"Астрономия", Галузо И.В., Голубев В.А., Шимбалев А.А.
Солнце и Луна кажутся движущимися по небесной сфере, но за этим видимым движением стоят реальные движения Земли и Луны. За год Солнце проходит среди звёзд по эклиптике, а изменение его высоты связано со сменой сезонов. Фазы Луны определяются тем, какую часть её освещённого полушария мы видим. Затмения возникают при особом расположении трёх небесных тел и близости Луны к узлу своей орбиты.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Эклиптика — видимый годовой путь Солнца среди звёзд. Она соответствует плоскости орбиты Земли: если продолжить эту плоскость до небесной сферы, получится линия, вдоль которой Солнце кажется перемещающимся за год. Это понятие помогает описывать положение Солнца и связывать его видимый путь с движением Земли вокруг Солнца.
Фаза Луны — видимая с Земли часть освещённого Солнцем полушария Луны. Основные фазы — новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть; между ними Луна выглядит серпом или почти круглым диском. Наблюдение фаз показывает, как меняется взаимное расположение Земли, Луны и Солнца.
Солнечное затмение — явление, при котором Луна проходит между Землёй и Солнцем и закрывает солнечный диск полностью или частично. Такое событие возможно в новолуние, однако требуется также подходящее положение Луны относительно плоскости земной орбиты. Понятие помогает отличить затмение от обычной смены фаз.
Лунное затмение — явление, при котором Луна попадает в тень Земли. Оно возможно в полнолуние, когда Земля располагается между Солнцем и Луной. По тому, какая часть лунного диска оказывается в тени, различают полное и частное затмения.
Солнце и звёзды ежедневно перемещаются по небу с востока на запад, потому что Земля вращается вокруг оси в обратном направлении — с запада на восток. Наблюдатель вместе с поверхностью Земли поворачивается, поэтому направление на далёкие светила постепенно меняется. Сначала Солнце восходит над восточным горизонтом, затем поднимается и достигает наибольшей высоты в местный полдень. После этого его высота уменьшается, и светило заходит за западный горизонт.
За год положение Солнца относительно далёких звёзд постепенно меняется вдоль эклиптики. Причина — обращение Земли вокруг Солнца: с каждой частью своей орбиты Земля смотрит на Солнце на фоне других участков звёздного неба. Ось Земли наклонена к плоскости орбиты и сохраняет примерно одно направление в пространстве, поэтому в разные сезоны солнечные лучи падают на полушария под разными углами. Летом Солнце выше поднимается над горизонтом и дольше находится над ним, а зимой его полуденная высота меньше и день короче. В равноденствия склонение Солнца δ равно 0°, поэтому высоту в полдень можно найти по формуле h = 90° − φ + δ, где φ — географическая широта места.
Солнце освещает одну половину Луны, но Луна обращается вокруг Земли и меняет положение относительно обоих светил. Поэтому земному наблюдателю видна не вся освещённая половина, а её меняющаяся доля. Когда Луна находится примерно между Землёй и Солнцем, наступает новолуние и освещённая сторона почти не видна. По мере движения видимая освещённая часть растёт до полнолуния, а затем уменьшается; земная тень не вызывает обычную смену фаз.
Для солнечного затмения требуется новолуние, чтобы Луна оказалась между Землёй и Солнцем. Но плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики, поэтому чаще Луна проходит на небе немного выше или ниже солнечного диска. Пересечения этих плоскостей называются узлами орбиты Луны. Затмение возможно, когда новолуние происходит близко к одному из узлов: тогда три тела выстраиваются достаточно точно, и Луна отбрасывает тень на Землю.
Лунное затмение возможно в полнолуние, когда Земля оказывается между Солнцем и Луной, а Луна проходит через земную тень. Для этого полнолуние тоже должно происходить близко к узлу лунной орбиты, иначе спутник проходит над тенью или под ней. Если в тень входит весь лунный диск, затмение полное; если только часть диска — частное. Таким образом, фаза задаёт нужное взаимное расположение тел, а близость к узлу определяет, пересечёт ли Луна область тени.
| Свойство | Солнечное затмение | Лунное затмение |
|---|---|---|
| Фаза Луны | Новолуние | Полнолуние |
| Порядок расположения тел | Солнце — Луна — Земля | Солнце — Земля — Луна |
| Какое тело отбрасывает тень | Луна | Земля |
| Где наблюдается | В области Земли, на которую падает тень Луны | Везде на ночной стороне Земли, откуда видна Луна |
| Условие относительно узла орбиты Луны | Новолуние близко к узлу | Полнолуние близко к узлу |
Таблица помогает сначала определить фазу, затем проверить порядок расположения тел и выяснить, кто отбрасывает тень. По строке о месте наблюдения видно, почему солнечное затмение доступно лишь из ограниченной области, а лунное можно наблюдать с широкой части ночного полушария Земли. Для обоих затмений необходимо, чтобы Луна была близка к узлу своей орбиты.
Задача 1. Луна находится между Землёй и Солнцем, но затмения не произошло. Нужно выяснить, как такое расположение может не привести к затмению. В этой конфигурации Луна находится в новолунии, однако одной фазы для затмения недостаточно. Проверьте, пересекает ли лунная орбита направление на Солнце вблизи узла.
Ответ: затмения нет, если Луна в новолуние проходит недостаточно близко к узлу своей орбиты. Для затмения требуется не только новолуние, но и почти точное выравнивание Солнца, Луны и Земли.
Задача 2. На широте 40° северной широты найдите высоту Солнца в полдень в день равноденствия. Дана формула h = 90° − φ + δ, где φ — широта, а δ — склонение Солнца. На равноденствие склонение равно нулю, поэтому подставим значения и выполним вычисление.
Ответ: в полдень Солнце находится на высоте 50° над горизонтом. При решении важно не подменять высоту над горизонтом углом между Солнцем и зенитом: эти углы дополняют друг друга до 90°.
Задача 3. Во время полнолуния Луна проходит через земную тень. Определите вид затмения и объясните, обязательно ли оно будет полным. Полнолуние означает, что Земля находится между Солнцем и Луной, а прохождение через земную тень указывает на лунное затмение. Степень затмения определяется тем, какая часть лунного диска вошла в тень.
Ответ: наблюдается лунное затмение, но оно не обязательно полное. Полным оно будет только тогда, когда весь видимый диск Луны окажется в земной тени.
Ошибка — считать, что Солнце действительно обходит Землю за сутки. Так кажется, потому что человек наблюдает небо с вращающейся Земли, и направление на светила меняется. Проверьте объяснение: суточное движение звёзд тоже направлено по небу, значит причина связана с общим вращением наблюдателя и Земли.
Ошибка — объяснять смену фаз Луны земной тенью. Её допускают, потому что тень действительно участвует в лунном затмении, а тёмная часть лунного диска напоминает затенённую область. Самопроверка проста: фазы повторяются регулярно, а затмения бывают не каждый месяц; значит, обычная смена освещённой доли имеет другую причину.
Ошибка — полагать, что каждое новолуние вызывает солнечное затмение. Ученик может запомнить, что Луна в этой фазе находится между Землёй и Солнцем, и не учесть наклон её орбиты. Проверьте себя вопросом: находится ли Луна близко к узлу? Если нет, она пройдёт выше или ниже нужной линии.
Ошибка — смешивать условия солнечного и лунного затмений. Это происходит, когда запоминают только факт выстраивания тел, не связывая его с фазой. Для проверки назовите среднее тело в каждом случае: при солнечном затмении между Землёй и Солнцем находится Луна, поэтому это новолуние; при лунном между Солнцем и Луной находится Земля, поэтому это полнолуние.
Для понимания темы нужны знания о вращении Земли вокруг оси, её обращении вокруг Солнца и наклоне земной оси. Эти движения позволяют объяснить суточный путь светил, годовое перемещение Солнца и сезонное изменение его высоты. Тема также связана с небесной сферой и видимым движением небесных тел: геометрия их взаимного положения определяет, что увидит наблюдатель. Эти знания пригодятся при объяснении смены сезонов и условий наблюдения затмений.
Почему Солнце каждый день восходит и заходит?
Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток, поэтому наблюдателю кажется, что небесная сфера и светила движутся в противоположную сторону. Солнце появляется над восточной частью горизонта, проходит по небу и скрывается за западным горизонтом.
Почему в течение года меняется высота Солнца над горизонтом?
Ось вращения Земли наклонена к плоскости её орбиты, а Земля обращается вокруг Солнца. Поэтому в разные сезоны Солнце освещает полушария неодинаково: его полуденная высота в течение года меняется.
Почему Луна меняет фазы?
Солнце всегда освещает половину Луны, но Луна обращается вокруг Земли. Из-за этого с Земли видна разная доля её освещённой стороны, и мы наблюдаем смену фаз.
Почему затмения не происходят при каждом новолунии и полнолунии?
Орбита Луны наклонена к плоскости земной орбиты, поэтому обычно Луна проходит выше или ниже линии, нужной для затмения. Оно возможно, когда Луна в новолуние или полнолуние оказывается близко к узлу — точке пересечения плоскостей орбит.
Чем солнечное затмение отличается от лунного?
При солнечном затмении Луна находится между Землёй и Солнцем и закрывает Солнце для наблюдателей в небольшой области Земли. При лунном затмении Земля расположена между Солнцем и Луной, а Луна проходит через земную тень.
§ 7. Видимое движение Солнца и Луны. Затмения
