Сидерический период

Синодический и сидерический периоды обращения планет

Конфигурации планеты периодически повторяются.

Промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными конфигурациями планеты (например, верхними соединениями) называется её синодическим периодом.

Ещё в глубокой древности, когда считалось, что планеты обращаются вокруг Земли, для каждой из них на основе многолетних наблюдении был определен синодический период обращения.

Согласно гелиоцентрической системе, сама Земля обращается вокруг Солнца с периодом, равным году. Это её движение необходимо учитывать, чтобы узнать периоды обращения планет в невращающейся инерциальной системе отсчёта, или, как принято говорить, по отношению к звёздам.

Период обращения планеты вокруг Солнца по отношению к звёздам называется звёздным (или сидерическим) периодом.

Очевидно, что по своей продолжительности синодический период планеты не совпадает ни с её сидерическим периодом, ни с годом, который является звездным периодом обращения Земли.

Рассмотрим, как связан синодический период планеты со звёздными периодами Земли и самой планеты. Чем ближе планета к Солнцу, тем быстрее она совершает свой оборот вокруг него. Пусть звёздный период обращения внешней планеты равен Р, звёздный период Земли — T(T < Р), а синодический период — S. Тогда угловые скорости их движения по орбитам будут равны соответственно 360°/P и 360°/T. От момента какой-либо конфигурации (например, противостояния) до следующей такой же конфигурации планета пройдет дугу своей орбиты, равную За этот же промежуток времени (за синодический период) Земля пройдёт дугу на 360° большую, которая равна Тогда:

или

Почти такой же будет формула для внутренней планеты:

Следовательно, зная синодический период планеты, можно вычислить ее звездный период обращения вокруг Солнца.

Вопросы

1. Что называется конфигурацией планеты? 2. Какие планеты считаются внутренними, какие — внешними? 3. В какой конфигурации может находиться любая планета? 4. Какие планеты могут находиться в противостоянии? Какие — не могут? 5. Назовите планеты, которые могут наблюдаться рядом с Луной во время её полнолуния.

Упражнение 9

1. Нарисуйте, как будут располагаться на своих орбитах Земля и планета: а) Меркурий — в нижнем соединении; б) Венера — в верхнем соединении; в) Юпитер — в противостоянии; г) Сатурн — в верхнем соединении. 2. В какое время суток (утром или вечером) будет видна Венера, если она расположена так, как показано на рисунке 3.4, г? 3. Сравните условия видимости Марса в положениях, показанных на рисунках 3.4, в и 3.4, а. 4. Оцените, сколько примерно времени и когда (утром или вечером) может наблюдаться Венера, если она удалена к востоку от Солнца на 45°. 5. Через какой промежуток времени встречаются на циферблате часов минутная и часовая стрелки? 6. Звёздный период обращения Юпитера равен 12 годам. Через какой промежуток времени повторяются его противостояния?

Ответы

4. Вечером, около 3 ч.

5. 1 1/11 ч.

6. 584 сут, 1 1/11 года = 398 сут.

Освобождение

Анимация Луны по мере ее смены фаз. Кажущееся колебание Луны известно как либрация .

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) обратной 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.

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′.

Сидерический и синодический месяцы

Период, за который Луна вращается вокруг Земного шара относительно неподвижных звезд, называется сидерическим месяцем. Его продолжительность составляет 27.32 суток. За одни сутки небесное тело смещается на 13,2. Луна, Солнце по эклиптике движутся в одну и ту же сторону. За сидерический месяц Солнце переместится по эклиптике приблизительно на 27, а Луне потребуется еще 2.21 суток, чтобы возвратиться в исходное положение по отношению к Солнцу. Период, за который Луна вращается вокруг Земли относительно Светила, принято называть в астрономии синодическим месяцем. В отличие от сидерического, длительность синодического месяца немного больше и составляет 29,53 суток.

Внешний вид Луны напрямую зависит от взаимного расположения Солнца и Луны. Именно поэтому под понятием «месяц» подразумевают именно синодический месяц. За начало синодического месяца принимается расположение Лунного диска между Земным шаром и Солнцем, когда его сторона, обращенная к Земле, не видна. В этот момент освещается обратная сторона земного спутника.

Движение Луны по небесной сфере

Между временным отрезком вращения Луны вокруг своей оси и вокруг Земного шара можно поставить знак равенства. Это время одинаково и составляет примерно 28 суток. Это и стало причиной того, что, наблюдая за природным спутником, человек видит постоянно только одну его сторону. Луна сильно влияет на планету. Благодаря гравитационной силе на Луне происходит притягивание большого количества водных масс на Земном шаре, что создает эффект прилива. На максимально приближенной к спутнику стороне планеты наблюдаем приливы, а по обоим ее бокам отливы. Приливы также будут на противоположной стороне Земли, но они образуются уже в результате гравитации Солнца. В то время как Земной шар движется вокруг своей оси, приливные волны «следуют» за диском Луны и оказывают воздействие на него. В связи с тем, что расстояние между Землей и Луной постоянно меняется, приливообразующая сила Луны также может изменяться до 40% в течение месяца. Приливообразующая сила Солнца в течение года меняется всего лишь на 10%. Лунные приливы в 2,17 раз сильнее солнечных.

Движение большой массы воды, которая образуется во время приливов и отливов, приводит не только к замедлению движения Земного шара, но и к ускорению и «отталкиванию» Луны от Земли.Ежегодно расстояние, на которое ночное светило удаляется от планеты, составляет 38 мм. Именно из-за приливного ускорения лунная орбита напоминает собой спираль, которая медленно раскручивается.

Также будет интересно знать, что наблюдатели видят с поверхности Земли где-то 55%от всей площади Луны. Причиной этому является эллиптическая форма орбиты и небольшое наклонение оси вращения Луны по отношению к орбитальной плоскости.

Чему равен синодический месяц?

Предки использовали в качестве ориентира ночное светило, а позже перешли на солнечный календарь. Последний был удобен для земледелия и привычного хода жизни, но маги во все времена продолжали пользоваться фазами Луны, например новолуниями или полнолуниями. Каждый из периодов подходит для разных задач. Например, в убывающую стадию избавляются от ненужного, а в период роста — созидают и накапливают энергию.

Некоторые ученые утверждают, что человек — творение подлунное и ему привычнее жить по времени ночного светила. Мотивируют они это тем, что спутник Земли оказывает влияние на все процессы, происходящие на третьей планете от Солнца. Проведя ряд экспериментов, они вычислили, что живя по лунному графику, люди активнее реализуют себя, им легче работать и проще отдыхать.

Лунный месяц, называемый синодическим, равен 29-30 суткам, поэтому число дней в каждом месяце, как и солнечном календаре, разнится. Синодический месяц — это период полного обращения ночного светила вокруг Земли, он исчисляется, например, новолуниями. Количество часов в лунных сутках тоже не постоянно и меняется от 29,06 до 29,19 часа и связано это со сложной траекторией движения ночной хозяйки по небу.

Другие специалисты, наоборот, не согласны с утверждением коллег и считают, что человечество правильно живет по солнечному календарю. Кроме этого, влияние дневного светила на многие процессы на планете тоже давно установлено. Благодаря воздействию солнечных лучей на полях созревает урожай, и сменяются сезоны года. Когда планета удаляется от дневного светила, наступает зима, и наоборот, когда находится в точке максимально сближения, приходит лето.

Эффекты прецессии

Вращение Земли — это не просто вращение вокруг оси, которая всегда оставалась бы параллельной самой себе. Сама ось вращения Земли вращается вокруг второй оси, ортогональной орбите Земли, и для ее полного вращения требуется около 25 800 лет. Это явление называется прецессией равноденствий . Из-за этой прецессии кажется, что звезды движутся вокруг Земли более сложным образом, чем простое постоянное вращение.

По этой причине, чтобы упростить описание ориентации Земли в астрономии и геодезии , было принято наносить на карту положения звезд на небе в соответствии с прямым восхождением и склонением , которые основаны на системе отсчета, которая следует за прецессией Земли, и сохранять трек вращения Земли в звездном времени относительно этого кадра. В этой системе отсчета вращение Земли близко к постоянному, но кажется, что звезды вращаются медленно с периодом около 25 800 лет. Также в этой системе отсчета тропический год , год, связанный с временами года на Земле, представляет собой один оборот Земли вокруг Солнца. Точное определение звездных суток — это время, затрачиваемое на один оборот Земли в этой прецессирующей системе отсчета.

Конфигурация планет и условия их видимости

Условия видимости планет1 меняются по-разному: если Меркурий и Венеру можно видеть только утром или вечером, то остальные — Марс, Юпитер и Сатурн — бывают видны также и ночью. По временам одна или несколько планет могут быть вовсе не видны, поскольку они располагаются на небе поблизости от Солнца. В этом случае говорят, что планета находится в соединении с Солнцем. Если же планета располагается на небе вблизи точки, диаметрально противоположной Солнцу, то она находится в противостоянии. В этом случае планета появляется над горизонтом в то время, когда Солнце заходит, а заходит она одновременно с восходом Солнца. Следовательно, всю ночь планета находится над горизонтом.

1 Подробные сведения о положении планет и условиях их видимости даются в «Школьном астрономическом календаре» на каждый учебный год. Эту информацию можно найти и в Интернете.

Соединение и противостояние, а также другие характерные расположения планеты относительно Солнца называются конфигурациями. Внутренние планеты (Меркурий и Венера), которые всегда находятся внутри земной орбиты, и внешние, которые движутся вне её (все остальные планеты), меняют свои конфигурации по-разному. Названия различных конфигураций внутренних и внешних планет, которые характеризуют расположение планеты относительно Солнца на небе, приведены в таблице и на рисунке 3.4.

Ясно, что условия видимости планеты в той или иной конфигурации зависят от её расположения по отношению к Солнцу, которое планету освещает, и Земли, с которой мы её наблюдаем. На рисунке 3.4 показано, каково при различных конфигурациях взаимное расположение Земли Т, планет Р1, Р2 и Солнца S в пространстве.

Единственной конфигурацией, в которой может находиться любая планета, независимо от того, внутренняя она или внешняя, является верхнее соединение. В этом случае она находится на линии, соединяющей центры Солнца, Земли и планеты, за Солнцем — «выше» него. Поэтому Солнце, рядом с которым планета находится на небе, не даёт возможности её увидеть. У внешних планет соединение может быть только верхним, поэтому для них такую конфигурацию часто называют просто соединением. Внутренняя планета может оказаться между Солнцем и Землей, и тогда говорят о ее нижнем соединении с Солнцем.

Внешняя планета может находиться на любом угловом расстоянии от Солнца (от 0 до 180°). Когда оно составляет 90°, то говорят, что планета находится в квадратуре. Для внутренних планет максимально возможное угловое удаление от Солнца (в элонгации) невелико: для Венеры — до 47°, а для Меркурия — всего 28°.

Два тела, вращающиеся вокруг друг друга

Логарифмический период Т против большой полуоси а ( в среднем афелии и перигелии) некоторых орбиты Солнечной системы (крестики обозначая значения Кеплера) , показывающих , что ³ / T ² есть постоянный (зеленая линия)

В небесной механике , когда необходимо учитывать массы обоих вращающихся тел, орбитальный период T может быть рассчитан следующим образом:

Тзнак равно2πа3г(M1+M2){\ displaystyle T = 2 \ pi {\ sqrt {\ frac {a ^ {3}} {G \ left (M_ {1} + M_ {2} \ right)}}}}

куда:

  • a — сумма больших полуосей эллипсов, в которых движутся центры тел, или, что то же самое, большая полуось эллипса, в котором движется одно тело, в системе отсчета с другим телом в точке происхождение (что равно их постоянному расстоянию для круговых орбит),
  • M 1 + M 2 — сумма масс двух тел,
  • G — гравитационная постоянная .

Следует отметить , что орбитальный период не зависит от размера: для масштабной модели было бы то же самое, когда плотности такие же, как и М масштабируется линейно с 3 (смотри также ).

По параболической или гиперболической траектории движение не является периодическим, а продолжительность полной траектории бесконечна.

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 форсирование 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. Эллипсоид 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 ). 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 увеличилось до месяца, прежде чем другие эффекты изменят ситуацию: примерно через 2,3 миллиарда лет увеличение солнечной радиации вызовет испарение океанов Земли, устраняя основная часть приливного трения и ускорения.

Сидерические дни по сравнению с солнечными днями на других планетах

Из восьми солнечных планет все, кроме Венеры и Урана, имеют прямое вращение, то есть они вращаются более одного раза в год в том же направлении, что и вокруг Солнца, поэтому Солнце восходит на востоке. Однако Венера и Уран имеют ретроградное вращение. Для прямого вращения формула, связывающая длины звездных и солнечных дней, следующая:

количество звездных дней на орбитальный период = 1 + количество солнечных дней на орбитальный период

или, что то же самое:

продолжительность солнечного дня = длина звездного дня1 — длина звездного дняорбитальный период.

Но учтите, что при вычислении формулы ретроградного вращения оператором знаменателя будет знак плюс. Потому что орбита будет вращаться вокруг объекта в противоположном направлении.

Если планета вращается в прямом направлении и звездные сутки в точности равны орбитальному периоду, то приведенная выше формула дает бесконечно длинные солнечные сутки ( деление на ноль ). Это случай синхронного вращения планеты ; одно полушарие переживает вечный день, другое — вечную ночь, и их разделяет «пояс сумерек».

Все солнечные планеты, более удаленные от Солнца, чем Земля, похожи на Землю в том смысле, что, поскольку они совершают много оборотов за один оборот вокруг Солнца, существует лишь небольшая разница между продолжительностью звездных суток и продолжительностью солнечных суток — отношение первых ко вторым никогда не бывает меньше земного, равного 0,997. Но с Меркурием и Венерой дело обстоит иначе . Сидерический день Меркурия составляет около двух третей его орбитального периода, поэтому по формуле прямого действия его солнечный день длится два оборота вокруг Солнца — в три раза дольше, чем его звездный день. Венера вращается ретроградно с сидерическими днями продолжительностью около 243,0 земных суток, что примерно в 1,08 раза больше ее орбитального периода, составляющего 224,7 земных суток; следовательно, по ретроградной формуле его солнечные сутки составляют около 116,8 земных суток, а на орбитальный период приходится около 1,9 солнечных суток.

По соглашению периоды вращения планет даны в звездных единицах, если не указано иное.

Дорожка

Схема части пути Земли и Луны вокруг Солнца (внизу, вне схемы): путь Луны всегда выпуклый.

Если смотреть с северного полюса мира , Луна вращается вокруг Земли против часовой стрелки , Земля вращается вокруг Солнца также против часовой стрелки, а Луна и Земля вращаются вокруг своих осей также против часовой стрелки.

В отличие от многих других спутников Солнечной системы, траектория Луны очень похожа на траекторию планеты, вокруг которой она вращается. В гелиоцентрической системе отсчета , то ускорение Луны всегда направлена в сторону Солнца; следовательно, его траектория выглядит выпуклой , никогда не вогнутой и не загибающейся.

Основы

После синодического периода планеты A и B снова находятся в одном созвездии относительно Солнца; они прошли пути, отмеченные стрелками.

Время, необходимое для того, чтобы небесное тело, наблюдаемое с Земли, снова заняло то же положение относительно Солнца, называется продолжительностью его синодического периода . Это зависит от его периода и направления. При одном и том же направлении вращения небесного тела и Земли вокруг Солнца одно из двух должно совершить еще одну орбиту до тех пор, пока не будет снова достигнут угол, одинаковый с точки зрения удлинения, например соединение или противостояние (см. Соседний рисунок ).

Время, оставшееся до этого момента, можно рассчитать по скорости циркуляции. В планет в Солнечной системе все орбиты солнце в том же направлении ( prograd ), и чем дальше, тем больше их орбита длится. Если небесное тело движется вокруг Солнца в три раза быстрее Земли, то за полгода на Земле оно совершает полторы оборота. Если Земля в три раза быстрее небесного тела, то за полтора года она сделает половину оборота. Синодический период составляет полгода в одном случае и полтора года в другом.

С другой стороны, если небесное тело движется в противоположном направлении (ретроградно), это приводит к более короткой продолжительности его синодического периода: если оно вращается в три раза быстрее Земли, оно покрывает три четверти своей орбиты за одну четверть. годового цикла Земли; если он в три раза медленнее, то потребуется три четверти года, прежде чем снова будет достигнуто то же созвездие относительно Солнца. Таким образом, синодический период составляет четверть или три четверти года.

Для наблюдения небесных явлений интерес представляет астрономическая феноменология , а не только знание синодических периодов. Звездные периоды также важны для задач небесной механики : время обращения небесных тел, определяемое для неподвижной звезды (бесконечно удаленной) в качестве точки отсчета. С другой стороны, тропические периоды относятся к в день весеннего равноденствия , в то время как аномалистические периоды относятся к апсидам на орбите .

Текущий и средний синодический период

Тока синодический период колеблется вокруг среднего значения. Это то, что имеется в виду, когда синодический период упоминается без дальнейших подробностей . Из-за эллиптических орбит небесных тел времена пребывания в отдельных секторах орбиты различны. Земля, которую обычно называют местом наблюдения в течение синодического периода, движется по своей орбите вокруг Солнца с разными орбитальными и угловыми скоростями. В северное зимнее полугодие он ближе к Солнцу ( прохождение перигелия в точке, наиболее близкой к Солнцу, приходится на дату между 2 и 5 января), поэтому его орбитальная скорость выше, чем в северном летнем полугодии. ( прохождение афелия между 3 и 6 июля). То же самое относится и к другим небесным телам, поэтому временной интервал текущего синодического периода также зависит от того, где Земля и другой объект расположены на их орбите. Неравномерности также возникают из-за нарушений орбиты, вызванных остальными массами Солнечной системы. Для более сложных орбит, таких как Луна и другие объекты, вращающиеся вокруг Земли (спутники), или другие менее массивные небесные тела, вычисления еще более сложны.

Солнечные затмения

Луна в 400 раз меньше Солнца и в 400 раз ближе него, поэтому на небе Солнце и Луна кажутся дисками одинакового размера. Так что при полном солнечном затмении Луна целиком заслоняет яркую поверхность Солнца, оставляя при этом открытой всю солнечную атмосферу.

Чтобы понять, где и как протекает солнечное затмение, надо посмотреть на Землю и Луну со стороны. Проходя между Солнцем и Землей, маленькая Луна не может полностью затенить Землю. Короткая лунная тень притемняет на Земле лишь небольшой кружок. Только здесь можно в этот момент наблюдать полное затмение Солнца. Но Луна движется по орбите, и Земля вращается под тенью. Поэтому тень как бы прочерчивает на Земле полосу полного затмения шириной не более 270 км. Если теневая дорожка пройдет от нас в 3–4 тыс. километров или дальше, то мы не увидим никакого затмения. А если мы окажемся вблизи полосы полного затмения, в области полутени, для нас только часть Солнца заслонится Луной и будет наблюдаться частное затмение.

В некоторые новолуния острие лунной тени проходит мимо земного шара, а на Землю падает только полутень. Тогда календари объявляют о частном затмении Солнца.

Парижане смотрят на солнечное затмение на площади Бастилии. 1912 г.

Если в день затмения Луна, перемещаясь по своей вытянутой орбите, будет находиться на значительном удалении от Земли, то видимый диск ее окажется мал и не сможет полностью покрыть Солнце. Поэтому в середине затмения края Солнца будут выглядывать из-за Луны, мешая видеть и фотографировать корону. Это — кольцеобразное затмение.

В наше время затмения с большой точностью вычислены на тысячи лет назад и сотни лет вперед. Затмения, рассчитанные для далекого прошлого, позволяют историкам совершенно точно датировать события, произошедшие в день и год затмения.

Хотя в целом на Земле солнечные затмения случаются чаще, чем лунные, в какой-то определенной местности полные затмения Солнца наблюдаются крайне редко: в среднем раз в 300 лет. Например, за всю историю Москвы ее «посетили» четыре полных солнечных затмения: в 1140, 1450, 1476 и 1887 гг. Следующее полное затмение москвичи увидят 16 октября 2126 г. Астрономические календари публикуют карты полосы полного затмения и прилегающих зон частного затмения. Так что специалисты и астрономы-любители могут не «ждать милости от природы», а заранее выбрать удобное место для экспедиции.

Солнечное затмение — это уникальное явление, во время которого между Солнцем и наблюдателем на Земле появляется Луна. Проще говоря, это тень Луны на поверхности Земли.

Таким мы на Земле видим солнечное затмение

Полное затмение — лучшее время для изучения солнечной атмосферы: серебристой короны и более низкого слоя — красной хромосферы, над которой вздымаются огненные фонтаны протуберанцев. Правда, астрономы ухитряются все это видеть и в обычный солнечный день, устраивая заслонку солнечному диску прямо в трубе телескопа.

Даже во время полного солнечного затмения спрятавшееся за лунный диск Солнце освещает атмосферные слои вблизи горизонта. Возникает явление, сходное с тем, что происходит, когда Солнце только что зашло или вот-вот взойдет, — заря. Только на этот раз она охватывает практически весь горизонт — «заревое кольцо».

Полное солнечное затмение

Частное солнечное затмение

Фотографирование солнечных затмений затруднено большой разницей в освещенности во время частной и полной фаз, а также малой продолжительностью полной фазы — не более нескольких минут.

Движение и фазы Луны

Известно, что луна меняет свой вид. Сама она не излучает света, поэтому на небе видна только освещенная Солнцем ее поверхность — дневная сторона. Перемещаясь по небу с запада на восток, Луна за месяц догоняет и перегоняет Солнце.

При этом происходит смена лунных фаз: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть.

В новолуние Луну не разглядеть даже в телескоп. Она располагается в том же направлении, что и Солнце (только выше или ниже его), и повернута к Земле неосвещенным полушарием. Через один-два дня, когда Луна удалится от Солнца, узкий серп можно будет наблюдать за несколько минут до ее захода в западной стороне неба на фоне вечерней зари. Первое появление лунного серпа после новолуния греки называли неомения («новая Луна»). Этот момент у древних народов считался началом лунного месяца.

Фазы Луны.
1 — новолуние: Луна не видна.
2 — молодая Луна: первое появление Луны на небе после новолуния в виде узкого серпа.
3 — четверть: освещена половина Луны.
4 — прибывающая Луна.
5 — полнолуние: освещена вся Луна целиком.
6 — убывающая Луна.
7 — последняя четверть Луны: снова освещена половина Луны.
8 — старая Луна.

Через 7 суток 10 ч после новолуния наступает фаза, именуемая первой четвертью. За это время Луна удалилась от Солнца на 90°. Теперь солнечные лучи освещают только правую половину лунного диска. После захода Солнца Луна находится в южной стороне неба и заходит около полуночи. Продолжая перемещаться от Солнца все дальше к востоку, Луна с вечера появляется на восточной стороне неба. Заходит она уже после полуночи, причем каждые сутки все позднее и позднее.

Когда наш спутник оказывается в стороне, противоположной Солнцу (на угловом расстоянии 180° от него), наступает полнолуние. Полная Луна светит всю ночь. Она восходит с вечера и заходит под утро. Спустя 14 суток 18 ч с момента новолуния Луна начинает приближаться к Солнцу справа. Освещенная доля лунного диска уменьшается. Все позднее восходит Луна над горизонтом и к утру уже не заходит. Расстояние между Луной и Солнцем уменьшается со 180° до 90°. Опять становится видна только половина лунного диска, но это уже левая его часть. Наступает последняя четверть. А через 22 дня 3 ч после новолуния Луна в последней четверти восходит около полуночи и светит в течение всей второй половины ночи. К восходу Солнца она оказывается в южной стороне неба.

Иногда в течение нескольких дней до и после новолуния удается заметить пепельный свет Луны. Это слабое свечение ночной части лунного диска — не что иное, как солнечный свет, отраженный Землей на Луну. Когда лунный серп увеличивается, пепельный свет бледнеет и становится незаметным

Ширина лунного серпа продолжает уменьшаться, а сама Луна постепенно приближается к Солнцу с правой (западной) стороны. Бледный серп появляется на восточном небосклоне под утро, с каждыми сутками все позднее. Опять виден пепельный свет ночной Луны. Угловое расстояние между Луной и Солнцем уменьшается от 90° до 0°. Наконец Луна догоняет Солнце и снова становится невидимой. Наступает следующее новолуние. Лунный месяц закончился. Прошло 29 дней 12 ч 44 мин 2,8 с, или почти 29,5 суток.

Промежуток времени между последовательными одноименными фазами Луны называется синодическим месяцем. Таким образом, синодический период связан с видимым на небе расположением небесного тела (в данном случае Луны) относительно Солнца.

Путь Луны по небу проходит недалеко от эклиптики, поэтому полная Луна поднимается из-за горизонта при заходе Солнца и приближенно повторяет путь, пройденный им за полгода до этого. Летом Солнце поднимается на небе высоко, полная же Луна не удаляется далеко от горизонта. Зимой Солнце стоит низко, а Луна, напротив, поднимается высоко и долго освещает зимние пейзажи, придавая снегу синий оттенок.

Свой путь вокруг Земли относительно звезд Луна совершает за 27 суток 7 ч 43 мин 11,5 с. Этот период называется сидерическим (oт лат. sideris — звезда), или звездным, месяцем. Таким образом, сидерический месяц немного короче синодического. Чтобы объяснить этот факт, рассмотрим движение Луны от новолуния до новолуния. Луна, совершив оборот вокруг Земли за 27,3 суток, возвращается на свое место среди звезд. Но Солнце за это время уже переместилось по эклиптике к востоку, и только когда Луна догонит его, наступит следующее новолуние. А для этого ей потребуется еще примерно 2,2 суток.