышают среднее значение. Даже если средняя скорость молекул меньше второй космической, наиболее быстрые из них постоянно покидают Луну. Со временем этот процесс, называемый атмосферной диссипацией, приводит к потере практически всей газовой оболочки.

3. Отсутствие магнитного поля и воздействие солнечного ветра

В отличие от Земли, у Луны нет собственного глобального магнитного поля. Земная магнитосфера защищает нашу атмосферу от солнечного ветра — потока заряженных частиц (в основном протонов и электронов), испускаемых Солнцем.

Поскольку у Луны нет такой защиты, солнечный ветер напрямую взаимодействует с её поверхностью и любой гипотетической атмосферой. Частицы солнечного ветра обладают высокой энергией и буквально "выбивают" или "сдувают" молекулы газа с лунной поверхности в открытый космос. Этот процесс значительно ускоряет потерю атмосферы.

Ответ: Луна не имеет атмосферы из-за совокупности трех основных факторов: 1) слабой силы гравитации, из-за которой вторая космическая скорость на Луне очень мала ($ \approx 2.4 \ км/с $), и молекулы газа легко ее покидают; 2) высокой температуры на освещенной Солнцем стороне (до $130 \ °C$), которая придает молекулам газа достаточную скорость для преодоления лунного притяжения; 3) отсутствия глобального магнитного поля, из-за чего солнечный ветер беспрепятственно "сдувает" частицы газа с поверхности Луны.