Как движется луна по небу за сутки

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

Как вращается Луна

При наблюдении с Земли всегда видна одна и та же половина земного спутника. Поэтому у наблюдателя может возникнуть вопрос о том, вращается ли Луна вокруг своей оси.

Характеристики Луны

Если рассматривать параметры всех спутников Солнечной системы по сравнению с планетами, которые они сопровождают, Луна является рекордсменом: ее диаметр составляет около 25% от земного, а масса — 1/100 часть от массы Земли. Однако если иметь в виду абсолютные величины, то в Солнечной системе существуют спутники и гораздо крупнее Луны.

Образование естественного земного спутника наиболее распространенная сегодня версия связывает с последствиями столкновения двух протопланет неравного размера. В результате тяжелые, имеющие более высокую плотность, ядра космических тел слились в единую структуру, а из осколков верхних слоев грунта обеих протопланет сформировался естественный спутник.

С таким механизмом образования связано более высокое содержание железа в земных породах и преобладание каменных пород в составе лунного грунта.

Естественный спутник Земли движется по эллиптической траектории. Эксцентриситет орбиты Луны (величина, выражающая степень отклонения от окружности) — 0,0549. Средний радиус его составляет 1737,1 км. Скорость движения Луны по орбите — 1,023 км/с.

Фазы Луны

Фазой Луны называют освещенный Солнцем фрагмент планеты, видимый с Земли. Смена лунных фаз обусловлена взаимным расположением Солнца, Земли и Луны. В различные отрезки времени с земной поверхности наблюдаются разные части лунного диска, освещенные солнечным светом.

В течение синодического месяца фазы последовательно сменяют друг друга — от новолуния, когда освещенность лицевой стороны лунной поверхности 0%, до 100% при полнолунии.

Наблюдатели за ночным светилом выделяют 4 основные лунные фазы:

• новолуние;
• первая четверть;
• полнолуние;
• третья четверть.

Каждая из них имеет продолжительность около 7,4 суток. Это величина непостоянная, она изменяется по причине эллиптической конфигурации лунной орбиты.

Вращение спутника

Как любой спутник, Луна вращается вокруг материнской планеты. Кроме того, сопровождая Землю, она одновременно с ней оборачивается вокруг Солнца. Осевое вращение Луны, с точки зрения наблюдателя, располагающегося на Земле, незаметно. Поэтому может появиться впечатление, что вокруг оси это тело не вращается, а, наоборот, земля вращается вокруг луны, стоящей неподвижно.

Если точку наблюдения расположить вне Земли, то можно увидеть, что спутник не только двигается по отношению к планете, но и совершает вращение вокруг оси.

Закономерность осевого вращения земного спутника заключается в том, что один полный оборот по времени точно равен длительности путешествия небесного тела по орбите. Получается, что за сутки небесное тело осуществляет полный поворот вокруг своей оси.

Аналогичный режим свойственен и спутникам других планет: Харон, сопровождающий планету Плутон, тоже всегда обращен к своей планете одним и тем же боком. По той же схеме вращаются и небесные тела, сопровождающие Марс, — Деймос и Фобос.

В научных кругах такое явление принято называть синхронным вращением или приливным захватом.

Такой режим обращения обусловливает тот факт, что при наблюдении с основного космического тела за спутником всегда на виду одна и та же его половина. В то же время с поверхности самого спутника основное небесное тело будет выглядеть висящим в небе без движения. С противоположной стороны такого спутника «материнское» небесное тело никогда не будет видно.

С явлением приливного захвата ученые связывают и способность вращения Луны влиять на климат Земли. В частности, описано явление большего количества атмосферных масс у того полушария планеты, которое обращено в данный период к естественному спутнику.

Следствием являются повышение атмосферного давления в области соответствующего полушария и последующие изменения погодных условий. Согласно гипотезам климатологов, такие «воздушные приливы» оказывают влияние и на интенсивность атмосферных осадков.

Однако дальнейший анализ данных, касающихся атмосферных осадков в течение предшествующих 15 лет, засвидетельствовал, что, хотя лунная гравитация и оказывает влияние на атмосферу, происходит это в меньшей степени, чем предполагалось учеными ранее.

Согласно мнению исследователей, по аналогичному механизму, под действием тех же сил происходят и морские приливы и отливы — их порождает влияние гравитационного поля Луны.

Сидерический месяц и синодический

Сидерический месяц — период, за который спутник Земли, совершив оборот по орбите, вновь занимает исходное положение относительно звезд. Величина этого периода времени непостоянна, что обусловлено неравенствами лунного движения (это связано с тем, что радиус эллиптической лунной орбиты в разных местах неодинаков).

Данный период может изменяться в пределах нескольких часов. Средняя продолжительность периода обращения небесного тела вокруг Земли составляет 27,322 земных суток.

Синодический месяц — отрезок времени между одинаковыми фазами Луны — также не имеет постоянного значения. Средняя длительность этого временного периода составляет 29,5 земных суток.

Источник