"Астрономия (базовый уровень)", Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К.
Затмение — явление, при котором одно небесное тело закрывает другое или попадает в его тень. Солнечное затмение происходит, когда Луна заслоняет Солнце от наблюдателя на Земле, а лунное — когда Луна проходит через земную тень. Вид затмения зависит от положения тел, расстояния до Луны и того, какая часть её диска попадает в тень или закрывается. Понимание этих условий помогает объяснить, почему затмения бывают не каждый месяц и где их можно увидеть.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Затмение Солнца — явление, при котором Луна проходит между Землёй и Солнцем и закрывает солнечный диск для наблюдателя. Оно возможно в новолуние, но только при подходящем положении Луны на орбите. Это определение помогает отличить затмение от обычного изменения освещённости неба.
Затмение Луны происходит, когда Луна попадает в тень Земли. Земля в этот момент находится между Солнцем и Луной, поэтому солнечный свет не достигает лунной поверхности напрямую. Такое затмение возможно в полнолуние.
Тень и полутень — области за непрозрачным телом, куда свет от источника попадает в разной степени. В тени источник света закрыт полностью, а в полутени — только частично. Различие нужно, чтобы определить, будет ли затмение полным или частным.
Кольцеобразное затмение — солнечное затмение, при котором Луна не закрывает Солнце целиком. Её видимый размер в этот момент меньше солнечного, поэтому края Солнца остаются открытыми и выглядят как яркое кольцо. Такое описание объясняет, почему кольцеобразное затмение нельзя считать полным.
Для солнечного затмения тела должны расположиться примерно на одной линии: Солнце — Луна — Земля. Луна оказывается между наблюдателем и источником света, поэтому заслоняет часть или весь солнечный диск. При лунном затмении порядок другой: Солнце — Земля — Луна, и Земля перекрывает солнечный свет, направленный к Луне.
Солнце имеет конечные размеры и освещает Землю и Луну с разных направлений. Поэтому за непрозрачным телом образуются конус тени, куда прямой свет не попадает, и окружающая его полутень, куда доходит свет от части солнечного диска. Если небесное тело проходит через тень, перекрытие полное; если через полутень — частичное. Наблюдатель тоже может оказаться в тени или полутени, и от этого зависит видимое солнечное затмение.
Полное солнечное затмение наблюдают там, куда падает тень Луны: её диск закрывает Солнце целиком. В полутени Луны видно частное затмение, потому что закрыта только часть солнечного диска. Видимый размер Луны меняется с расстоянием до Земли: при большем расстоянии она кажется меньше, чем Солнце, и не может закрыть его края. Тогда возникает кольцеобразное затмение.
Лунные затмения различают по тому, какая часть диска Луны проходит через земную тень. Если в неё входит весь диск, затмение полное; если только часть — частное. При прохождении Луны через земную полутень наблюдается полутеневое затмение: яркость диска меняется слабее, чем при попадании в тень. Таким образом, название определяется не фазой затмения, а областью, которую пересекает Луна.
Новолуние и полнолуние повторяются примерно раз в месяц, но затмения происходят реже. Причина в наклоне плоскости лунной орбиты к плоскости земной орбиты: Луна обычно проходит немного выше или ниже нужной линии. Пересечения этих плоскостей называют узлами. Чтобы затмение состоялось, Луна в новолуние или полнолуние должна находиться близко к узлу, тогда три тела выстраиваются достаточно точно.
| Свойство | Затмение Солнца | Затмение Луны |
|---|---|---|
| Фаза Луны | Новолуние | Полнолуние |
| Взаимное расположение небесных тел | Солнце — Луна — Земля | Солнце — Земля — Луна |
| Какое тело попадает в тень | Наблюдатель на Земле оказывается в тени или полутени Луны | Луна попадает в тень или полутень Земли |
| Где наблюдается затмение | С части земной поверхности | С ночной стороны Земли, где Луна над горизонтом |
| Возможные виды затмения | Полное, частное, кольцеобразное | Полное, частное, полутеневое |
Сначала сравните фазу Луны и порядок расположения трёх тел: так проще определить тип затмения. Затем проверьте, кто именно проходит через тень и где находится наблюдатель. Последняя строка показывает, какие разновидности возможны в каждом случае.
Задача 1. Определить, какое затмение возможно в новолуние, если Луна находится близко к узлу своей орбиты. Здесь нужно учесть сразу два условия: фазу Луны и её положение относительно плоскости земной орбиты. Если бы Луна была далеко от узла, она прошла бы выше или ниже нужной линии, и затмения не было бы.
Ответ: возможно затмение Солнца. Его конкретный вид зависит от того, попадает ли наблюдатель в тень или полутень Луны и каковы видимые размеры Солнца и Луны.
Задача 2. По схеме конусов тени и полутени нужно определить, увидит ли наблюдатель полное или частное затмение Солнца. Недостаточно заметить, что Луна находится между Землёй и Солнцем: надо выяснить, в какую область лунной тени попадает наблюдатель. Именно его положение определяет, сколько солнечного диска будет закрыто.
Ответ: в полной тени наблюдатель увидит полное затмение, а в полутени — частное. Если на схеме показано только положение наблюдателя, но не размеры видимых дисков, этого достаточно для ответа о полной или частной фазе в рамках схемы.
Задача 3. Объяснить, почему при прохождении Луны через земную тень затмение может быть полным для одних участков её диска и частным для других. Лунный диск имеет протяжённость, поэтому его разные части могут одновременно находиться в разных областях земной тени. Нужно проследить не только положение центра Луны, но и положение краёв диска.
Ответ: разные части диска проходят границу земной тени не одновременно. Поэтому в отдельный момент часть Луны может быть затенена полностью, тогда как остальные участки затронуты частично или ещё не вошли в тень.
Ошибка: считать, что солнечное затмение бывает в полнолуние. Обычно так думают, потому что при полнолунии хорошо виден весь лунный диск. Но в эту фазу Луна находится на противоположной от Солнца стороне Земли. Проверьте себя: для солнечного затмения Луна должна быть между Землёй и Солнцем, то есть наступает новолуние.
Ошибка: считать, что лунное затмение возможно в новолуние. В новолуние Луна расположена со стороны Солнца, а не за Землёй. Для лунного затмения нужна обратная последовательность тел: Солнце — Земля — Луна. Самопроверка проста: земная тень может накрыть Луну только при полнолунии.
Ошибка: полагать, что затмения случаются каждый месяц. Фазы Луны повторяются ежемесячно, поэтому легко принять каждое новолуние или полнолуние за возможность затмения. Однако наклон орбиты обычно уводит Луну выше или ниже линии выстраивания. Проверьте, близка ли Луна к узлу орбиты: без этого условия затмение не произойдёт.
Ошибка: путать области наблюдения солнечного и лунного затмений. При солнечном затмении лунная тень касается лишь небольшой части Земли, поэтому увидеть его одновременно отовсюду нельзя. Лунное затмение доступно наблюдателям всей ночной стороны Земли, если Луна у них над горизонтом. Чтобы не перепутать, спросите себя, на какое тело падает тень и насколько велика область наблюдения.
Чтобы понять затмения, нужно знать фазы Луны, её движение вокруг Земли и движение Земли вокруг Солнца. Эти знания позволяют представить, почему при новолунии и полнолунии меняется порядок расположения небесных тел. Тема связана и с небесной механикой — изучением движения небесных тел под действием сил. Наблюдения периодичности затмений помогают проверять и уточнять представления о движении Луны и других небесных объектов.
Почему солнечное затмение не видно одновременно со всей Земли?
Луна значительно меньше Земли, поэтому её тень закрывает лишь узкую область земной поверхности. Вне этой области наблюдатели могут видеть частное затмение или не видеть затмения вовсе.
Почему во время кольцеобразного затмения вокруг Луны остаётся светлое кольцо?
В этот момент Луна находится дальше от Земли, чем при полном затмении, и её видимый диск кажется меньше солнечного. Она закрывает середину Солнца, но не его края, поэтому вокруг лунного диска остаётся яркое кольцо.
Почему затмение Луны можно наблюдать со всей ночной стороны Земли?
Лунное затмение видно всем наблюдателям, для которых Луна в это время находится над горизонтом. Земная тень удалена от поверхности, и её прохождение Луной не ограничено узкой полосой, как при солнечном затмении.
Может ли солнечное затмение произойти в полнолуние?
Нет. При полнолунии Земля находится примерно между Солнцем и Луной, поэтому при подходящем расположении возможно лунное затмение. Для солнечного затмения Луна должна оказаться между Землёй и Солнцем, а это происходит в новолуние.
Почему затмения не случаются при каждом новолунии и полнолунии?
Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости земной орбиты. Поэтому чаще всего Луна проходит выше или ниже линии, необходимой для затмения. Оно возможно, когда новолуние или полнолуние приходится близко к узлу — точке пересечения плоскостей орбит.
§ 8. Затмения Солнца и Луны
