Лунная орбита. Наш естественный спутник луна

⁰

Луна движется вокруг Земли. Средняя скорость движе-
ния Луны по орбите составляет 1,02 км/с, форма орбиты при-
ближается к эллипсу. Направление орбитального движения
Луны совпадает с направлением движения большинства пла-
нет Солнечной системы. Если за точку отсчета принять Север-
ный полюс мира, то можно сказать, что Луна движется против
часовой стрелки. (Напоминаем, что Северный полюс мира и
земной Северный полюс - абсолютно разные понятия. Север-
ный полюс мира - точка на небесной сфере, вокруг которой
происходит видимое суточное перемещение звезд, причем сама
она остается неподвижной. В Северном полушарии такая точ-
ка находится там, где мы видим Полярную звезду.) Большая
полуось орбиты Луны, определяемая как среднее расстояние
между центрами Земли и Луны, равна 384 400 км (что пример-
но в 60 раз больше радиуса Земли). Наименьшее расстояние
до Луны равно 356 400, наибольшее - 406 800 км. Время, за
которое Луна совершает полный оборот вокруг Земли, назы-
вается сидерическим (звездным) месяцем. Оно равно 27,32166
суток. Вследствие очень сложного движения Луны, на кото-
рое влияет притяжение Солнца, планет, а также форма Земли
(геоид), продолжительность сидерического месяца подвер-
жена небольшим колебаниям, кроме того, установлено, что
период обращения нашего спутника вокруг Земли медленно
уменьшается. Изучение движения Луны вокруг Земли явля-
ется одной из труднейших задач небесной механики. Эллип-
тическая орбита является лишь удобной математической аб-
стракцией, на самом деле на нее накладываются многие возму-
щения. Главнейшие из этих возмущений, или неравенств, были
открыты из наблюдений. После формулировки закона все-
мирного тяготения были теоретически выведены возмуще-
ния, приводящие к видимым отклонениям в орбитальном дви-
жении планет.
Луна притягивается Солнцем в 2,2 раза сильнее, чем Зем-
лей, так что теоретически наблюдатель с другой планеты или
планетной системы сказал бы, что видит движение Луны вок-
руг Солнца и возмущения этого движения Землей. Однако
мы наблюдаем движение Луны так, как это выглядит с Земли,
поэтому гравитационная теория, которую разрабатывали мно-
гие крупнейшие ученые начиная с И. Ньютона, рассматривает
движение Луны именно вокруг Земли. Наиболее детально те-
оретические основы такого изучения были разработаны аме-
риканским математиком Дж. Хиллом. На базе его разработок
американский астроном Э. Браун в 1919 году рассчитал воз-
можные математические значения, принимаемые функциями,
описывающими широту, долготу и параллакс Луны, причем
аргументом является время. Браун составил таблицы воз-
можных значений переменных.
Плоскость орбиты Луны не параллельна к эклиптике, а
наклонена к ней под углом 5°8’43"(эклиптика - линия, прохо-
дящая через точки, на которые последовательно проецирует-
ся Солнце при наблюдениях с Земли, то есть видимый годовой
путь Солнца на фоне зодиакальных созвездий). Из-за грави-
тационных возмущений этот угол подвержен небольшим ко-
лебаниям. Точки пересечения орбиты с эклиптикой называ-
ются восходящим и нисходящим узлами. Они смещаются от-
носительно нее в направлении, противоположном направле-
нию движения Луны по орбите, то есть имеют неравномерное
попятное движение. За 6794 суток (около 18 лет) узлы совер-
шают полный оборот но эклиптике. Луна находится в одном и
том же узле каждый драконический месяц. Так называют ин-
210 Астронемий
тервал времени – более короткий, чем сидерический месяц, и
в среднем равный 27,21222 суток. Продолжительность дра-
конического месяца определяет периодичность солнечных и
лунных затмений.
У Луны есть собственное движение вокруг оси, хотя с
Земли его нельзя наблюдать. Дело в том, что период суточно-
го вращения Луны вокруг оси, наклоненной к плоскости эк-
липтики под углом 88°28′, точно равен сидерическому меся-
цу. Луна совершает полный оборот вокруг оси за то же время,
что и полный оборот вокруг Земли, поэтому она повернута к
Земле всегда одной и той же стороной. Периоды вращения
вокруг оси и орбитального обращения совпадают вполне за-
кономерно. Они выровнялись в то время, когда Земля произ-
водила приливные возмущения в твердой или жидкой обо-
лочке Луны. Однако равномерное вращение Луны вокруг оси
сочетается с неравномерным движением по орбите. Поэтому
происходит периодическое отклонение направления видимой
части Луны к Земле, достигающее 7°54′ по долготе. В свою
очередь наклон оси вращения Луны к плоскости ее орбиты
дает отклонения до 6°50′ по широте. Наблюдатели давно оп-
ределили, что в разное время можно видеть с Земли разную по
площади часть лунной поверхности - максимально до 59%
всей поверхности Луны. Часть видимого лунного диска, рас-
положенная возле его краев, сильно искажена и видна в перс-
пективной проекции. Небольшое «качание» Луны относитель-
но ее среднего положения, наблюдаемое с Земли, называется
либрацией Луны (от латинского глагола, означающего «рас-
качивать»). Подробнее остановимся на разновидностях либ-
рации.
Либрация по долготе вызвана тем, что вращение Луны
вокруг оси практически равномерное, а обращение вокруг
Земли - неравномерное. Из-за этого с Земли можно наблю-
дать то западную, то восточную часть обратной стороны. Мак-
симальное значение либрации по долготе - 7°45′.
Либрация по широте происходит потому, что плоскость
лунного экватора наклонена к плоскости эклиптики под уг-
лом Г5′, а угол между лунной орбитой и эклиптикой добавля-
ет еще 5′. В результате сложения углов лунный экватор на-
клонен к лунной орбите под углом, близким к 6,5°. Пиэтому
при обращении вокруг Земли Луна слегка «поворачивается»
к наблюдателю то южным, то северным полюсом, и можно
частично видеть околополярные зоны обратного полушария.
Значение либрации по долготе достигает 6°4Г.
Точки пересечения плоскости экватора Луны, эклипти-
ки и лунной орбиты всегда лежат на одной прямой (закон
Кассини).
ФОРМА ЛУНЫ
Форма Луны (эллиптический селеноид) приближается
к шару. Лунный радиус составляет 1737,53 км, что равно
0,2724 экваториального радиуса Земли. Площадь поверхно-
сти Луны составляет 3,8-Ю7 км2, а объем 2,2-Ю25 см3. Масса
Луны равна 0,0123 земной массы, что составляет 7,35-Ю25 г.
Средняя плотность Луны равна 3,34 г/см3, или 0,61 средней
плотности Земли.
Форму Луны позволили уточнить исследования либра-
ции. Длительное изучение этого эффекта помогло оценить
размеры главных полуосей селеноида. Экваториальная ось,
направленная в сторону Земли, больше полярной оси на 700 м,
а экваториальная ось, перпендикулярная направлению к Зем-
ле, больше полярной на 400 м. Это значит, что Луна немного
вытянута в сторону Земли.
Приливные силы, создаваемые притяжением Земли, ста-
ли причиной возникновения твердых приливных волн на по-
верхности Луны. Эти волны образовали два «приливных гор-
ба» на двух полушариях Луны,

ВНИМАНИЕ! Получить полную информацию о параметрах Луны (фаза, положение в зодиаке и на орбите) c 2016 до конца текущего года можно с помощью сервиса ЛУННЫЙ ФАКТОР в рамках проекта ЛАБОРАТОРИЯ ГЕОКОСМОСА .

Луна - довольно крупное небесное тело в ряду планет и спутников солнечной системы. Ее средний радиус равен 1737,1 км, что составляет примерно 27,3 % земного радиуса. Для наглядности на рис.1.1 Луна показана в сравнении с Меркурием, Венерой, Землей и Марсом, а также наиболее крупными спутниками планет-гигантов Юпитера и Сатурна.

Рис.1.1 Сопоставительные размеры Луны и других тел солнечной системы

Хорошо видно, что по величине она лишь немного уступает самой маленькой из планет - Меркурию, а также самым большим спутникам, «материнские» планеты которых примерно на порядок больше Земли, т.е. размер Луны по отношению к своей «материнской» планете для солнечной системы аномально высок. Средняя плотность Луны равна 3,346 г/см 3 , что на 70-80 % выше, чем у других крупнейших спутников (исключение составляет только Ио с плотностью 3,528 г/см 3), и приближается к плотности Марса (3,933 г/см 3).

Следствием относительно большого размера и плотности Луны является ее ощутимое гравитационное воздействие на Землю, проявляющееся, прежде всего, в виде приливов и отливов. Кроме того, Земля и Луна образуют единую систему масс, вращающуюся вокруг общего центра, смещенного относительно центра Земли на 4750 км. В результате Земля движется по орбите вокруг солнца не строго равномерно, а совершая колебательные движения.

Период обращения Луны вокруг своей оси равен периоду ее обращения вокруг Земли, в связи с чем Луна постоянно обращена к Земле одной стороной. Причиной этого является тормозящий эффект приливных волн в коре Луны, вызываемых мощным гравитационным полем Земли. Таким же свойством обладают и другие указанные на рис.1 спутники.

Видимый угловой диаметр Луны (29"24" - 33"40") весьма близок к угловому диаметру Солнца (31"29" - 32"31"). Следствием этого является возможность возникновения такого уникального оптического явления, как полное затмение Солнца, при котором солнечный диск почти один в один перекрывается лунным, оставляя видимой солнечную корону.

На рис.1.2а приведена схема движения Луны вместе с Землей, если смотреть со стороны северного полюса. Обратите внимание - все на этой схеме вращается в одну сторону: Луна вокруг своей оси, Луна вокруг Земли, Земля вокруг своей оси и Земля вокруг Солнца.

Луна делает полный оборот по орбите вокруг Земли за 27,32166 земных суток (27 дней 7 часов 43 минуты 12 секунд). Этот период называется сидерическим лунным месяцем (от лат. sideris - звездный), поскольку изначально измерялся по изменению положения Луны относительно звезд.

В большинстве источников фигурирует одна и та же формулировка сидерического месяца, как периода, по истечениии которого «Луна возвращается в ту же точку звездного неба». Такая трактовка неверна, т.к. из-за постоянного смещения относительно небесного экватора, обусловленного наклонением орбит Земли и Луны и прецессией их осей (см. последующие параграфы) Луна в ту же точку после полного оборота попасть не может. Поэтому правильно говорить не о вовзращении к той же точке относительно звезд, а о возвращении к тому же небесному меридиану, от которого начинался отсчет.

Орбита Луны имеет форму эллипса, в одном из фокусов которого находится Земля. По этой причине расстояние от Луны до Земли непостоянно и в перигее (наинизшей точке орбиты) равно 363104 км, а в апогее (наивысшей точке орбиты) - 405696 км. Эти цифры являются средними, их текущие значения меняются с периодом около 207 дней по весьма сложным зависимостям. Природа данных колебаний определяется множеством различных факторов и до конца не изучена, поэтому мы ее здесь рассматривать не будем. Отметим также, что вследствие непостоянства расстояния до Луны ее видимый угловой диаметр изменяется примерно на ± 6,7% от среднего значения. Это явление называется либрацией .

Точки перигея и апогея находятся на одной линии с центром Земли, которая называется линией апсид (апсида в переводе с греческого - дуга). Эта линия совпадает с большой осью эллипса. Она тоже медленно вращается в ту же сторону (см. рис.1.2б), что и другие компоненты рассматриваемой схемы, делая полный оборот за 8,85 лет.

Период между прохождениями Луной перигея называется аномалистическим месяцем. Он длится 27 суток 13 часов 18 минут и 33 секунды, что несколько превышает длительность сидерического месяца по причине постоянного «убегания» перигея от Луны вследствие упомянутого вращения лини апсид.

Рис.1.2 Вид и параметры лунной орбиты

Плоскость лунной орбиты расположена под небольшим углом по отношению к плоскости земной орбиты, которая называется также плоскостью эклиптики (см. рис. 1.2в). Этот угол называется наклонением орбиты и находится в диапазоне (периодически изменяется) от 4°59" до 5°19". Точка пересечения лунной орбиты с плоскостью эклиптики при восходящем движении Луны называется восходящим узлом (обозначается Ω). Этот узел перемещается в направлении, противоположном всем другим описанным вращениям, совершая полный оборот за 18,6 лет. Причиной этого перемещения является прецессия лунной орбиты, т.е. изменение направления оси вращения, при котором она описывает конус (как, например, у волчка или упавшей монеты). Поскольку этот узел перемещается навстречу движению Луны, то повторное прохождение Луной восходящего узла происходит быстрее, нежели она совершает полный оборот по орбите. Этот интервал получил название драконического месяца. Он чуть короче сидерического и равен 27,2 суток.

Кроме упомянутых сидерического, аномалистического и драконического месяцев есть еще тропический , определяемый, как период прохождения Луной одной и той же долготы в системе эклиптических координат, например, долготы точки весеннего равноденствия. Его величина всего на несколько секунд меньше длительности сидерического месяца из-за влияния прецессии земной оси. Иногда эти понятия и их величины путают, но для целей нашего исследования эта разница непринципиальна.

Ось вращения самой Луны отклонена от вертикали на 1,5424°, и, соответственно, имеет наклон по отношению к плоскости собственной орбиты. В связи с этим по мере обращения вокруг Земли Луна немного поворачивается к земному наблюдателю разными боками, позволяя заглянуть на небольшой ободок своей обратной стороны. Т.о., несмотря на то, что Луна обращена к нам постоянно одной стороной, для наблюдения доступно немногим более 50% ее площади.

Как видно, Луна движется вокруг Земли по весьма непростой траектории с большим числом параметров, в т.ч. переменных. Полное и точное математическое описание этого движения является очень сложной задачей.

Мы видим только ту часть Луны, которая обращена к нам и при этом освещена солнцем. Очевидно, что она определяется не только положением Луны относительно Земли при ее движении по орбите, но и положением системы Земля - Луна относительно Солнца. Форма и ориентация видимой нам в конкретный момент освещенной части Луны, для которой мы применяем общеизвестные названия типа «полная луна», «молодая луна», «старая луна», «лунная четверть» и пр., на языке астрономов и астрологов именуется ее фазой . В связи с изменением взаимного положения Луны, Земли и Солнца фазы нашего ночного светила последовательно сменяют друг друга и этот процесс непрерывно повторяется с периодом, называемым синодическим лунным месяцем. Данный механизм показан рис.1.3.

Рис.1.3. Механизм формирования лунных фаз

Синодический лунный месяц принято определять как период от новолуния до новолуния. Собственно, сам термин происходит от греческого синодос , что означает «соединение», поскольку в новолунение Луна как бы соединяется с Солнцем. Синодический месяц на пару с небольшим суток длиннее сидерического месяца, о котором мы говорили выше. Это объясняется тем, что за время полного оборота Луны по своей орбите Земля проходит некоторое расстояние по своей орбите, вследствие чего Солнце смещается по эклиптике, «убегая» от Луны, и Луне требуется сделать чуть больше полного оборота, чтобы его «догнать» (см. рис.1.4).

Рис.1.4. Синодический месяц

Вследствие влияния сочетания множества факторов длительность синодического месяца непостоянна. Его среднее значение равно 29,530588 суток (29 суток 12 часов 44 минуты и 2,8 секунды), а отклонение от среднего значения достигает примерно ± 13 часов. Именно синодический месяц является основной единицей большинства лунных календарей, т.к. он, в отличие от других лунных периодов, отмеряется путем наблюдения за фазами луны невооруженным глазом. Но об этом мы поговорим в следующей главе, а пока продолжим разбор лунной небесной механики.

Прежде, чем говорить о движении Луны по небесной сфере, остановимся на самой этой сфере. Когда мы смотрим на небо и видим перемещение светил, нам кажется, будто они вращаются вокруг нас. Такой точки зрения, т.е. геоцентрической, люди придерживались с древних времен, до появления в средние века гелиоцентрической системы Коперника. И теперь каждый знает, что светила движутся по небу потому, что вращается Земля. Однако для целей небесной картографии удобнее придерживаться старой, ненаучной схемы с неподвижным наблюдателем в центре вращающейся небесной сферы. На рис.1.5 показан один из таких вариантов.

Рис.1.5. Геометрия небесной сферы и механика видимого движения светил

Небесная сфера поделена на две полусферы горизонтом наблюдателя, вследствие чего для наблюдения доступна только верхняя полусфера. На горизонте имеются стороны света - север, юг, восток и запад, соответствующие реальным. Небесная сфера имеет самую высокую точку - зенит, противоположную ей - надир, а также ось мира , вокруг которой она вращается по часовой стрелке и которая совпадает с осью вращения Земли. Точки небесной сферы, через которые проходит ось мира, именуются полюсами мира - северным и южным. Угол между осью мира и горизонтом равен широте местности, на которой находится земной наблюдатель - в нашем примере это примерно 50-60°, что соответствует средней полосе России.

Звезды жестко «закреплены» на небесной сфере и вращаются вместе с ней по видимым орбитам, паралелльным друг другу и небесному экватору , плоскость которого совпадает с плоскостью земного экватора. В отличие от звезд, Cолнце не привязано жестко к небесной сфере. Его проекция на звезды вследствие вращения Земли по орбите медленно движется по траектории, называемой эклиптикой . Ее плоскость совпадает с плоскостью орбиты Земли и вследствие наклона земной оси образует с плоскостью небесного экватора угол около 23,5° Из-за этого угла высота солнца в наивысшей точке над горизонтом меняется в течение года. Также меняется и время восхода и захода нашего светила. Именно поэтому зимой холодно и дни короче, хотя в это время Земля на орбите расположена к Солнцу ближе, чем летом (парадокс!).

Из-за движения по эклиптике солнце постоянно смещается по отношению к звездам на восток, т.е. отстает от них примерно на 1° (примерно на два своих угловых диаметра) в сутки. Суточное смещение относительно небесного экватора несколько меньше, особенно вблизи точек солнцестояния, поэтому в течение дня солнце движется почти параллельно звездам. Карта расположения эклиптики на звездном небе приведена на рис.1.6.

Рис.1.6. Эклиптика на карте звездного неба
(В.П.Чехович. Что и как наблюдать на небе. М., Наука, 1984, рис.29)

На данной карте прямая линия - это линия небесного экватора, а линия, похожая на синусоиду, это и есть линия эклиптики. Точки пересечения эклиптики с экватором есть точки равноденствия, а точки экстремумов есть точки солнцестояния. Обратите внимание - Солнце движется по эклиптике с запада на восток, т.е. справа налево, в отличие от привычных синусоид на графиках процессов! Также надо иметь в виду, что карта эклиптики лишь показывает траекторию, которую прочерчивает на фоне звезд Солнце за один оборот Земли, но не дает информации о том, в какой именно ее точке в конкретный момент времени оно находится, поскольку оно движется по эклиптике неравномерно, а Земля совершает полный оборот не за целое число дней. Для определения точного положения надо пользоваться эфемеридами - таблицами координат и параметров небесных объектов, которые расчитываются и издаются различными научными организациями и энтузиастами (см., например, астрономический ежегодник РАН). Кроме того, положение может быть расчитано с помощью специальных компьютерных программ.

Двигаясь по эклиптике, Солнце попадает в созвездия, которые именуют зодиакальными . Именно положение Солнца в этих созвездиях является главной основой для расчетов во всевозможных гороскопах. Однако следует заметить, что общепринятые даты прохождения Солнца по зодиакальным созвездиям были актуальны пару-тройку тысяч лет назад, когда зарождались астрономия и астрология. В настоящий момент, вследствие перемещения солнца относительно звезд линия эклиптики сместилась по Зодиаку в сторону отставания примерно на один знак. При этом вместе с экватором она сместилась еще и к зениту, в результате чего в ряду зодиакальных созвездий появилось тринадцатое - Змееносец. Как это отразилось на астрологии, мы рассмотрим в другой публикации. Сейчас же нам надо посмотреть, как движется по небесной сфере Луна. Обратимся к схеме рис.1.7.

Рис.1.7. К движению Луны по небесной сфере

Для упрощения исключим из схемы горизонт и привяжем координаты Луны к эклиптике. В таком случае движение Луны по небесной сфере будет складываться из движения эклиптики и движения Луны относительно эклиптики. Максимально отклонение Луны от эклиптики при этом будет равно наклонению лунной орбиты, т.е. примерно 5°, а в лунных узлах траектория будет с эклиптикой пересекаться. При этом надо учитывать, что узлы лунной орбиты смещаются навстречу движению Луны, т.е. к западу, примерно на 1,5° за один оборот, и линия движения Луны будет все время деформироваться, завершая полный цикл движения узлов за 18,6 лет (см. выше), но при этом все время оставаясь в «трубке» вокруг эклиптики шириной ±5°. Кроме того, при этом будет меняться амплитуда колебаний траектории относительно экватора от 28,5° до 18,5°, поскольку угол наклона лунной орбиты к плоскости эклиптики будет суммироваться с углом наклона последней к экватору с разными знаками и коэффициентами.

Для прогнозирования координат Луны на нужную дату требуется еще более сложный и громоздкий расчет, чем для Солнца. Это связано с тем, что на движение Луны оказывает влияние исключительно большое число переменных параметров. Существует несколько математических моделей движения луны по небесной сфере и так же, как для Солнца, издаются ежегодники эфемерид.

Для примера на рис.1.8 показано несколько траекторий движения Луны по небесной сфере, построенных по таблицам эфемерид, взятых на сайте NASA . Обратите внимание - Луна, как и Солнце, движется по карте с запада на восток, т.е. справа налево, в отличие от привычных синусоид на графиках процессов! Кроме того, как и в случае с Солнцем, данные траектории не дают точной информации о том, в какой точке находится Луна в конкретный момент времени. И еще надо иметь в виду, что Солнце проходит свой путь по эклиптике за один оборот Земли, т.е примерно за один календарный год, а Луна проходит каждую свою траекторию вдоль эклиптики всего за один лунный сидерический месяц. Иными словами, все эти картинки - это не реальное совместное движение Солнца и Луны, а лишь звездные маршруты, по которым им предписано двигаться.

Рис.1.8. Траектории движения Луны на карте звездного неба

В своем суточном движении Луна отстает от звезд еще больше, чем Солнце - примерно на 13° в сутки, что равно примерно 26 (двадцати шести!) видимым лунным диаметрам. Это заметно на глаз. За сутки Луна также существенно (в максимуме до 5-6°, т.е. до 10-12 диаметров) смещается и относительно небесного экватора. Вследствие этого спиральный характер у лунных траекторий гораздо более заметен, чем у солнечных.

Примечание. Все приведенные выше графики движения Солнца и Луны справедливы для наблюдателя, находящегося в точке, совпадающей с центром Земли. Для наблюдателя, находящегося на поверхности земного шара, появляется дополнительная составляющая смещения, обусловленная параллаксом , т.е. изменением положения Солнца и Луны относительно бесконечно удаленной сферы за счет изменения положения наблюдателя. В нашем случае положение наблюдателя изменяется как при изменении широты местности, так и по причине вращения Земли. Вследствие параллакса отклонение видимого положения Луны (от расчитанного для центра Земли) может достигать 2-х градусов, т.е. до 4-х видимых лунных диаметров. Это весьма существенно, особенно применительно к солнечным и лунным затмениям.

Про солнечные и лунные затмения и их природу должны знать все. Здесь лишь добавим, что солнечное затмение происходит строго в момент новолуния, при этом для полного солнечного затмения Луна должна находиться в плоскости эклиптики, т.е. в одном из своих узлов, причем для конкретной местности еще и с учетом параллакса, о котором мы только что говорили выше, а видимый угловой диаметр Луны должен быть больше или равен угловому диаметру Солнца. Сочетание таких параметров бывает не часто, поэтому полное солнечное затмение для конретной местности - чрезвычайно редкое явление. Частные затмения, когда Луна не закрывает солнечный диск полностью, случаются чаще, но все равно не каждый год.

Лунные затмения, в противоположность солнечным, можно наблюдать только в моменты, близкие к новолунию, но поскольку теневой конус от Земли, в который попадает Луна, имеет в 2,5 раза больший телесный угол, чем видимый угловой диаметр Луны, наблюдать полное затмение можно практически с любой точки ночной стороны Земли и они гораздо более длительные. По этой причине лунные затмения в конкретной местности происходят чаще солнечных. Следует отметить, что во время лунного затмения Луна полностью не исчезает, что объясняется ее подсветкой солнечными лучами, огибающими Землю за счет эффекта преломления в атмосфере.

Лунные и солнечные затмения, безусловно, значимые природные явления, неординарно воспринимаемые даже животными, не говоря уже о людях. Но они случаются крайне редко и говорить о каком-либо систематическом их влиянии на живую и неживую природу не приходится. По этой причине далее мы их рассматривать не будем.

Подводя итог, просуммируем:

1. Луна является аномально крупным спутником и может оказывать весьма ощутимое гравитационное влияние.

2. Видимый угловой диаметр Луны незначительно меняется и может совпадать с видимым угловым диаметром Солнца.

3. Луна постоянно обращена к Земле одной стороной.

4. Параметры лунной орбиты циклически изменяются с разными периодами.

5. Траектории движения Луны относительно звезд располагаются вблизи эклиптики и с каждым оборотом видоизменяются, повторяясь через 18,6 лет.

6. В зависимости от выбора параметра для отсчета выделяются несколько типов лунных месяцев:

сидерический (по прохождению небесного меридиана);
аномалистический (по прохождению перигея);
драконический (по прохождению восходящего узла);
тропический (по прохождению долготы эклиптики);
синодический (по повторению лунной фазы).

В 1609 году, после изобретения телескопа, человечество сумело впервые подробно рассмотреть свой космический спутник. С тех пор Луна - это наиболее изученное космическое тело, а также первое, на котором сумел побывать человек.

Первое, с чем предстоит разобраться - чем же является наш спутник? Ответ неожиданный: хотя Луна и считается спутником, технически она является такой же полноценной планетой, как и Земля. У нее большие размеры - 3476 километров в поперечнике на экваторе - и масса в 7,347×10 22 килограмм; Луна лишь немногим уступает , самой маленькой планете Солнечной Системы. Все это делает ее полноценным участником гравитационной системы Луна-Земля.

Известен и другой такой тандем в Солнечной системе, и Харон. Хотя вся масса нашего спутника составляет чуть больше сотой части массы Земли, Луна не обращается вокруг самой Земли - у них есть общий центр массы. А близость к нам спутника порождает еще один интересный эффект, приливный захват. Из-за него Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной.

Более того, изнутри Луна устроена как полноценная планета - у нее есть кора, мантия и даже ядро, а в далеком прошлом на ней существовали вулканы. Однако от древних ландшафтов уже ничего не осталось - на протяжении четырех с половиной миллиардов лет истории Луны на нее падали миллионы тонн метеоритов и астероидов, которые избороздили ее, оставив кратеры. Некоторые удары были настолько сильны, что прорвали ее кору вплоть до самой мантии. Котлованы от таких столкновений образовали лунные моря, темные пятна на Луне, которые легко различимы с . Более того, они присутствуют исключительно на видимой стороне. Почему? Об этом мы расскажем дальше.

Среди космических тел, Луна влияет на Землю сильнее всего - кроме, разве, Солнца. Лунные приливы, которые регулярно поднимают уровень воды в мировом океане - наиболее очевидное, но не самое сильное воздействие спутника. Так, постепенно отдаляясь от Земли, Луна замедляет вращение планеты - солнечный день вырос из первоначальных 5 до современных 24-х часов. А еще спутник служит естественным барьером против сотен метеоритов и астероидов, перехватывая их на подлете к Земле.

И вне сомнения, Луна - это лакомый объект для астрономов: как любителей, так и профессионалов. Хотя расстояние до Луны измерено с точностью до метра с помощью лазерных технологий, а образцы грунта с нее неоднократно привозили на Землю, там все еще остается место для открытий. Например, ученые охотятся за лунными аномалиями - таинственными вспышками и сияниями на поверхности Луны, не всем из которых находится объяснение. Оказывается, наш спутник скрывает гораздо больше, чем видно на поверхности - давайте же разберемся в тайнах Луны вместе!

Топографическая карта Луны

Характеристики Луны

Научному изучению Луны сегодня больше 2200 лет. Движение спутника на небосклоне Земли, фазы и расстояние от него до Земли были подробно описаны еще древними греками - а внутреннее строение Луны и ее история исследуются по сей день космическими аппаратами. Тем не менее века работы философов, а затем физиков и математиков дали весьма точные данные о том, как выглядит и движется наша Луна, и почему она именно такая. Все сведения о спутнике можно разделить на несколько категорий, взаимовытекающих друг из друга.

Орбитальные характеристики Луны

Как движется Луна вокруг Земли? Если бы наша планета была неподвижной, спутник вращался бы по почти идеальному кругу, время от времени незначительно приближаясь и отдаляясь от планеты. Но ведь и сама Земля вокруг Солнца - Луне приходится постоянно «догонять» планету. А еще наша Земля не является единственным телом, с которым наш спутник взаимодействует. Солнце, находящееся в 390 раз дальше Земли от Луны, массивнее Земли в 333 тысячи раз. И даже с учетом закона обратных квадратов, по которому интенсивность любого источника энергии резко падает при отдалении, Солнце притягивает Луну в 2,2 раза сильнее Земли!

Поэтому конечная траектория движения нашего спутника напоминает спираль, да еще и непростую. Ось лунной орбиты колеблется, сама Луна периодически приближается и отдаляется, а в глобальных масштабах и вовсе улетает от Земли. Эти же колебания приводят к тому, что видимая сторона Луны - это не одно и то же полушарие спутника, но разные его части, которые попеременно поворачиваются к Земле из-за «покачивания» спутника на орбите. Эти перемещения Луны по долготе и широте называются либрациями, и позволяют заглянуть за обратную сторону нашего спутника задолго до первого облета космическими аппаратами. С востока на запад Луна проворачивается на 7,5 градуса, а с севера на юг - на 6,5. Поэтому с Земли легко можно увидеть оба полюса Луны.

Конкретные орбитальные характеристики Луны полезны не только астрономам и космонавтам - к примеру, фотографами особенно ценится суперлуние: фаза Луны, в которой она достигает максимального размера. Это полнолуние, во время которого Луна находится в перигее. Приведем основные параметры нашего спутника:

Орбита Луны - эллиптическая, ее отклонение от идеального круга, составляет около 0,049. Учитывая колебания орбит, минимальное расстояние спутника до Земли (перигей) оставляет 362 тысячи километров, а максимальное (апогей) - 405 тысяч километров.
Общий центр массы Земли и Луны находится за 4,5 тысячи километров от центра Земли.
Сидерический месяц - полное прохождение Луны по своей орбите - проходит за 27,3 дня. Однако для полного оборота вокруг Земли и смены лунных фаз требуется на 2,2 дня больше - ведь за то время, что Луна идет по своей орбите, Земля пролетает тринадцатую часть собственной орбиты вокруг Солнца!
Луна находится в приливном захвате Земли - она вращается вокруг своей оси с той же скоростью, что и вокруг Земли. Из-за этого Луна постоянно повернута к Земле одной и той же стороной. Такое состояние характерно для спутников, которые находятся очень близко к планете.

Ночь и день на Луне очень долгие - по половине земного месяца.
В те периоды, когда Луна выходит из-за земного шара, ее видно на небе - тень нашей планеты постепенно сползает со спутника, позволяя освещать его Солнцу, а затем обратно закрывает его. Смены освещенности Луны, видимые с Земли, называются ее . Во время новолуния спутника не видно на небе, в фазе молодой Луны появляется ее тонкий серп, напоминающий завиток буквы «Р», в первой четверти Луна освещена ровно наполовину, а во время полнолуния ее заметно лучше всего. Дальнейшие фазы - вторая четверть и старая луна - происходят в обратном порядке.

Интересный факт: так как лунный месяц короче календарного, иногда за один месяц может быть два полнолуния - второе называется «голубой луной». Она такая же яркая, как и обычная полня - Землю она освещает на 0,25 люкс (для примера, обычное освещение внутри дома составляет 50 люкс). Сама Земля освещает Луну в 64 раза сильнее - целых 16 люкс. Разумеется, весь свет не собственный, а отраженный солнечный.

Орбита Луны наклонена к плоскости орбиты Земли и регулярно ее пересекает. Наклонение спутника постоянно меняется, варьируясь между 4,5° и 5,3°. На смену наклонения Луны уходит больше 18 лет.
Луна движется вокруг Земли со скоростью 1,02 км/с. Это намного меньше скорости движения Земли вокруг Солнца - 29,7 км/с. Максимальная скорость космического аппарата, достигнутая зондом для исследования Солнца «Гелиос-Б», составляла 66 километров в секунду.

Физические параметры Луны и ее состав

Для того чтобы понять, насколько большая Луна и из чего она состоит, людям понадобилось немало времени. Только в 1753 году ученый Р. Бошкович сумел доказать, что у Луны нет существенной атмосферы, равно как и жидких морей - при покрытии Луной звезды исчезают мгновенно, когда наличие дало бы возможность наблюдать их постепенное «затухание». Еще 200 лет понадобилось на то, чтобы советская станция «Луна-13» в 1966 году измерила механические свойства поверхности Луны. А про обратную сторону Луны вообще не было ничего не известно вплоть до 1959 года, пока аппарат «Луна-3» не сумел сделать первые ее снимки.

Команда космического корабля «Аполлон-11» доставила первые образцы на поверхность в 1969 году. Также они стали первыми людьми, которые побывали на Луне - до 1972 года на ней приземлилось 6 кораблей, и высадились 12 астронавтов. В достоверности этих полетов часто сомневались - однако многие пункты критиков исходили из их несведущести в космическом деле. Американский флаг, который по уверениям конспирологов «не мог развеваться в безвоздушном пространстве Луны», на самом деле твердый и статичный - его специально укрепили твердыми нитями. Это было сделано специально для того, чтобы сделать красивые снимки - провисшее полотно не столь зрелищное.

Многие искажения цветов и форм рельефа в отражениях на шлемах скафандров, в которых искали фальсификат, были обусловлены золотым напылением на стекле, защищающем от ультрафиолетового . Советские космонавты, которые смотрели трансляцию высадки астронавтов в реальном времени, также подтвердили достоверность происходящего. А кто сможет обмануть эксперта в своем деле?

А полные геологические и топографические карты нашего спутника составляются по сегодняшний день. В 2009 году космическая станция LRO (англ. «Lunar Reconnaissance Orbiter», Лунный Орбитальный Зонд) не только доставила самые детальные снимки Луны в истории, но и доказала наличие на ней большого количества замерзшей воды. Он же поставил точку в дискуссии о том, были ли люди на Луне, засняв следы деятельности команды «Аполлон» с низкой орбиты Луны. Аппарат был укомплектован оборудованием из нескольких стран мира, в том числе и из России.

Так как к исследованию Луны подключаются новые космические государства вроде Китая и частные компании, свежие данные поступают каждый день. Мы собрали основные параметры нашего спутника:

Площадь поверхности Луны занимает 37,9х10 6 квадратных километров - около 0,07% от всей площади Земли. Невероятно, но это лишь на 20% превышает площадь всех заселенных человеком местностей на нашей планете!
Средняя плотность Луны 3,4 г/см 3 . Она на 40% меньше плотности Земли - в первую очередь из-за того, что спутник лишен многих тяжелых элементов вроде железа, которыми богата наша планета. Кроме того, 2% массы Луны приходится на реголит - мелкую крошку камня, созданную космической эрозией и ударами метеоритов, плотность которой ниже обычной породы. Его толща в отдельных местах достигает десятков метров!
Все знают, что Луна намного меньше Земли, что сказывается на ее гравитации. Ускорение свободного падения на ней составляет 1,63 м/с 2 - всего 16,5 процентов от всей силы притяжения Земли. Прыжки астронавтов на Луне были очень высокими несмотря даже на то, что их скафандры весили 35,4 килограмма - почти как рыцарские доспехи! При этом они еще сдерживались: падение в условиях вакуума было достаточно опасным. Ниже - видео прыжков астронавта из прямой трансляции.

Лунные моря охватывают около 17% всей Луны - в основном ее видимую сторону, которая почти на треть покрыта ими. Они являются следами ударов особенно тяжелых метеоритов, которые буквально сорвали со спутника его кору. В этих местах от мантии Луны поверхность отделяет лишь тонкий, полукилометровый слой застывшей лавы - базальта. Поскольку ближе к центру любого большого космического тела концентрация твердых веществ растет, в лунных морях больше металла, чем где-либо по Луне.
Основная форма рельефа Луны - это кратеры и другие производные от ударов и ударными волнами, которастероидов. Лунные горы и цирки были построены громадными ые изменяли структуру поверхности Луны до неузнаваемости. Особенно сильна их роль была в начале истории Луны, когда та была еще жидкой - падения поднимали целые волны расплавленного камня. Это же стало причиной образования лунных морей: обращенная к Земле сторона была сильнее раскалена из-за концентрации в ней тяжелых веществ, из-за чего астероиды влияли на нее сильнее, чем на прохладную обратную сторону. Причиной такого неравномерного распределения вещества стало притяжение Земли, особенно сильное в начале истории Луны, когда та была ближе.

Кроме кратеров, гор и морей, в луне существуют пещеры и трещины - уцелевшие свидетели тех времен, когда недра Луны были также раскалены, как и , и на ней действовали вулканы. В этих пещерах часто присутствуют водные льды, как и у кратеров на полюсах, из-за чего их часто рассматривают как места для будущих лунных баз.
Настоящий цвет поверхности Луны - очень темный, ближе к черному. По всей же Луне попадаются самый разные цвета - от бирюзово-голубого до почти оранжевого. Светло-серый оттенок Луны из Земли и на снимках обусловлен высокой освещенностью Луны Солнцем. Из-за темного цвета, поверхность спутника отражает лишь 12% от всех лучей, падающих от нашего светила. Будь Луна светлее - и во время полнолуний было бы светло как днем.

Как сформировалась Луна?

Исследование минералов Луны и ее история - одна из самых тяжелых для ученых дисциплин. Поверхность Луны открыта для космических лучей, а тепло у поверхности нечему задерживать - поэтому спутник днем накаляется до 105° C, а ночью остывает до –150° C. Двухнедельная продолжительность дня и ночи усиливает влияние на поверхность - и в итоге минералы Луны изменяются до неузнаваемости со временем. Однако удалось кое-что выяснить.

Сегодня считается, что Луна - это продукт столкновения крупного зародыша планеты, Тейи, с Землей, который произошел миллиарды лет назад, когда наша планета была полностью расплавленной. Часть столкнувшейся с нами планеты (а она была размером с ) была поглощена - но ее ядро вместе с частью поверхностной материи Земли было выброшено по инерции на орбиту, где и осталалось в виде Луны.

Это доказывает уже упоминавшийся выше дефицит железа и других металлов на Луне - к тому времени, когда Тейя, вырвала кусок земного вещества, большая часть тяжелых элементов нашей планеты была притянута гравитацией внутрь, к ядру. Это столкновение отразилось на дальнейшем развитии Земли - она стала вращаться быстрее, а ось ее вращения наклонилась, из-за чего стала возможной смена сезонов.

Дальше Луна развивалась как обычная планета - у нее сформировалось железное ядро, мантия, кора, литосферные плиты и даже своя атмосфера. Однако малая масса и бедный на тяжелые элементы состав привел к тому, что недра нашего спутника быстро остыли, а атмосфера - испарилась от высокой температуры и отсутствия магнитного поля. Однако кое-какие процессы внутри все еще происходят - из-за движений в литосфере Луны иногда происходят лунотрясения. Они представляют одну из главных опасностей для будущих колонизаторов Луны: их размах доходит до 5 с половиной баллов по шкале Рихтера, а длятся они куда дольше земных - нет океана, способного вобрать в себя импульс движения земных недр.

Основные химические элементы на Луне - это кремний, алюминий, кальций и магний. Минералы, которые образуют эти элементы, схожие с земными и даже встречаются на нашей планете. Однако главное отличие минералов Луны - это отсутствие воздействия воды и кислорода, вырабатываемого живыми существами, высокая доля метеоритных примесей и следы воздействия космического излучения. Озоновый слой Земли сформировался достаточно давно, а атмосфера сжигает большую часть массы падающих метеоритов, позволяя воде и газам медленно, но уверенно менять облик нашей планеты.

Будущее Луны

Луна - это первое космическое тело после Марса, которое претендует на первоочередную колонизацию человеком. В некотором смысле Луна уже освоена - СССР и США оставили на спутнике государственные регалии, а орбитальные радиотелескопы прячутся за обратной стороной Луны от Земли, генератора множества помех в эфире. Однако что ждет наш спутник в будущем?

Главный процесс, о котором уже не раз упоминалось в статье - это отдаление Луны за счет приливного ускорения. Оно происходит достаточно медленно - спутник улетает не больше чем на 0,5 сантиметра в год. Однако важно тут совершенно другое. Дистанцируясь от Земли, Луна замедляет ее вращение. Рано или поздно может наступить момент, когда сутки на Земле будут длиться столько же, сколько лунный месяц - 29–30 дней.

Однако у удаления Луны будет свой предел. После его достижения, Луна начнет витками приближаться к Земле - причем куда быстрее, чем отдалялась. Полностью врезаться ей, однако, не удастся. За 12–20 тысяч километров от Земли начинается ее полость Роша - гравитационный предел, при котором спутник какой-либо планеты может сохранять твердую форму. Поэтому Луна на подлете будет разорвана на миллионы маленьких фрагментов. Часть из них упадет на Землю, устроив бомбардировку в тысячи раз мощнее ядерной, а остальные образуют вокруг планеты кольцо наподобие . Однако оно будет не таким ярким - кольца газовых гигантов состоят изо льда, который в разы ярче темных пород Луны - их не всегда будет видно на небе. Кольцо Земли создаст проблему астрономам будущего - если, конечно, к тому времени на планете кто-либо останется.

Колонизация Луны

Однако все это произойдет через миллиарды лет. А до тех пор человечество рассматривает Луну как первый потенциальный объект для космической колонизации. Однако что именно подразумевается под «освоением Луны»? Сейчас мы вместе просмотрим ближайшие перспективы.

Многие представляют колонизацию космоса подобно колонизации Земли времен Нового Века - поиск ценных ресурсов, их добыча, а затем доставка обратно домой. Однако это неприменимо к космосу - в ближайшие пару сотен лет доставка килограмма золота даже с ближайшего астероида будет обходиться дороже, чем его добыча из самых сложных и опасных для работы шахт. Также Луна вряд ли выступит «дачным сектором Земли» в ближайшем будущем - хотя там и есть большие месторождения ценных ресурсов, там будет тяжело выращивать еду.

Зато наш спутник вполне может стать базой для дальнейшего освоения космоса в перспективных направлениях - например, того же Марса. Главная проблема космонавтики на сегодняшний день - это ограничения по весу космических аппаратов. Для запуска приходится строить монструозные конструкции, которым нужны тонны топлива - ведь нужно преодолеть не только притяжение Земли, но и атмосферу! А если это межпланетный корабль, то нужно его еще и заправить. Это серьезно стесняет конструкторов, принуждая их предпочитать экономность функциональности.

Луна подходит для стартовой площадки космических кораблей куда лучше. Отсутствие атмосферы и низкая скорость для преодоления притяжения Луны - 2,38 км/c против 11,2 км/с Земли - делают запуски намного проще. А залежи полезных ископаемых спутника позволяют сэкономить на весе топлива - камне на шее космонавтики, который занимает значительную долю массы любого аппарата. Если развернуть производство ракетного топлива на Луне, можно будет запускать большие и сложные космические корабли, собранные с деталей, доставленных с Земли. Да и сборка на Луне будет куда проще, чем на околоземной орбите - и намного надежнее.

Существующие на сегодняшний день технологии позволяют если не полностью, то частично осуществить этот проект. Однако любые шаги в эту сторону требуют риска. Вложение громадных денег потребуют исследования на предмет нужных ископаемых, а также разработка, доставка и тестирование модулей будущих лунных баз. А одна предполагаемая стоимость запуска даже первоначальных элементов способна разорить целую сверхдержаву!

Поэтому колонизация Луны - это предмет не столько работы ученых и инженеров, сколько людей всего мира для достижения столь ценного единства. Ибо в единстве человечества кроется истинная сила Земли.

Орбита Луны - траектория, по которой Луна вращается вокруг общего с Землёй центра масс, располагающегося примерно в 4700 км от центра Земли. Каждый оборот занимает 27,3 земных суток и называется сидерическим месяцем.
Луна является естественным спутником Земли и ближайшим к ней небесным телом.

Рис. 1. Орбита Луны

Рис. 2. Сидерический и синодический месяцы
Она обращается вокруг Земли по эллиптической орбите в том же направлении, что и Земля вокруг Солнца. Среднее расстояние Луны от Земли равно 384 400 км. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости эклиптики на 5.09’ (рис. 1).
Точки пересечения орбиты Луны с эклиптикой называются узлами лунной орбиты. Движение Луны вокруг Земли для наблюдателя представляется как видимое ее движение по небесной сфере. Видимый путь Луны по небесной сфере называется видимой орбитой Луны. За сутки Луна перемещается по видимой орбите относительно звезд примерно на 13,2°, а относительно Солнца на 12,2°, так как Солнце за это время тоже перемещается по эклиптике в среднем на 1°. Промежуток времени, в течение которого Луна совершает полный оборот по своей орбите относительно звезд, называется звездным, или сидерическим, месяцем. Его продолжительность равна 27,32 средних солнечных суток.
Промежуток времени, в течение которого Луна совершает полный оборот по своей орбите относительно Солнца, называется с cинодическим месяцем.

Он равен 29,53 средних солнечных суток. Сидерический и синодический месяцы различаются примерно на двое суток за счет движения Земли по своей орбите вокруг Солнца. На рис. 2 показано, что при нахождении Земли на орбите в точке 1 Луна и Солнце наблюдаются на небесной сфере в одном и том же месте, например на фоне звезды K. Через 27,32 сут, т. е. когда Луна сделает полный оборот вокруг Земли, она снова будет наблюдаться на фоне той же звезды. Но так как Земля вместе с Луной за это время переместится по своей орбите относительно Солнца примерно на 27° и будет находиться в точке 2, то Луне необходимо еще пройти 27°, чтобы занять прежнее положение относительно Земли и Солнца, на что понадобится около 2 сут. Таким образом, синодический месяц длиннее сидерического на отрезок времени, который нужен Луне, чтобы переместиться на 27°.
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 от 18°17’. Поэтому пределы изменения склонения Луны не остаются постоянными. В некоторые периоды оно изменяется в пределах ±28°35’, а в другие - ±18°17′.
Склонение Луны и ее гринвичский часовой угол даются в ежедневных таблицах МАЕ на каждый час гринвичского времени.
Движение Луны на небесной сфере сопровождается непрерывным изменением ее внешнего вида. Происходит так называемая смена лунных фаз. Фазой Луны называется видимая часть лунной поверхности, освещенная солнечными лучами.
Рассмотрим, вследствие чего происходит изменение лунных фаз. Известно, что Луна светит отраженным солнечным светом. Половина ее поверхности всегда освещена Солнцем. Но вследствие различных взаимных положений Солнца, Луны и Земли освещенная поверхность представляется земному наблюдателю в разных видах (рис. 3).
Принято различать четыре фазы Луны: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть.
Во время новолуния Луна проходит между Солнцем и Землей. В этой фазе Луна обращена к Земле неосвещенной стороной, и поэтому она не видна земному наблюдателю. В фазе первой четверти Луна находится в таком положении, что наблюдатель видит ее в виде половины освещенного диска. Во время полнолуния Луна находится в направлении, противоположном направлению на Солнце. Поэтому к Земле обращена вся освещенная сторона Луны и она видна в виде полного диска.

Рис. 3. Положения и фазы Луны:
1 — новолуние; 2 - первая четверть; 3 - полнолуние; 4 - последняя четверть
После полнолуния видимая с Земли освещенная часть Луны постепенно уменьшается. Когда Луна достигает фазы последней четверти, она снова видна в виде половины освещенного диска. В Северном полушарии в первой четверти освещена правая половина диска Луны, а в последней - левая.
В промежутке между новолунием и первой четвертью и в промежутке между последней четвертью и новолунием к Земле обращена небольшая часть освещенной Луны, которая наблюдается в виде серпа. В промежутках между первой четвертью и полнолунием, полнолунием и последней четвертью Луна видна в виде ущербленного диска. Полный цикл смены лунных фаз происходит в течение строго определенного периода времени. Его называют периодом фаз. Он равен синодическому месяцу, т. е. 29,53 сут.
Промежуток времени между основными фазами Луны равен примерно 7 сут. Количество дней, прошедших с момента новолуния, принято называть возрастом Луны. С изменением возраста изменяются и точки восхода и захода Луны. Даты и моменты наступления основных фаз Луны по гринвичскому времени даны в МАЕ.
Движение Луны вокруг Земли является причиной лунных и солнечных затмений. Затмения происходят только тогда, когда Солнце и Луна одновременно располагаются вблизи узлов лунной орбиты. Солнечное затмение происходит, когда Луна находится между Солнцем и Землей, т. е. в период новолуния, а лунное - когда Земля находится между Солнцем и Луной, т. е. в период полнолуния.

На наше сайте вы можете заказать написание реферата по астрономии недорого. Антиплагиат. Гарантии. Выполнение в сжатые сроки.

Землю нередко и не без основания называют двойной планетой Земля-Луна. Луна (Селена, в греческой мифологии богиня Луны), наша небесная соседка, первой подверглась непосредственному изучению.

Луна – природный спутник Земли, находящийся от нее на расстоянии 384 тыс. км (60 радиусов Земли). Средний радиус Луны 1738 км (почти в 4 раза меньше земного). Масса Луны составляет 1/81 массы Земли, что значительно больше, чем подобные отношения у других планет Солнечной системы (кроме пары Плутон–Харон); поэтому систему Земля–Луна считают двойной планетой. Она имеет общий центр тяжести – так называемый барицентр, который находится в теле Земли на расстоянии 0,73 радиуса от ее центра (1700 км от поверхности Океана). Вокруг этого центра вращаются оба составляющих системы, и именно барицентр совершает движение по орбите вокруг Солнца. Средняя плотность лунного вещества 3,3 г/см 3 (земного – 5,5 г/см 3). Объем Луны в 50 раз меньше Земли. Сила лунного притяжения в 6 раз слабее земного. Луна вращается вокруг своей оси, из-за чего немного сплюснута у полюсов. Ось вращения Луны составляет с плоскостью лунной орбиты угол 83°22". Плоскость орбиты Луны не совпадает с плоскостью орбиты Земли и наклонена к ней под углом 5°9". Места пересечения орбит Земли и Луны называют узлами лунной орбиты.

Орбита Луны представляет собою эллипс, в одном из фокусов которого находится Земля, поэтому расстояние от Луны до Земли меняется от 356 до 406 тыс. км. Период орбитального обращения Луны и соответственно одинакового положения Луны на небесной сфере называют сидерическим (звездным) месяцем (лат. sidus, sideris (род. п.) – звезда). Он составляет 27,3 земных суток. Сидерический месяц совпадает с периодом суточного вращения Луны вокруг оси из-за их одинаковой угловой скорости (ок. 13,2° в сутки), установившейся по причине тормозящего воздействия Земли. Из-за синхронности этих движений Луна обращена к нам всегда одной стороной. Однако мы видим почти 60% ее поверхности благодаря либрации – кажущемуся покачиванию Луны вверх-вниз (из-за несовпадения плоскостей лунной и земной орбит и наклона оси вращения Луны к орбите) и влево-вправо (ввиду того что Земля находится в одном из фокусов лунной орбиты, а видимое полушарие Луны смотрит в центр эллипса).

При движении вокруг Земли Луна занимает различные положения относительно Солнца. С этим связаны различные фазы Луны, т. е. разные формы ее видимой части. Основные четыре фазы: новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть. Линию на поверхности Луны, отделяющую освещенную часть Луны от неосвещенной, называют терминатором.

В новолуние Луна находится между Солнцем и Землей и обращена к Земле неосвещенной стороной, поэтому невидна. В первую четверть Луна видна с Земли на угловом расстоянии 90° от Солнца, а солнечные лучи освещают лишь правую половину обращенной к Земле стороны Луны. В полнолуние Земля находится между Солнцем и Луной, обращенное к Земле полушарие Луны ярко освещено Солнцем, и Луна видна как полный диск. В последнюю четверть Луна вновь видна с Земли на угловом расстоянии 90° от Солнца, а солнечные лучи освещают левую половину видимой стороны Луны. В промежутках между этими основными фазами Луна видна то в виде серпа, то как неполный диск.

Период полной смены лунных фаз, т. е. период возвращения Луны в первоначальное положение относительно Солнца и Земли, называют синодическим месяцем. Он составляет в среднем 29,5 средних солнечных суток. В течение синодического месяца на Луне один раз происходит смена дня и ночи, продолжительность которых =14,7 суток. Синодический месяц более чем на двое суток больше сидерического. Это результат того, что направление осевого вращения Земли и Луны совпадает с направлением орбитального движения Луны. Когда Луна за 27,3 суток совершит полный оборот вокруг Земли, Земля по своей орбите вокруг Солнца продвинется примерно на 27°, так как ее угловая орбитальная скорость около 1° в сутки. При этом Луна займет то же положение среди звезд, но не будет в фазе полнолуния, так как для этого ей надо продвинуться по своей орбите еще на 27° за «убежавшей» Землей. Поскольку угловая скорость движения Луны равна примерно 13,2° в сутки, она преодолевает это расстояние примерно за двое суток и дополнительно продвигается еще на 2° за движущейся Землей. В результате синодический месяц оказывается на двое с лишним суток больше сидерического. Хотя Луна движется вокруг Земли с запада на восток, видимое перемещение ее на небосводе происходит с востока на запад благодаря большой скорости вращения Земли по сравнению с орбитальным движением Луны. При этом во время верхней кульминации (высшей точки своего пути на небосводе) Луна показывает направление меридиана (север – юг), чем можно пользоваться для приблизительной ориентировки на местности. А так как верхняя кульминация Луны при разных фазах происходит в разные часы суток: при первой четверти – около 18 ч, во время полнолуния – в полночь, при последней четверти – около 6 ч утра (по местному времени), то этим можно пользоваться и для приблизительной оценки времени ночью.