"Астрономия", Галузо И.В., Голубев В.А., Шимбалев А.А.
Луна — ближайший к Земле естественный спутник: она обращается вокруг нашей планеты и отражает солнечный свет. Её вид меняется в течение месяца, потому что Солнце освещает разные части обращённого к Земле полушария. Сравнение Луны со спутниками Юпитера, Сатурна и других планет показывает, насколько разнообразны такие небесные тела: у них бывают ледяные поверхности, плотные атмосферы, океаны и активные вулканы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Естественный спутник — небесное тело, обращающееся вокруг планеты. В отличие от искусственного спутника, который создан человеком и выведен на орбиту, естественный спутник сформировался в природе. Это различие помогает не путать небесные тела, например Луну, с космическими аппаратами.
Фаза Луны — видимая с Земли часть полушария Луны, освещённого Солнцем. Сама Луна не начинает светиться сильнее или слабее: меняется доля освещённой поверхности, которую мы можем увидеть. Понятие фазы позволяет описывать изменения лунного диска в течение месяца.
Сидерический месяц — период обращения Луны вокруг Земли относительно далёких звёзд. Его отсчитывают от одного положения Луны на фоне звёзд до возвращения в то же положение. Такое определение нужно, чтобы измерять собственный период движения Луны, не смешивая его со сменой фаз.
Синодический месяц — промежуток времени между одинаковыми фазами Луны, например между двумя новолуниями. Он описывает повторение картины, наблюдаемой с Земли. Отличие этого периода от сидерического связано с тем, что Земля сама движется вокруг Солнца.
Луна не излучает заметного собственного света, а отражает солнечные лучи. В каждый момент Солнце освещает примерно половину её поверхности, но наблюдатель с Земли видит не всё это полушарие. По мере движения Луны меняется угол между направлениями на Солнце и Луну, поэтому видимая освещённая часть то увеличивается, то уменьшается. Так возникают фазы — от новолуния до полнолуния и обратно; земная тень здесь ни при чём.
Сидерический месяц длится около 27,3 суток, а синодический — около 29,5 суток. За первый срок Луна успевает вернуться к прежнему направлению относительно далёких звёзд. Но Земля за это время тоже проходит часть пути вокруг Солнца, поэтому направление на Солнце относительно Земли меняется. Чтобы снова увидеть ту же фазу, Луне нужно продвинуться дальше по орбите, и потому синодический месяц длиннее.
Луна почти за один и тот же промежуток времени совершает оборот вокруг Земли и поворот вокруг собственной оси. Если бы она совсем не вращалась, при движении по орбите к Земле по очереди обращались бы разные её стороны. Синхронное вращение сохраняет примерно одно направление лунного полушария к Земле. Поэтому наблюдатели видят почти одну сторону, хотя освещение этой стороны Солнцем меняется.
Спутники планет различаются размерами, составом, орбитами и состоянием поверхности. Эти различия связаны с тем, где и из какого вещества они сформировались, а также с воздействием планеты и других тел после образования. Например, приливные силы способны разогревать недра спутника и поддерживать геологическую активность. Поэтому сходное положение — обращение вокруг планеты — не означает одинакового устройства.
У гигантских планет есть целые системы спутников, свойства которых особенно разнообразны. Ио демонстрирует сильную вулканическую активность, а поверхность Европы покрыта льдом и может скрывать подлёдный океан. У Титана есть плотная атмосфера, а на его поверхности наблюдаются озёра и моря углеводородов. Примеры показывают, что спутник может отличаться от Луны и атмосферой, и наличием жидкостей, и активностью поверхности.
В таблице сопоставлены планеты, вокруг которых обращаются спутники, и признаки, помогающие увидеть различия между ними. Сначала определите общую характеристику небесного тела, затем сравните сведения о его поверхности или атмосфере. Такая таблица не описывает все спутники, а приводит несколько показательных примеров.
| Спутник | Планета | Особенности | Атмосфера или поверхность |
|---|---|---|---|
| Луна | Земля | Ближайший к Земле естественный спутник | Практически отсутствует плотная атмосфера |
| Ио | Юпитер | Высокая вулканическая активность | Поверхность постоянно изменяется |
| Европа | Юпитер | Ледяная поверхность | Предполагается подлёдный океан |
| Титан | Сатурн | Крупный спутник с плотной атмосферой | На поверхности есть озёра и моря углеводородов |
| Тритон | Нептун | Движется по орбите в направлении, противоположном вращению планеты | Холодная поверхность с проявлениями активности |
Задача 1. Сидерический месяц длится примерно 27,3 суток, а синодический — 29,5 суток. Объясните, почему интервалы различаются.
Сидерический период показывает, сколько времени требуется Луне, чтобы вернуться к прежнему положению относительно далёких звёзд. Он описывает движение Луны вокруг Земли без привязки к освещению.
Пока Луна совершает оборот, Земля перемещается по орбите вокруг Солнца. Поэтому прежнее положение Луны относительно звёзд уже не даёт прежнего взаимного расположения Солнца, Земли и Луны.
Луне приходится пройти дополнительный участок орбиты, чтобы повторилась та же фаза. Следовательно, время между одинаковыми фазами больше времени оборота относительно звёзд.
Ответ: синодический месяц длиннее, потому что Земля за время обращения Луны сама перемещается вокруг Солнца.
Задача 2. Определите, какая часть лунного диска освещена, если Луна находится в первой четверти.
При первой четверти направления на Солнце и Луну образуют для наблюдателя на Земле примерно прямой угол. Луна уже прошла четверть пути от новолуния к полнолунию.
Солнце освещает половину Луны, однако с Земли видна только часть этого освещённого полушария. При таком расположении видимая освещённая доля составляет половину диска.
Не следует считать, что Солнце освещает лишь четверть Луны: название фазы указывает положение Луны на орбите, а не долю освещённой поверхности.
Ответ: освещена половина видимого лунного диска.
Задача 3. Луна находится на среднем расстоянии 384 000 км от Земли и совершает оборот примерно за 27,3 суток. Оцените её среднюю орбитальную скорость, считая орбиту круговой.
При круговой орбите длина пути за один оборот равна длине окружности: L = 2πr. Подставляем радиус орбиты r = 384 000 км: L ≈ 2 × 3,14 × 384 000 км ≈ 2 413 000 км.
Скорость найдём делением пути на время, но сначала переведём период в секунды. Один период равен 27,3 × 24 × 3600 с ≈ 2 359 000 с.
Теперь применяем формулу v = L/T. Получаем v ≈ 2 413 000 км / 2 359 000 с ≈ 1,02 км/с. Результат является оценкой, поскольку орбита Луны не является точной окружностью.
Ответ: средняя орбитальная скорость Луны составляет примерно 1,0 км/с.
Первая ошибка — считать, что фазы Луны возникают из-за земной тени. Так думают, потому что освещённая часть диска меняется и кажется, будто её что-то закрывает. Проверьте себя: при обычной смене фаз Земля не заслоняет солнечный свет; её тень падает на Луну только во время лунного затмения.
Вторая ошибка — путать синодический и сидерический месяцы. Оба периода описывают движение Луны, поэтому их названия легко перепутать. Запомните различие по точке отсчёта: сидерический связан с далёкими звёздами, синодический — с повторением фаз; первый короче.
Третья ошибка — полагать, что обратная сторона Луны всегда не освещена. Обычно она не видна с Земли, и это можно ошибочно принять за отсутствие солнечного света. Представьте Луну в другой точке орбиты: Солнце освещает и обратное полушарие, но наблюдатель с Земли не видит его напрямую.
Четвёртая ошибка — считать все спутники похожими на Луну. Сходство только в том, что они обращаются вокруг планет; размеры, состав, атмосфера и активность у них разные. Проверяйте это на примерах: вулканическая Ио, ледяная Европа и обладающий плотной атмосферой Титан заметно отличаются от Луны.
Для понимания движения Луны нужны знания о движении Земли и освещении небесных тел Солнцем. Смену фаз важно отличать от солнечных и лунных затмений, а взаимодействие Земли и Луны связано также с приливами. Сидерический и синодический периоды помогают разбираться в измерении движения небесных тел. Сравнение спутников пригодится при изучении планетных систем и обсуждении условий, потенциально возможных для существования жизни.
Почему Луна меняет вид в течение месяца?
Солнце всегда освещает примерно половину Луны, но Луна движется вокруг Земли, поэтому с Земли видны разные части её освещённого полушария. Эти меняющиеся виды называются фазами. Они не вызваны земной тенью.
Почему синодический месяц длиннее сидерического?
Сидерический месяц — время одного оборота Луны относительно далёких звёзд. За это время Земля успевает продвинуться по своей орбите, поэтому Луне нужно пройти ещё немного, чтобы снова занять положение, соответствующее той же фазе. Поэтому синодический месяц длится дольше.
Почему мы почти всегда видим одну и ту же сторону Луны?
Луна вращается вокруг своей оси почти за то же время, за которое обращается вокруг Земли. Благодаря этому по мере движения вокруг Земли к нам повёрнуто почти одно и то же полушарие. Обратная сторона тоже освещается Солнцем, хотя обычно не видна с Земли.
Чем лунное затмение отличается от обычной смены фаз?
Фазы возникают из-за изменения взаимного положения Солнца, Земли и Луны, и земная тень при этом не закрывает Луну. Во время лунного затмения Земля оказывается между Солнцем и Луной, и тень Земли падает на Луну. Затмение возможно только при особом расположении этих тел.
Какие спутники планет особенно отличаются от Луны?
Например, Ио у Юпитера отличается высокой вулканической активностью, а ледяная Европа может скрывать под поверхностью океан. У Титана, спутника Сатурна, есть плотная атмосфера и озёра с углеводородами. Тритон у Нептуна движется вокруг планеты в направлении, противоположном её вращению.
§ 15. Луна. Спутники планет
