Kuu

Muotoutuminen

Lähes puolen miljardin vuoden ajan Kuun syntymästä sen pintaa pommitti aurinkokunnan planeettojen syntymästä ylitse jäänyt aines. Törmäysten energia synnytti Kuuhun yli 480 kilometrin syvyisen sulan magmameren. Sen pinnalle kohosi alumiinista, piistä, hapesta ja kalsiumista muodostuneista kiteistä eli plagioklaasista muodostunutta kuonaa. Sen jäähtyessä anortosiitiksi Kuu sai ensimmäisen kuorensa, josta Kuun ikivanhat ylänköalueet ovat muodostuneet. Pommitusten lakattua kuori jäähtyi lähes kokonaan ja muuttui liikkumattomaksi noin 50 miljoonassa vuodessa. Kuoreen kertyi lisää ainetta altapäin, ja paikoittain sen puhkaisivat magmavirrat, jotka synnyttivät ylänköalueille tulivuoria.
Raskaimpien alkuaineiden painuessa alaspäin Kuulle muodostui rauta-nikkeliydin. Samalla sen pinnalle syntyi laajoja altaita suurissa törmäyksissä 500 miljoonan vuoden aikana 4,5–4 miljardia vuotta sitten. Noin 100 kilometrin läpimittaiset asteroidit synnyttivät Australen, Nubiumin, Tranquilitatiksen ja Focunditatiksen altaat. Uudemmat törmäykset hävittivät vanhempien törmäyksien jälkiä, joita saattaa kuitenkin vielä heikosti erottua. Yksi suurimmista törmäyksistä synnytti Kuun etelänavan ympärille valtavan Aitkenin altaan, joka on aurinkokunnan suurin kuoppa. Kaikki suuret altaat olivat syntyneet viimeistään 3,9 miljardia vuotta sitten, kun aurinkokunnassa vaeltaneet suuret kappaleet olivat jo ehtyneet. Altaat täyttyivät seuraavien satojen miljoonien vuosien aikana Kuun sisuksista nousseesta sulasta laavasta. Koska Kuun kääntöpuolella kuori on paksumpaa, sinne ei tummia laava-altaita eli ”meriä” juurikaan syntynyt. Laavan purkautuminen päättyi 3,5 miljardia vuotta sitten. Sen jälkeen ovat vielä syntyneet jotkin nykyisin parhaiten näkyvistä kraattereista, kuten Kopernikus vähän yli miljardi vuotta sitten ja Tycho hieman yli 100 miljoonaa vuotta sitten. Geologisesti Kuussa ei enää tapahdu paljoakaan, sillä vulkaaninen toiminta on lakannut ja törmäyksiäkin tapahtuu paljon aikaisempaa harvemmin.

Koostumus

Kuun mineraalit ovat samoja kuin Maassa.
Kuussa on merkittävä määrä jäätynyttä vettä, joka on todennäköisesti peräisin aurinkotuulesta.
Kuun kuoren paksuus on 50–65 kilometriä, kääntöpuolella noin 13 kilometriä paksumpi kuin Maahan näkyvällä puolella. Kuun pinnan vaaleat alueet ovat koostumukseltaan Maan vaipan kaltaisia. Ne koostuvat lähinnä anortosiitista ja breksiasta. Tummat alueet, "Kuun meret", koostuvat basaltista, joka nousi pinnalle valtavissa törmäyksissä yli kolme miljardia vuotta sitten. Sen jälkeen Kuun sisus on ollut melko rauhallinen.
Kuoren alapuolella on vaippa, joka ulottuu yli 1 000 kilometrin syvyyteen. Vaippa koostuu lähinnä silikaattimineraaleista, kuten Maankin vaippa. Metalleja Kuun vaipassa on vähemmän kuin Maassa.
Kuun tiheys on paljon pienempi kuin Maan, mikä merkinnee sitä, että sen rautaydin on pieni, arviolta noin 450 kilometriä halkaisijaltaan. Ydin on osittain sulanut. Sen massa on noin 4 prosenttia Kuun kokonaismassasta. Raudan vähäisyydestä johtuen Kuun magneettikenttä on heikko.
Kuulla ei ole varsinaista kaasukehää. Sen vuoksi pinnan lämpötilat vaihtelevat Kuun vuorokauden aikana +130 ja −200 celsiusasteen välillä.

Kiertorata

Kuu kiertää Maata ellipsin muotoisella radalla vastapäivään. Kuun etäisyys maasta vaihtelee noin 357 000 kilometristä noin 406 000 kilometriin. Tämän vuoksi myös Kuun näennäinen halkaisija vaihtelee 29,4:stä 33,5:een kaariminuuttiin eli näennäinen halkaisija on noin puoli astetta.
Yhtä kuunkierrosta kutsutaan sideeriseksi kuukaudeksi, joka on sidottu Kuun liikkeisiin taustatähtiin nähden. Sen pituus on 27 vuorokautta 7 tuntia 43,7 minuuttia. Muita kuukausia ovat tasauspisteeseen sidottu trooppinen kuukausi, Kuun radan perigeumiin sidottu anomalistinen kuukausi ja kahden uuden kuun väliseen aikaan sidottu synodinen kuukausi. Sideerinen, trooppinen ja anomalistinen kuukausi ovat muutamien kymmenien minuuttien tarkkuudella samoja, synodinen kuukausi sen sijaan Maan kiertoliikkeen vuoksi yli kaksi vuorokautta pitempi.
Kuun pyörähdysaika akselinsa ympäri on lukkiutunut samaksi kuin sen kiertoaika Maan ympäri (sideerinen kuukausi). Siten Kuusta on aina sama puoli Maata kohti. Kuun oma vuorokausi (esim. auringonnoususta seuraavaan auringonnousuun Kuusta katsottuna) on puolestaan synodisen kuukauden pituinen.
Koska Kuusta on aina sama puoli kääntyneenä Maata kohti, vasta avaruusluotaimilla pystyttiin kartoittamaan kokonaan Maahan kaukoputkella suoraan näkymätön Kuun kääntöpuoli. Näkyvä osa Kuun pinnasta on kuitenkin hiukan enemmän kuin puolet (noin 59 %), sillä pääasiassa Kuun radan muodon vuoksi Kuu näennäisesti hieman huojahtelee puolelta toiselle.

Valaistusvoima ja väri

Täysikuu valaisee noin 0,1 luksin voimalla. Puolikuu valaisee noin 0,03-0,04 luksia, ja neljänneskuu valaisee 0,01 luksin voimalla.
Kuu on väriltään todellisuudessa harmaa pintansa mineraalien vuoksi, minkä voi todeta avaruudesta otetuista kuvista. Maasta Kuu voi näyttää muunkin väriseltä. Päivänvalossa keskellä sinistä taivasta Kuu näyttää himmeän valkoiselta. Yöllä Kuu näyttää kirkkaan keltaiselta. Matalalla taivaanrannassa sekä täydellisen kuunpimennyksen aikana Kuu näyttää punertavalta tai tiilenpunaiselta. Kuun värin vaihtelu johtuu Maan ilmakehän aiheuttamasta valon aallonpituuksien sironnasta. Mitä pitemmän matkan kuunvalo kulkee ilmakehässä, sitä enemmän siitä häviää sinistä valoa, mikä aiheuttaa punertavan sävyn.

Varhainen havainnointi ja tutkimus

Jo ennen ajanlaskun alkua eläneet antiikin kreikkalaiset tähtitieteilijät kykenivät selittämään kuunpimennyksen syitä ja laskemaan Kuun etäisyyden Maasta. Kuun todellista olemusta rosoisena kivipallona ei ollut kuitenkaan tunnettu ennen kuin kaukoputki otettiin käyttöön 1600-luvun alussa. Kuun piirteet teki tunnetuksi Galileo Galilei. Hänen herättämänään syntyi uusi tiede selenografia, joka kartoittaa, nimeää ja tulkitsee Kuun pinnanmuotoja.
Galilein jälkeen muutkin tähtitieteilijät alkoivat tutkia Kuuta kaukoputkilla ja piirtää omia kuukarttojaan. Kaukoputkien alettua kehittyä nopeasti vuoden 1640 jälkeen kartoistakin voitiin tehdä yksityiskohtaisia. Hollantilaisen Michael van Langrenin kuukartta vuodelta 1645 antoi suuntaviivat kaikille myöhemmille kuukartoille. Saksalainen Johannes Hevelius julkaisi vuonna 1647 laajan ja yksityiskohtaisen Selenografia-kuukartastonsa. Italialainen Giovanni Riccioli antoi omassa kuukartassaan vuodelta 1651 monelle Kuun kohteelle nimen, joilla ne edelleen tunnetaan.
Kuusta etsittiin 1600- ja 1700-luvuilla ratkaisua merenkulkijoita pitkään vaivanneeseen pituusasteiden määritysongelmaan. Kuutaulukoiden avulla pituusaste voitiin lopulta määritellä yhden asteen tarkkuudella, mutta siihen liittyvien työläiden laskelmien vuoksi menetelmän korvasi helpompi laivakronometri.
Ensimmäisen valokuvan Kuusta otti Louis Daguerre vuonna 1839. Muutaman vuosikymmenen kuluessa valokuvaamalla alettiin tekniikan kehityksen myötä saada tarkempia kuukarttoja kuin käsin piirtämällä. Parhaat tulokset saatiin kuitenkin vielä pitkälle 1900-luvulle asti yhdistämällä valokuvat piirroksiin kaukoputkella havaituista yksityiskohdista.
Pitkään Kuuta oli tutkittu vain sen pinnanmuotojen kannalta. 1900-luvun alussa Kuuta alettiin tutkia myös geologian näkökulmasta, ja esimerkiksi Kuun vulkaanisesta toiminnasta ja kraattereiden syntytavoista esitettiin teorioita.
Vuonna 1919 perustetun Kansainvälisen tähtitieteen unionin jaos 17 sai vastuulleen Kuun nimistön.

Havainnointi Maasta

Maasta katsottuna paljaalla silmällä Kuusta erottuvat suuret tummat vyöhykkeet eli Kuun meret, jotka peittävät Kuun näkyvästä puolesta noin 30 prosenttia. Kiikarilla erottuvat pienimmätkin meret sekä monet kraatterit. Yli 60-millisellä linssikaukoputkella erottuu pienempiä yksityiskohtia kuten vuoristoja ja vuoria, laaksoja ja uomia. Satakertainen suurennos on yleensä riittävä, sillä sitä suurempi suurennos tuo näkyviin lisää yksityiskohtia vain kun Maan ilmakehä on poikkeuksellisen rauhallinen eikä väreile. Muodostumat erottuvat parhaiten silloin, kun ne osuvat lähelle terminaattoria eli pimeän ja valaistun alueen rajaa, sillä silloin niistä lankeaa pitkä musta varjo. Täydenkuun aikaan, kun Kuun pinta on kirkas, siitä erottuvat selvästi muutamien kraatterien sädejärjestelmät.
Kuu näkyy taivaalla toisinaan samassa suunnassa kuin Aurinko, toisinaan vastakkaisella suunnalla. Täysikuun aikaan kuu on korkeimmillaan, etenkin talvella. Kesällä täysikuu jää matalammalle ja nousee Suomessa juuri ja juuri eteläisen taivaanrannan yläpuolelle – pohjoisessa se ei aina edes näy. Iltataivaalla Kuu näkyy ensimmäisen neljänneksensä aikana, aamuyön taivaalla viimeisellä neljänneksellään. Kapea kuunsirppi näkyy parhaiten kevätiltoina ja syysaamuina.

Kuu kulttuurissa

Kuu on aina näyttänyt ihmisen silmään erilaisten merkitysten ja mysteerien täyttämältä paikalta, ja ihminen onkin olemassaolonsa aikana reagoinut Kuuhun erittäin monenkirjavasti. Kuu on muun muassa aiheuttanut uskonnollista pelkoa ja taikauskoa, inspiroinut myyttejä, taiteita ja tieteiskirjallisuutta sekä ollut vaikuttamassa tieteellisten keksintöjen syntyyn. Lähes kaikissa kulttuureissa on aikaa mitattu kuukalenterin avulla.

Uskonnossa ja mytologiassa

Kuun jumaluuksia on esiintynyt ilmeisesti kaikkien kulttuurien varhaishistoriassa. Kuun jumalattaret olivat yleisempiä kuin jumalat, mikä saattaa selittyä kuunkierron ja kuukautiskierron näennäisellä yhteydellä. Kuu on edustanut ihmisille muutosta siinä kun Aurinko on edustanut pysyvyyttä. Kuunjumalia ja -jumalattaria ovat esimerkiksi kreikkalaisten Selene ja Artemis, egyptiläisten Thot, babylonialaisten Nannar, syyrialaisten Aglibol, intialaisten Soma, nepalilaisten Chandra sekä asteekkien Xochipili ja Coyolxauhqui.
Kuusta kertovissa taruissa on kuvattu, kuinka kuunpimennys ja kuunvaiheet selittyvät nälkäisellä lohikäärmeellä tai palkitsemattomalla rakkaudella. Kuun on kerrottu pystyvän kontrolloimaan eläimiä tai muuttamaan ihmisen pedoksi tai hulluksi. Kuukiven, erään maasälvän muodon, on uskottu olevan kivettynyttä kuunvaloa, jolla on suunnaton parantava ja suojeleva voima. Astrologiassa Kuu on yhdistetty naisenergiaan, tunneherkkyyteen ja kasvuvoimaan sekä ihmispsyyken vaistonvaraiseen puoleen, kuten ailahtelevaan vihaan sekä kykyyn luoda ja tuhota.
Ihmiset ovat nähneet Kuun pinnanmuodoissa erilaisia hahmoja: kiinalaiset naisen tai jäniksen, keskiajan britit keppiä kantavan vanhuksen, skandinaavit kaksosia ja jotkin intiaaniheimot rupikonnan.

Taiteissa ja populaarikulttuurissa

Kuu on ollut merkittävässä roolissa niin uskonnollisessa kuin maallisessakin kuvataiteessa kautta aikain. Kuu esitettiin usein kuunsirppiin piirtyneenä kasvona tai kaapuun pukeutuneena jumalattarena. Runoilijat Dantesta ja Shakespearesta nykyajan populaarimusiikin tekijöihin ja lastenloruilijoihin ovat toistuvasti kertoneet kuun muodosta. Kirjallisuudessa kuumatka on ollut yleinen aihe, josta ovat kirjoittaneet esimerkiksi Johannes Kepler, Cyrano de Bergerac, Jules Verne ja Arthur C. Clarke. Klassikoksi nousseita kuuaiheisia tieteiselokuvia ovat esimerkiksi Matka kuuhun (1902) ja 2001: Avaruusseikkailu (1968).