Луна и ее движения. Видимое движение и фазы луны Луна видна вечером как серп который

В средних широтах Солнце восходит всегда в восточной стороне неба, постепенно поднимается над горизонтом, в полдень достигает наивысшего положения на небе, затем начинает опускаться к горизонту и заходит в западной части неба. В Северном полушарии это движение происходит слева направо, а в Южном — справа налево. Наблюдатель в Северном полушарии Земли при этом будет видеть Солнце на юге, а находящийся в Южном полушарии — на севере. Дневной путь Солнца на небе симметричен относительно направления север — юг.

2. Может ли Солнце наблюдаться в зените в Беларуси? Почему?

Солнце наблюдается в зените в поясе, ограниченном следующим интервалом географической широты: $-23°27" \le φ \le 23°27".$ Беларусь расположена севернее, поэтому Солнце в зените в нашей стране наблюдаться не может.

3. Почему Луна обращена к Земле всегда одной и той же своей стороной?

Полный оборот по орбите вокруг Земли Луна совершает за 27.3 сут. (сидерический месяц). И за такое же время она делает один оборот вокруг своей оси, поэтому к Земле всегда обращено одно и то же полушарие Луны.

4. В чём состоит отличие сидерического и синодического месяцев? Чем обусловлена их различная продолжительность?

Синодический месяц — это промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными фазами Луны (например, новолуниями), и он длится 29.5 сут.

Сидерический месяц — это период обращения Луны по орбите вокруг Земли относительно звёзд, и он длится 27.3 сут.

Различная продолжительность этих месяцев связана с тем, что Земля не покоится на одном месте, а движется по своей орбите. Поэтому для того, чтобы повторилась предыдущая конфигурация и завершился синодический месяц, Луне приходится пройти большее расстояние по своей орбите, чем для завершения сидерического месяца.

5. Что понимают под лунной фазой? Опишите фазы Луны.

Лунной фазой называется видимая в солнечном освещении часть лунного диска.

Рассмотрим фазы Луны, начиная с новолуния . Эта фаза наступает, когда Луна проходит между Солнцем и Землёй и обращена к нам своей тёмной стороной. Луна совсем не видна с Земли. Спустя один-два дня в западной части неба появляется и продолжает расти узкий яркий серп «молодой» Луны . Спусят 7 суток уже будет видна вся правая половина лунного диска — наступает фаза первой четверти . Далее фаза увеличивается, и через 14-15 суток после новолуния Луна приходит в противостояние с Солнцем. Её фаза становится полной, наступает полнолуние . Солнечные лучи освещают всё лунное полушарие, обращённое к Земли. После полнолуния Луна постепенно приближается к Солнцу с запада и освещается им слева. Примерно через неделю наступает фаза последней четверти . Затем снова наступает новолуние..

6. Серп Луны обращён выпуклостью вправо и близок к горизонту. В какой стороне горизонта он находится?

Луна наблюдается в западной части горизонта.

7. Почему происходят солнечные и лунные затмения?

При своём движении по орбитам Земля и Луна время от времени выстраивается на одной линии с Солнцем. Если Луна находится вблизи плоскости земной орбиты, наступает затмение. Когда Луна становится между Землёй и Солнцем — бывает солнечное затмение, а когда Земля становится между Солнцем и Луной — наступает лунное затмение.

8. Охарактеризуйте полные, частные и кольцеобразные солнечные затмения.

Проходя между Солнцем и Землёй, маленькая по размерам Луна не может полностью затенить Землю. Диск Солнца будет целиком закрыт только для наблюдателей, находящихся внутри конуса лунной тени, максимальный диаметр которой на поверхности Земли не превышает 270 км. Только отсюда, с этой сравнительно узкой области земной поверхности, куда падает тень от Луны, будет видно полное солнечное затмение . Там же, куда попадает полутень от Луны, внутри так называемого конуса лунной полутени, будет видно частное солнечное затмение . Если в момент затмения Луна, перемещаясь по своей эллиптической орбите, будет находиться на значительном удалении от Земли, то видимый диск Луны окажется слишком малым, чтобы полностью покрыть Солнце. Тогда будет наблюдаться вокруг тёмного диска Луны сияющий ободок солнечного диска. Это — кольцеобразное затмение .

Только что зашло Солнце. На фоне красноватой зари ярко вырисовывается узкий блестящий серп, горбом обращенный в сторону зашедшего Солнца. Недолго приходится им любоваться. Скоро и он опускается вслед за Солнцем под горизонт. При этом говорят: «Родилась новая Луна».

Фото: В.Ладинский. Родилась новая Луна.

На следующий день при заходе Солнца вы заметите, что серп стал шире, он виден выше над горизонтом и заходит уже не так рано. С каждым днем Луна как бы растет и в то же время отходит от Солнца все дальше и дальше влево (на восток). Через неделю Луна оказывается вечером на юге в виде полукруга с выпуклостью вправо. Тогда говорят: «Луна достигла фазы первой четверти ».

Лучшим временем года для наблюдений молодой Луны в Северном полушарии Земли является весна, когда серп народившейся Луны поднимается высоко над горизонтом. В фазе первой четверти Луна поднимается у нас выше всего над горизонтом в конце зимы – начале весны.

В следующие дни Луна продолжает расти, становится больше полукруга и отодвигается еще дальше к востоку, пока еще через неделю не станет полным кругом, т.е. наступит полнолуние . В то время когда Солнце будет уходить под западный горизонт на западной стороне, с противоположной, восточной стороны начнет подниматься полная Луна. К утру оба светила как бы меняются местами: появление Солнца на востоке застает полную Луну заходящей на западе.

Выше всего полная Луна ходит над горизонтом в первой половине зимы, а короткими летними ночами ее можно отыскать около полуночи низко в южной части неба.

Фото: В.Ладинский. Восход полной Луны 21 июля 2005 года.

Дальше день за днем Луна всходит все позднее. Она становится все более урезанной, или ущербленной, но уже с правой стороны. Через неделю после полнолуния вы вечером не найдете на небе Луны. Она только около полуночи показывается на востоке из-за горизонта и опять в виде половины круга, но горбом направлена теперь влево. Это последняя (или, как ее иногда называют, – третья) четверть . Утром полукруг Луны, обращенный горбом к восходящему Солнцу, можно увидеть в южной стороне небосвода. Через несколько дней узкий серп Луны только перед восходом Солнца появляется из-за горизонта на востоке. А еще через неделю, после последней четверти, Луна совсем перестает быть видимой – наступает новолуние ; потом она появится опять с левой стороны от Солнца: вечером на западе и горбом уже опять вправо.

Наиболее благоприятным временем года для наблюдений Луны в фазах между последней четвертью и новолунием является ранняя осень.

Так изменяется вид Луны на небе каждые четыре недели, точнее – 29,5 суток. Это лунный, или синодический , месяц. Он послужил основой для составления календаря еще в древние времена. Такой лунный календарь сохранился у некоторых восточных народов и до настоящего времени.

Изменение лунных фаз можно свести в такую таблицу:

Во время новолуния Луна находится между Землей и Солнцем и обращена к Земле неосвещенной стороной. В первую четверть, т.е. через четверть оборота Луны, к Земле обращена половина ее освещенной стороны. В полнолуние Луна находится в противоположной Солнцу стороне, а к Земле обращена вся освещенная сторона Луны, и мы видим ее полным кругом. В последнюю четверть снова мы видим с Земли половину освещенной стороны Луны. Теперь понятно, почему выпуклая сторона серпа Луны всегда обращена к Солнцу.

В течение нескольких дней после (или до) новолуния можно наблюдать, кроме яркого серпа, и не освещенную Солнцем, но слабо видимую часть Луны. Такое явление называют пепельным светом . Это – ночная поверхность Луны, освещаемая только отраженными от Земли солнечными лучами.

Таким образом, изменение фаз Луны объясняется тем, что Луна обращается вокруг Земли. Время обращения Луны вокруг нашей планеты называется звездным (сидерическим) месяцем и составляет 27,3 суток, что меньше 29,5 суток, в течение которых происходит смена фаз Луны. Причиной этого явления является движение самой Земли. Обращаясь вокруг Солнца, Земля увлекает за собой и свой спутник – Луну.

В новолуние, когда Луна оказывается между Землей и Солнцем, она может закрыть его от нас, тогда наступит солнечное затмение. В полнолуние Луна, находясь по другую сторону от Земли, может попасть в тень, отбрасываемую нашей планетой, тогда произойдет лунное затмение. Затмения не происходят каждый месяц потому, что Луна обращается вокруг Земли в плоскости, не совпадающей с той плоскостью (плоскость эклиптики), в которой Земля обращается вокруг Солнца. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости эклиптики под углом 5° 9". Поэтому затмения случаются лишь в случае, когда в момент новолуния (полнолуния) Луна находится вблизи эклиптики, иначе ее тень падает «выше» или «ниже» Земли (или земная тень «выше» ли «ниже» Луны).

Фаза – это отношение площади освещенной части диска небесного тела к площади всего диска. В фазе новолуния Ф = 0,0, в фазе первой и последней четвертей = 0,5, в фазе полнолуния = 1,0.

Мысленная линия, проведенная через вершины рогов серпа Луны, называют линией рогов. Часто говорят, что линия рогов указывает на точку юга, или под нее. Перпендикуляр к линии рогов указывает направление на Солнце.

Если рога лунного месяца направлены влево, то Луна растущая, если вправо – то стареющая. Впрочем, это правило меняется на обратное при наблюдениях Луны из южного полушария Земли, что показано на рисунке:

Задачи и вопросы:

1. Луна находится в новолунии. В какой фазе будет Земля видна с Луны? Земля будет находиться в фазе «полноземелия», т.к. фазы у Луны при наблюдениях с Земли и фазы Земли для лунного наблюдателя меняются наоборот и находятся в противофазе.

2. Видна ли с Луны Земля в «новоземелие»? Да, видна в виде серпика из-за того, что атмосфера Земли преломляет солнечный свет.

3. 25 декабря такого-то года Луна была в фазе первой четверти. В какой фазе она будет видна через год? Для решения этой задачи возьмем синодический месяц Луны, равный примерно 29,5 суток. Умножим 29,5 на 12 месяцев и получим 354 дня. Вычтем полученное значение из 365 (количество дней в году) и получим 11 дней. Учитывая то, что первая четверть наступает спустя 7 – 8 дней, то, прибавив полученное значение (11) к 7 (или 8), получим возраст Луны через год, равный 18 или 19 дням. Таким образом, Луна спустя год окажется в фазе между полнолунием и последней четвертью.

4. Во сколько будет кульминировать Луна в первой четверти? Луна в первой четверти будет кульминировать над точкой юга примерно в шесть часов вечера по местному времени.

Фазы Луны в 2012 году Время указано Всемирное (МСК - 4 ч)

Луна - ближайшее к Земле небесное тело, ее единственный естественный спутник. Находясь на расстоянии около 380 тыс. км от Земли, Луна обращается вокруг нее в том же направлении, в котором Земля вращается вокруг своей оси. За каждые сутки она перемещается относительно звезд примерно на 13°, совершая полный оборот за 27,3 суток. Этот промежуток времени - период обращения Луны вокруг Земли в системе отсчета, связанной со звездами, - называется звездным или сидерическим (от лат. sidus - звезда) месяцем.

Собственного свечения Луна не имеет, а Солнце освещает только половину лунного шара. Поэтому по мере ее движения по орбите вокруг Земли происходит изменение вида Луны - смена лунных фаз. В какое время суток Луна бывает над горизонтом, каким мы видим обращенное к Земле полушарие Луны - полностью освещенным или освещенным частично - все это зависит от положения Луны на орбите.

Если она расположена так, что обращена к Земле своей темной, неосвещенной стороной (положение 1), то мы не можем видеть Луну, но знаем, что она находится на небе где-то рядом с Солнцем. Эта фаза Луны называется новолунием. Двигаясь по орбите вокруг Земли, Луна примерно через трое суток придет в положение 2. В это время ее можно будет видеть по вечерам неподалеку от заходящего Солнца в виде узкого серпа, обращенного выпуклостью вправо. При этом нередко бывает видна и остальная часть Луны, которая светится значительно слабее, так называемым пепельным светом. Это наша планета, отражая солнечные лучи, освещает ночную сторону своего спутника.

День ото дня серп Луны увеличивается по ширине, и его угловое расстояние от Солнца возрастает. Через неделю после новолуния мы видим половину освещенного полушария Луны - наступает фаза, называемая первой четвертью. В дальнейшем доля освещенного полушария Луны, видимая с Земли, продолжает увеличиваться до тех пор, пока не наступит полнолуние. В этой фазе Луна находится на небе в стороне, противоположной Солнцу, и видна над горизонтом всю ночь - от его захода до восхода. После полнолуния фаза Луны начинает уменьшаться. Сокращается и ее угловое расстояние от Солнца. Сначала на правом крае лунного диска появляется небольшой ущерб, который имеет форму серпа. Постепенно этот ущерб растет (положение 6), а через неделю после полнолуния наступает фаза последней четверти. В этой фазе, как и в первой четверти, мы снова видим половину освещенного полушария Луны, но теперь уже другую, которая в первой четверти была неосвещенной. Луна восходит поздно и видна в этой фазе по утрам. В последующем ее серп, обращенный теперь выпуклостью влево, становится все более и более узким (положение 8), постепенно сближаясь с Солнцем. В конце концов он скрывается в лучах восходящего Солнца - снова наступает новолуние.

Полный цикл смены лунных фаз составляет 29,5 суток. Этот промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами называется синодическим месяцем (от греч. synodos - соединение). Еще в глубокой древности у многих народов месяц, наряду с сутками и годом, стал одной из основных календарных единиц. Понять, почему синодический месяц длиннее сидерического, нетрудно, если вспомнить, что Земля движется вокруг Солнца. Через 27,3 суток Луна займет на небе прежнее положение относительно звезд и будет находиться в точке L1. За это время Земля, перемещаясь на 1° в сутки, пройдет по орбите дугу в 27° и окажется в точке Т1. Луне, для того чтобы снова оказаться в новолунии L2, придется пройти по орбите такую же дугу (27°). На это потребуется немногим более двух суток, поскольку за сутки Луна смещается на 13°. С Земли видна лишь одна сторона Луны, однако это не означает, что она не вращается вокруг своей оси. Проведем опыт с глобусом Луны, перемещая его вокруг глобуса Земли так, чтобы к нему всегда была обращена одна сторона лунного глобуса. Этого можно достичь лишь в том случае, если мы будем его поворачивать по отношению ко всем другим предметам, находящимся в классе.

Полный оборот глобуса Луны вокруг оси завершится одновременно с тем, как завершится один оборот вокруг глобуса Земли. Это доказывает, что период вращения Луны вокруг своей оси равен сидерическому периоду ее обращения вокруг Земли - 27,3 суток. Если бы плоскость орбиты, по которой Луна движется вокруг Земли, совпадала с плоскостью орбиты, по которой Земля обращается вокруг Солнца, то ежемесячно в момент новолуния происходило бы солнечное затмение, а в момент полнолуния - лунное. Этого не случается потому, что плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости орбиты Земли под углом около 5°. Именно поэтому, тень Луны в новолуние может пройти выше Земли, а в полнолуние сама Луна может пройти ниже земной тени. В это время положение орбиты Луны таково, что она пересекает плоскость орбиты Земли в фазах первой и последней четверти. В каких же случаях затмения Солнца и Луны могут произойти? Вы уже знаете, что направление оси вращения Земли в пространстве остается при движении нашей планеты вокруг Солнца неизменным.

Практически не меняется в течение года и положение плоскости лунной орбиты. Рассмотрим, как это повлияет на возможность наступления затмений. За три месяца Земля пройдет четверть своего пути вокруг Солнца и займет положение. Теперь плоскость лунной орбиты будет расположена так, что линия ее пересечения с плоскостью земной орбиты направлена на Солнце. Поэтому Луна будет пересекать плоскость орбиты Земли (или находиться близ нее) в новолуние и полнолуние. Иначе говоря, двигаясь по небу, Луна приходит в ту точку эклиптики, где в этот момент находится Солнце, и загораживает его от нас. В том случае, если Солнце целиком закрыто Луной, затмение называется полным. Если же случится так, что она закроет лишь часть Солнца, то затмение будет частным. Когда Луна пересекает эклиптику в точке, диаметрально противоположной Солнцу, она сама полностью или частично скрывается в тени Земли.

Лунные затмения, как и солнечные, могут быть полными или частными. Условия, благоприятные для наступления затмений, сохраняются примерно на протяжении месяца. За это время может произойти по крайней мере одно солнечное затмение или два солнечных и одно лунное. Следующее необходимое для наступления затмений расположение лунной орбиты повторится снова лишь спустя примерно полгода (177 - 178 суток), когда Земля пройдет половину своего пути вокруг Солнца. В течение года на Земле обычно происходит два-три солнечных затмения и одно-два лунных. Максимальное число затмений за год - семь. Лунные затмения, хотя и происходят реже солнечных, но видны чаще. Луна, попавшая при затмении в земную тень, видна на всем полушарии Земли, где она в это время находится над горизонтом.

Погружаясь в земную тень, Луна приобретает красноватую окраску различных оттенков. Цвет зависит от состояния земной атмосферы, которая, преломляя лучи Солнца и рассеивая их, все же пропускает красные лучи внутрь конуса тени. Несколько часов затрачивает Луна, чтобы пересечь тень Земли. Полная фаза затмения длится около полутора часов. Полное затмение Солнца можно наблюдать лишь там, где на Землю падает небольшое по размерам (диаметром не более 270 км) пятно лунной тени. Тень Луны со скоростью примерно 1 км/с движется по земной поверхности с запада на восток, поэтому в каждом пункте Земли полное затмение продолжается лишь несколько минут (на экваторе максимальная продолжительность составляет 7 мин 40 с). Путь, который проходит тень Луны, называется полосой полного солнечного затмения.

В разные годы лунная тень пробегает по различным районам земного шара, поэтому полные солнечные затмения видны реже лунных. Так, например, в окрестностях Москвы в последний раз затмение было 19 августа 1887г., а в следующий раз произойдет только 16 сентября 2126 г. Полутень Луны имеет диаметр значительно больше тени - около 6000 км. Там, куда попала полутень Луны, происходит частное затмение Солнца. Их можно видеть каждые два-три года. Через каждые 6585,3 суток (18 лет 11 суток 8 часов) затмения повторяются в прежнем порядке. Таков промежуток времени, в течение которого плоскость лунной орбиты делает полный оборот в пространстве. Знание закономерностей движения Луны и Земли позволяет ученым с высокой степенью точности на сотни лет вперед вычислять моменты наступления затмений и знать, где на земном шаре они будут видны. Сведения о затмениях на ближайший год и условия их видимости содержатся в «Астрономическом календаре», а здесь на более длительный период. Располагая необходимыми данными о предстоящих затмениях, ученые получают возможность организовать экспедиции в полосу полного солнечного затмения. В момент полной фазы можно наблюдать внешние, наиболее разреженные слои атмосферы Солнца - солнечную корону, которая в обычных условиях не видна. В прошлом многие важные сведения о природе Солнца были получены именно во время полных затмений.