Суточное видимое движение луны

Суточное видимое движение луны

§ 77. Видимое движение и фазы Луны

Видимое движение Луны на фоне звезд есть следствие действительного движения Луны вокруг Земли. Луна в течение звездного месяца перемещается среди звезд 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 звезд зодиакальных созвездий.

Видимое движение Луны сопровождается непрерывным изменением ее внешнего вида, характеризуемого фазой Луны. В некоторые дни Луна совсем не видна на небе. В другие дни она имеет вид узкого серпа, полукруга и полного круга. Лунные фазы объясняются тем, что Луна подобно Земле является темным, непрозрачным шарообразным телом и при движении вокруг Земли занимает различные положения относительно Солнца (рис. 55).

Из-за удаленности Солнца солнечные лучи, падающие на Луну, почти параллельны и всегда освещают ровно половину лунного шара; другая его половина остается темной. Но так как к Земле обычно обращены часть светлого полушария и часть темного, то Луна чаще всего кажется нам неполным кругом. Линия, отделяющая темную часть диска Луны от светлой, называется терминатором и всегда является полуэллипсом. Угол f между направлениями от Солнца к Луне и от Луны к Земле называется фазовым углом.

Различают четыре основные фазы Луны, которые постепенно переходят одна в другую в следующей последовательности: новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть.

Во время новолуния Луна проходит между Солнцем и Землей (т.е. находится в соединении с Солнцем), фазовый угол Во время новолуния Луна проходит между Солнцем и Землей (т.е. находится в соединении с Солнцем), фазовый угол f = 180°, к Земле обращена темная сторона Луны и она не видна на небе. Дня через два после новолуния Луна видна в виде узкого серпа на западе, в лучах вечерней зари, вскоре после захода Солнца, Лунный серп, обращенный выпуклостью к Солнцу, ото дня ко дню постепенно расширяется и приблизительно через 7 суток после новолуния принимает форму полукруга. Наступает фаза, называемая первой четвертью. В это время Луна находится в восточной квадратуре, т.е. на 90° к востоку от Солнца, фазовый угол f = 90°, и к Земле обращена половина освещенного и половина неосвещенного полушария Луны. При этой фазе Луна видна в первой половине ночи, а затем заходит за горизонт.

С каждым днем с Земли видна все большая часть освещенного полушария Луны и приблизительно через 7 суток после первой четверти наступает полнолуние, когда Луна имеет вид полного круга. Во время полнолуния Луна находится в противостоянии с Солнцем, f = 0°, и к Земле обращено все освещенное полушарие Луны. Полная Луна видна на небе в направлении, противоположном направлению на Солнце (ее эклиптическая долгота отличается от эклиптической долготы Солнца на 180°). Поэтому полная Луна видна на небе всю ночь; восходит она приблизительно во время захода Солнца, а заходит — около момента его восхода.

После полнолуния Луна начинает “убывать”, с западной стороны ее диска появляется “ущерб”, который постепенно растет, так как с каждым днем с Земли видна все меньшая часть освещенного полушария Луны. Приблизительно через 7 дней после полнолуния Луна снова видна в виде полукруга. Наступает последняя четверть. В это время Луна находится в западной квадратуре, f = 90°, и к Земле снова обращена половина освещенного и половина неосвещенного полушария Луны. Но теперь Луна отстоит уже на 90° к западу от Солнца и видна во второй половине ночи, вплоть до восхода Солнца.

Постепенно ущерб лунного диска увеличивается, Луна снова принимает вид узкого серпа и видна на востоке, в лучах утренней зари, незадолго перед восходом Солнца. Через 2-3 дня лунный серп исчезает, и Луна снова не видна на небе, так как приблизительно через 7 суток после последней четверти опять наступает новолуние. Соединение Луны с Солнцем во время новолуния и противостояние во время полнолуния называются сизигиями.

Источник

Особенности движения Луны. Основные характеристики орбиты Луны. Видимое движение и фазы Луны. Вращение и либрации Луны.

Основные характеристики орбиты Луны • Орбита невозмущённого движения Луны вокруг Земли представляет собой эллипс, e = 0,055 =1/18, a = 384 400 км, в перигее расстояние от Земли меньше среднего на 21 000 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 5009′.

• 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 4058′ до 5020′ 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 (6 793 средних суток). Перигей лунной орбиты движется к востоку, совершая полный оборот почти за 9 лет (3 232 средних суток).

• За каждый оборот Луны вокруг Земли перемещение узлов составляет около 1,50, 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 ϒ, то угол между орбитой Луны и небесным экватором равен 28°36′ (23°27′ + 5°09′). Если в точке ϒ 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′).

• Т.о., 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.

Видимое движение и фазы Луны • Луна в течение звездного 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 азываются 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. Периоды обращения Луны • 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.

• Т.о., синодический месяц длиннее сидерического: 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.

Вращение и либрации 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 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.

• 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-му 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 ровернется 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.

• 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″.

Источник

Видимое собственное движение Луны

Лунная орбита. Точки и линии на ней

Луна, как и все другие светила участвует в видимом суточном движении светил с востока (E) на запад (W), но даже глазомерные наблюдения показывают, что Луна имеет видимое собственное движение так как ежедневно изменяется время восхода и захода Луны, изменяется азимут (А) восхода и захода, изменяется меридиональная высота, изменяется положение Луны относительно неподвижных звёзд. Также меняется фаза Луны, всё это доказывает, что Луна имеет видимое собственное движение.

Если выбрать из Морского Астрономического Ежегодника (МАЕ) гринвичский часовой угол и склонение Луны за месяц и нанести их на небесную сферу, то получим большой круг (LL1), плоскость которого не совпадает ни с плоскостью истинного горизонта (HH1), ни с плоскостью эклиптики (BB1), а расположена к плоскости эклиптики под углом i (иота) = 5°08′.

Видимый месячный путь Луны на небесной сфере называется Лунной орбитой, и она пересекается с плоскостью эклиптики в лунных узлах.

Лунный узел, в котором склонение Луны равняется 0° и наименование меняется с южного (S) на северное (N) называется восходящим лунным узлом и обозначается знаком .

Лунный узел, в котором склонение Луны равняется 0° и наименование меняется с северного (N) на южное (S) называется нисходящим лунным узлом и обозначается знаком .

Предположим, что Земля, Солнце и Луна, одновременно кульминировали относительно какой-либо звезды, например, самой яркой звезды на небосводе, Сириуса (звезда a в созвездии Большой пёс, видимая звёздная величина – 1,4). Через сутки Солнце опоздает к моменту кульминации Земли относительно Сириуса, на 3 м 56 с или приблизительно на 4 (четыре) минуты, так как оно имеет видимое собственное годовое движение и движется со скоростью 1° в сутки. Луна опоздает к моменту кульминации Земли на 53 (пятьдесят три) минуты. Это является доказательством, что Луна имеет видимое собственное месячное движение, которое направлено в туже сторону, что и Солнце и движется относительно звезды со скоростью 13°,2 в сутки (фактически суточная скорость колеблется от 10° до 17 в сутки°), а относительно Солнца движется со скоростью 12°,2 = 49 минут в сутки.

В следствие этого момент кульминации Луны на данном меридиане каждые сутки увеличивается на 50 минут. Данная зависимость позволяет найти время кульминации Луны на любом меридиане, если известно время кульминации на каком-либо другом меридиане. Например, в Морском Астрономическом Ежегоднике (МАЕ) на каждые сутки приводится время кульминации Луны на гринвичском меридиане. Для получения момента кульминации Луны на местном меридиане необходимо проинтерполировать разность ± 50м по долготе используя формулу:

Очевидно, что на меридианах к осту (востоку) от гринвичского меридиана Луна кульминировала раньше, чем на гринвичском меридиане, а из приведённой выше формулы имеем, что на каждые 15° Восточной долготы время кульминации Луны уменьшается приблизительно на 2 минуты.

Соответственно на меридианах, лежащих к весту (западу) от гринвичского меридиана Луна кульминировала позднее, чем на гринвичском меридиане, и момент кульминации будет увеличиваться на приблизительно на 2 минуты на каждые 15° Западной долготы.

Промежуток времени, в течение которого Луна делает полный оборот по своей орбите относительно какой-либо звезды, называется сидерическим (звёздным) месяцем. Продолжительность сидерического месяца легко вычисляется. Так как один оборот равен 360°, а суточная скорость составляет 13°,2 в сутки, то продолжительность сидерического месяца равна: 360° : 13,2 °/ сут приблизительно 27,32 суток или 27д 07ч 43м 11с.

Промежуток времени, в течение которого Луна делает полный оборот по своей орбите вокруг Солнца, называется синодическим (лунным) месяцем. Продолжительность сидерического месяца легко вычисляется. Так как один оборот равен 360°, а суточная скорость составляет 12°,2 в сутки, то продолжительность сидерического месяца равна: 360° : 12,2 °/ сут приблизительно 29,53 суток или 29д 12ч 44м 03с.

Лунный месяц лежит в основе календарного месяца. В течение лунного месяца происходит весь цикл изменений вида Луны, что наблюдатель на Земле видит в виде изменения изображения диска Луны, то есть смену фаз Луны.

Двенадцать лунных месяца составляю лунный год, продолжительностью около 354 суток. Из-за разности в скорости движения с Солнцем, лунный год на 11 суток короче, чем тропический и календарный год. Вследствие этой разности дни лунного месяца, и одни и те же фазы Луны из года в год приходятся на разные даты календарного года. Они совпадут только через 19 лет. Этот 19-ти летний период называется Метоновым циклом (29,53д х 235 лунных месяцев = 6939,65д : 365,25д = 19 лет).

Склонение Луны

В течение месяца склонение Луны меняется от 0° до относительного максимума 28° 36’ S и от 0° до относительного максимума 28° 36’ N, следовательно, наибольшее изменение склонения может достигать почти 57°, при этом суточное изменение склонения колеблется от десятых долей градуса до примерно 7°.

Вследствие большой скорости изменения склонения, взятие высот Луны представляет некоторые затруднения и без навыков, как правило, наблюдатели допускают ошибки в измерениях и вычислениях.

Источник