Рассмотрим теперь, как меняется склонение Луны при ее движении по небу, которое на самом деле отражает обращение Луны по орбите вокруг Земли. Плоскость лунной орбиты наклонена к эклиптике под углом 5,2°. Две точки пересечения с эклиптикой большого круга, образованного на небесной сфере этой плоскостью, называются узлами лунной орбиты. Узел, минуя который Луна попадает из южной в северную часть неба относительно эклиптики, считается восходящим, а другой — нисходящим. Вследствие вековых возмущений в движении Луны долгота узлов непрерывно меняется. Они перемещаются по эклиптике в направлении, обратном движению Луны, т. е. на запад, при этом полный оборот совершается за 18 лет и 7 мес (примерно 18,6 года).
На рис. 16, а показан случай, когда восходящий узел совпадает с точкой весеннего равноденствия Т. Тогда орбита Луны находится вне угла между эклиптикой и небесным экватором и наклонена под общим углом к экватору 5,2° + 23,5° = 28,7°. Соответственно за период оборота вокруг Земли (так называемый сидерический месяц) склонение Луны изменяется от -28,7° до +28,7°. Каждую ночь Луна восходит и заходит в разных точках горизонта в зависимости от своего склонения. Через девять с небольшим лет восходящий и нисходящий узлы меняются местами, т. е. в точке ν оказывается уже нисходящий узел (рис. 16, б). Орбита Луны в таком случае наклонена к экватору под углом 23,5° — 5,2° = 18,3°, а склонение в течение месяца меняется от -18,3° до +18,3°.
Склонением небесного тела определяются не только положения точек его восхода и захода, но и максимальная высота над горизонтом, который достигает тело в процессе суточного движения. Как уже говорилось, например, для широты Болгарии высота Солнца в день зимнего солнцестояния (δ = -23,5°) равна примерно 24°, в дни равноденствий (δ = 0) — около 47°, а в день летнего солнцестояния (δ = +23,5°) — около 71°. Существует простая формула, позволяющая вычислить эту высоту.
Рис. 16. Изменение склонения Луны в течение 18,6 года.
На рис. 17 показана небесная сфера, понятие о которой было введено еще древними греками. Это воображаемая сфера, на которую проецируются все небесные тела; ее центр совпадает с центром Земли, На рисунке отмечены также Северный (Р) и Южный (Р’) полюсы мира и показан небесный экватор. Земля изображена в центре как малая сфера с линиями оси вращения и экватора и произвольной точкой наблюдения А. Пересечение плоскости, перпендикулярной отвесной линии ZZ’ в месте наблюдения A, с небесной сферой образует окружность, которая называется небесным горизонтом. Географическая широта точки А — это угол φ. Легко видеть из простых геометрических соображений, что в данном месте наблюдений высота Северного полюса Р над горизонтом также равна φ, а высота экватора над горизонтом на юге составляет угол 90° — φ. На рис. 17 представлена суточная параллель, описываемая некоторым небесным телом от восхода до захода. Она, как мы знаем, параллельна экватору и находится от него на угловом расстоянии δ (склонение объекта). В момент так называемой верхней кульминации тело поднимается на наибольшую высоту над горизонтом. Обозначив ее Л, нетрудно видеть, что h = 90° — φ + δ. Географическая широта Софии φ = 42°41′ (ок. 42,5°). Предоставив читателю возможность самому вычислить полуденную высоту Солнца в столице Болгарии для четырех важных астрономических дат, займемся соответствующими вычислениями для Луны. Выше уже были указаны пределы изменений ее склонения в двух экстремальных случаях на протяжении 18,6 года.
Рис. 17. Суточная параллель, описываемая звездой на небесной сфере вследствие вращения Земли вокруг своей оси.
Предположим, что сейчас лето и Солнце находится в точке летнего солнцестояния, а восходящий узел лунной орбиты в этот момент совпадает с точкой весеннего равноденствия (рис. 16, a). Пусть Луна будет в полнолунии, т. е. располагается на звездном небе в месте, прямо противоположном точке летнего солнцестояния. Очевидно, это место совпадает с точкой зимнего солнцестояния, и склонение Луны будет равно -28,7°. Легко получить, что на географической широте Болгарии высота Луны над горизонтом в верхней кульминации тогда будет около 19°. В противоположном случае, в момент зимнего солнцестояния, полная Луна, имеющая склонение + 28,7°, поднимется на высоту около 76°.
Полученный нами результат — полная Луна зимой поднимается выше, чем летом, — справедлив всегда, а не только для рассмотренного случая совпадения восходящего узла с точкой ν. Аналогично получается, что при тех же начальных условиях высота полной Луны летом для широты Ленинграда (φ примерно равна 60°) составляет всего 1,3°. Другими словами, Луна лишь слегка показывается над горизонтом и снова заходит. А в более северных широтах в полнолуние наш спутник вообще не виден!
НАБЛЮДАТЕЛЮ НА ЗАМЕТКУ (ЧТО И КАК НАБЛЮДАТЬ НА НЕБЕ)
 
 
Высокая и низкая Луна
Meteoweb.ru — «Наблюдатель» 22-07-2007
Летом полная Луна над горизонтом ходит низко над горизонтом. Иногда ее трудно рассмотреть за деревьями и постройками.
Каждый человек знает, что фаза Луны меняется изо дня в день. Вот появился на вечернем небе в западной его части узкий серп Луны, который менее чем через неделю превратится ровно в половинку. Пройдет еще около недели, и на ночном небе засияет полная Луна. Еще спустя примерно семь дней от полной Луны снова останется лишь половина, после чего фаза продолжит убывать, и вот тонкий месяц Луны сияет уже на утреннем небе, встречая рассвет. Но, пожалуй, лишь человек наблюдательный может подметить, что высота Луны из месяца в месяц при разной фазе меняется. Так, длинными и холодными зимними ночами полная Луна поднимается высоко над горизонтом, в то время как короткими летними ночами подсвечивает небо с юга, проходя на столь малой высоте над горизонтом, что порой ее невозможно рассмотреть за высокими городскими постройками. Растущая Луна до первой четверти весной поднимается высоко-высоко над горизонтом, а вот осенью ходит низко. Со стареющей (убывающей) Луной все наоборот. В чем же причина этой разницы в высоте Луны над горизонтом в зависимости от фазы и месяца?
То, что Солнце зимой низко над горизонтом ходит, а летом высоко – это явление привычное для каждого из нас и объясняется тем, что дневное светило на фоне небесной сферы движется по большому кругу, называемому эклиптикой. Эклиптика наклонена к плоскости небесного экватора под углом 23,5°, следовательно, между точками летнего и зимнего солнцестояния склонение Солнца изменяется от +23,5° до –23,5°. По эти данным легко рассчитать полуденную высоту Солнца 21 июня (летнее солнцестояние) и 22 декабря (зимнее солнцестояние), используя формулу h = 90° – географическая широта места наблюдений + склонение Солнца. Для Москвы (широта +56°) получаем для 21 июня 57,5°, а для 22 декабря – всего 10,5°.
Что касается Луны, то она, как и другие планеты Солнечной системы перемещается на фоне зодиакальных созвездий, т.е., грубо говоря, вдоль эклиптики. Но если бы Луна следовала точно по эклиптике, то каждое новолуние мы могли бы наблюдать солнечные затмения, а каждое полнолуние Луна попадала бы в земную тень, и мы бы видели лунное затмение. Однако в действительности Луна отклоняется от эклиптики то в северную, то в южную сторону на 5°, или примерно на десять своих угловых диаметров. При этом Луна пересекает эклиптику лишь в двух точках. И та точка, после прохождения которой Луна поднимается над эклиптикой называется восходящим узлом, а противоположная точка – нисходящим. Понятно, что максимального отклонения к северу или к югу Луна достигает в 90° от каждого узла. Легко догадаться, что если восходящий узел лунной орбиты совпадает с точкой весеннего равноденствия, то максимального северного удаления от эклиптики Луна достигнет над самой северной точкой эклиптики. Тогда максимальная высота Луны будет равна h = 90° – географическая широта места наблюдений + 23,5° + 5°. Для Москвы получаем 62,5°. В этом случае нисходящий узел лунной орбиты совпадает с точкой осеннего равноденствия, следовательно, Луна отклонится на максимальный угол к югу от самого южного участка эклиптики, т.е. этой будет совсем низкая Луна: h = 90° – географическая широта места наблюдений – 23,5° – 5°. = 5,5° для широты Москвы. Но узлы лунной орбиты не неподвижны, а перемещаются по эклиптике навстречу Луне (т.е. с востока на запад), совершая полный оборот за 18,61 лет. Стоит отметить, что последний период самой высокой и самой низкой Луны пришелся на 2005-2006 гг. Следующий наступит почти через 19 лет. А спустя 9,3 года восходящий узел лунной орбиты поменяется местами с нисходящим, т.е. последний совпадет с точкой весеннего равноденствия. В такой ситуации Луна перемещаясь по самым северным зодиакальным созвездиям (Телец и Близнецы) «не доберет» до максимально возможной высоты 10 градусов, т.к. окажется в 5° южнее эклиптики. А вот при прохождении вблизи самого южного участка эклиптики (созвездия Змееносца и Стрельца) Луна покажется не такой низкой, как в прошедшие два года. Ее высота окажется на 10 градусов выше (на 5° севернее эклиптики). Стоит заметить, что подвижность узлов орбиты Луны дарит нам серии очень красивых покрытий разных звезд. Так, в эти годы продолжается серия покрытий звезд Плеяд – ярчайшего рассеянного звездного скопления.
Мы рассмотрели экстремальные положения Луны относительно эклиптики и, следовательно, горизонта. Теперь ответим на вопрос: почему каждый год летние полнолуния такие низкие, а зимние – высокие, весенняя первая четверть высоко ходит, а последняя – низко и т.д. Как известно, первая четверть наступает тогда, когда Луна на небе удаляется от Солнца на угол в 90° к востоку, полнолуние происходит при удалении в 180° (противостояние), а последняя четверть – при удалении на 270°. Отсюда легко догадаться, почему в летние полнолуния Луна ходит так низко, ведь Солнце перемещается по созвездиям Тельца, Близнецов, Рака и Льва, следовательно, полная Луна, отстоящая от Солнца на угол в 180° будет сиять на фоне звезд таких южных созвездий, как Скорпион, Змееносец, Стрелец и Козерог, которые поднимаются в средних широтах на небольшую высоту. А вот зимой Солнце проходит по этим южным созвездиям, поэтому и полная Луна высоко сияет на фоне Тельца, Близнецов и Рака. Аналогично и с первой/последней четвертями. Известно, что чем старше Луна (чем ближе до новолуния), тем позже она восходит. Летом, когда эклиптика наклонена к горизонту под малым углом, в последующие после полнолуния дни убывающая Луна восходит каждый вечер всего на 10-15 минут позже. А вот зимой, когда эклиптика имеет большой наклон к горизонту, после полнолуния Луна восходит с каждым днем примерно на 1,5 часа позже. Поэтому лето и первая половина осени – это идеальное время для наблюдений стареющей Луны, а вторая половина зимы и весна – для наблюдений молодой Луны. Например, ранней весной Луна в первой четверти заходит за горизонт лишь во второй половине ночи, а осенними вечерами в этой же фазе Луна закатывается за горизонт часа за 2 до полуночи.
Начинающие любители астрономии могут попробовать пронаблюдать за перемещением узлов лунной орбиты из простых наблюдений. Вам не понадобится ни телескоп, ни даже бинокль. При помощи предлагаемой карты пояса Зодиака каждый ясный вечер отмечайте положение Луны относительно звезд на карте. Сделав ряд наблюдений в течение нескольких месяцев, вы сможете заметить, что каждый последующий месяц Луна будет проходить на фоне звездного неба по отличенному от предыдущего пути. Неплохая иллюстрация ответа на вопрос: почему на картах звездного неба не наносят положения Луны, не так ли?
Пояс Зодиака. Нажмите для увеличения.
Источник
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.
Метеоклуб
Мы рассмотрели экстремальные положения Луны относительно эклиптики и, следовательно, горизонта. Теперь ответим на вопрос: почему каждый год летние полнолуния такие низкие, а зимние – высокие, весенняя первая четверть высоко ходит, а последняя – низко и т.д. Как известно, первая четверть наступает тогда, когда Луна на небе удаляется от Солнца на угол в 90° к востоку, полнолуние происходит при удалении в 180° (противостояние), а последняя четверть – при удалении на 270°. Отсюда легко догадаться, почему в летние полнолуния Луна ходит так низко, ведь Солнце перемещается по созвездиям Тельца, Близнецов, Рака и Льва, следовательно, полная Луна, отстоящая от Солнца на угол в 180° будет сиять на фоне звезд таких южных созвездий, как Скорпион, Змееносец, Стрелец и Козерог, которые поднимаются в средних широтах на небольшую высоту. А вот зимой Солнце проходит по этим южным созвездиям, поэтому и полная Луна высоко сияет на фоне Тельца, Близнецов и Рака. Аналогично и с первой/последней четвертями. Известно, что чем старше Луна (чем ближе до новолуния), тем позже она восходит. Летом, когда эклиптика наклонена к горизонту под малым углом, в последующие после полнолуния дни убывающая Луна восходит каждый вечер всего на 10-15 минут позже. А вот зимой, когда эклиптика имеет большой наклон к горизонту, после полнолуния Луна восходит с каждым днем примерно на 1,5 часа позже. Поэтому лето и первая половина осени – это идеальное время для наблюдений стареющей Луны, а вторая половина зимы и весна – для наблюдений молодой Луны. Например, ранней весной Луна в первой четверти заходит за горизонт лишь во второй половине ночи, а осенними вечерами в этой же фазе Луна закатывается за горизонт часа за 2 до полуночи.
