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
Вокруг чего вращается Луна?
Луна – второй по яркости объект Солнечной системы, который могут наблюдать в небе земляне. Это естественный спутник Земли, определяющий внушительную часть климатических особенностей нашей планеты.
Луна также является пятым по размерам спутником из всех, которые на сегодняшний день существуют в Солнечной системе.
С Земли мы видим Луну по-разному: то она имеет правильную форму диска, то становится похожей на тонкий серп (мы часто называем его полумесяцем). То, какой мы видим Луну, зависит от взаимного расположения Солнца, Земли и ее спутника. Дело в том, что Земля вращается вокруг Солнца, а Луна – вокруг Земли, и траектории этих небесных тел и определяют, какой видится Луна с Земли в тот или иной период.
Как происходит вращение Луны?
Часто можно прочитать, что Луна вращается не только вокруг Земли, но и вокруг своей оси. Но это утверждение не совсем верно. Дело в том, что если бы Луна вращалась вокруг своей оси в буквальном смысле слова, мы видели бы ее с разных сторон.
Между тем, Луна всегда обращена к Земле только одной стороной. Ее вращение вокруг собственной оси – только кажущееся, обусловленное представлениями человека о математических моделях и системах отсчета. На самом деле прямой линии, от которой расходятся центробежные силы (то есть той самой оси) у Луны вообще нет. И оборот вокруг этой условной оси можно назвать лишь косвенным.
Чтобы представить это, вообразите, что вы обходите круглый стол по часовой стрелке, не поворачиваясь к столу то боком, то спиной, то другим боком, а оставаясь все время в одном положении – к столу лицом.
К тому времени, как вы завершите обход, получится, что вы повернулись вокруг своей оси на 360 градусов. По сути же вокруг себя вы не крутились, ведь ваш взгляд был постоянно направлен в сторону стола.
Аналогичным образом и Луна, повернутая к нашей планете всегда одной стороной, совершает один оборот вокруг Земли и косвенный оборот вокруг своей оси.
Если бы Луна совершала полноценный оборот вокруг своей оси, то к концу оборота вокруг Земли она делала бы уже два оборота вокруг оси. Земляне при этом могли бы увидеть скрытое от них полушарие Луны.
Фазы Луны и лунные ритмы
Регулярные изменения расположения Луны относительно Солнца дают основания выделить так называемые фазы Луны. Это новолуние, когда Луна находится на стороне светила, и та ее часть, которой она повернута к Земле, не освещается. Полнолуние, когда диск Луны имеет правильную форму, потому что полностью освещен Солнцем (Луна и Солнце при этом находятся по разные стороны от Земли).
Еще две лунные фазы – первая четверть и последняя четверть, или прибывающая и убывающая Луна. Масса Луны почти в тридцать миллионов раз меньше массы Солнца, но из-за того, что спутник находится в 374 раза ближе к Земле, чем Солнце, Луна очень сильно влияет на многие процессы на нашей планете.
Например, положением Луны обусловлены приливы и отливы, происходящие в разных частях планеты каждые 12 часов 25 минут (поскольку полный оборот вокруг Земли Луна совершает за 24 часа 50 минут).
Регулярно повторяющиеся изменения в характере и интенсивности разных биологических процессов, связанных с положением Луны, называют лунными ритмами. Различают лунно-суточные и лунно-месячные ритмы.
Размножение некоторых видов животных и растений на Земле происходит только в конкретную фазу лунного цикла. Люди же могут ощущать перемены в самочувствии и настроении, в зависимости от фазы Луны.
Источник
Почему Луна обращается вокруг Земли, а не вокруг Солнца.
Особо не рассматривая данный вопрос, всё кажется очевидным – Луна расположена значительно ближе к Земле, чем Солнце. Значит и притяжение со стороны Земли тоже больше настолько, что в состоянии удерживать спутник на орбите. Но на деле всё не так просто. Можно воспользоваться известным законом тяготения Ньютона F = G*m1*m2/r^2 и посчитать силу притяжения, действующую на Луну со стороны Земли. При расстоянии от Земли до Луны равным длине большой полуоси её эллиптической орбиты выясняется, что Солнце притягивает Луну в 2,2 раза сильнее, чем Земля. Данный факт действительно имеет место, и даже нередко упоминается в научной литературе, статьях и т.д.
Однако такое «открытие» вполне может сбить с толку. У отдельных личностей иногда это даже выливается в бредни о несостоятельности закона тяготения как такового. Это происходит потому, что не везде объясняется почему Луна продолжает обращаться вокруг Земли, а не выходит на гелиоцентрическую орбиту. Или это объяснение затруднено, поэтому в заметке я постараюсь доступно объяснить в чём дело.
Луна, Земля, Солнце — кто кого?
Важно знать, что на спутник влияет несколько факторов, а не одни только величины сил тяготения от планеты и Солнца. Важный фактор – гравитационные ускорения, сообщаемые Землёй и Солнцем Луне. Само по себе ускорение, сообщаемое Солнцем Луне больше, чем сообщаемое Землёй Луне. Но мы в данном случае рассматриваем движение Луны вокруг Земли. Значит ускорение от Солнца носит возмущающий характер. В этом случае данное возмущение выражается как разность между ускорениями от Солнца Луне и от Солнца Земле. Поскольку расстояние между Землёй и Луной очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и Солнцем, получается, что Солнце сообщает примерно одинаковые ускорения и Луне, и Земле. Разность ускорений (т.е. собственно возмущающее ускорение Солнца при движении Луны вокруг Земли) при этом будет значительно меньше, чем ускорение, которое сообщает Земля Луне.
Если рассматривать движение Луны относительно Солнца, то возмущающее ускорение теперь будет выражаться разностью между ускорениями, сообщаемыми Землёй Луне и Землёй Солнцу. Понятное дело, что Земля очень ничтожно воздействует на Солнце. Поэтому величина возмущающего ускорения будет просто равна гравитационному ускорению сообщаемому Землёй Луне. Величина ускорения от Солнца для Луны также остаётся без изменений. Хотя эта величина больше, она не столь велика по сравнению с ускорением от Земли, как ускорение от Земли велико по сравнению с возмущением от Солнца (при рассмотрении движения Земли вокруг Солнца).
Итоги
Подводя итог по вышесказанному, выходит, что на расстоянии, равном расстоянию до Луны (и даже дальше), Земля вносит весьма существенные возмущения в движение Луны вокруг Солнца. Ооно происходит по довольно сложной кривой, а не по эллипсу. Так что в определённой сфере, называемой сферой действия, из-за таких возмущений нельзя считать, что тело движется вокруг Солнца, а считается, что оно движется вокруг Земли. Из рисунка следует, что Луна находится внутри этой сферы. Однако зону удержания спутника определяет не размер сферы действия, она определяет область, где для расчётов необходимо принимать геоцентрическое движение тела.
Зоной удержания спутника на орбите вокруг планеты является область пространства, называемая сферой Хилла. В ней результирующая сила направлена к планете (центростремительная сила), а складывается она из векторов следующих трёх сил – притяжение со стороны планеты, притяжение со стороны Солнца и центробежная сила, действующая при обращении вокруг Солнца. И в случае Луны, несмотря на то, что притяжение со стороны Солнца больше, чем со стороны Земли, за счёт именно центробежной силы, суммарный вектор от сил (как и ускорений) оказывается направлен в итоге к Земле. Таким образом Луна спокойно удерживается на том расстоянии, на каком находится. И могла бы удерживаться даже на большем, несмотря на возмущения со стороны Солнца, поскольку лежит внутри сферы Хилла Земли. А вот за пределами сферы Хилла Земли объект под действием возмущений от Солнца перейдёт на орбиту вокруг Солнца. Размер сферы Хилла у планет зависит от массы планеты и расстояния до Солнца.
Источник