Люди всегда с восторгом смотрели на соседний спутник, кажущийся чем-то божественным из-за своей яркости. Луна вращается по орбите вокруг Земли с момента создания, поэтому за ней наблюдали и первые люди. Любопытство и эволюция привели к тому, что появились вычисления и мы начали отмечать шаблоны поведения.
Вращение Луны по орбите
К примеру, ось вращения Луны совпадает с орбитальным. По сути, спутник расположен в гравитационном блоке, то есть, мы всегда смотрим на одну сторону (так возникла идея о загадочной обратной стороне Луны). Из-за эллиптического пути небесное тело периодически кажется больше или меньше.
Орбитальные параметры Луны
Средний лунный эксцентриситет составляет – 0.0549, а значит Луна не проходит вокруг Земли по идеальному кругу. Среднее расстояние от Луны до Земли – 384748 км. Но может меняться от 364397 км до 406748 км.
Сопоставление кажущегося лунного размера в перигее и апогее
Это приводит к перемене угловой скорости и наблюдаемого размера. В фазе полной Луны и на позиции перигелия (ближе всего) мы видим ее на 10% крупнее и на 30% ярче, чем в апогее (максимальная отдаленность).
Средний наклон орбиты по отношению к плоскости эклиптики – 5.155°. Совпадают сидерический период и осевой – 27.3 дней. Это именуют синхронным вращением. Именно поэтому появилась «темная сторона», которую мы просто не видим.
Земля также совершает обороты вокруг Солнца, а Луна вращается вокруг Земли за 29.53 дней. Это синодический период, который подвергается фазам.
Лунный цикл орбиты
Лунный цикл порождает фазы Луны — кажущаяся перемена внешнего вида небесного тела в небе из-за изменения количества освещенности. Когда звезда, планета и спутник выстраиваются в одну линию, то угол между Луной и Солнцем составляет 0 градусов.
В этом периоде лунная сторона, повернутая к Солнцу, получает максимум лучей, а обращенная к нам – темная. Далее идет проход и угол растет. После Новолуния объекты разделены на 90 градусов, и мы уже видим иную картину. На нижней схеме можно подробно изучить, как формируются лунные фазы.
Если они расположены в противоположных сторонах, то угол – 180 градусов. Лунный месяц длится 28 дней, во время которого спутник «растет» и «убывает».
При четверти Луна заполнена меньше чем наполовину и растет. Далее идет переход за половину, и она угасает. Мы встречаем последнюю четверть, где освещена уже другая сторона диска.
Будущее лунной орбиты
Мы уже знаем, что спутник постепенно отдаляется по орбите от планеты (1-2 см в год). И это влияет на то, что с каждым веком день у нас становится на 1/500 секунды длиннее. То есть, примерно 620 млн. лет назад Земля могла похвастаться лишь 21 часом.
Сейчас сутки охватывают 24 часа, но Луна не прекращает попыток сбежать. Мы привыкли к спутнику и грустно терять такого напарника. Но отношения между объектами меняются. Интересно лишь, как это отразится на нас.
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.
Луна — ближайшее к Земле небесное тело
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)
Источник
Орбита Луны — Orbit of the Moon
Орбита Луны
Схема орбиты Луны относительно Земли. В то время как углы и относительные размеры должны масштабироваться, расстояния — нет.
Имущество
Значение
Большая полуось
384,748 км (239,071 миль)
Среднее расстояние
385000 км (239000 миль)
Обратный синусоидальный параллакс
384 400 км (238 900 миль)
Перигей (т.е. минимальное расстояние от Земли)
363,228.9 км (225,700.0 миль) (ср.) ( 356 400 — 370 400 км)
Апогей (т.е. максимальное расстояние от Земли)
405400 км (251900 миль) (ср.) ( 404 000 — 406 700 км)
Средний эксцентриситет
0,054 9006 (0,026–0,077)
Средняя наклонность
6,687 °
Средний наклон
орбиты к эклиптике
5,15 ° (4,99–5,30)
от лунного экватора до эклиптики
1,543 °
Время
орбита вокруг Земли ( сидерическая )
27.322 дней
орбита вокруг Земли ( синодическая )
29.530 дней
прецессия узлов
18,5996 лет
прецессия линии апсид
8.8504 года
Луна орбиты Земли в Prograde направлении и завершает один оборот по отношению к Весеннего Равноденствия и звезды в около 27,32 дней (а тропический месяц и сидерический месяц ) и один оборот по отношению к Солнцу примерно 29,53 дней (а синодический месяц ). Земля и Луна вращаются вокруг своего барицентра (общего центра масс ), который находится примерно в 4670 км (2900 миль) от центра Земли (около 73% ее радиуса). В среднем расстояние до Луны составляет около 385 000 км (239 000 миль) от центра Земли, что соответствует примерно 60 земным радиусам или 1,282 световой секунде.
Со средней орбитальной скоростью 1,022 км / с (0,635 миль / с) Луна преодолевает расстояние примерно своего диаметра, или примерно полградуса на небесной сфере , каждый час. Луна отличается от большинства спутников других планет тем, что ее орбита близка к плоскости эклиптики, а не к экваториальной плоскости ее главной (в данном случае Земли) . Луны плоскость орбиты будет наклонена примерно на 5,1 ° по отношению к плоскости эклиптики, тогда как экваториальная плоскость Луны будет наклонена только 1,5 °.
СОДЕРЖАНИЕ
Характеристики
Свойства орбиты, описанные в этом разделе, являются приблизительными. Орбита Луны вокруг Земли имеет множество вариаций ( возмущений ) из-за гравитационного притяжения Солнца и планет, изучение которого ( лунная теория ) имеет долгую историю.
Эллиптическая форма
Орбита Луны представляет собой почти круговой эллипс вокруг Земли (большая и малая полуоси составляют 384 400 км и 383 800 км соответственно: разница всего 0,16%). Уравнение эллипса дает эксцентриситет 0,0549 и перигей и апогей расстояния 362,600 км и 405,400 км соответственно (разница в 12%).
Поскольку более близкие объекты кажутся больше, видимый размер Луны изменяется по мере того, как она приближается к наблюдателю на Земле и удаляется от него. Событие, называемое « суперлуной », происходит, когда полная Луна находится ближе всего к Земле (перигей). Максимально возможный видимый диаметр Луны на те же 12% больше (в зависимости от расстояния перигея и апогея), чем самый маленький; видимая площадь на 25% больше, равно как и количество света, отражаемого в сторону Земли.
Разница в орбитальном расстоянии Луны соответствует изменениям ее тангенциальной и угловой скоростей, как указано во втором законе Кеплера . Среднее угловое перемещение относительно воображаемого наблюдателя в барицентре Земля – Луна равно 13,176 ° в сутки на восток ( эпоха J2000.0 ).
Удлинение
Удлинение Луны — это ее угловое расстояние к востоку от Солнца в любое время. В новолуние оно равно нулю, и считается, что Луна находится в соединении . В полнолуние удлинение составляет 180 °, и говорят, что оно противоположно . В обоих случаях Луна находится в сизигии , то есть Солнце, Луна и Земля почти выровнены. Когда удлинение составляет 90 ° или 270 °, считается, что Луна находится в квадратуре .
Прецессия
Ориентация орбиты не фиксируется в пространстве, а вращается во времени. Эта прецессия орбиты называется апсидальной прецессией и представляет собой вращение орбиты Луны в плоскости орбиты, то есть оси эллипса меняют направление. Большая ось лунной орбиты — самый длинный диаметр орбиты, соединяющая ее ближайшую и самую дальнюю точки, перигей и апогей , соответственно — совершает один полный оборот за 8,85 земных лет, или 3232,6054 дня, так как она медленно вращается в том же направлении, что и орбита. Сама Луна (прямое движение) — то есть прецессирует на восток на 360 °. Апсидальная прецессия Луны отличается от узловой прецессии ее орбитальной плоскости и осевой прецессии самой Луны.
Наклон
Среднее наклонение лунной орбиты к плоскости эклиптики составляет 5,145 °. Теоретические соображения показывают, что нынешний наклон относительно плоскости эклиптики возник в результате приливной эволюции с более ранней околоземной орбиты с довольно постоянным наклоном относительно земного экватора. Потребуется наклон этой предыдущей орбиты примерно на 10 ° к экватору, чтобы получить нынешний наклон в 5 ° к эклиптике. Считается, что изначально наклон к экватору был близок к нулю, но он мог быть увеличен до 10 ° за счет влияния планетезималей, проходящих рядом с Луной при падении на Землю. Если бы этого не произошло, Луна теперь находилась бы намного ближе к эклиптике, и затмения были бы гораздо более частыми.
Ось вращения Луны не перпендикулярна плоскости ее орбиты, поэтому лунный экватор находится не в плоскости ее орбиты, а наклонен к ней на постоянную величину 6,688 ° (это наклон ). Как было обнаружено Жаком Кассини в 1722 году, ось вращения Луны прецессирует с той же скоростью, что и ее орбитальная плоскость, но сдвинута по фазе на 180 ° (см . Законы Кассини ) . Следовательно, угол между эклиптикой и лунным экватором всегда равен 1,543 °, даже если ось вращения Луны не фиксирована по отношению к звездам.
Узлы — это точки, в которых орбита Луны пересекает эклиптику. Луна пересекает один и тот же узел каждые 27,2122 дня, интервал, называемый драконовым месяцем или драконическим месяцем . Линия узлов, пересечение двух соответствующих плоскостей, имеет ретроградное движение : для наблюдателя на Земле она вращается на запад вдоль эклиптики с периодом 18,6 года или 19,3549 ° в год. Если смотреть с небесного севера, узлы движутся по часовой стрелке вокруг Земли, противоположно вращению Земли и ее вращению вокруг Солнца. Затмение Луны или Солнца может произойти , если узлы выравнивания с Солнцем, примерно каждые 173,3 дней. Наклонение лунной орбиты также определяет затмения; тени пересекаются, когда узлы совпадают с полнолунием и новолунием, когда Солнце, Земля и Луна выровнены в трех измерениях.
Фактически это означает, что « тропический год » на Луне длится всего 347 дней. Это называется годом дракона или годом затмения. В этот период укладываются «сезоны» на Луне. Примерно половину этого драконьего года Солнце находится к северу от лунного экватора (но не более 1,543 °), а вторую половину — к югу от лунного экватора. Очевидно, что влияние этих сезонов незначительно по сравнению с разницей между лунной ночью и лунным днем. На полюсах Луны, вместо обычных лунных дней и ночей продолжительностью около 15 земных дней, Солнце будет «вверх» в течение 173 дней, поскольку оно будет «вниз»; полярный восход и закат занимает 18 дней в году. «Вверху» здесь означает, что центр Солнца находится над горизонтом. Лунные полярные восходы и закаты происходят во время затмений (солнечных или лунных). Например, во время солнечного затмения 9 марта 2016 года Луна находилась около своего нисходящего узла, а Солнце — около точки на небе, где экватор Луны пересекает эклиптику. Когда Солнце достигает этой точки, центр Солнца заходит на северный полюс Луны и восходит на южном полюсе Луны.
Наклон к экватору и неподвижность Луны
Каждые 18,6 года угол между орбитой Луны и экватором Земли достигает максимума 28 ° 36 ′, суммы экваториального наклона Земли (23 ° 27 ′) и наклона орбиты Луны (5 ° 09 ′) к эклиптике . Это называется серьезной остановкой Луны . Примерно в это время склонение Луны будет варьироваться от -28 ° 36 ‘до + 28 ° 36’. И наоборот, 9,3 года спустя угол между орбитой Луны и экватором Земли достигает своего минимума 18 ° 20 ′. Это называется малой остановкой Луны . Последней остановкой Луны была небольшая остановка в октябре 2015 года. В то время нисходящий узел совпадал с точкой равноденствия (точка в небе с нулевым прямым восхождением и нулевым склонением ). Узлы перемещаются на запад примерно на 19 ° в год. Солнце ежегодно пересекает данный узел примерно на 20 дней раньше.
Когда угол наклона орбиты Луны к экватору Земли составляет минимум 18 ° 20 ‘, центр диска Луны будет находиться над горизонтом каждый день с широт менее 70 ° 43’ (90 ° — 18 ° 20 ‘). — параллакс 57 футов) на север или юг. При максимальном наклоне 28 ° 36 ‘центр диска Луны будет находиться над горизонтом каждый день только с широт менее 60 ° 27’ (параллакс 90 ° — 28 ° 36 ‘- 57’) к северу или юг.
На более высоких широтах будет период по крайней мере один день в месяц, когда Луна не восходит, но также будет период по крайней мере один день в месяц, когда Луна не заходит. Это похоже на сезонное поведение Солнца, но с периодом 27,2 дня вместо 365 дней. Обратите внимание, что точка на Луне может быть видна, когда она находится примерно на 34 угловых минутах ниже горизонта из-за атмосферной рефракции .
Из-за наклона орбиты Луны по отношению к экватору Земли Луна находится над горизонтом на Северном и Южном полюсах почти две недели каждый месяц, хотя Солнце находится ниже горизонта в течение шести месяцев. Период от восхода луны до восхода луны на полюсах — тропический месяц , около 27,3 дня, что довольно близко к сидерическому периоду. Когда Солнце находится дальше всего от горизонта ( зимнее солнцестояние ), Луна будет полной, когда находится в самой высокой точке. Когда Луна в Близнецах, она будет над горизонтом на Северном полюсе, а когда она в Стрельце, она будет на Южном полюсе.
Свет Луны используется зоопланктоном в Арктике, когда Солнце находится за горизонтом в течение нескольких месяцев, и, должно быть, помогал животным, которые жили в арктических и антарктических регионах, когда климат был теплее.
Масштабная модель
Масштабная модель системы Земля – Луна: размеры и расстояния указаны в масштабе. Он представляет собой среднее расстояние орбиты и средний радиус обоих тел.
История наблюдений и измерений
Около 1000 г. до н.э. , в Вавилоне были первые человеческие цивилизации , как известно, сохранили последовательную запись лунных наблюдений. На глиняных табличках того периода, которые были найдены на территории современного Ирака, начертаны клинописи , в которых записано время и даты восходов и заходов луны, звезд, мимо которых проходила Луна, и разницы во времени между восходом и восходом луны. заход Солнца и Луны во время полнолуния . Вавилонская астрономия открыла три основных периода движения Луны и использовала анализ данных для построения лунных календарей, которые простираются далеко в будущее. Такое использование подробных систематических наблюдений для предсказаний, основанных на экспериментальных данных, можно классифицировать как первое научное исследование в истории человечества. Однако вавилонянам, похоже, не хватало какой-либо геометрической или физической интерпретации своих данных, и они не могли предсказать будущие лунные затмения (хотя «предупреждения» были сделаны перед вероятными временами затмений).
Древнегреческие астрономы первыми представили и проанализировали математические модели движения объектов в небе. Птолемей описал движение Луны с помощью четко определенной геометрической модели эпициклов и эвекции .
Сэр Исаак Ньютон был первым, кто разработал полную теорию движения, механику. Наблюдения за движением Луны были главной проверкой его теории.
Лунные периоды
Имя
Стоимость (дни)
Определение
Сидерический месяц
27,321 662
относительно далеких звезд (13,36874634 прохода на орбиту Солнца)
Синодический месяц
29 530 589
относительно Солнца (фазы Луны, 12,36874634 прохода на орбиту вокруг Солнца)
Тропический месяц
27,321 582
по отношению к весенней точке (прецессии
26000 лет)
Аномалистический месяц
27,554 550
относительно перигея (прецессия в 3 232,6054 дней = 8.850578 лет)
Драконий месяц
27 212 221
относительно восходящего узла ( прецессы за 6 793,4765 дней = 18,5996 лет)
С лунной орбитой связано несколько различных периодов. Сидерический месяц это время, которое требуется , чтобы сделать один полный оборот вокруг Земли относительно неподвижных звезд. Это примерно 27,32 дня. Синодический месяц это время, затрачиваемое на Луну , чтобы достичь той же визуальной фазы . Это заметно варьируется в течение года, но в среднем составляет около 29,53 дня. Синодический период длиннее сидерического периода, потому что система Земля-Луна движется по своей орбите вокруг Солнца в течение каждого сидерического месяца, следовательно, требуется более длительный период для достижения аналогичного выравнивания Земли, Солнца и Луны. Аномалистический месяц этого время между перигеем и составляет около 27,55 дней. Разделение Земли и Луны определяет силу подъемной силы лунного прилива.
Драконический месяц это время от восходящего узла до восходящего узла. Время между двумя последовательными прохождениями одной и той же долготы эклиптики называется тропическим месяцем . Последние периоды немного отличаются от сидерического месяца.
Средняя продолжительность календарного месяца (двенадцатая часть года) составляет около 30,4 дня. Это не лунный период, хотя календарный месяц исторически связан с видимой фазой Луны.
Приливная эволюция
Гравитационное притяжение , что прикладывает Луны на Земле является причиной приливов и отливов как в океане и твердой Земле; Солнце имеет меньшее приливное влияние. Твердая Земля быстро реагирует на любое изменение приливного воздействия, искажение принимает форму эллипсоида с высокими точками примерно под Луной и на противоположной стороне Земли. Это результат высокой скорости сейсмических волн внутри твердой Земли.
Однако скорость сейсмических волн не бесконечна и, вместе с эффектом потери энергии внутри Земли, это вызывает небольшую задержку между прохождением максимального форсирования, вызванного Луной, и максимальным земным приливом. Поскольку Земля вращается быстрее, чем Луна движется по своей орбите, этот небольшой угол создает гравитационный момент, который замедляет Землю и ускоряет Луну на ее орбите.
В случае океанских приливов скорость приливных волн в океане намного меньше, чем скорость приливного воздействия Луны. В результате океан никогда не находится почти в равновесии с приливным воздействием. Вместо этого воздействие порождает длинные океанские волны, которые распространяются вокруг океанских бассейнов до тех пор, пока в конечном итоге не теряют свою энергию из-за турбулентности либо в глубоком океане, либо на мелководных континентальных шельфах.
Хотя реакция океана является более сложной из двух, можно разделить океанские приливы на небольшой эллипсоидный член, который влияет на Луну, плюс второй член, который не имеет никакого эффекта. Член эллипсоида океана также замедляет Землю и ускоряет Луну, но поскольку океан рассеивает так много приливной энергии, современные океанские приливы имеют на порядок большее влияние, чем твердые земные приливы.
Из-за приливного момента, вызванного эллипсоидами, часть углового (или вращательного) момента Земли постепенно передается во вращение пары Земля-Луна вокруг их общего центра масс, называемого барицентром. См. Более подробное описание в разделе » Приливное ускорение» .
Этот немного больший орбитальный угловой момент приводит к увеличению расстояния Земля-Луна примерно на 38 миллиметров в год. Сохранение углового момента означает, что осевое вращение Земли постепенно замедляется, и из-за этого ее день удлиняется примерно на 24 микросекунды каждый год (без учета отскока ледников ). Обе цифры действительны только для текущей конфигурации континентов. Приливные ритмы 620 миллионов лет назад показывают, что на протяжении сотен миллионов лет Луна удалялась со средней скоростью 22 мм (0,87 дюйма) в год (2200 км или 0,56% или расстояние Земля-Луна за сто миллионов лет). и день удлинялся в среднем на 12 микросекунд в год (или 20 минут на сто миллионов лет), что составляет примерно половину их текущих значений.
Нынешняя высокая скорость может быть связана с почти резонансом между естественными частотами океана и частотами приливов. Другое объяснение состоит в том, что в прошлом Земля вращалась намного быстрее, день, возможно, длился всего 9 часов на ранней Земле. Возникающие в результате приливные волны в океане были бы намного короче, и для длинноволнового приливного воздействия было бы труднее возбуждать коротковолновые приливы.
Луна постепенно удаляется от Земли на более высокую орбиту, и расчеты показывают, что это будет продолжаться около 50 миллиардов лет. К тому времени Земля и Луна будут находиться во взаимном спин-орбитальном резонансе или приливной блокировке , при которой Луна будет вращаться вокруг Земли примерно за 47 дней (в настоящее время 27 дней), а Луна и Земля будут вращаться вокруг своих осей в в то же время, всегда лицом друг к другу с одной стороны. Это уже произошло с Луной — та же сторона всегда обращена к Земле — и также медленно происходит с Землей. Однако замедление вращения Земли происходит недостаточно быстро, чтобы вращение удлинялось до месяца, прежде чем другие эффекты изменят ситуацию: примерно через 2,3 миллиарда лет с этого момента увеличение солнечной радиации приведет к испарению океанов Земли, устраняя основная часть приливного трения и ускорения.
Освобождение
Луна находится в синхронном вращении , что означает, что она всегда обращена к Земле одной и той же стороной. Это синхронное вращение верно только в среднем, потому что орбита Луны имеет определенный эксцентриситет. В результате угловая скорость Луны меняется при ее вращении вокруг Земли и, следовательно, не всегда равна скорости вращения Луны, которая более постоянна. Когда Луна находится в перигее, ее орбитальное движение быстрее, чем ее вращение. В это время Луна немного опережает по своей орбите относительно ее вращения вокруг своей оси, и это создает эффект перспективы, который позволяет нам видеть до восьми градусов долготы ее восточной (правой) дальней стороны . И наоборот, когда Луна достигает своего апогея, ее орбитальное движение медленнее, чем ее вращение, показывая восемь градусов долготы ее западной (левой) дальней стороны. Это называется оптической либрацией по долготе .
Ось вращения Луны наклонена всего на 6,7 ° относительно нормали к плоскости эклиптики. Это приводит к аналогичному эффекту перспективы в направлении север-юг, который называется оптической либрацией по широте , что позволяет видеть почти 7 ° широты за полюсом на дальней стороне. Наконец, поскольку Луна находится всего в 60 земных радиусах от центра масс Земли, наблюдатель на экваторе, который наблюдает за Луной всю ночь, перемещается в сторону на один диаметр Земли. Это приводит к дневной либрации , которая позволяет видеть лунную долготу на дополнительный градус. По той же причине наблюдатели на обоих географических полюсах Земли смогут увидеть либрацию на один дополнительный градус по широте.
Помимо этих «оптических либраций», вызванных изменением перспективы для наблюдателя на Земле, существуют также «физические либрации», которые представляют собой фактические нутации направления полюса вращения Луны в космосе: но они очень малы.
Путь Земли и Луны вокруг Солнца
Если смотреть с северного полюса мира (т.е. с приблизительного направления на звезду Полярная звезда ), Луна вращается вокруг Земли против часовой стрелки, а Земля вращается вокруг Солнца против часовой стрелки, а Луна и Земля вращаются вокруг своих собственных осей против часовой стрелки.
Правило правой руки можно использовать для указания направления угловой скорости. Если большой палец правой руки указывает на северный полюс мира, его пальцы изгибаются в направлении, в котором Луна вращается вокруг Земли, Земля вращается вокруг Солнца, а Луна и Земля вращаются вокруг своих собственных осей.
В изображениях Солнечной системы принято рисовать траекторию Земли с точки зрения Солнца, а траекторию Луны — с точки зрения Земли. Это может создать впечатление, что Луна вращается вокруг Земли таким образом, что иногда она движется назад, если смотреть с точки зрения Солнца. Однако, поскольку орбитальная скорость Луны вокруг Земли (1 км / с) мала по сравнению с орбитальной скоростью Земли вокруг Солнца (30 км / с), этого никогда не происходит. На солнечной орбите Луны нет обратных петель.
Если рассматривать систему Земля-Луна как двойную планету , ее центр тяжести находится внутри Земли, примерно в 4 671 км (2 902 мили)> или 73,3% радиуса Земли от центра Земли. Этот центр тяжести остается на линии между центрами Земли и Луны, когда Земля завершает свое суточное вращение. Путь системы Земля – Луна по ее солнечной орбите определяется как движение этого общего центра тяжести вокруг Солнца. Следовательно, центр Земли поворачивает внутрь и за пределы солнечной орбитальной траектории в течение каждого синодического месяца, когда Луна движется по своей орбите вокруг общего центра тяжести.
Гравитационное воздействие Солнца на Луну более чем в два раза больше, чем у Земли на Луне; следовательно, траектория Луны всегда выпуклая (как видно, если смотреть на Солнце на всю систему Солнце-Земля-Луна с большого расстояния за пределами солнечной орбиты Земля-Луна) и нигде не является вогнутой (с той же точки зрения) или петлей. То есть область, ограниченная орбитой Луны и Солнца, представляет собой выпуклое множество .
