1. Основные движения Земли. Земля — это третья по удаленности от Солнца планета. Она движется со скоростью около 30 км/с вокруг Солнца по эллиптической орбите, мало отличающейся от окружности. Одно из доказательств обращения Земли вокруг Солнца — кажущееся ( параллактическое ) смещение ближайших к нам звезд. Впервые такие смещения удалось обнаружить лишь в 30-х гг. XIX в.
Второе основное движение Земли — вращение вокруг оси, наклоненной к плоскости орбиты под углом 66 ˚ 34′.
При движении Земли вокруг Солнца ось ее остается параллельной самой себе. Из курсов природоведения и естествознания вы знаете, что смена времен года на Земле как раз и является следствием указанных трех причин: обращения Земли вокруг Солнца, наклона земной оси к плоскости орбиты и сохранения направления оси в пространстве.
Кроме того, Земля движется в пространстве вместе со всей Солнечной системой и участвует во многих других движениях.
2. Форма Земли. Лишь в грубом приближении к действительности можно считать, что Земля — это шар, радиус которого определяется по формуле (21) методом, описанным в § 11.4. Однако геодезические измерения показали, что длина дуги 1° меридиана около экватора равна 110,6 км , а вблизи полюсов — 111,7 км , следовательно, Земля не шар, ее экваториальный радиус больше полярного .
Объясняется это тем, что Земля вследствие своего вращения вокруг оси сжата у полюсов и по форме близка к эллипсоиду вращения. Сжатие эллипсоида может быть вычислено по формуле:
, (24)
где ε — сжатие Земли; a — большая полуось земного эллипсоида; b — его малая полуось. Данные, основанные на наблюдениях движения искусственных спутников Земли, позволили уточнить результаты наземных геодезических измерений сжатия Земли.
Поскольку различие в экваториальном ( 6378,140 км ) и полярном ( 6356,755 км ) радиусах Земли небольшое ( 21,385 км ), то при решении многих астрономических задач Землю можно считать шаром со средним радиусом, равным 6371 км .
Зная средний радиус Земли и ее массу (как найти массу Земли, вы знаете из курса физики), легко вычислить среднюю плотность нашей планеты (5,5 · 10 3 кг/м 3 ).
3. Луна — спутник Земли. Луна — ближайшее к Земле небесное тело. Радиус Луны примерно в 4 раза, а масса в 81 раз меньше соответственно радиуса и массы Земли. По этим физическим характеристикам естественный спутник нашей планеты нельзя считать маленьким по сравнению с Землей. Строго говоря, по эллиптической орбите вокруг Солнца движется общий центр масс системы «Земля — Луна», находящийся внутри Земли. Систему «Земля — Луна» часто называют «двойной планетой».
Луна — не самосветящееся тело; она светит отраженным солнечным светом. В зависимости от положения, которое Луна занимает по отношению к Земле и Солнцу, мы видим то полную Луну ( полнолуние ), то половину видимого диска ( первая или последняя четверть ), то совсем не видим Луны ( новолуние ).
Рис. 28. Фазы луны.
Наблюдаемая с Земли освещенная часть лунного диска называется фазой Луны. Проследить смену лунных фаз можно по рисунку 28. В новолунии Луна бывает в то время, когда она располагается между Землей и Солнцем; в полнолунии Луна находится за Землей. После новолуния Луна «растет» от узкого серпа (направленного выпуклостью вправо) до полудиска (первая четверть) и далее до полного диска (полнолуние). После полнолуния Луна «убывает» до полудиска (выпуклость направлена влево, наступает последняя четверть), затем становится узким серпом и перестает быть видимой в новолунии. Полный цикл смен лунных фаз ( синодический месяц ) составляет примерно 29,5 сут (29,5 д ).
Угловой диаметр Луны на небесной сфере около 0,5° (≈30′). Но он не остается постоянным, а изменяется из-за эллиптичности орбиты (примерно 33′ в перигее и 29′ в апогее). Эксцентриситет лунной орбиты е = 0,05, а большая полуось эллипса — 384400 км (среднее расстояние Луны от Земли). Полный оборот вокруг Земли Луна совершает за 27,3 сут (27,З д , сидерический месяц ). За это же время Луна делает оборот вокруг своей оси, поэтому к Земле всегда обращено одно и то же полушарие Луны.
Как и все другие небесные тела, Луна участвует в суточном вращении небесной сферы. Но в отличие от планет и Солнца, более удаленных от Земли, Луна быстро перемещается на фоне звездного неба (13° за сутки) с запада на восток, т. е. в направлении, противоположном суточному вращению небесной сферы. Этим объясняется явление, которое вы сами можете обнаружить. Каждый вечер, отмечая по часам моменты верхней кульминации Луны, вы убедитесь, что Луна приходит к небесному меридиану с опозданием примерно на 50 мин (т. е. кульминирует сегодня на 50 мин позже, чем вчера).
4. Солнечные и лунные затмения. Когда Луна при своем движении вокруг Земли полностью или частично заслоняет Солнце, происходят солнечные затмения . Во время полного солнечного затмения (рис. 29) Луна закрывает весь диск Солнца (это возможно благодаря тому, что видимые диаметры Луны и Солнца почти одинаковы). Полное солнечное затмение можно наблюдать лишь из тех точек земной поверхности, где проходит полоса полной фазы . Так называется полоса, которую как бы прочерчивает по земной поверхности сходящийся конус лунной тени (см. рис. 29).
Рис. 29. Схема полного затмения Солнца.
По обе стороны полосы полной фазы происходит частное затмение Солнца, во время которого Луна заслоняет не весь солнечный диск, а лишь часть его. Наблюдается частное солнечное затмение из тех мест земной поверхности, которые охватывает расходящийся конус лунной полутени (см. рис. 29).
Ширина полосы полной фазы солнечного затмения и его продолжительность зависят от взаимных расстояний Солнца, Земли и Луны. Вследствие изменения расстояний видимый угловой диаметр Луны тоже изменяется. Когда он чуть больше солнечного, полное затмение Солнца может длиться до 7,5 мин, когда равен, то одно мгновение, если же он меньше, то Луна вообще не закрывает Солнце полностью. В последнем случае происходит кольцеобразное затмение: вокруг темного лунного диска видно узкое яркое солнечное кольцо.
Полное солнечное затмение — очень красивое явление. Во время затмения Солнце имеет вид черного диска, окруженного нежным сиянием ( короной ). Дневной свет настолько ослабевает, что иногда можно видеть на небе яркие звезды и планеты.
Полное солнечное затмение, которое можно было наблюдать с территории России (в некоторых ее южных районах) произошло 29 марта 2006 г .
Когда при движении вокруг Земли Луна попадает в конус земной тени, которую отбрасывает освещаемый Солнцем земной шар, происходит полное лунное затмение (рис. 30). Если же в тень Земли погружается лишь часть Луны, то происходит частное затмение Луны.
Рис. 30. Схема полного затмения Луны.
Полное лунное затмение может длиться примерно 1,5 — 2 ч (столько времени, сколько требуется Луне, чтобы пересечь конус земной тени). Его можно наблюдать со всего ночного полушария Земли, где Луна в момент затмения находится над горизонтом. Поэтому в данной местности полные лунные затмения удается наблюдать значительно чаще солнечных.
Во время полного лунного затмения Луны лунный диск остается видимым, но он приобретает обычно темно-красный оттенок. Это явление объясняется преломлением солнечных лучей в земной атмосфере. Проходя через земную атмосферу, солнечные лучи рассеиваются и преломляются. Причем рассеивается в основном коротковолновое излучение (соответствующее синему и голубому участкам спектра, чем и обусловлен голубой цвет нашего дневного неба), а преломляется длинноволновое (соответствующее красному участку спектра). Преломляясь в земной атмосфере, длинноволновое солнечное излучение попадает в конус земной тени и освещает Луну.
Легко сообразить, что солнечное затмение происходит, когда Луна бывает в новолунии, а лунное — когда в полнолунии. Однако далеко не в каждое новолуние и полнолуние происходят затмения. Дело в том, что плоскость, в которой Луна движется вокруг Земли, наклонена к плоскости эклиптики под углом примерно 5°. Чаще всего в году бывает только два солнечных и два лунных затмения. В 1982 г . было семь затмений — четыре частных солнечных и три полных лунных (это максимально возможное число затмений в год).
Еще древние астрономы заметили, что через определенный промежуток времени лунные и солнечные затмения повторяются в определенном порядке. Этот промежуток времени был назван сáросом (в переводе с египетского — повторение ). Существование сароса объясняется закономерностями, наблюдаемыми в движении Луны. Сарос составляет 6585,32 сут (≈18 лет 11 дней). В течение каждого сароса происходит 70 затмений, из них 42 солнечных и 28 лунных. Однако в данном месте Земли лунные затмения наблюдаются чаще, чем солнечные, так как лунные затмения видны со всего ночного полушария Земли. Полные солнечные затмения в данной точке земной поверхности видны не чаще одного раза в 200—300 лет.
Зная продолжительность сароса, можно приближенно предсказывать время наступления затмений. В настоящее время разработаны очень точные методы предсказания солнечных и лунных затмений. Астрономы неоднократно помогали историкам уточнять даты исторических событий, которые, по свидетельству летописей, совпадали с затмениями. В Москве очередное полное солнечное затмение будет наблюдаться 16 октября 2126 г .
В прошлом необычный вид Луны и Солнца во время затмений приводил людей в ужас. Жрецы, зная о повторяемости этих явлений, использовали их для подчинения и устрашения людей, приписывая затмения сверхъестественным силам. Давно уже перестала быть тайной причина затмений. Наблюдения затмений позволяют ученым получать важные сведения об атмосферах Земли и Солнца, а также о движении Луны. Во время полных затмений Солнца создаются условия, благоприятные для наблюдения отклонения луча света звезды в поле тяготения Солнца. Это позволяет получить одно из важнейших доказательств теории тяготения Эйнштейна (общей теории относительности).
Источник
Лунное затмение
О круговороте небесных светил известно каждому школьнику: ежесуточно ослепительный солнечный диск сменяется бледной Луной. Но случается на ночном небе необычное и пугающее явление: на белый лунный шар вдруг наползает тень, делая его поверхность зловещего кроваво-красного цвета. Это затмение – обычный астрономический процесс, не несущий никакого мистического смысла.
Ежегодно множество жителей планеты наблюдают удивительное по красоте явление, но не все имеют точное представление о причинах его происхождения.
Описание явления
Лунное затмение – это полный или частичный вход Луны в конусообразную тень, отбрасываемую Землей.
Минимальная дистанция между планетой и спутником составляет 363 тысячи км. С этого расстояния пятно тени, отбрасываемое Землей, равно 2,6 диаметрам Луны. А значит, возможно полное затенение спутника.
Луна – не светящийся объект, но ее каменистая поверхность отражает солнечные лучи. Поэтому земному наблюдателю кажется, что лунный шар на ночном небе светится. Когда Луна находится позади планеты, на нее не попадает солнечный свет, в результате свечение ее поверхности угасает.
Согласно схеме астрономический процесс протекает при совмещении определенных условий:
Тень, отбрасываемая Землей, имеет конусообразную форму, это объясняется тем, что диаметр планеты гораздо меньше солнечного. Спутник Земли должен, двигаясь по своей орбите, попасть в этот теневой конус.
Явление возможно только при полнолунии. В фазу новолуния, когда спутник находится между планетой и светилом, затенение невозможно.
Как происходит лунное затмение
Лунное затенение длится дольше, чем солнечное. Обусловлено это тем, что земная тень в диаметре больше Луны. Спутнику нужно время, чтобы покинуть зону затенения. Явление может наблюдаться от нескольких минут до часа (максимальная продолжительность, зафиксированная астрономами, составляет 108 минут). Продолжительность в каждом случае определяется положением трех участвующих космических объектов относительно друг друга.
В северном полушарии процесс начинается с того, что лунный шар захватывается земной тенью с левой стороны (в южном полушарии с правой). Проходит примерно полчаса, и спутник полностью погружается в тень, но не исчезает для наблюдателя, а обретает кровавый или коричневый цвет. Обусловлено это тем, что даже при полном покрытии лунной поверхности земной тенью солнечный свет продолжает доходить до Луны, но в рассеянном виде. Завершается процесс тем, что земная тень постепенно уходит вправо, открывая сначала серп, а затем и все ночное светило.
Виды лунных затмений
Выделяют три фазы лунного затмения:
Полное затмение – погружение всей видимой поверхности Луны в планетарную тень.
Длительность полной фазы достигает 1,5 часа, за пределами этого временного промежутка видны края лунного диска. Так как в ходе астрономического процесса лунная поверхность освещается только рассеянными солнечными лучами, проходящими сквозь верхние атмосферные слои, то спутник обретает жутковатые оттенки красного или коричневого цвета. Холодными цветами Луна не окрашивается, так как в земной атмосфере рассеивается излучение преимущественно красной части спектра. Полные затемнения различаются не только по цветовым тонам, но и по интенсивности рассеянного свечения. Существует шкала яркости затененной Луны:
0 – максимальное затенение, ночное светило почти не проявляется в небе;
1 – поверхность слабо видна, имеет насыщенный серый цвет;
2 – видимость средняя, поверхность спутника серая, но с незначительным коричневым оттенком;
3 – красная или коричневая Луна средней интенсивности свечения;
4 – поверхность рыжевато-красная, на ней хорошо видны все детали рельефа.
Частное затмение Луны – погружение в земную тень не всей поверхности спутника, а лишь его части.
При неполной фазе более или менее крупный участок лунного диска остается нормально освещенным. Частичные затенения занимают больше времени, чем полные.
Полутеневое лунное затмение отмечается, когда Луна попадает в зону полутени, то есть в место вокруг теневого конуса, где солнечный свет заслоняется Землей не полностью. Земной наблюдатель видит, как лунный шар теряет яркость свечения, но полное погружение в тень не происходит. Для наблюдения данного процесса нужна специальная техника, невооруженным взглядом фактически ничего нельзя заметить. Лишь в случае, если Луна находится на границе зоны тени и полутени, наблюдатель может увидеть на краю ночного светила небольшую дугу тени.
Периодичность лунных затмений
От взаимного расположения трех объектов Солнечной системы зависит, как часто происходит лунное затмение. Если бы спутниковая орбита проходила по плоскости эклиптики, то и лунные, и солнечные затмения имели бы ежемесячный характер. Но почти все время спутник движется выше или ниже плоскости земной орбиты, и лишь дважды в год попадает в зону планетарной тени. Угол между плоскостями спутниковой и планетарной орбиты составляет 5°, поэтому можно наблюдать лунное затмение, как и солнечное, когда Луна, Земля и звезда выстраиваются в одну линию. В фазу новолуния спутник закрывает свет Солнца, наступает солнечное затмение, а в фазу полнолуния планета закрывает Солнце, наблюдается лунное затмение.
В течение года происходит не более трех затмений. Все они могут быть частными, или одно из них может быть полным. В отдельные годы астрономы не могут вести наблюдение из-за неблагоприятных погодных условий. А бывают годы вообще без затмений.
Явления определенной фазы имеют четкую цикличность. Время между затмениями одинаковой фазы составляет 6585 суток (иначе говоря, 18 лет, 11 дней, 8 суток) и называется драконическим периодом или саросом. Это означает, что земной наблюдатель при оптимальных погодных условиях через каждые 18 лет может наблюдать полное затемнение Луны.
Ближайшее явление можно будет наблюдать в ночь с 16 на 17 июля 2019 года. Оно будет носить частичный характер. По гринвичскому времени начало процесса в 21 час 31 минуту, по московскому – в 00 часов 31 минуту. Луна будет находиться в Козероге. Наблюдение будет доступно жителям Европы, Южной Америки, Африки, Азии, Австралии. В России затененную Луну не смогут увидеть только жители Камчатки, Чукотки и Дальнего Востока.
Во всей Солнечной системе наша планета единственная, где можно наблюдать затемнение спутника. Обусловлено это расстоянием между Землей и Луной. Но астрономы говорят, что орбита спутника постепенно отдаляется от планеты. Через 600 млн. лет дистанция между космическими объектами увеличится таким образом, что лунные и солнечные затмения станут невозможными. Тень от Луны, находящейся между Землей и Солнцем, перестанет достигать планетарной поверхности, и тень от Земли не будет достигать находящегося позади спутника.
Лунные затмения не оказывают влияния на организм здорового человека. У метеозависимых, пожилых, хронически больных людей, у беременных женщин возможно незначительное ухудшение самочувствия. Это обусловлено повышением гравитационного и электромагнитного воздействия на организм, поскольку небесные тела выстраиваются в одну линию. Чувствительным людям стоит избегать психических и физических нагрузок в период затмений. В остальном лунное явление безвредно для человеческого организма.
, (24)
