"Астрономия", Порфирьев В.В.
Луна — естественный спутник Земли и ближайшее к ней крупное небесное тело. Она не излучает собственного видимого света, а отражает солнечные лучи, поэтому её вид меняется в течение месяца. В параграфе объясняются фазы Луны, различия между синодическим и сидерическим месяцами, причины затмений, приливов и отливов. Эти знания помогают понять движение небесных тел и связь системы Земля—Луна с календарём и космическими исследованиями.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Луна — естественный спутник Земли, то есть тело, связанное с ней силой тяготения и обращающееся вокруг неё. Среднее расстояние до Луны составляет около 384 400 км, а её радиус — примерно 1737 км. Она образует с Землёй связанную систему, в которой заметны приливы, затмения и взаимное движение двух тел.
Лунная фаза — видимая с Земли часть освещённого Солнцем полушария Луны. Фаза зависит не от формы самой Луны, а от её положения относительно Земли и Солнца. Это понятие нужно, чтобы описывать последовательную смену новолуния, четвертей, полнолуния и промежуточных состояний.
Синодический месяц — промежуток между двумя одинаковыми фазами, например между последовательными новолуниями. Он длится примерно 29,5 суток и лежит в основе лунного календаря. Такой месяц отсчитывают по повторению положения Луны относительно Солнца, поэтому его продолжительность не равна простому периоду обращения вокруг Земли.
Сидерический месяц — период обращения Луны вокруг Земли относительно далёких звёзд; он составляет около 27,3 суток. За это время Луна возвращается к тому же месту среди созвездий. Сравнение сидерического и синодического месяцев показывает, как на наблюдаемое движение Луны влияет обращение Земли вокруг Солнца.
Луна не является звездой и не создаёт собственного видимого излучения: её поверхность рассеивает и отражает солнечный свет. Солнце освещает примерно половину лунного шара, но наблюдатель на Земле видит не всегда всю эту половину. Почти одна и та же сторона обращена к нам потому, что вращение Луны вокруг оси и её обращение вокруг Земли занимают практически одинаковое время.
При движении Луны по орбите меняется угол между направлениями на Солнце и Землю. Поэтому земному наблюдателю последовательно открывается то узкий освещённый серп, то половина диска, то почти весь освещённый диск. Так возникают новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть и переходы между ними; земная тень в обычной смене фаз не участвует.
Синодический месяц длиннее сидерического, потому что за 27,3 суток Земля успевает заметно переместиться по своей орбите вокруг Солнца. После одного оборота относительно звёзд Луне нужно пройти ещё небольшой участок орбиты, чтобы снова занять прежнее положение относительно Солнца и повторить фазу. Поэтому промежуток между одинаковыми фазами равен примерно 29,5 суток.
Солнечное затмение происходит, когда Луна оказывается между Солнцем и Землёй и закрывает солнечный диск полностью или частично. При лунном затмении Земля находится между Солнцем и Луной, и лунный диск попадает в земную тень. В обоих случаях тела должны почти выстроиться на одной прямой, поэтому новолуния или полнолуния сами по себе недостаточно.
Притяжение Луны неодинаково действует на разные части Земли: ближняя к Луне сторона притягивается сильнее дальней. Это различие сил деформирует океаны и создаёт приливные выпуклости, сменяющиеся отливами по мере вращения Земли. Приливное взаимодействие постепенно замедлило вращение Луны, поэтому её период вращения совпал с периодом обращения, а у Земли приливы понемногу отнимают энергию вращения.
В таблице собраны числа и условия, которые удобны для сравнения характеристик Луны с характеристиками Земли. В третьем столбце показано, к какому наблюдаемому результату приводит соответствующее свойство. При решении задач сначала находите нужную строку, а затем связывайте указанную характеристику с фазой, движением или явлением.
| Характеристика | Что указать | Наблюдаемое следствие |
|---|---|---|
| Среднее расстояние от Земли | Около 384 400 км | Видимый диаметр Луны меняется из-за изменения расстояния |
| Радиус и масса Луны | Радиус около 1737 км; масса 7,35 × 1022 кг | Луна меньше и легче Земли |
| Ускорение свободного падения на поверхности | Около 1,62 м/с² | Предметы весят примерно в 6 раз меньше, чем на Земле |
| Период вращения вокруг оси | Около 27,3 суток | Почти всегда видна одна сторона Луны |
| Период обращения вокруг Земли | Около 27,3 суток относительно звёзд | Луна перемещается среди созвездий |
| Синодический и сидерический месяцы | Примерно 29,5 и 27,3 суток | Фазы повторяются медленнее, чем положение относительно звёзд |
| Основные фазы Луны | Новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть | Меняется видимая освещённая часть диска |
| Условия солнечного затмения | Новолуние; Луна между Солнцем и Землёй; близость к узлу орбиты | Луна закрывает Солнце для части земной поверхности |
| Условия лунного затмения | Полнолуние; Земля между Солнцем и Луной; близость к узлу орбиты | Луна проходит через тень Земли |
| Поверхность, атмосфера и температурные условия | Кратеры, моря и горы; атмосфера крайне разрежена; сильные перепады температур | Следы ударов сохраняются, а условия резко меняются между днём и ночью |
Условие: Определить фазу Луны, если она находится между Землёй и Солнцем. Нужно установить, какая сторона Луны обращена к Солнцу и какая — к Земле. Ответ зависит от геометрии, а не от того, видна ли Луна в данный момент над горизонтом.
Ответ: наблюдается новолуние. При точном выстраивании тел в этой фазе возможно солнечное затмение.
Условие: Объяснить, почему после новолуния следующий такой же цикл наступает примерно через 29,5 суток, хотя обращение Луны вокруг Земли занимает около 27,3 суток. Здесь сравниваются разные способы отсчёта движения. Нельзя подменять синодический месяц сидерическим.
Ответ: синодический месяц равен примерно 29,5 суток и длиннее сидерического на несколько суток. Именно синодический месяц связан с повторением фаз и лунным календарём.
Условие: По заданному расположению Солнца, Земли и Луны определить, возможно ли солнечное или лунное затмение. Сначала нужно выяснить фазу, затем проверить направление выстраивания и положение Луны относительно узлов её орбиты. Узлы — точки, в которых лунная орбита пересекает плоскость орбиты Земли.
Ответ: при новолунии возможен солнечный, а при полнолунии — лунный вид затмения, но лишь при близости к узлу орбиты. Если Луна заметно отклонена от этой линии, затмения не будет.
Фазы из-за тени Земли. Так считают, потому что вид Луны действительно меняется, а тень кажется очевидным объяснением. На самом деле фазы показывают долю освещённого полушария, тогда как земная тень появляется только при лунном затмении; проверьте, находится ли Земля между Солнцем и Луной.
Луна не вращается вокруг оси. Ошибка возникает из-за того, что наблюдателю видна одна и та же сторона. Сравните периоды: вращение вокруг оси и обращение вокруг Земли занимают около 27,3 суток, поэтому одна сторона сохраняет направление к Земле.
Синодический и сидерический месяцы одинаковы. Их путают, когда не учитывают разные ориентиры отсчёта. Сидерический месяц считают по звёздам, синодический — по повторению фаз относительно Солнца; первый короче второго.
Затмение бывает при каждом новолунии или полнолунии. Такое заключение игнорирует наклон лунной орбиты к плоскости земной орбиты. Для проверки выясните, близка ли Луна к узлу и выстроены ли три тела почти на одной прямой.
Для понимания движения Луны нужны закон всемирного тяготения, основы орбитального движения, распространение света и геометрия углов. Тема связана с приливами, календарями, затмениями и движением искусственных спутников. Изучение Луны также подводит к космическим исследованиям и вопросам происхождения системы Земля—Луна.
Почему Луна иногда видна днём?
Луна отражает солнечный свет и может находиться над горизонтом одновременно с Солнцем. Её дневная видимость зависит от фазы, времени восхода и захода и положения на небе.
Почему с Земли видна почти всегда одна и та же сторона Луны?
Луна вращается вокруг своей оси за такое же время, за какое обращается вокруг Земли: примерно за 27,3 суток. Поэтому при движении по орбите к Земле всё время обращено одно и то же полушарие.
Почему Луна меняет форму на небе?
Солнце всегда освещает половину лунного шара, но с Земли видна разная доля этой освещённой части. Изменение взаимного положения Солнца, Земли и Луны создаёт последовательность фаз.
Почему затмения не происходят каждый месяц?
Орбита Луны наклонена примерно на 5° к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца. Поэтому в новолуние или полнолуние Луна обычно проходит выше или ниже нужного направления, не попадая точно в линию затмения.
Чем отличаются лунный месяц и период обращения Луны вокруг Земли?
Период обращения относительно далёких звёзд называют сидерическим месяцем и он длится около 27,3 суток. Лунный, или синодический, месяц — это промежуток между одинаковыми фазами; он длится около 29,5 суток, поскольку Земля одновременно движется вокруг Солнца.
§ 14. Луна
