"Астрономия", Порфирьев В.В.
Луна обращается вокруг Земли, а вместе с Землёй движется вокруг Солнца. Из-за изменения взаимного положения этих тел мы видим разные фазы Луны; полный цикл фаз длится около 29,5 суток. Когда Солнце, Земля и Луна выстраиваются почти на одной линии, возможны затмения. Их тип зависит от того, какое тело оказывается между двумя другими, а наклон лунной орбиты объясняет, почему затмения случаются не каждый месяц.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Фаза Луны — видимая с Земли часть освещённого Солнцем полушария Луны. Солнце освещает примерно половину лунного шара, но с Земли эта половина видна под разными углами. Понятие фазы помогает описывать, почему диск Луны кажется то узким серпом, то круглым.
Сидерический месяц — время полного обращения Луны вокруг Земли относительно далёких звёзд; он длится около 27,3 суток. Его отсчитывают от одного и того же положения Луны среди звёзд до повторения этого положения. Такой период нужен, чтобы описывать собственное орбитальное движение Луны.
Синодический месяц — промежуток между одинаковыми фазами, например между двумя новолуниями. Он составляет около 29,5 суток, потому что за время оборота Луны Земля смещается по своей орбите вокруг Солнца. Поэтому для повторения прежней фазы Луне приходится пройти чуть дальше, чем для возвращения к прежнему положению относительно звёзд.
Затмение — явление, при котором небесное тело закрывает другое или попадает в его тень. При солнечном затмении Луна закрывает Солнце для земного наблюдателя, а при лунном сама Луна проходит через тень Земли. Это различие позволяет определить вид затмения по расположению трёх тел.
Луна обращается вокруг Земли в направлении с запада на восток относительно звёзд. Пока она перемещается по орбите, меняется её положение на небесной сфере по отношению к Солнцу. Поэтому меняются и видимая часть освещённого полушария, и наблюдаемая фаза; движение Луны и смена фаз связаны, но это не одно и то же.
Освещённая сторона Луны обращена к Солнцу, а не всегда к Земле. При новолунии Луна находится примерно между Землёй и Солнцем, поэтому к нам обращена преимущественно её неосвещённая сторона. Затем видимая освещённая часть растёт: около первой четверти мы видим половину диска, при полнолунии — почти всё освещённое полушарие, а после полнолуния освещённая часть убывает до последней четверти и нового новолуния.
Сидерический и синодический месяцы различаются из-за движения Земли вокруг Солнца. За 27,3 суток Луна возвращается к прежнему положению среди звёзд, однако за это время направление на Солнце с Земли уже изменяется. Чтобы снова увидеть ту же фазу, Луне нужно продвинуться по орбите на дополнительный угол; поэтому промежуток между одинаковыми фазами длиннее полного оборота относительно звёзд.
Затмение возможно, когда Солнце, Земля и Луна оказываются почти на одной линии. Около новолуния Луна может пройти между Землёй и Солнцем и закрыть его — это солнечное затмение. Около полнолуния Земля оказывается между Солнцем и Луной, и Луна может войти в земную тень — это лунное затмение.
Однако лунная орбита наклонена к плоскости, в которой Земля обращается вокруг Солнца. Поэтому при большинстве новолуний Луна проходит чуть выше или ниже направления Земля — Солнце, а при большинстве полнолуний не попадает в земную тень. Орбита пересекает эту плоскость в узлах; затмение возможно, когда Луна в подходящей фазе находится достаточно близко к одному из них.
| Свойство | Солнечное затмение | Лунное затмение |
|---|---|---|
| Фаза Луны | Новолуние | Полнолуние |
| Положение тел | Луна между Солнцем и Землёй | Земля между Солнцем и Луной |
| Какое тело оказывается в тени или закрывает другое | Луна закрывает Солнце; её тень падает на Землю | Луна попадает в тень Земли |
| Где наблюдается явление | В узкой области Земли, куда падает лунная тень | На ночной стороне Земли, откуда видна Луна |
| Продолжительность полной фазы | Обычно до нескольких минут в данной точке | Может продолжаться около 1 часа 40 минут |
Чтобы определить тип затмения, сначала выясните, какое тело находится посередине: Луна или Земля. Затем проверьте фазу и проследите, где оказывается тень. В таблице указана продолжительность полной фазы, а не всего явления; конкретное время зависит от взаимного положения тел.
Задача 1. Определите, какая фаза Луны наступит примерно через четверть синодического месяца после новолуния. Нужно считать именно долю цикла фаз, а не четверть сидерического месяца. Синодический месяц — это полный путь от одной одинаковой фазы до следующей.
Ответ: наступит первая четверть. В реальном наблюдении точный вид меняется непрерывно, а название указывает на характерную фазу цикла.
Задача 2. Сидерический месяц равен примерно 27,3 суток, год — 365,25 суток. Объясните, почему синодический месяц длиннее, и оцените его продолжительность. Обозначим сидерический период через P, год через T, а синодический месяц через S. Используем соотношение относительных угловых скоростей: 1/S = 1/P − 1/T.
Ответ: синодический месяц длится около 29,5 суток и длиннее сидерического примерно на 2,2 суток.
Задача 3. Во время полнолуния Луна проходит через тень Земли. Определите вид затмения и объясните, почему такое явление не происходит при каждом полнолунии. Для решения достаточно проверить фазу, порядок расположения тел и наклон орбиты.
Ответ: это лунное затмение; оно происходит не при каждом полнолунии из-за наклона лунной орбиты и требует близости Луны к узлу.
Ошибочно считать, что фазы возникают из-за тени Земли на Луне. Так можно подумать, поскольку при затмении действительно появляется тень, но обычные фазы наблюдаются и без затмения. Проверьте объяснение: Солнце освещает половину Луны постоянно, а фаза меняется из-за того, какую долю этой половины видно с Земли.
Не путайте синодический и сидерический месяцы: первый отсчитывается между одинаковыми фазами, второй — относительно звёзд. Ошибка возникает, если считать оба периода просто временем «оборота Луны». Для проверки сопоставьте задаваемое начало и конец отсчёта: повтор той же фазы означает синодический месяц, возврат к положению среди звёзд — сидерический.
Неверно ожидать затмения при каждом новолунии или полнолунии. Фаза подходящая, но из-за наклона орбиты Луна чаще проходит мимо направления на Солнце или земной тени. Проверьте себя вопросом: находится ли Луна возле узла, где её орбита пересекает плоскость земной орбиты?
Солнечное и лунное затмения иногда меняют местами. Названия легче запомнить по объекту, который закрывается или затмевается: при солнечном Луна закрывает Солнце, при лунном сама Луна входит в тень Земли. Если расположить тела в линию, среднее тело сразу подскажет, какой вариант возможен.
Для понимания движения Луны нужны представления об орбитах, освещении небесных тел и угловом положении объектов. Наблюдение за фазами связано с календарём: повтор цикла служил удобной мерой времени. Та же тема помогает разобраться в видимом движении небесных тел и принципах астрономических наблюдений. Понимание затмений понадобится при изучении строения Солнечной системы и условий наблюдения небесных явлений.
Почему Луна меняет вид на небе?
Солнце всегда освещает примерно половину Луны, но положение Луны относительно Земли и Солнца меняется. Поэтому с Земли мы видим разную долю её освещённого полушария: от почти невидимого диска до полного круга и обратно.
Почему синодический месяц длиннее сидерического?
За время обращения Луны относительно звёзд Земля успевает продвинуться по орбите вокруг Солнца. Чтобы повторилась та же фаза, Луне нужно пройти дополнительный угол, поэтому цикл фаз длится около 29,5 суток, а не 27,3.
Почему затмения не происходят каждый месяц?
Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости земной орбиты. Поэтому обычно при новолунии Луна проходит выше или ниже направления на Солнце, а при полнолунии — выше или ниже земной тени. Затмение возможно, когда Луна находится рядом с узлом орбиты.
Чем солнечное затмение отличается от лунного?
При солнечном затмении Луна оказывается между Землёй и Солнцем и закрывает Солнце для наблюдателей на части Земли. При лунном затмении Земля находится между Солнцем и Луной, и Луна проходит через земную тень.
Что такое узлы лунной орбиты и какую роль они играют?
Узлы — это точки, в которых орбита Луны пересекает плоскость орбиты Земли вокруг Солнца. Если новолуние или полнолуние наступает, когда Луна находится близко к одному из узлов, тела могут выстроиться для затмения.
§ 7. Движение Луны. Затмения
