"Астрономия (базовый уровень)", Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К.
Луна — ближайшее к Земле небесное тело и её естественный спутник. Она движется вокруг Земли, отражает солнечный свет и поэтому выглядит на небе по-разному: от тонкого серпа до полного диска. Положение Луны относительно Земли и Солнца определяет фазы и возможность затмений. Притяжение Луны вызывает приливы, а длительное взаимодействие с Землёй постепенно меняет движение обоих тел. Эти явления помогают понять, как связаны небесные тела и их движение.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Луна — естественный спутник Земли, то есть небесное тело, обращающееся вокруг планеты. Она входит вместе с Землёй в систему Земля—Луна и является ближайшим к нам крупным небесным телом. Луна не светит сама, а отражает солнечный свет. Эти сведения нужны, чтобы объяснить её вид на небе и влияние на Землю.
Синодический месяц — промежуток времени между двумя одинаковыми фазами Луны, например между новолуниями; он длится примерно 29,5 суток. Его отсчитывают по изменению взаимного положения Луны, Земли и Солнца. Звёздный месяц — время одного оборота Луны относительно далёких звёзд, около 27,3 суток. Различие этих периодов помогает понять, почему фазы повторяются не за один звёздный месяц.
Фазы Луны — видимые с Земли изменения освещённой части лунного диска. Основные фазы идут в таком порядке: новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть, затем снова новолуние. Между основными фазами видны серп и почти полный диск. Названия фаз позволяют описывать положение Луны в её цикле.
Солнечное затмение происходит, когда Луна оказывается между Солнцем и Землёй и закрывает солнечный диск полностью или частично. Лунное затмение возникает, когда Земля находится между Солнцем и Луной и её тень падает на Луну. Поэтому первое возможно при новолунии, а второе — при полнолунии. Различие важно: в этих явлениях тень одного тела падает на разные объекты.
Солнце освещает обращённую к нему половину Луны, а другая половина остаётся в темноте. Луна видна потому, что её поверхность отражает часть солнечного света в сторону Земли. При движении спутника меняется угол между направлениями на Солнце и на Луну, поэтому наблюдателю доступна разная доля освещённой половины. Луна также вращается вокруг своей оси: её вращение согласовано с обращением вокруг Земли, поэтому одна сторона обычно остаётся обращённой к нам.
Смена фаз вызвана не земной тенью, а тем, как мы видим освещённую половину Луны с разных точек её орбиты. При новолунии Луна находится примерно между Землёй и Солнцем, поэтому освещённая сторона обращена от нас. Затем освещённая часть, видимая с Земли, увеличивается: после серпа наступает первая четверть, а примерно в середине цикла — полнолуние, когда виден почти весь освещённый диск. После полнолуния видимая освещённая часть уменьшается, проходит последняя четверть и снова наступает новолуние.
Звёздный месяц короче синодического, потому что за время одного оборота Луны вокруг Земли сама система Земля—Луна перемещается по орбите вокруг Солнца. Луна возвращается к прежнему положению относительно звёзд, но положение Земли относительно Солнца уже изменилось. Чтобы снова увидеть ту же фазу, Луне нужно пройти дополнительный участок орбиты и восстановить прежнее взаимное расположение трёх тел. Поэтому полный цикл фаз занимает около 29,5 суток, а не 27,3.
Для солнечного затмения Луна должна оказаться между Солнцем и Землёй, а для лунного Земля должна заслонить солнечный свет от Луны. Именно поэтому солнечное затмение связано с новолунием, а лунное — с полнолунием. Однако орбита Луны наклонена к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца. Обычно Луна проходит немного выше или ниже линии, соединяющей тела, и её тень не попадает на Землю или земная тень — на Луну. Затмение возможно, когда нужная фаза совпадает с прохождением Луны вблизи пересечения плоскостей орбит.
Луна притягивает Землю, и особенно заметно это действие в перемещении вод океанов: возникают приливные выпуклости и смена приливов и отливов. Земля вращается быстрее, чем Луна обращается вокруг неё, поэтому взаимодействие между телами создаёт приливное трение. Оно постепенно замедляет вращение Земли, а часть вращательной энергии передаётся движению Луны. В результате Луна медленно удаляется от Земли, а продолжительность земных суток очень постепенно увеличивается.
| Характеристика или явление | Когда наблюдается | Причина | Главное следствие или признак |
|---|---|---|---|
| Смена фаз Луны | На протяжении всего синодического месяца | Меняется взаимное положение Луны, Земли и Солнца | С Земли видна разная доля освещённого диска |
| Новолуние | В начале цикла фаз | Луна находится примерно между Землёй и Солнцем | Освещённая сторона почти не видна с Земли |
| Первая и последняя четверти | Примерно через четверть и три четверти синодического месяца после новолуния | Видны половины освещённого диска | Первая четверть — освещённая часть растёт, последняя — уменьшается |
| Полнолуние | Примерно в середине цикла фаз | Земля находится примерно между Солнцем и Луной | Виден почти весь освещённый диск |
| Солнечное затмение | При новолунии, если тела почти на одной линии | Луна заслоняет Солнце для наблюдателей на Земле | Солнечный диск закрыт полностью или частично |
| Лунное затмение | При полнолунии, если тела почти на одной линии | Луна попадает в тень Земли | Земная тень затемняет лунный диск |
| Приливное взаимодействие | Постоянно, особенно заметно по периодическим приливам и отливам | Гравитационное притяжение Луны действует на Землю и её воды | Меняются уровень океана, вращение Земли и движение Луны |
Чтобы разобраться в явлении, сначала найдите его строку и сопоставьте условие наблюдения с причиной. Затем проверьте, какой признак отличает его от других явлений. Для затмений особенно полезно сравнить фазу Луны и то, какое тело оказывается между остальными.
Задача: определите, какая фаза Луны будет примерно через неделю после новолуния. Нужно связать прошедшее время с длительностью цикла, а затем обратиться к последовательности фаз. Точный день может немного различаться, потому что «неделя» дана приблизительно. Ищем основную фазу, которая наступает примерно через четверть синодического месяца.
Ответ: примерно через неделю после новолуния наступает первая четверть. В это время с Земли видна примерно половина освещённого диска, а освещённая часть продолжает увеличиваться. Так можно отличить первую четверть от последней, при которой освещённая часть убывает.
Задача: объясните, почему солнечное затмение возможно только в новолуние, а лунное — только в полнолуние. Для ответа нужно представить расположение трёх тел при каждой фазе и выяснить, куда падает тень. Сама фаза создаёт необходимое расположение, но для затмения требуется ещё почти точное выстраивание тел в линию. Поэтому речь идёт о возможности затмения, а не о его обязательном появлении при каждой такой фазе.
Ответ: солнечное затмение связано с новолунием, а лунное — с полнолунием, потому что только при этих фазах тела располагаются в нужном порядке. Однако наклон лунной орбиты часто приводит к тому, что тени проходят мимо. Поэтому одной подходящей фазы недостаточно: нужно также, чтобы тела оказались почти на одной линии.
Задача: синодический месяц равен примерно 29,5 суток, а звёздный — примерно 27,3 суток. Объясните разницу и оцените, почему фазы повторяются реже, чем Луна совершает оборот относительно звёзд. Сравнивать следует не только движение Луны, но и движение Земли вокруг Солнца. Возьмём разность периодов, чтобы оценить, сколько дополнительного времени требуется для повторения фазы.
Ответ: синодический месяц длиннее звёздного примерно на 2,2 суток. За один оборот относительно звёзд земная орбита успевает сместить систему, поэтому Луна должна пройти дополнительный участок. В результате одинаковые фазы повторяются примерно через 29,5 суток.
Ошибка — объяснять фазы тенью Земли на Луне. Так можно подумать, потому что при затмении действительно наблюдается земная тень, а часть лунного диска бывает тёмной. Но обычная смена фаз происходит из-за изменения того, какую часть освещённой Солнцем половины мы видим. Проверка простая: фазы идут регулярно весь месяц, тогда как земная тень попадает на Луну только при лунном затмении.
Ошибка — путать расположение тел при солнечном и лунном затмениях. В обоих случаях участвуют Солнце, Земля и Луна, поэтому легко перепутать, кто из них находится между остальными. При новолунии Луна между Солнцем и Землёй, а при полнолунии Земля — между Солнцем и Луной. Проверьте себя вопросом: на какое тело должна падать тень, чтобы затмение было солнечным или лунным?
Ошибка — ожидать затмение при каждом новолунии и полнолунии. Ученик может считать, что нужная фаза автоматически означает точное выстраивание тел. На самом деле плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости орбиты Земли, поэтому обычно тела проходят не на одной линии. Чтобы проверить рассуждение, учитывайте не только фазу, но и положение Луны относительно пересечения плоскостей орбит.
Ошибка — считать синодический и звёздный месяцы одинаковыми величинами. Оба периода описывают обращение Луны, и потому их названия могут казаться взаимозаменяемыми. Но звёздный месяц отсчитывают по возвращению относительно далёких звёзд, а синодический — по повторению фаз; их длительности составляют примерно 27,3 и 29,5 суток. Для проверки уточните, относительно чего именно измеряется период.
Для изучения Луны нужно понимать, как освещённое тело выглядит для наблюдателя: видимая часть зависит от направления на источник света. Также важно представлять движение небесных тел по орбитам и различать положение тела относительно Земли, Солнца и звёзд. Эти идеи помогают разбирать фазы и затмения без путаницы между освещённостью и тенью. Тема Луны связана с изучением приливов, затмений и гравитационного взаимодействия небесных тел.
Почему Луна светится, если сама не является звездой?
Луна не создаёт собственного видимого света, а отражает свет Солнца. Мы видим ту часть её поверхности, которая освещена и обращена к Земле.
Почему мы обычно видим одну и ту же сторону Луны?
Луна вращается вокруг своей оси за то же время, за которое совершает оборот вокруг Земли. Поэтому при движении по орбите к Земле обычно обращена одна и та же сторона спутника.
Почему Луна каждый день выглядит по-разному?
Солнце всегда освещает примерно половину Луны, но положение спутника относительно Земли и Солнца меняется. Поэтому с Земли видна разная доля освещённой половины — меняется фаза Луны.
Почему затмения не происходят при каждом новолунии и полнолунии?
Орбита Луны наклонена к плоскости, в которой Земля обращается вокруг Солнца. Поэтому чаще всего при новолунии или полнолунии Солнце, Земля и Луна не выстраиваются точно на одной линии.
Чем синодический месяц отличается от звёздного?
Звёздный месяц — время оборота Луны относительно далёких звёзд, около 27,3 суток. Синодический месяц — время между одинаковыми фазами, около 29,5 суток: за оборот Луны Земля успевает сместиться по орбите, и Луне нужно пройти дальше, чтобы фаза повторилась.
Луна
