Орбита природного спутника Земли имеет интересную особенность, из-за которой видимая сторона Луны одна и та же. Из-за того, что время её обращения вокруг нашей планеты такое же, что и период обращения вокруг своей оси, земной наблюдатель может видеть только одно лунное полушарие. Причина такого совпадения – это действие энергии приливов Земли.
Что видно на Луне с Земли
Невооружённым глазом видны основные детали лунной поверхности – моря, кратеры, горы, разломы и даже трещины.
«Моря» – тёмные участки с относительно ровной поверхностью. Интересно, что на доступном наблюдателю полушарии виден один «океан». Кратеры – это следы от ударов метеоритов. Видимая сторона Луны содержит намного меньше кратеров, чем невидимая обратная.
Также мы можем увидеть горные хребты. Их называют так же, как и земные. Поэтому на ночном спутнике есть Апеннины, Кавказ и прочие горные системы.
Что такое либрация
Из-за видимых периодических колебаний спутника видимая сторона Луны несколько отличается. Эти колебания получили название «либрация». Она позволяет земному наблюдателю видеть незначительную часть обратной стороны Луны. В результате сочетания всех типов либраций с Земли видно до 59 процентов её поверхности.
По долготе
Её амплитуда немногим меньше 8 градусов. Это колебание появляется оттого, что лунная орбита не является полностью круглой, отчего скорость её вращения отличается. Жителям Земли становится доступной часть восточного или западного края обратной стороны.
По широте
Амплитуда такого колебательного движения – меньше 7 градусов. Его природа – наклонность оси вращения Луны к плоскости орбиты вокруг нашей планеты. В результате периодических движений, мы можем периодически видеть южный и северный полюс ночного светила.
Суточные либрации
Они сравнительно небольшие и имеют амплитуду около 57 минут. Колебания связаны с небольшим удалением Луны от Земли – около 380 тысяч километров. Наблюдатель может видеть поочерёдно западные и восточные области повёрнутой стороны.
Физическая либрация – это незначительное видимое покачивание спутника. Оно связано с действием земных приливных сил. Природа возникновения такого вида либрации довольно сложная.
Лунные либрации
Где на небе видно Луну
Точное расположение спутника на небе зависит от географической широты, на которой находится наблюдатель на Земле.
Возле Северного полюса мы можем увидеть диск так, как он расположен на современных картах лунной поверхности. Северный полюс будет находиться вверху.
В умеренных широтах Северного полушария в момент кульминации виден диск так, как на карте. Во время восхода виден его северо-восточный край, а в момент захода верхняя часть «Моря» дождей.
На экваторе Луна восходит восточным краем, а заходит – западным.
В умеренных широтах южного полушария во время восхода виден противоположный край – юго-восточный, а в момент кульминации показывает южный полюс. Во время захода сверху виднеется юго-западный край диска.
Вблизи Южного полюса вверху видно южный полюс ночного спутника. Вид Луны на ночном небе будет противоположным тому, что мы наблюдаем на карте.
Можно ли видеть лунные аномалии
Из-за нестационарных локальных лунных процессов жители Земли могут наблюдать некоторые аномалии. Интересно, что впервые они были описаны астрономами ещё в 12 веке. Видимая сторона Луны может удивить такими аномалиями.
Туманные явления. Причина их появления – выход газоподобного вещества из лунных недр из-за действия приливных сил нашей планеты. Эти явления больше всего вероятнее, когда Луна находится в перигее – ближайшей к Земле точке.
Изменения яркости могут появляться при перемещении пыльных облаков и испарениями из лунного льда.
Сияния голубого цвета наблюдаются при лунных затмениях (полных или серповидных).
Сияния красного цвета появляются из-за действия пьезоэлектричества.
«Сумеречные явления» происходят в тени Луны во время земных сумерек или зари. Они объясняются тем, что температура лунной поверхности резко возрастает. При этом породы расширяются.
Звездоподобные огни и вспышки появляются после падения на поверхность спутника метеоритов. Особенно красочные такие огни во время полного лунного затмения.
Движущиеся объекты появляются обычно на фоне лунного диска. Это бывает во время движения газо-пылевого облака.
Сторона природного спутника, постоянно обращённая к Земле одной стороной, изучена и исследована больше всего. Даже невооружённым глазом при полнолунии можно наблюдать наиболее яркие и примечательные объекты. Однако данный участок лунной поверхности таит в себе множество загадок. Исследование их с помощью новейших космических аппаратов позволит лучше узнать природу ближайшего к нам природного спутника.
Источник
Видимая сторона Луны
Видимая сторона Луны — часть лунной поверхности видимая с Земли.
Содержание
Описания
Из-за того, что период вращения вокруг Земли и период вращения вокруг своей оси у Луны совпадают с Земли можно наблюдать только одно полушарие Луны. Причиной этой синхронизации считают приливы, которые Земля вызывает в лунной коре [1] . Также влияние может оказывать и разница в распределении массы в оболочке Луны [2] .
Вращение Луны вокруг оси и вокруг Земли совпадают не совсем точно: вокруг Земли Луна обращается с переменной угловой скоростью вследствие эксцентриситета лунной орбиты (второй закон Кеплера) — вблизи перигея движется быстрее, вблизи апогея медленнее. Однако вращение Луны вокруг собственной оси равномерно. Это позволяет увидеть с Земли западный и восточный края обратной стороны Луны. Это явление называется оптической либрацией по долготе. В связи с наклоном оси вращения Луны к плоскости земной орбиты можно с Земли увидеть северный и южный края обратной стороны Луны (оптическая либрация по широте). Совокупность этих явлений позволяют наблюдать около 59 % лунной поверхности.
Также существует физическая либрация, обусловленная колебанием спутника вокруг положения равновесия в связи со смещением центра тяжести ядра, а также в связи с действием приливных сил со стороны Земли. Эта физическая либрация имеет величину 0,02° по долготе с периодом 1 год и 0,04° по широте с периодом 6 лет.
Рельеф и поверхность
До 1959 года, когда впервые была сфотографирована обратная сторона, видимая половина являлась единственным предметом изучения селенографии. А из-за того, что многие детали поверхности можно разглядеть невооружённым взглядом составление карт Луны началось ещё в древности. В XVII веке итальянский астроном Джованни Риччоли присвоил возвышенностям и впадинам на Луне названия, которых сохранились до сих пор.
С земли на Луне можно увидеть различные селенологические образования — моря, кратеры, горы и горные цепи, разломы, трещины.
«Морями» на Луне являются тёмные области, которые являются относительно ровными участками поверхности спутника, покрытыми застывшей лавой, в противоположность светлым областям — «материкам», которые покрыты реголитом, пылью, камнями. Моря подразделяются на собственно моря, океаны, озёра, заливы и болота. На видимой стороне находится значительно больше морей, чем на обратной (21 море, один океан и 16 озёр против 2 морей и 3 озёр) и сами моря большего размера. Возможно из-за такой разницы Луна и повернута к Земле одной стороной (так как лава морей значительно тяжелей материала материков и притягивается к Земле сильней [2] ).
Лунные кратеры — следы от ударов метеоритов о поверхность спутника Земли. Большинство кратеров на обращённой к нам стороне названо по имени знаменитых людей в истории науки, таких как Тихо Браге, Коперник и Птолемей. В отличие от обратной стороны, на видимой части кратеры значительно меньшего размера: кратер Байи — крупнейший кратер видимого полушария (диаметром 287 км), значительно меньше многих кратеров невидимой с Земли стороны, которые могут превышает по размерам некоторые лунные моря, а ударный кратер Бассейн Южный полюс — Эйткен, больше кратера Байи в 25 раз (он расположен на южном лунном полюсе, и большая часть его относится к обратной стороне). Количество кратеров на видимой стороне Луны меньше, чем на невидимой с Земли. Общее же количество кратеров весьма велико — 300 000 диаметром больше километра.
Материки Луны пересечены горными хребтами. Они расположены главным образом вдоль «побережий» морей. Лунные горные хребты называются по именам земных горных цепей: Апеннины, Кавказ, Альпы, Алтай.
По данным, полученным со спутников, обе стороны Луны имеют гравитационные аномалии, но если на обратной стороне хаотично разбросаны как положительные, так и отрицательные аномалии, то на видимой части имеются преимущественно положительные аномалии гравитационного поля, они создаются выходами плотных пород и четко локализованы в пространстве [3] .
Согласно некоторым исследованиям, поверхность видимой стороны Луны значительно старше коры на обратной, разница в возрасте может доходить до полумиллиарда лет [4] .
Фазы Луны
Лунная поверхность отражает падающий на неё солнечный свет. Изменения очертаний видимой половины Луны на небе получили название лунных фаз. При орбитальном движении изменяется взаимное расположение Земли, Луны и Солнца и наблюдайемый с Земли терминатор перемещается по видимой стороне Луны, что и вызывает изменение её наблюдаемых очертаний.
Кратковременные лунные явления
На видимой стороне Луны с древних пор наблюдают различные непродолжительные локальные аномалии, не все из которых может объяснить современная наука.
Источник
4.10. Луна
Луна (фото Виктора Малыщица)
Луна — ближайшее к Земле небесное тело. Её радиус равен 1737 км, среднее расстояние от Земли составляет 384400 км. Масса Луны в 81,3 раза меньше массы Земли. Средняя плотность — 3,3 г/см 3 , т. е. в 1,5 раза меньше средней плотности Земли (5,5 г/см 3 ).
4.10.2. Основные характеристики орбиты
Орбита невозмущённого движения Луны вокруг Земли представляет собой эллипс, e = 0.055 = 1/18, a = 384400 км, в перигее расстояние от Земли меньше среднего на 21000 км. Более точно движение Луны вокруг Земли можно представить как медленно раскручивающуюся спираль, вследствие чего Луна ежегодно отдаляется от Земли на расстояние в 4 см.
Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики в среднем под углом 5°09′. Луна движется вокруг Земли в том же направлении, что и Земля вокруг Солнца. Период обращения Луны вокруг Земли (сидерический или звёздный месяц) равен 27.32 суток. Через такое время Луна занимает прежнее положение на своей орбите по отношению к звёздам. Возмущения в движении Луны очень велики. Периодическим возмущениям подвержены все элементы лунной орбиты. Наклонение орбиты i колеблется в пределах от 4°58′ до 5°20′ за время, несколько меньшее полугода. Каждый элемент лунной орбиты имеет несколько сотен периодических возмущений с различными периодами и амплитудами. Вековым возмущениям подвержены долгота восходящего узла и долгота перигея ω. Лунные узлы перемещаются навстречу движению Луны (к западу), совершая полный оборот по эклиптике за 18 лет 7 месяцев (6793 средних суток). Перигей лунной орбиты движется к востоку, совершая полный оборот почти за 9 лет (3232 средних суток). За каждый оборот Луны вокруг Земли перемещение узлов составляет около 1.5°, и по истечении звёздного месяца Луна никогда не возвращается в точности к прежнему положению. Только через 18 лет 7 месяцев плоскость лунной орбиты опять займёт прежнее положение. Когда восходящий узел лунной орбиты совпадает с точкой весеннего равноденствия, то угол между орбитой Луны и небесным экватором равен 28°36′ (23°27′ + 5°09′). Если в точке весеннего равноденствия находится нисходящий узел, то орбита Луны расположена между небесным экватором и эклиптикой, а угол между орбитой Луны и небесным экватором равен 18°18′ (23°27′ – 5°09′). Таким образом, в первом случае склонение Луны в течение месяца будет изменяться от +28°36′ до –28°36′, а во втором случае от +18°18′ до –18°18′. Изменение пределов склонения Луны оказывает существенное влияние на условия ее видимости.
Your browser does not support the video tag.
Если бы Луна была на расстоянии 400 км
4.10.3. Видимое движение и фазы
Луна в течение звёздного месяца перемещается среди звёзд всегда в одну и ту же сторону — с запада на восток, или прямым движением. Видимый путь Луны на небе — незамыкающаяся кривая, постоянно меняющая свое положение среди звёзд зодиакальных созвездий. Видимое движение Луны сопровождается непрерывным изменением ее внешнего вида. Различные формы видимой освещённой части Луны называются её фазой. Величиной фазы называется освещённая доля диаметра, перпендикулярного линии, соединяющей концы серпа (ВС/АВ). Из-за удаленности Солнца солнечные лучи, падающие на Луну, почти параллельны и всегда освещают ровно половину лунного шара; другая его половина остается темной. Но т. к. к Земле обычно обращены часть светлого полушария и часть тёмного, то Луна чаще всего кажется нам неполным кругом. Линия, отделяющая тёмную часть диска Луны от светлой, называется терминатором и всегда является полуэллипсом. Различают четыре основные фазы Луны, которые постепенно переходят одна в другую в следующей последовательности: • новолуние (1), соединение с Солнцем – Луна не видна на небе, • первая четверть (3), восточная квадратура – Луна видна в первой половине ночи, • полнолуние (5), противостояние с Солнцем – полная Луна видна всю ночь, • последняя четверть (7), западная квадратура – Луна видна во второй половине ночи.
4.10.4. Периоды обращения
К объяснению различия длительностей синодического и сидерического месяцев
Промежуток времени между двумя последовательными одноименными фазами Луны называется синодическим месяцем. Из наблюдений установлено, что синодический месяц в среднем равен 29,53 средних солнечных суток. Таким образом, синодический месяц длиннее сидерического. Объяснение этого следует из рисунка, где 1 – взаимное расположение Луны, Земли и Солнца в момент полнолуния. Через 27,32 суток (через сидерический месяц) Луна, сделав полный оборот по орбите, займет прежнее положение относительно звезд, но т. к. Земля за это время переместится в положение 2, то полнолуния ещё не будет. Оно наступит спустя некоторое время, когда Земля займет положение 3. Кроме сидерического и синодического периодов обращений в движении Луны различают еще три периода: Аномалистический месяц — промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через перигей (27,55 средних суток). Драконический месяц — промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел своей орбиты (27,21 средних суток). Тропический месяц — промежуток времени, в течение которого долгота Луны увеличивается на 360°. Вследствие прецессии тропический месяц короче сидерического месяца приблизительно на 7 секунд. Драконический месяц короче сидерического из-за движения узлов лунной орбиты навстречу движению Луны, а аномалистический месяц длиннее сидерического потому, что перигей лунной орбиты движется в ту же сторону, что и сама Луна.
4.10.5. Вращение и либрации
Обратная сторона Луны
Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной, одним и тем же полушарием, т. к. она вращается вокруг своей оси с тем же периодом (и в том же направлении), с каким она обращается вокруг Земли, т. е. «звёздные сутки» на Луне составляют 27,32 земных средних суток. Ось вращения Луны наклонена к плоскости лунной орбиты на угол 83°20′ (изменяется в пределах от 83°10′ до 83° 31′). «Синхронизация» вращений Луны вокруг своей оси и вокруг Земли (спин-орбитальный резонанс) возникла в результате торможения, вызванного приливными силами. Плоскость лунного экватора составляет угол 6°39′ с плоскостью лунной орбиты, и угол 1°30′ с плоскостью эклиптики. При этом плоскость эклиптики лежит между плоскостями лунного экватора и орбиты Луны и все три плоскости пересекаются по одной прямой. Последнее обстоятельство было обнаружено Кассини в 1721 году и называется законом Кассини. В каждый данный момент с Земли видна ровно половина поверхности Луны, но продолжительные наблюдения позволяют изучать почти 60% её поверхности. Это возможно благодаря явлениям, носящим общее название либрации (качаний) Луны.
Либрация по долготе
Оптические, или видимые либрации, при которых Луна в действительности никаких «колебаний» не совершает, бывают трех видов: по долготе, по широте и параллактическая. Либрация по долготе вызывается тем, что Луна вращается вокруг оси равномерно, а её движение по орбите (согласно II закону Кеплера) вблизи перигея быстрее, а вблизи апогея — медленнее. Поэтому за четверть месяца после прохождения перигея П Луна пройдет путь больше четверти всей орбиты, а вокруг оси повернется ровно на 90°. Точка а, которая ранее была в центре лунного диска, теперь будет видна уже левее центра диска. В том же направлении сместится и точка b, которая раньше была видна на правом (западном) краю диска, и, следовательно, станет видимой часть поверхности Луны за западным краем её диска. В апогее А будет видна та же поверхность Луны, что и в перигее, но за четверть месяца после прохождения апогея Луна пройдет меньше четверти всей орбиты, а вокруг оси снова повернется ровно на 90°, и теперь уже будет видна часть поверхности Луны за восточным краем ее диска.
Либрации и фазы Луны
Период либрации по долготе равен аномалистическому месяцу, а наибольшая её возможная величина 7°54′. Либрация по широте возникает от наклона оси вращения Луны к плоскости её орбиты и сохранения направления оси в пространстве при движении Луны. В результате этого с Земли попеременно видна то часть поверхности Луны, расположенная вокруг её южного полюса, то, наоборот, вокруг северного полюса. Период либрации по широте равен драконическому месяцу, а её величина достигает 6°50′. Суточная или параллактическая либрация возникает вследствие сравнительной близости Луны к Земле. Поэтому из разных точек Земли поверхность Луны видна неодинаково. Два наблюдателя, находящиеся в двух противоположных точках земного экватора, в один и тот же момент видят несколько различные области лунной поверхности. Параллактическая либрация составляет около 1°. Физическая либрация, т. е. действительное «покачивание» Луны, происходит от того, что большая полуось лунного эллипсоида периодически отклоняется от направления на Землю, а притяжение Земли стремится вернуть ее в это положение. Величина физической либрации очень мала — около 2″.
4.10.6. Поверхность
Метеорит на Луне
Наиболее крупные детали лунной поверхности — «моря» и большие горные районы — видны даже невооружённым глазом. В телескоп, зрительную трубу или бинокль можно наблюдать своеобразные формы лунного рельефа. Первым наблюдал Луну в телескоп Галилео Галилей. Он и назвал большие тёмные области морями, и это название сохраняется по традиции, хотя известно, что лунные моря не содержат воды. Обширные светлые участки лунной поверхности, называемые материками, занимают около 70% видимого с Земли диска. Это неровные, гористые районы. Остальные 30% поверхности — моря, ровные гладкие области. Одна из наиболее характерных форм лунного рельефа — кратеры. Лунный кратер состоит из кольцевого вала, внутри которого находится равнина (дно), а в центре равнины — центральная горка, высота которой обычно меньше высоты вала. Самые крупные кратеры имеют диаметр до 100 км. Большинство кратеров имеет метеоритное происхождение.
Базз Олдрин на поверхности Луны 20 июля 1969 (фото Нила Армстронга – первого человека на Луне)
Лунные либрации
