Как вращаются Земля, Луна и Солнце
Луна, Земля, Солнце — три важнейших небесных тела, определяющих существование человечества. Первое поддерживает стабильность вращения нашей планеты, влияет на приливы и отливы, второе — наш родной дом, а третье обеспечивает поступление к нам тепла и света.
Размеры Солнца и Луны
Для понимания природы солнечных затмений нужно знать, во сколько раз Луна меньше Солнца. Диаметр центральной звезды нашей системы составляет 1,4 млн км, аналогичный параметр земного спутника — почти 3,5 тыс. км, разница составляет примерно 400 раз.
В то же время Луна находится ближе к Земле, почти в те же 400 раз (при нахождении этих объектов в некоторых точках относительно планеты): на расстоянии около 385 тыс. км, в то время как дистанция от нас до центра Солнечной системы равна 150 млн км.
И хотя светило расположено от нас намного дальше, чем спутник, земному наблюдателю они часто кажутся на небе равными по величине.
Это и есть объяснение солнечных затмений: спутник полностью или частично перекрывает собой Солнце.
Смена лунных фаз
В разных положениях Солнца, Земли и Луны относительно друг друга светлую часть нашего спутника мы видим по-разному.
Части, освещенные светом центральной звезды, называются лунными фазами, это:
- новолуние;
- первая четверть;
- полнолуние;
- последняя четверть.
Иногда выделяют 2 промежуточные фазы: растущую (молодую) и убывающую (стареющую) луну.
Во время новолуния спутник земному наблюдателю не виден, потому что находится между планетой и Солнцем, и к планете обращена его темная сторона, не освещенная звездой. Некоторое свечение лунного диска в этот период все же можно заметить, оно имеет характерный пепельный оттенок, который небесному телу придает солнечный свет, отраженный от Земли.
Через два дня наступает фаза растущей луны, или неомения — это первое после новолуния появление объекта на небе, когда он имеет вид узкого серпа. С каждым днем он увеличивается в размерах и через 7 суток принимает вид полукруга, появляющегося вскоре после заката на западе или юго-западе.
Относительно светила Луна в этой фазе расположена на 90° в восточном направлении, ее видно только вечером и в первой половине ночи.
Через 2 недели после начала лунного цикла наступает полнолуние: Луна расположена в противостоянии с нашей звездой, в сторону Земли обращено все ее освещенное полушарие. Она восходит в момент захода солнца, видна всю ночь и заходит на рассвете.
Еще через неделю начинается фаза последней четверти: спутник имеет вид полукруга, видимого в восточной части неба во второй половине ночи и перед восходом.
Он будет постепенно уменьшаться в размерах и в последние дни примет вид тонкой буквы «С».
Все указанное справедливо для наблюдения из северного полушария Земли. В южном полушарии положения серпа и полукруга противоположные: букву «С» напоминает не убывающий, а растущий месяц.
Совсем иной вид спутник в разных фазах имеет на экваторе, там положение его освещенной части не вертикальное, а горизонтальное. Например, стареющая луна имеет вид узкой лодки, расположенной в нижней половине диска.
Для расчетов принята продолжительность каждой из 4 основных лунных фаз в 7,38 земных дней, но их фактическая длительность постоянно немного меняется из-за вытянутости орбиты спутника и непостоянства его орбитальной скорости.
Так как лунный месяц короче большинства земных (29,5 дней вместо 30 или 31), 1 раз в год в календарном месяце может случиться второе полнолуние. Это явление получило название «Голубая Луна».
Такое наименование обусловлено не изменением оттенка земного спутника, а происхождением из английского фразеологизма «Однажды при голубой луне», смысл которого можно трактовать как «После дождичка в четверг», т. е. никогда. Голубой цвет сателлит может принимать, но это явление крайне редкое и объясняется оптическим эффектом.
Орбитальные характеристики Луны, Земли и Солнца, схема взаимного вращения
Луна совершает 3 вида движений:
- вращается вокруг своей оси, совершая полный оборот примерно за 27,3 земных дней;
- обращается вокруг нашей планеты по эллиптической орбите с точно таким же (27,3 суток) периодом;
- обращается вокруг Солнца в связке «Земля-Луна».
Равенство периодов собственного вращения и обращения Луны вокруг Земли объясняет, почему она всегда повернута к нам одной стороной.
Земля совершает 2 вида движения: вокруг своей оси и вокруг Солнца. В первом случае движение происходит в направлении с запада на восток, и это явление объясняет смену времени суток. На освещенной половине земного шара наблюдается день, а на обратном — ночь.
Каждый такой оборот называется сутками, он длится 23 часа 56 минут и несколько секунд, но для расчетов длительность этого периода принята равной 24 часа.
Вращение планеты вокруг Солнца происходит по эллиптической орбите, среднее расстояние от центральной звезды — около 149,6 млн км, орбитальная скорость — в среднем 29,8 км/с. При этом в перигелии (ближайшей к светилу точке) Земля движется быстрее, со скоростью более 30 км/с, а в самой удаленной позиции (афелии) — медленнее 29,3 км/с.
За время 1 полного витка вокруг Солнца планета делает 365,25 собственных оборотов — это количество дней в 1 астрономическом году. Календарный аналогичный период, в котором сутки приняты равными 24 часам, длится 365 дней, но через каждые 3 годовых срока в календарь добавляется четвертый особый — високосный, с дополнительным 366-м днем.
Солнце неподвижно относительно Земли, но оно также не стоит на месте, а вращается вокруг центра галактики, и 1 такой оборот занимает 220-230 млн лет.
За время своего существования светило успело совершить только 20 полных витков вокруг Млечного Пути.
Ученые отводят нашей звезде срок жизни от сегодняшнего дня 7 млрд лет, за которые она сделает еще примерно 30 таких оборотов.
Линейная скорость движения Солнца в пространстве — 200-220 км/с. Направление его пути называется апекс, оно перемещается в направлении созвездия Геркулес.
Кроме того, светило вращается вокруг собственной оси, ученые определили это по изменению положения пятен на нем. Передвигается оно не как твердая модель: вращение на экваторе быстрее, по направлению к полюсам движение замедляется. Это касается лишь поверхности и массы, близкой к ней.
Внутренние слои и солнечное ядро при вращении ведут себя как классическое твердое тело. Похоже вращаются газовые гиганты Сатурн и Юпитер. Один полный виток вокруг оси Солнце совершает за 25,4 земных дней, его ось не вертикальная, а наклонена на 7°.
Источник
Как выглядит Земля из разных точек Солнечной системы
На днях NASA объявило о том, что 19 июля находящийся на орбите Сатурна зонд Кассини сфотографирует Землю, которая на момент съемки будет находиться на расстоянии 1.44 миллиарда километров от аппарата. Это не первая фотосессия такого плана, но первая о которой было объявлено заранее. Специалисты NASA надеется, что новое изображение займет почетное место в ряду таких знаменитых снимков Земли. Так это или нет, покажет время, а пока мы можем вспомнить историю фотографирования нашей планеты из глубин космоса.
С тех пор спутниковая фотография развивилась невероятными темпами и теперь можно найти кучу снимков любых частей земной поверхности на любой вкус. Но абсолютное большинство этих фото сделано с низкой околоземной орбиты. Как же выглядит Земля с более отдаленных дистанций?
Фото земного серпа над поверхностью Луны, сделанное экипажем Аполлона-15.
«The Blue Marble» — еще одна иконическая фотография, сделанная 7 декабря 1972 года экипажем Аполлона-17 с расстояния примерно 29 тысяч км. от нашей планеты. Это не был первый снимок, где можно было наблюдать полностью освещенную Землю, но он стал одним из самых известных. Астронавты Аполлона-17 пока что являются последними людьми, которые могли наблюдать Землю с такого ракурса. К 40 летию фото, NASA сделала ремейк этого фото, склеив кучу кадров с разных спутников в едином композитном снимке. Существует и российский аналог, сделанный со спутника Электро-М.
Если смотреть с поверхности Луны, то Земля постоянно находится на одной и той же точке неба. Поскольку Аполлоны сажались в экваториальных областях, то для того чтобы сделать патриотическую аватарку, астронавтам пришлось как следует наловчиться.
В большем разрешении
Схема расположения аппарата и планет на момент съемки.
В большем разрешении
Семейный потрет «снаружи» Солнейной системы
И наконец, отец всех семейных портретов и сверхдальних фотографий — мозаика из 60 фотографий, сделанных все тем же Вояджером-1 между 14 февраля и 6 июня 1990 года. После прохождения Сатурна в ноябре 1980 года аппарат в общем-то бездействовал — других небесных тел для изучения у него не осталось, а до приближения к границе гелиопаузы оставалось еще примерно 25 лет полета.
После многочисленных просьб, Карлу Сагану удалось убедить руководство NASA снова активировать выключенные десятилетие назад камеры корабля и сделать фотографию всех планет Солнечной системы. Заснять не удалось лишь Меркурий (который был слишком близко к Солнцу), Марс (чему опять же, помешал свет от Солнца) и Плутон, который попросту был слишком мал.
Cам Карл Саган так высказался об этом фото:
«Взгляните ещё раз на эту точку. Это здесь. Это наш дом. Это мы. Все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, о ком вы когда-либо слышали, все когда-либо существовавшие люди прожили свои жизни на ней. Множество наших наслаждений и страданий, тысячи самоуверенных религий, идеологий и экономических доктрин, каждый охотник и собиратель, каждый герой и трус, каждый созидатель и разрушитель цивилизаций, каждый король и крестьянин, каждая влюблённая пара, каждая мать и каждый отец, каждый способный ребёнок, изобретатель и путешественник, каждый преподаватель этики, каждый лживый политик, каждая «суперзвезда», каждый «величайший лидер», каждый святой и грешник в истории нашего вида жили здесь — на соринке, подвешенной в солнечном луче.
Земля — очень маленькая сцена на безбрежной космической арене. Подумайте о реках крови, пролитых всеми этими генералами и императорами, чтобы, в лучах славы и триумфа, они могли стать кратковременными хозяевами части песчинки. Подумайте о бесконечных жестокостях, совершаемых обитателями одного уголка этой точки над едва отличимыми обитателями другого уголка. О том, как часты меж ними разногласия, о том, как жаждут они убивать друг друга, о том, как горяча их ненависть.
Наши позёрства, наша воображаемая значимость, иллюзия о нашем привилегированном статусе во вселенной — все они пасуют перед этой точкой бледного света. Наша планета — лишь одинокая пылинка в окружающей космической тьме. В этой грандиозной пустоте нет ни намёка на то, что кто-то придёт нам на помощь, дабы спасти нас от нашего же невежества.
Земля — пока единственный известный мир, способный поддерживать жизнь. Нам больше некуда уйти — по крайней мере, в ближайшем будущем. Побывать — да. Колонизировать — ещё нет. Нравится вам это или нет — Земля сейчас наш дом».
Источник
Почему Земля на фото с Луны такая маленькая? Вычисляем истинный размер
Многие сторонники лунного заговора считают, что размер Земли на снимках с Луны (в частности, на этом) явно занижен. Ну что ж, давайте посчитаем, каким он должен быть на самом деле. Для начала определим, каков угловой размер Земли для наблюдателя, находящегося на Луне. Расстояние от Луны до Земли равно 384,5 тыс. км. Радиус Земли — 6,4 тыс. км. Значит, угловой диаметр будет равен 2arctg(6,4/384,5) = 1,9 градуса.
Для того, чтобы понять, какую часть кадра на фото должна занимать таким образом Земля, осталось понять, какой угол обзора отображался на фото астронавтов. Мы знаем, какие в фотоаппаратах использовались размер плёнки (70 мм) и объектив (60 мм). Значит, половина высоты кадра равняется 70/2 = 35 мм. И угол обзора, который попадает во всю высоту кадра, таким образом, равен 2arctg(35/60) = 60,5 градусов.
Приведу схему, по которой видно, почему в расчётах берётся именно удвоенный арктангенс половины кадра.
F = BC — фокусное расстояние. AD — высота кадра (в данном случае, равна ширине плёнки 70 мм). X = AB — половина высоты. β — угол обзора, помещающийся в высоту плёнки. α — очевидно, половина этого угла. X/F = tg(α) по определению тангенса. Соответственно, β = 2arctg(X/F).
Итого, зная угловой размер Земли и угол обзора фотоаппарата, получаем, что диаметр Земли на фото должен занимать 1,9/60,5 = 3,1% высоты кадра.
UPD. В комментариях верно заметили, что часть плёнки занимает перфорация, а сам размер кадра чуть меньше. Покажем, что это не сильно влияет на итоговый результат. Судя по снимкам плёнки (есть в комментах; точной информации со ссылками не нашёл, может, кто-нибудь знает?) размер кадра составлял 55 мм. Значит, угол обзора был равен 2arctg(55/(2*60)) = 49,2 градуса, а размер Земли должен составлять 1,8/49,2 = 3,7% высоты кадра (или ширины: снимок квадратный).
А теперь померяем, какую долю высоты кадра Земля занимает на фото с Луны. Я вооружился сантиметром и насчитал высоту кадра 13,7 мм, а диаметр Земли 0,7 мм (на экране компьютера). Вы можете замерить у себя, сами величины могут быть разные (у всех мониторы разного размера), но соотношение будет примерно одинаковое.
Итак, Земля занимает 0,7/13,7 = 5,1% от кадра. Вот так-то, мы получили, что Земля на фото не только не меньше, но даже больше, чем должна быть! Но это как раз объяснить просто: наверняка фото по краям (скорее всего сверху) было обрезано, ведь там только темнота (при такой выдержке камеры никаких звёзд не видно).
Напоследок, для неверующих людей, бонусом, так сказать, фото Луны с Земли, сделанное лично мною этим вечером на смартфон. Увы, была облачность и Луна вышла довольно нечёткой. Но вы сами видете, насколько Земля на фото американцев больше, и при этом занимает вовсе не пол-неба, как уверяют конспирологи.
Источник