Планета венера переходит на утреннее небо. Охарактеризуйте полные, частные и кольцеобразные солнечные затмения
Наблюдение Луны
Луна вращается вокруг Земли. Для нас это проявляется не только в видимой смене фаз. Луна быстро перемещается на фоне звезд, в день примерно на 12,5°. Каждый новый день наш спутник появляется над горизонтом на 49 минут позже. Из-за этого в новолуние Луна достигает верхней кульминации в полдень, в фазе первой четверти - в 6 вечера, в полнолуние - в полночь, а серп последней четверти - в 6 утра. Растущий молодой лунный серп мы видим вскоре после захода дневного светила на западе. Убывающий старый месяц виден утром, перед восходом Солнца на востоке. Причем заметьте, что месяц всегда обращен выпуклостью к Солнцу.
Период обращения Луны вокруг Земли в точности равен периоду обращения спутника вокруг собственной оси, из-за чего Луна повернута к Земле всегда одной стороной. Физическими причинами такого положения вещей являются приливные силы.
Приливы и отливы
Гравитационное воздействие Земли на Луну и наоборот довольно велико. Разные части, скажем, Земли по разному подвергаются притяжению Луны: сторона, повернутая к Луне, - в большей степени, обратная сторона - в меньшей, так как дальше находится от нашего спутника. В результате, разные части Земли стремятся прийти в движение в направлении Луны с разными скоростями. Поверхность, обращенная к Луне, вздувается, центр Земли смещается меньше, а противоположная поверхность вовсе отстает, и с этой стороны тоже образуется вздутие - из-за "отставания".
Земная кора деформируется неохотно, на суше приливных сил мы не замечаем. А вот про изменение уровня моря, про приливы и отливы, слышали все. Вода поддается воздействию Луны, образуя приливные горбы на двух проитвоположных сторонах планеты. Вращаясь, Земля "подставляет" Луне разные свои стороны, и приливной горб перемещается по поверхности. Такие деформации земной коры вызывают внутреннее трение, которое тормозит вращение нашей планеты. Раньше она вращалась гораздо быстрее. Луна еще больше подвергнута влиянию приливных сил, ведь Земля гораздо массивнее. Скорость вращения Луны настолько замедлилась, что она покорно повернулась к нашей планете одной стороной, и приливной горб не бежит более по лунной поверхности.
Воздействие этих двух тел друг на друга приведет в отдаленном будущем к тому, что и Земля, в конце концов, повернется к Луне какой-то одной стороной. Кроме того, приливные силы, вызванные близостью Земли, а также влиянием Солнца, тормозят и движение Луны по орбите вокруг Земли. Замедление сопровождается удалением Луны от центра Земли. В итоге, это может привести к потере Луны...
Небольшие части обратной стороны Луны бывают видны из-за так называемых либраций, колебаний видимого лунного диска. Это наблюдаемое явление происходит из-за того, что лунная орбита не круг, а эллипс, двигаясь по нему, Луна нам показывает разные части своей обратной стороны. Всего же с Земли можно наблюдать чуть меньше 60% лунной поверхности. На иллюстрации, демонстрирующей смену лунных фаз (выше, слева), Вы сможете заметить и либрации лунного диска. По тем же причинам с Луны Земля видна не отовсюду, а лишь со стороны, обращенной к планете, и иногда с тех участков, которые с Земли видны только благодаря либрациям. Земля (вообразите) неподвижно висит над горизонтом: ни закатов, ни восходов. Только либрационные небольшие и медленные перемещения из стороны в сторону. Для каждой точки поверхности Луны - свое положение Земли на небе. Но вернемся на Землю и посмотрим на Луну.
Уже невооруженным глазом на Луне видны светлые и темные (синие или голубые) области. В прошлом, люди считали, что синие участки - это лунные моря. Это название, по традиции, так за ними и осталось. На самом деле, это твердая поверхность, которую с морями роднит, разве что, то обстоятельство, что раньше здесь были моря извергшейся лавы. Но таких мощных извержений на Луне нет уже несколько миллиардов лет. Об этом говорят образцы лунных горных пород, доставленных на Землю людьми и автоматическими станциями.
Даже в небольшой бинокль на Луне видны кратеры - следы падения метеоритов. Лунная поверхность вся покрыта кратерам разного размера - от сотен километров до миллиметров. Сейчас уже выпущены промышленностью и глобусы, и подробные карты Луны, пользуясь которыми, можно производить наблюдения в телескоп, отыскивая те или иные участки поверхности. Интересующий вас объект будет лучше заметен, если наблюдать его вблизи границы освещенного диска (терминатора). Тени будут четче вырисовывать неровности рельефа. В районе терминатора на Луне идут заход или восход Солнца. А теперь сами вспомните, когда на Земле Вы отбрасываете самую длинную тень при свете Солнца.
Последовательное изменение видимой луны на небе
Луна проходит следующие фазы освещения :
- новолуние — состояние, когда Луна не видна. Новолуние - фаза Луны, при которой её эклиптическая долгота такая же, как у Солнца. Таким образом, в это время Луна находится между Землёй и Солнцем примерно на одной прямой с ними. Если они находятся точно на одной прямой, происходит солнечное затмение. Луна при новолунии не видна на ночном небе, поскольку она в это время очень близка к Солнцу на небесной сфере (не дальше 5°) и при этом повёрнута к нам ночной стороной. Но иногда её можно увидеть на фоне солнечного диска (солнечное затмение). Кроме того, спустя некоторое время (обычно около двух дней) после или до новолуния при очень ясной атмосфере всё-таки можно заметить диск Луны, освещённый отражённым от Земли слабым светом (пепельный свет Луны). Интервал между новолуниями составляет в среднем 29,530589 суток (синодический месяц). В новолуние начинаются еврейский Новый год и китайский (японский, корейский, вьетнамский) Новый год 60-летнего цикла.
- молодая луна — первое появление Луны на небе после новолуния в виде узкого серпа.
- первая четверть — состояние, когда освещена половина Луны.
- прибывающая луна
- полнолуние — состояние, когда освещена вся Луна целиком. Полнолуние — фаза Луны, при которой разность эклиптических долгот Солнца и Луны равна 180°. Это означает, что плоскость, проведённая через Солнце, Землю и Луну, перпендикулярна плоскости эклиптики. Если все три объекта находятся на одной линии, происходит лунное затмение. Луна в полнолунии имеет вид правильного светящегося диска. В астрономии момент полнолуния рассчитывается с точностью до нескольких минут; в быту полнолунием называют обычно период нескольких суток, в течение которых Луна визуально почти не отличается от полной. Во время полнолуния в течение нескольких часов может происходить так называемый эффект противостояния, при котором заметно возрастает яркость диска, несмотря на его неизменные размеры. Эффект объясняется полным исчезновением (для земного наблюдателя) теней на поверхности Луны в момент противостояния. Максимальный блеск Луны во время полнолуния составляет -12,7m.
- убывающая луна
- последняя четверть — состояние, когда снова освещена половина луны.
- старая луна
Чтобы отличить первую четверть от последней, наблюдатель, находящийся в северном полушарии может использовать следующие мнемонические правила. Если лунный серп в небе похож на букву «С (d)», то это — луна «Стареющая» или "Сходящая", то есть это последняя четверть (по-французски dernier). Если же он повёрнут в обратную сторону, то, мысленно приставив к нему палочку, можно получить букву «Р (p)» — луна «Растущая», то есть это первая четверть (по-французски premier).
Растущий месяц обычно наблюдается вечером, а стареющий — утром.
Следует заметить, что вблизи экватора месяц всегда виден «лежа на боку», и данный способ не подходит для определения фазы. В Южном полушарии ориентация серпа в соответствующих фазах противоположная: растущий месяц (от новолуния до полнолуния) похож на букву «С» (Crescendo, <), а убывающий (от полнолуния до новолуния) похож на букву «Р» без палочки (Diminuendo, >). Интересные факты Обычно, на каждый календарный месяц выпадает по одному полнолунию, но так как фазы Луны сменяются немного быстрее, чем 12 раз в году, иногда случаются и вторые полнолуние за месяц, называемые голубой луной.
Утреннее небо в первой половине февраля 2018 года очень красивое. Хотя обычно оно довольно темное и беззвездное - в это время года южную сторону неба занимают тусклые весенние созвездия, - сейчас его украшают сразу три планеты - Юпитер, Марс и Сатурн.
Юпитер восходит первым - примерно за 5 часов до восхода Солнца на юго-востоке. Эта планета привлекает к себе внимание сразу, как только появляется на небе. Еще бы - ни одна из звезд не сравнится с Юпитером по яркости! Вплоть до рассвета Юпитер виден не высоко в южной стороне неба.
В первой половине февраля 2018 года Юпитер восходит примерно за 5 часов до восхода Солнца на юго-востоке. Планета образует на небе большой треугольник вместе с яркими звездами Арктур и Спика. Рисунок: Stellarium
Планета Марс восходит также на юго-востоке, но на 2 часа позже Юпитера. Внешне Марс похож на не очень яркую звезду красноватого цвета (блеск планеты составляет 1,1 m). Для того, чтобы найти Марс, нужно хотя бы в общих чертах знать очертания созвездий… или воспользоваться советом, который мы приводим ниже. Кстати, совсем скоро, летом 2018 года, состоится Великое противостояние Марса, и в это время Красная планета будет на нашем небе очень ярка - даже ярче Юпитера!
Наконец, еще через 2 часа после восхода Марса (и примерно за 1,5 часа до восхода Солнца) на небе появляется планета Сатурн - также на юго-востоке. Сатурн сейчас несколько ярче Марса (его блеск равен 0,6 m), но внешне все равно не отличим от яркой звезды.
С началом рассвета все три планеты выстраиваются вдоль одной линии с юго-востока на юг. Марс при этом находится в центре, примерно на полпути между Сатурном и Юпитером .
На утреннем февральском небе 2018 года три планеты, Юпитер, Марс и Сатурн выстроились вдоль одной линии на юге. 11 февраля к ним добавится Луна - тонкий серп укажет на планету Сатурн. Рисунок: Stellarium
Увидеть эти планеты в такой конфигурации можно не только 11 февраля, но и в течение ближайших нескольких недель. Почему же мы обращаем внимание на завтрашнее утро? Потому что утром 11 февраля рядом с Сатурном на небе расположится Луна , которая поможет найти Сатурн, а вместе с ним и Марс (и Юпитер!) на небе.
Сейчас Луна пребывает в стадии убывающего или, как говорят в народе, стареющего месяца. До конца очередного лунного года осталось несколько дней и потому ее серп уже узок. Только представьте себе восход Луны, похожей на букву С на фоне первых лучей утренней зари!
Сатурн вы найдете всего в 4,5° восточнее и ниже Луны. По сути, планета расположится на угловом расстоянии в 9 видимых размеров Луны от нашего спутника. Марс вы найдете в 25° правее Сатурна - планета будет находиться в небе чуть выше над горизонтом, чем Луна. Еще на 17° западнее Марса расположится Юпитер - еще немного выше в небе. Итак, Юпитер вы найдете просто потому, что планета будет ярче других звезд на небе; Сатурн - по Луне. А Марс по месту его расположения между Сатурном и Юпитером.
Марс и Антарес на утреннем небе февраля. Так светила видны на широте Петербурга. Рисунок: Stellarium
Если вы живете на широте Москвы или Санкт-Петербурга, то этих описаний будет для вас вполне достаточно, чтобы легко и просто найти все три планеты. А вот жителям юга России нужно сказать еще кое что. Дело в том, что южнее Марса сейчас располагается одна довольно яркая звезда, блеск которой сравним с блеском Марса, а цвет - такой же красноватый . Это Антарес , главная звезда созвездия Скорпиона. В Москве и Петербурге эта звезда тоже видна, но очень низко над горизонтом, поэтому увидеть ее трудно. А на юге она может вполне сбить с толку начинающего любителя астрономии. Поэтому на всякий случай скажем, что Марс находится в небе выше Антареса!
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 .
Т олько 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" . 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. Через неделю Луна оказывается вечером на юге в виде полукруга с выпуклостью вправо. Тогда говорят: "Луна достигла фазы первой четверти".
В следующие дни Луна продолжает расти, становится больше полукруга и отодвигается дальше к востоку, пока еще через неделю не станет полным кругом, т. е. наступит полнолуние. В то время когда Солнце будет уходить под 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.
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 четверть. Утром можно увидеть с южной стороны полукруг Луны , обращенный горбом к восходящему Солнцу. Через несколько дней, только перед восходом Солнца, появляется из-за горизонта на востоке узкий серп Луны . 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.
Так изменяется вид Луны на небе каждые четыре недели, точнее - за период 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.
Сделайте вечером в комнате такой опыт : возьмите мяч и лампу. Пусть мяч изображает Луну, ваша голова - Землю, а лампа, поставленная поодаль, - Солнце. Держите мяч в вытянутой руке, двигайте его вокруг себя и смотрите, как будет видна вам освещенная часть мяча. Так же будет видна Луна с Земли, вокруг которой Луна обращается.
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 ближайшие вечера после новолуния можно наблюдать, кроме яркого серпа, и не освещенную Солнцем, но слабо видимую часть Луны . Такое вление называют пепельным светом. Это - ночная поверхность Луны , освещаемая только отраженными от Земли солнечными лучами.
Таким образом, изменение фаз Луны объясняется двумя причинами: во-первых , Луна - темный, непрозрачный шар, освещаемый Солнцем, и, во-вторых , Луна обращается вокруг Земли.
Время обращения Луны вокруг Земли называется звездным месяцем и составляет 27.3 суток, т. е. меньше 29.5 суток, в течение которых происходит смена фаз Луны . Причиной этого является движение самой Земли.
Обращаясь вокруг Солнца, Земля увлекает за собой и свой спутник - Луну.
Пусть Луна будет в положении новолуния. Пока она сделает полный оборот за 27.3 суток, Земля вместе с Луной займет в это время иное положение по отношению к Солнцу: Луна еще не окажется между Землей и Солнцем. Для того чтобы наступило следующее новолуние, Луне надо продвинуться еще дальше и сделать больше полного оборота. На это ей требуется несколько больше двух суток. Вот причина различия между длительностью синодического и звездного (сидерического) месяцев.
В новолуние, когда Луна оказывается между Землей и Солнцем, она может закрыть его от нас, и тогда наступит солнечное затмение. В полнолуние Луна, находясь по другую сторону от Земли, может попасть в тень, отбрасываемую Землей, тогда произойдет лунное затмение. Затмения не происходят каждый месяц потому, что Луна обращается вокруг Земли в плоскости, не совпадающей с той плоскостью, в которой Земля обращается вокруг Солнца.
