"Астрономия (базовый уровень)", Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К.
Луна — естественный спутник Земли, который мы видим благодаря отражённому солнечному свету. По мере её движения вокруг Земли меняется доля освещённой поверхности, обращённой к наблюдателю: так возникают фазы от новолуния до полнолуния и обратно. Понимание движения Луны помогает объяснить, почему лунный месяц длится около 29,5 суток, а затмения происходят не каждый месяц.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Фаза Луны — видимая с Земли доля освещённого солнечным светом полушария Луны. Это понятие помогает описать, почему лунный диск выглядит по-разному в разные дни. Фазу определяют по форме и размеру видимой освещённой части.
Сидерический месяц — период обращения Луны вокруг Земли относительно далёких звёзд, около 27,3 суток. Его отсчитывают от одного положения Луны среди звёзд до такого же положения. Это позволяет оценить время полного оборота Луны по орбите.
Синодический месяц — промежуток между двумя одинаковыми фазами Луны, около 29,5 суток. Например, столько в среднем проходит от одного новолуния до следующего. Этот период нужен, чтобы описывать повторение лунного цикла и сопоставлять его с календарём.
Либрация Луны — небольшие видимые покачивания Луны, благодаря которым с Земли можно наблюдать немного больше половины её поверхности. Луна не поворачивается к нам совершенно одной и той же частью во всех положениях. Понятие либрации объясняет, почему со временем открываются для наблюдения участки у краёв диска.
Сама Луна не светится, как звезда: солнечный свет падает на одну её половину, а затем отражается к Земле. В каждый момент освещённым остаётся полушарие, обращённое к Солнцу. Но с Земли мы видим не всё это полушарие, поскольку оно повёрнуто к нам под разными углами. Поэтому меняется видимая освещённая доля диска — фаза Луны.
Луна обращается вокруг Земли и одновременно перемещается на фоне далёких звёзд с запада на восток. За полный оборот она возвращается примерно к тому же положению среди звёзд. На это уходит около 27,3 суток — сидерический месяц. Это движение можно представить, сравнив положение Луны с неподвижным фоном звёзд.
Однако одного такого оборота недостаточно, чтобы снова увидеть ту же фазу. Пока Луна движется вокруг Земли, сама Земля продолжает обращаться вокруг Солнца и меняет положение в пространстве. Поэтому направление на Солнце относительно Земли становится другим, и Луна после оборота должна пройти ещё часть орбиты.
Так объясняется разница между двумя лунными месяцами. Сидерический период отсчитывают относительно звёзд и он составляет около 27,3 суток, а синодический — между повторениями фазы и равен примерно 29,5 суток. Фазы повторяются медленнее, чем положения Луны относительно звёзд, потому что для повторения фазы важно взаимное расположение всех трёх небесных тел.
В начале цикла наблюдается новолуние, затем освещённая часть растёт до первой четверти и полнолуния. После этого она уменьшается через последнюю четверть к следующему новолунию. Лунное затмение возможно при полнолунии, а солнечное — при новолунии, но одной подходящей фазы недостаточно: Луна должна также пройти вблизи плоскости земной орбиты. Иначе небесные тела не выстраиваются достаточно точно для затмения.
| Фаза | Положение Луны относительно Солнца и Земли | Видимый освещённый диск | Ориентировочное время наблюдения |
|---|---|---|---|
| Новолуние | Луна находится примерно между Землёй и Солнцем | Обращённая к Земле сторона почти не освещена | Рядом с Солнцем; наблюдать трудно |
| Первая четверть | Луна прошла примерно четверть пути от новолуния к полнолунию | Освещена примерно половина диска | Вечером |
| Полнолуние | Земля находится примерно между Солнцем и Луной | Освещён почти весь видимый диск | Всю ночь |
| Последняя четверть | Луна прошла примерно три четверти пути от новолуния | Освещена примерно половина диска | Во второй половине ночи и утром |
Сопоставляйте положение Луны и видимую освещённую часть: эти признаки вместе помогают определить фазу. Время наблюдения указано приблизительно и может немного меняться. Около четвертей освещена половина диска, а около новолуния видимая сторона почти тёмная.
Задача 1. Определите фазу Луны, если видимая с Земли половина её диска освещена, а Луна находится примерно на четверти пути от новолуния к полнолунию. Нужно учесть оба условия, а не только освещённую долю. Половина диска освещена и около последней четверти, поэтому важно положение на орбите.
Ответ: первая четверть. Фраза «от новолуния к полнолунию» показывает, что Луна прибывает, то есть освещённая часть растёт.
Задача 2. Сидерический месяц длится около 27,3 суток, а год — около 365,25 суток. Оцените продолжительность синодического месяца. Поскольку Земля движется вокруг Солнца, синодический период длиннее сидерического. Для расчёта используем соотношение 1/S = 1/P − 1/T, где S — искомый период, P — сидерический месяц, T — год.
Ответ: синодический месяц длится около 29,5 суток. Вычитание учитывает, что Земля за время оборота Луны смещается, поэтому для повторения фазы требуется дополнительное время.
Задача 3. После новолуния прошло 22 суток. Оцените фазу Луны, если синодический месяц равен примерно 29,5 суток. Сначала найдём долю прошедшего цикла, а затем сравним её со временем наступления основных фаз. Фазы не всегда наступают ровно в указанное среднее число суток.
Ответ: Луна находится примерно в фазе последней четверти. Точное состояние зависит от даты и времени наблюдения, поэтому это оценка, а не точный прогноз.
Ошибка: считать, что фазы возникают из-за тени Земли на Луне. Так можно подумать, потому что видимая часть Луны действительно то уменьшается, то растёт. Но обычные фазы появляются из-за изменения освещения и положения наблюдателя, а земная тень закрывает Луну только при затмении. Проверка: если бы причиной была тень, затемнение диска выглядело бы иначе и происходило бы лишь в особых условиях.
Ошибка: путать сидерический и синодический месяцы. Оба периода описывают движение Луны, поэтому их легко принять за одно и то же. Сидерический отсчитывают относительно звёзд, а синодический — между одинаковыми фазами; второй длиннее из-за движения Земли. Проверка: запомните числа 27,3 и 29,5 суток вместе с тем, относительно чего отсчитывают каждый период.
Ошибка: считать, что при новолунии Луна обязательно полностью невидима. Это представление возникает из-за того, что освещённая сторона почти не обращена к Земле. Тонкий серп иногда можно заметить, хотя в точный момент новолуния диск обычно трудно различить. Проверка: новолуние означает почти неосвещённую видимую сторону, а не исчезновение самой Луны.
Ошибка: ожидать затмение при каждом новолунии или полнолунии. Фаза задаёт нужное взаимное расположение Солнца, Земли и Луны, но не гарантирует точного совпадения. Орбита Луны наклонена к плоскости земной орбиты, поэтому спутник чаще проходит выше или ниже нужной линии. Проверка: для затмения учитывайте не только фазу, но и прохождение Луны вблизи этой плоскости.
Чтобы понять смену фаз, нужно знать, что Солнце освещает половину сферического тела, а видимая освещённая часть зависит от положения наблюдателя. Эта идея применяется и при объяснении освещения других небесных тел. Знания о движении Луны пригодятся при изучении солнечных и лунных затмений, календарей и движения небесных тел. Например, даты лунных фаз помогают описывать повторяющиеся небесные циклы.
Почему Луна светится, если сама не является звездой?
Луна не излучает собственного видимого света, а отражает солнечные лучи. Поэтому её видимость и яркость зависят от того, какая часть освещённой поверхности обращена к Земле.
Почему Луна каждый день выглядит по-разному?
Луна движется вокруг Земли, поэтому меняется взаимное положение Луны, Земли и Солнца. Мы видим разные доли освещённого полушария Луны, и её видимая форма постепенно меняется.
Чем синодический месяц отличается от сидерического?
Сидерический месяц — время одного оборота Луны относительно далёких звёзд, около 27,3 суток. Синодический месяц — время между одинаковыми фазами, около 29,5 суток; он длиннее, потому что за это время Земля тоже движется по орбите вокруг Солнца.
Почему лунное затмение бывает не при каждом полнолунии?
Для затмения Земля должна оказаться между Солнцем и Луной, а сама Луна — пройти вблизи плоскости земной орбиты. Обычно Луна проходит выше или ниже этой плоскости, поэтому земная тень не закрывает её.
Можно ли наблюдать Луну в новолуние?
При новолунии обращённая к Земле сторона Луны почти не освещена, поэтому увидеть её трудно. Иногда рядом с тонким краем можно заметить слабый серп, но в момент точного новолуния Луна обычно неразличима на фоне неба.
§ 7. Движение и фазы Луны