Направление движения луны по небу

VI. 1. Лунная орбита. Движение Луны

Перемещение Луны на фоне звездного неба заметить легко, так как она движется быстрее других планет. Луна перемещается с запа­да на восток, пробегая по небу полный круг за 27 с небольшим суток, т.е. передвигается на 12-13° в сутки или на 0,5° в час. Движение ее неравномерно: на одних участках своего видимого пути она переме­щается быстрее, на других — медленнее. При этом каждый новый круг Луны на небе между звездами заметно отличается от предыду­щего.

Луна, единственный спутник Земли, расположена от нее на сред­нем расстоянии 384 400 км; ее средний радиус 1738 км, отношение массы Земли к массе Луны 81,30; угловой радиус на среднем рассто­янии от Земли — 15’32,58′»

Луна движется среди зодиакальных созвездий с запада на восток со средней угловой скоростью 13,176* за сутки, и как спутник Земли, обращается около общего центра тяжести Земли и Луны — барицен­тра. (Землю и Луну рассматривают как единую систему с общим центром тяжести.) Барицентр находится внутри Земли ближе к ее поверхности, чем к центру.

Луна, обращаясь вокруг Земли по эллиптической орбите (в соот­ветствии с законами Кеплера), вместе с ней движется вокруг Солнца и одновременно вращается вокруг собственной оси. Законы вращения Луны вокруг оси были сформулированы французским ученым Дж. Кассини: 1) наклон лунного экватора к эклиптике (или к орбите Земли) всегда составляет 1град32,3′; 2) плоскости лунного экватора,

лунной орбиты и эклиптики, перенесенные параллельно в центр Земли, пересекаются по одной прямой, причем плоскость эклиптики проходит между плоскостями лунных экватора и орбиты; 3) время оборота Луны вокруг оси равно времени оборота ее вокруг Земли (т.е. период вращения и период обращения равны между собой). Вследствие этого Луна всегда обращена к Земле одной своей сторо­ной.

До Галилея считалось, что плоскость лунного экватора совпадает с плоскостью орбиты Луны и рисунок лунного диска совершенно неизменен. В начале XVII в. Галилей обнаружил явление оптичес­кой либрации («л и б р а ц и я» — от латинского слова «весы») — не­большие перемещения, качания контуров различных структур лунной поверхности относительно среднего положения на видимой стороне Луны. Согласно теории Кассини, ось вращения Луны медлен­но перемещается по круговому конусу вокруг оси эклиптики (физическая либрация Луны).

Суть физической либрации состоит в следующем. Плоскость экватора Луны не совпадает с плоскостью ее орбиты. Кроме того, Луна, вращаясь вокруг оси сравнительно равномерно, обращается вокруг Земли с переменной скоростью, из-за чего она покачивается относительно направления на Землю вперед-назад и сбоку на бок. Луна — не абсолютный шар, поэтому при покачивании притяжение Земли создает в ней крутящие моменты. Величина и направление этих моментов все время меняются, из-за чего непрерывно меняются и возмущающие воздействия. Эти воздействия столь сложны, что до сегодняшнего дня полной теории движения Луны не существует.

А какова орбита Луны относительно Солнца? Она, разумеется, почти сливается с орбитой Земли вокруг Солнца, отклоняясь от нее лишь двенадцатью едва заметными выступами и двенадцатью легкими уплощениями. Путь Луны при этом всюду обращен к Солн­цу своей вогнутостью. По виду он похож на двенадцатиугольник с мягко округленными углами.

Смещаясь вдоль эклиптики за сутки примерно на 13°, Луна вос­ходит над горизонтом, кульминирует и заходит за горизонт позже, чем накануне, в среднем на 52 мин.С запада к востоку Луна переме­щается по большому кругу — лунному пути, наклонение которого к небесному экватору плавно меняется за 9 лет и 3,5 месяца в пределах от 18 до 29°. Полный оборот по нему Луна завершает за промежуток времени Т = 27,32 суток (точнее, Т — 27,3217 дней — 27 дней 7 43 т ) называемый звездным, или сидерическим месяцем.

Лунный путь проходит по зодиакальным созвездиям и пересека­ется с эклиптикой в двух диаметрально противоположных точках, называемых лунными узлами. В одном из них, восходящем узле, Лука поднимается над эклиптикой (т.е. переходит к северу от нее), а в нисходящем узле опускается под нее (т.е. переходит к югу от эклиптики). Наклонение лунного пути к эклиптике составляет в среднем i = 5 e 09′ (с колебаниями от 4°59′ до 5° 19′). (Поэтому Луна всегда находится вблизи эклиптики.) Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел своей орбиты — драконический месяц — составляет 27,21 средних суток.

Плоскость лунного пути сравнительно быстро поворачивается с востока к западу, навстречу движению Луны. Из-за этого лунные узлы непрерывно перемещаются по эклиптике в том же направ­лении, против хода зодиакальных созвездий. За сидерический месяц они сдвигаются почти на 1,5*, т.е. на три видимых лунных диаметра, а за год — на 19,3*. Период обращения лунных узлов по эклиптике равен 18 годам и 7 месяцам, а точнее — 6798 суткам. Таким образом, каждый свой оборот по небу Луна, по существу, совершает по новому пути и только через 18 лет и 7 месяцев возвращается к исходному.

На каждом обороте Луна приближается к Земле и удаляется от нее на неодинаковое расстояние: наименьшее (перигейное) рассто­яние Луны бывает в пределах от 356410 до 369960 км, а наибольшее (апогейное) — от 404170 до 406740 км. Диаметр диска Луны в перигее изменяется от 33,5′ до 32,5′, в апогее — от 29,6′ до 29,3′.

Чаще всего перигейное расстояние Луны 363300 км, апогейное 405500 км и среднее — 384400 км. Аномалистический месяц — про­межуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через перигей — составляет 27,55 средних суток.Ано­малистический месяц длиннее сидерического («звездного»), так как долгота перигея подвержена возмущению и примерно за 9 лет пря­мым движением (к востоку) описывает полный оборот.

Период смены лунных фаз (промежуток времени между полно­луниями или новолуниями) называется синодическим, или лунным месяцем. Он продолжительнее сидерического и составляет 29,53 дня, точнее — 29,5306 суток — 29 дней 12 часов 44 минуты. Такова средняя продолжительность синодического месяца, истинная длительность которого из-за неравномерного движения Луны и Земли колеблется от 29,25 до 29,83 дней.

Через 14 — 15 суток после новолуния Луна приходит в противо­стояние с Солнцем (на 180° от него). Ее фаза становится полной, наступает полнолуние (Ф = 1,0; В= 14,8 дня). Поскольку полная Луна находится в противоположной Солнцу области неба, она восходит при заходе Солнца, заходит при его восходе, а в середине ночи видна в южной стороне неба, вблизи небесного меридиана.

После полнолуния Луна постепенно приближается к Солнцу с запада, освещается им слева (с востока), и поэтому ущерб Луны, т.е. уменьшение ее фазы, начинается с правого края, а выпуклость осве­щенной части обращена к востоку.

Примерно через неделю, когда угловое расстояние между Луной и Солнцем сократится до 90° (Луна в западной квадратуре), насту­пает фаза третьей, или последней, четверти (Ф = 0,50; В — 22,2 дня), при которой Луна восходит вблизи полуночи, к восходу Солнца она оказывается в южной стороне неба, а заходит днем.

При дальнейшем сближении Луны с Солнцем ее убывающие фазы становятся серповидными с выпуклостью влево (к востоку). Луна восходит и видна в восточной области неба незадолго до восхода Солнца, заходит днем перед его заходом и вскоре снова вступает с ним в соединение (новолуние).

Аналогичным образом повторяются все фазы Луны. Из-за пре­вышения синодического лунного месяца над сидерическим одинако­вые фазы наступают в различных точках лунной орбиты и поочередно во всех знаках Зодиака (см. рис. VI.3). Этим и объясня­ется, почему на протяжении года условия видимости Луны в одной и той же фазе резко различны. Зимой, когда Солнце проходит по южным (летним) зодиакальным созвездиям, его суточный путь над горизонтом в северном полушарии низок и короток, полная Луна перемещается по северным (зимним) зодиакальным созвездиям, вы­соко поднимается и подолгу находится над горизонтом. Летом картина противоположная: полная Луна повторяет зимний суточный путь Солнца и иногда даже бывает не видна, скрываясь за неровным рельефом местности.

Наиболее высоко над горизонтом Луна бывает около дня зимнего солнцестояния, а наиболее низко — около дня летнего солнцесто-яния,т.е. чем выше Солнце в полдень, тем ниже Луна в полночь,и наоборот. Именно поэтому в летние месяцы Луна, как правило, редко видна на небе: ночью она находится вблизи горизонта, а днем хотя и высоко над горизонтом, но скрывается в лучах Солнца.

Восходы и заходы Луны приходятся на самые различные часы суток. Когда Луна в новолунии, она восходит и заходит примерно в одно время с Солнцем. Ночи наиболее темные в первой четверти лунного месяца. Когда долгота Луны больше долготы Солнца на 90°, Луна восходит примерно в полдень и заходит в полночь, и первая половина ночи — светлая.

В полнолуние Луна восходит во время захода Солнца, а заходит во время его восхода, т.е. видима всю ночь. В последней четверти восход Луны в полночь, а заход — в полдень. Восходы Луны ежесу­точно отстают от восходов Солнца на 40-50 минут, так как Луна собственным движением перемещается среди звезд с запада на восток (по ходу знаков Зодиака) в среднем на 13,2 е в сутки.

Что касается места восхода и захода Луны на горизонте, то оно отступает от точек востока и запада на еще большую величину, чем восходы и заходы Солнца.

Источник

Видимое собственное движение Луны

Лунная орбита. Точки и линии на ней

Луна, как и все другие светила участвует в видимом суточном движении светил с востока (E) на запад (W), но даже глазомерные наблюдения показывают, что Луна имеет видимое собственное движение так как ежедневно изменяется время восхода и захода Луны, изменяется азимут (А) восхода и захода, изменяется меридиональная высота, изменяется положение Луны относительно неподвижных звёзд. Также меняется фаза Луны, всё это доказывает, что Луна имеет видимое собственное движение.

Если выбрать из Морского Астрономического Ежегодника (МАЕ) гринвичский часовой угол и склонение Луны за месяц и нанести их на небесную сферу, то получим большой круг (LL1), плоскость которого не совпадает ни с плоскостью истинного горизонта (HH1), ни с плоскостью эклиптики (BB1), а расположена к плоскости эклиптики под углом i (иота) = 5°08′.

Видимый месячный путь Луны на небесной сфере называется Лунной орбитой, и она пересекается с плоскостью эклиптики в лунных узлах.

Лунный узел, в котором склонение Луны равняется 0° и наименование меняется с южного (S) на северное (N) называется восходящим лунным узлом и обозначается знаком .

Лунный узел, в котором склонение Луны равняется 0° и наименование меняется с северного (N) на южное (S) называется нисходящим лунным узлом и обозначается знаком .

Предположим, что Земля, Солнце и Луна, одновременно кульминировали относительно какой-либо звезды, например, самой яркой звезды на небосводе, Сириуса (звезда a в созвездии Большой пёс, видимая звёздная величина – 1,4). Через сутки Солнце опоздает к моменту кульминации Земли относительно Сириуса, на 3 м 56 с или приблизительно на 4 (четыре) минуты, так как оно имеет видимое собственное годовое движение и движется со скоростью 1° в сутки. Луна опоздает к моменту кульминации Земли на 53 (пятьдесят три) минуты. Это является доказательством, что Луна имеет видимое собственное месячное движение, которое направлено в туже сторону, что и Солнце и движется относительно звезды со скоростью 13°,2 в сутки (фактически суточная скорость колеблется от 10° до 17 в сутки°), а относительно Солнца движется со скоростью 12°,2 = 49 минут в сутки.

В следствие этого момент кульминации Луны на данном меридиане каждые сутки увеличивается на 50 минут. Данная зависимость позволяет найти время кульминации Луны на любом меридиане, если известно время кульминации на каком-либо другом меридиане. Например, в Морском Астрономическом Ежегоднике (МАЕ) на каждые сутки приводится время кульминации Луны на гринвичском меридиане. Для получения момента кульминации Луны на местном меридиане необходимо проинтерполировать разность ± 50м по долготе используя формулу:

Очевидно, что на меридианах к осту (востоку) от гринвичского меридиана Луна кульминировала раньше, чем на гринвичском меридиане, а из приведённой выше формулы имеем, что на каждые 15° Восточной долготы время кульминации Луны уменьшается приблизительно на 2 минуты.

Соответственно на меридианах, лежащих к весту (западу) от гринвичского меридиана Луна кульминировала позднее, чем на гринвичском меридиане, и момент кульминации будет увеличиваться на приблизительно на 2 минуты на каждые 15° Западной долготы.

Промежуток времени, в течение которого Луна делает полный оборот по своей орбите относительно какой-либо звезды, называется сидерическим (звёздным) месяцем. Продолжительность сидерического месяца легко вычисляется. Так как один оборот равен 360°, а суточная скорость составляет 13°,2 в сутки, то продолжительность сидерического месяца равна: 360° : 13,2 °/ сут приблизительно 27,32 суток или 27д 07ч 43м 11с.

Промежуток времени, в течение которого Луна делает полный оборот по своей орбите вокруг Солнца, называется синодическим (лунным) месяцем. Продолжительность сидерического месяца легко вычисляется. Так как один оборот равен 360°, а суточная скорость составляет 12°,2 в сутки, то продолжительность сидерического месяца равна: 360° : 12,2 °/ сут приблизительно 29,53 суток или 29д 12ч 44м 03с.

Лунный месяц лежит в основе календарного месяца. В течение лунного месяца происходит весь цикл изменений вида Луны, что наблюдатель на Земле видит в виде изменения изображения диска Луны, то есть смену фаз Луны.

Двенадцать лунных месяца составляю лунный год, продолжительностью около 354 суток. Из-за разности в скорости движения с Солнцем, лунный год на 11 суток короче, чем тропический и календарный год. Вследствие этой разности дни лунного месяца, и одни и те же фазы Луны из года в год приходятся на разные даты календарного года. Они совпадут только через 19 лет. Этот 19-ти летний период называется Метоновым циклом (29,53д х 235 лунных месяцев = 6939,65д : 365,25д = 19 лет).

Склонение Луны

В течение месяца склонение Луны меняется от 0° до относительного максимума 28° 36’ S и от 0° до относительного максимума 28° 36’ N, следовательно, наибольшее изменение склонения может достигать почти 57°, при этом суточное изменение склонения колеблется от десятых долей градуса до примерно 7°.

Вследствие большой скорости изменения склонения, взятие высот Луны представляет некоторые затруднения и без навыков, как правило, наблюдатели допускают ошибки в измерениях и вычислениях.

Источник