Видимое движение и фазы Луны
Сидерический и синодический месяц — Движение Луны на небесной сфере — Смена лунных фаз
Сидерический и синодический месяцы
Луна является естественным спутником Земли и ближайшим к ней небесным телом. Она обращается вокруг Земли по эллиптической орбите в том же направлении, что и Земля вокруг Солнца. Среднее расстояние Луны от Земли равно 384 400 км. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости эклиптики на 5°09′.
Наклон орбиты Луны к плоскости эклиптики
Точки пересечения орбиты Луны с эклиптикой называются узлами лунной орбиты. Движение Лупы вокруг Земли для наблюдателя представляется как видимое ее движение по небесной сфере. Видимый путь Луны по небесной сфере называется видимой орбитой Луны.
За сутки Луна перемещается по видимой орбите относительно звезд примерно на 13,2°, а относительно Солнца на 12,2°, так как Солнце за это время тоже перемещается по эклиптике в среднем на 1°. Промежуток времени, в течение которого Луна совершает полный оборот по своей орбите относительно звезд, называется звездным, или сидерическим месяцем. Его продолжительность равна 27,32 средних солнечных суток.
Промежуток времени, в течение которого Луна совершает полный оборот по своей орбите относительно Солнца, называется синодическим месяцем. Он равен 29,53 средних солнечных суток.
Сидерический и синодический месяцы различаются примерно на двое суток за счет движения Земли по своей орбите вокруг Солнца. На рисунке ниже показано, что при нахождении Земли на орбите в точке 1 Луна и Солнце наблюдаются на небесной сфере в одном и том же месте, например на фоне звезды К.
Синодический и сидерический месяцы
Через 27,32 сут, т. е. когда Лупа сделает полный оборот вокруг Земли, она снова будет наблюдаться на фоне той же звезды. Но так как Земля вместе с Луной за это время переместится по своей орбите относительно Солнца примерно на 27° и будет находиться в точке 2, то Луне необходимо еще пройти 27°, чтобы занять прежнее положение относительно Земли и Солнца, на что понадобится около 2 сут. Таким образом, синодический месяц длиннее сидерического на отрезок времени, который нужен Луне, чтобы переместиться на 27°.
Движение Луны на небесной сфере
Период вращения Луны вокруг своей оси равен периоду ее обращения вокруг Земли. Поэтому Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной. Вследствие того, что Луна за одни сутки перемещается по небесной сфере с запада на восток, т. е. в сторону, обратную суточному движению небесной сферы, на 13,2°, ее восход и заход ежесуточно запаздывают примерно на 50 мин.
Это ежедневное запаздывание приводит к тому, что Луна непрерывно меняет свое положение относительно Солнца, но через строго определенный период времени вновь возвращается в исходное положение. В результате движения Луны по видимой орбите происходит непрерывное и быстрое изменение ее экваториальных координат.
В среднем за сутки прямое восхождение Луны изменяется на 13,2°, а склонение — на 4°. Изменение экваториальных координат Луны происходит не только за счет ее быстрого движения по орбите вокруг Земли, но и вследствие необычайной сложности этого движения. На Луну действуют многие силы, имеющие различную величину и период, под влиянием которых все элементы лунной орбиты постоянно изменяются.
Наклон орбиты Луны к эклиптике колеблется в пределах от 4°59′ до 5°19′ за время, несколько меньшее полугода. Изменяются формы и размеры орбиты. Непрерывно с периодом 18,6 года меняется положение орбиты в пространстве, в результате чего происходит перемещение узлов лунной орбиты навстречу движению Луны.
Это приводит к постоянному изменению угла наклона видимой орбиты Луны к небесному экватору от 28°35′ до 18°17′. Поэтому пределы изменения склонения Луны не остаются постоянными. В некоторые периоды оно изменяется в пределах ±28°35′, а в другие — ±18° 17′.
Смена лунных фаз во время движения на небесной сфере
Движение Луны на небесной сфере сопровождается непрерывным изменением ее внешнего вида. Происходит так называемая смена лунных фаз. Фазой Луны называется видимая часть лунной поверхности, освещенная солнечными лучами.
Рассмотрим, вследствие чего происходит изменение лунных фаз. Известно, что Луна светит отраженным солнечным светом- Половина ее поверхности всегда освещена Солнцем. Но вследствие различных взаимных положений Солнца, Луны и Земли освещенная поверхность представляется земному наблюдателю в разных видах. Принято различать четыре фазы Луны: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть.
Положения и фазы
Луны (1 – новолуние, 2 – первая четверть, 3 – полнолуние, 4 – последняя четверть)
Во время новолуния Луна проходит между Солнцем и Землей. В этой фазе Луна обращена к Земле неосвещенной стороной, и поэтому она не видна земному наблюдателю.
В фазе первой четверти Луна находится в таком положении, что наблюдатель видит ее в виде половины освещенного диска.
Во время полнолуния Луна находится в направлении, противоположном направлению на Солнце. Поэтому к Земле обращена вся освещенная сторона Луны и она видна в виде полного диска. После полнолуния видимая с Земли освещенная часть Луны постепенно уменьшается.
Когда Луна достигает фазы последней четверти, она снова видна в виде половины освещенного диска. В Северном полушарии в первой четверти освещена правая половина диска Луны, а в последней — левая.
В промежутке между новолунием и первой четвертью и в промежутке между последней четвертью и новолунием к Земле обращена небольшая часть освещенной Луны, которая наблюдается в виде серпа. В промежутках между первой четвертью и полнолунием, полнолунием и последней четвертью Луна видна в виде ущербленного диска.
Полный цикл смены лунных фаз происходит в течение строго определенного периода времени. Его называют периодом фаз. Он равен синодическому месяцу, т. е. 29,53 сут.
Промежуток времени между основными фазами Луны равен примерно 7 сут. Количество дней, прошедших с момента новолуния, принято называть возрастом Луны. С изменением возраста изменяются и точки восхода и захода Луны.
Движение Луны вокруг Земли является причиной лунных и солнечных затмений – затмения происходят только тогда, когда Солнце и Луна одновременно располагаются вблизи узлов лунной орбиты. Солнечное затмение происходит, когда Луна находится между Солнцем и Землей, т. е. в период новолуния, а лунное — когда Земля находится между Солнцем и Луной, т. е. в период полнолуния.
Источник
Какой величины нам кажется Луна?
Кстати – о видимых размерах Луны. Если вы станете расспрашивать знакомых, какой величины представляется им Луна, то получите самые разнообразные ответы. Большинство скажет, что Луна величиной с тарелку, но будут и такие, которым она кажется величиной с блюдце для варенья, с вишню, с яблоко. Одному школьнику Луна всегда казалась «величиной с круглый стол на двенадцать персон». А один беллетрист утверждает, что на небе была «Луна диаметром в аршин».
Откуда такая разница в представлениях о величине одного и того же предмета?
Она зависит от различия в оценке расстояния, – оценке всегда бессознательной. Человек, видящий Луну величиной с яблоко, представляет ее себе находящейся на расстоянии гораздо меньшем, нежели те люди, которым она кажется с тарелку или круглый стол.
Большинство людей, впрочем, представляет себе Луну величиной с тарелку. Отсюда можно сделать любопытный вывод: Если вычислить (способ расчета станет ясен из дальнейшего), на какое расстояние помещает каждый из нас Луну, имеющую такие видимые размеры, то окажется, что удаление не превышает 30 м. Вот на какое скромное расстояние отодвигаем мы бессознательно наше ночное светило!
На ошибочной оценке расстояний основано не мало иллюзий зрения. Я хорошо помню оптический обман который испытал я в раннем детстве, «когда мне были новы все впечатленья бытия». Уроженец города, я однажды весной, во время загородной прогулки, в первый раз в жизни увидел пасущееся на лугу стадо коров, так как я неправильно оценил расстояние, коровы эти показались мне карликовыми! Таких крошечных коров я с тех пор ни разу не видел и, конечно, никогда не увижу*.
Видимый размер светил астрономы определяют величиной того угла, под которым мы их видим. «Угловой величиной», «углом зрения» называют угол, который составляют две прямые, проведенные к глазу от крайних точек рассматриваемого тела (см. рис.). Углы же, как известно, измеряются градусами, минутами и секундами. На вопрос о видимой величине лунного диска астроном не скажет, что диск равен яблоку или тарелке, а ответит, что он равен половине градуса; это значит, что прямые линии, проведенные от краев лунного диска к нашему глазу, составляют угол в полградуса. Такое определение видимых размеров есть единственно правильное, не порождающее недоразумений.
Геометрия учит, что предмет, удаленный от глаза на расстояние, в 57 раз большее его поперечника, должен представляться наблюдателю под углом в 1 градус. Например, яблоко в 5 см диаметром будет иметь угловую величину в 1 градус, если его держать от глаза на расстоянии 5х57 см. На расстоянии вдвое большем оно представится под углом 0,5 градуса, т. е. такой же величины, какой мы видим Луну, Если угодно, вы можете сказать, что Луна кажется вам величиной с яблоко, – но при условии, что яблоко это удалено от глаза на 570 см (около 6 м). При желании сравнить видимую величину Луны с тарелкой вам придется отодвинуть тарелку метров на 30. Большинство людей не хочет верить, что Луна представляется такой маленькой; но попробуйте поместить гривенник на таком расстоянии от глаза, которое в 114 раз больше его диаметра: он как раз покроет Луну, хотя удален от глаза на два метра.
Если бы вам предложили нарисовать на бумаге кружок, изображающий диск Луны, видимый простым глазом, задача показалась бы вам недостаточно определенной: кружок может быть и большим и маленьким, смотря по тому, как далеко он отодвинут от глаза. Но условия определятся, если остановимся на том расстоянии, на каком мы обыкновенно держим книги, чертежи и т. п., т. е. на расстоянии лучшего зрения. Оно равно для нормального глаза 25 см.
Итак, вычислим, какой величины должен быть кружок хотя бы на странице этой книги, чтобы видимый размер его равнялся лунному диску. Расчет прост: надо разделить расстояние 25 см на 114. Получим довольно незначительную величину – чуть больше 2 мм! Примерно такой ширины буква «о» типографского шрифта этой книги. Прямо не верится, что Луна, а также равное ей по видимым размерам Солнце кажутся нам под таким небольшим углом!
Вы замечали, вероятно, что после того, как глаз ваш был направлен на Солнце, в поле зрения долго мелькают цветные кружки. Эти так называемые «оптические следы» имеют ту же угловую величину, что и Солнце. Но кажущиеся размеры их меняются: когда вы смотрите на небо, они имеют величину солнечного диска; когда же бросаете взгляд на лежащую перед вами книгу, «след» Солнца занимает на странице место кружка с поперечником около 2 мм, наглядно подтверждая правильность нашего расчета.
* Впрочем, и взрослые иногда поддаются подобной иллюзии. Об этом свидетельствует следующий отрывок из повести Григоровича «Пахарь». «Окрестность открылась как на ладони, деревня казалась подле самого моста, дом, холм и березовая рощица казались примыкающими теперь к деревне. Все это – и дом, и сад, и деревня – приняло теперь вид тех игрушек, где стебли мха изображают деревья, кусочки зеркала – речку».
Источник
Ориентирование по Луне
В ясные ночи выходит на небо ночное светило — Луна.
И по Луне, зная два несложных правила, можно ориентироваться, точно так же, как по Солнцу.
Правило первое — Полная Луна всегда находится прямо противоположно Солнцу, полная Луна всегда отстоит от Солнца 12 часов. Всегда. (см прим. 1)
Если полная Луна видна на востоке в 7 вечера, то Солнце в это время, понятное дело, на западе. Если полная Луна видна высоко-высоко в небе и время один час пополуночи, то Луна находится на юге, где Солнце будет через 12 часов. Если полная Луна видна на западе в 7 утра, то Солнце может быть только на востоке.
Полная Луна не может быть на востоке утром и на западе вечером. Луна на востоке утром или на западе вечером может быть разве что в виде тонкого серпика, за день-другой до Новолуния или день-два спустя.
Но полная Луна видна не всегда, а только один день в месяце (точнее, раз в 27,3 суток). Второе правило позволяет определить направление, в котором в данный момент была бы видна полная Луна.
Прежде, чем я скажу это правило, рассмотрим, как Земля с Луной движутся вокруг Солнца. Взлетим высоко-высоко над северным полюсом и встанем так, чтобы Солнце светило в спину.
Земля с нашей точки наблюдения будет нестись вокруг Солнца против часовой стрелки (справа налево, по прямой стрелке). И при этом вращается против часовой стрелки (по серой стрелке). В этом же направлении вокруг Земли вращается Луна.
Положение 1 — новолуние. Луна не видна и находится между Солнцем и Землей, в этом (и только в этом!) положении возможны солнечные затмения. Луну, конечно же можно было бы увидеть, но ее сторона, обращенная к Земле, освещается только светом, отраженным от Земли. И этот свет слишком слаб, чтобы быть видным на фоне яркого синего дневного неба. (см. прим. 2)
Положение 2. Молодая Луна. Прошло три-четыре дня после новолуния и тонюсенький серпик вырос, достигнув в толщине четверти диаметра Лунного диска.
Положение 3. — первая четверть — видна половина «лунного диска». Название произошло от того, что прошла четверть лунного месяца (но видна половина освещенной Солнцем поверхности Луны.
положение 4 — прибывающая Луна Скоро будет полнолуние.
Положение 5 — Полнолуние. в этом положении (и только в этом!) возможны затмения Луны.
Положение 6 — убывающая Луна
Положение 7 — последняя четверть
Положение 8 — старая Луна.
Теперь и само правило, как найти направление, в котором сейчас была бы видна полная Луна, понять и запомнить несложно.
Посчитайте, какая часть Луны сейчас видна. Чем точнее, тем лучше. Небольшая тренеровка позволит быстро определить доли Луны в 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 7/8. Такой точности вполне достаточно.
Теперь представьте на небе траекторию движения Луны — например, в виде яркого, «огненного» шнура.
Да, прямая, соединяющая кончики «рожков» неполной Луны, должна быть перпендикулярна к этой траектории.
И теперь переместите неполную Луну по этой траектории в направлении от освещенной части к неосвещенной исходя из расчета — 22,5 градуса за каждую неосвещенную 1/8. Или на 90 градусов за каждую неосвещенную половину. (22,5 = 90 / 4).
То есть если
— Новолуние — Луна не видна — (но она сама находится где-то около Солнца) переместить ее надо на 90 + 90 = 180 градусов.
— Молодая Луна — не видно 7/8 диска — переместить надо на 90 + 45 = 110 градусов .
— Первая четверть — невидна половина Луны — переместить ее надо на 90 градусов против часовой стрелки.
Аналогично считаем и для остальных фаз.
Старая Луна. Все точно так же, перемещаем Луну в сторону неосвещенной части, теперь по часовой стрелке.
Можно не считать каждый раз, а запомнить для каждой фазы Луны нужную величину угла.
Как ориентироваться по Солнцу — тема отдельной статьи, следите за обновлениями, подписывайтесь на канал, если интересно, ставьте лайк.
Да, совсем скоро, через месяц, 10 января 2020 года будет полное лунное затмение. Максимальная фаза произойдет в в 22:21(Мск) и еаблюдать его можно будет на всей европейской части России, в Европе, в западной Азии.
Задам вопрос для самопроверки. За Полярным кругом год делится на полярный день — когда СОлнце не заходит, полярную ночь — когда Солнце не восходит и «переходные периоды». А может ли в Заполярье луна быть невосходящей — не появляться из-под горизонта по несколько дней, и незаходящей — по несколько дней не заходить за горизонт? Пишите ответы в комментариях.
Прим. 1. Орбита Луны наклонена к эклиптике на меняется от 5°17′ до 4°59′, поэтому полная Луна в час пополуночи может быть выше или ниже Солнца в час пополудни на такой угол. При глазомерной съемке, тем более, что угол не влияет на азимут, под которым видна Луна, можно пренебречь.
Прим. 2. В ясную погоду, при прозрачной атмосфере, незадолго до восхода Солнца, когда уже светло и небо синее, но еще не яркое, в новолуние можно увидеть полную Луну — неяркую, освещенную светом, отраженным от Земли.
Источник