Орієнтування з сонця, місяця та зірок. Про фази місяця та затемнення Місяць видно ввечері як серп, який звернений

Місяць рухається навколо Землі в той самий бік, в який Земля обертається навколо своєї осі. Відображенням цього руху, як знаємо, є видиме переміщення Місяця і натомість зірок назустріч обертанню неба. Щодобово Місяць зміщується на схід щодо зірок приблизно на 13°, а через 27,3 діб повертається до тих самих зірок, описавши на небесній сфері повне коло.

Період звернення Місяця навколо Землі щодо зірок(В інерційній системі відліку) називається зоряним або сидеричним(від лат. sidus – зірка) місяцем. Він становить 27,3 діб.

Видимий рух Місяця супроводжується безперервною зміною її виду - зміною фаз. Відбувається це тому, що Місяць займає різні положення щодо Сонця і Землі, що її висвітлює. Схема, що пояснює зміну фаз Місяця, показано малюнку 20.

Коли Місяць видно нам як вузький серп, решта його диска теж трохи світиться. Це явище називається попелястим світломі пояснюється тим, що Земля висвітлює нічний бік Місяця відбитим сонячним світлом.

Проміжок часу між двома послідовними однаковими фазами Місяця називається синодичним місяцем(Від грец. Synodos - з'єднання); це період звернення Місяця навколо Землі щодо Сонця. Він дорівнює (як показують спостереження) 29,5 діб.

Таким чином, синодичний місяць довший за сидеричний. Це легко зрозуміти, знаючи, що однакові фази Місяця наступають при однакових її положеннях щодо Землі та Сонця. На малюнку 21 взаємне розташування Землі Т і Місяця L відповідає моменту молодика. Місяць L через 27,3 діб, зробивши повний оборот, займе колишнє положення щодо зірок. Земля Т за цей час разом з Місяцем пройде по своїй орбіті щодо Сонця дугу ТТ 1 , рівну майже 27 °, так що кожної доби вона зміщується приблизно на 1 °. Щоб Місяць L 1 зайняв колишнє положення щодо Сонця і Землі Т 1 (прийшов у молодик), знадобиться ще дві доби. Дійсно, Місяць проходить за добу 360 °: 27,3 діб = 13 ° / добу, щоб пройти дугу в 27 °, їй необхідно. 27 °: 13 ° / добу = 2 добу. Так і виходить, що синодичний місяць Місяця становить близько 29,5 земної доби.

Ми бачимо завжди тільки одну півкулю Місяця. Це іноді сприймається як відсутність її осьового обертання. Насправді це пояснюється рівністю періодів обертання Місяця навколо осі та її навернення навколо Землі.

Перевірте це, обводячи навколо себе предмет і одночасно повертаючи його навколо осі з періодом, що дорівнює періоду обведення.

Обертаючись навколо осі, Місяць поперемінно звертає до Сонця різні свої сторони. Отже, на Місяці відбувається зміна дня та ночі, і сонячна доба дорівнює синодичному періоду (її обороту щодо Сонця). Таким чином, на Місяці тривалість дня дорівнює двом земним тижням і два наші тижні становлять там ніч.

Легко зрозуміти що фази Землі та Місяця взаємно протилежні. Коли Місяць майже повний, Земля з Місяця видно, як вузький серп. На малюнку 42 представлена ​​фотографія неба і місячного горизонту із Землею, яка має лише її освітлена частина - менше півкола.

Вправа 5

1. Серп Місяця ввечері обернений опуклістю вправо та близький до горизонту. У якому боці горизонту він?

2. Сьогодні верхня кульмінація Місяця відбулася опівночі. Коли настане наступна верхня кульмінація Місяця?

3. Через які проміжки часу зірки кульмінують на Місяці?

2. Місячні та сонячні затемнення

Земля і Місяць, освітлені Сонцем (рис. 22), відкидають конуси тіні (що сходяться) і конуси півтіні (що розходяться). Коли Місяць потрапляє у тінь Землі повністю чи частково, відбувається повнеабо приватне затемнення Місяця. З Землі воно видно одночасно звідусіль, де Місяць над обрієм. Фаза повного затемнення Місяця продовжується, поки Місяць не почне виходити із земної тіні, і може тривати до 1 год 40 хв. Сонячні промені, переломлюючись в атмосфері Землі, потрапляють у конус земної тіні. При цьому атмосфера сильно поглинає блакитні та сусідні з ними промені (див. рис. 40), а пропускає всередину конуса переважно червоні, які поглинаються слабше. Ось чому Місяць при великій фазі затемнення забарвлюється в червоний колір, а не зникає зовсім. За старих часів затемнення Місяця боялися як страшного ознаки, вважали, що "місяць обливається кров'ю". Місячні затемнення бувають до трьох разів на рік, розділені майже піврічними проміжками, і, звичайно, лише в повний місяць.

Сонячне затемнення як повне видно тільки там, де на Землю падає пляма місячної тіні. Діаметр плями вбирається у 250 км, і тому одночасно повне затемнення Сонця видно лише з малому ділянці Землі. Коли Місяць переміщається своєю орбітою, її тінь рухається Землі із заходу Схід, послідовно викреслюючи вузьку смугу повного затемнення (рис. 23).

Там, де на Землю падає півтінь Місяця, спостерігається приватне затемнення Сонця(Рис. 24).

Внаслідок невеликої зміни відстаней Землі від Місяця та Сонця видимий кутовий діаметр Місяця буває то трохи більше, то трохи менше сонячного, то дорівнює йому. У першому випадку повне затемнення Сонця триває до 7 хв 40 с, у третьому - лише одну мить, а в другому Місяць взагалі не закриває Сонця цілком, спостерігається кільцеподібне затемнення. Тоді навколо темного диска Місяця видно сяючий обідок сонячного диска.

На основі точного знання законів руху Землі та Місяця обчислені на сотні років наперед моменти затемнень і те, де і як вони будуть видно. Складено карти, на яких показані смуга повного затемнення, лінії (ізофази), де затемнення буде видно в однаковій фазі, і лінії, щодо яких для кожної місцевості можна відрахувати моменти початку, кінця та середини затемнення.

Сонячних затемнень на рік для Землі може бути від двох до п'яти, у разі обов'язково приватних. В середньому в тому самому місці повне сонячне затемнення буває видно надзвичайно рідко - лише одного разу протягом 200-300 років.

Особливий інтерес для науки становлять повні затемнення Сонця, які наводили раніше забобонний страх на неосвічених людей. Такі затемнення вважали ознакою війни, кінця світу.

Астрономи роблять експедиції у смугу повного затемнення, щоб протягом секунд, рідко хвилин повної фази вивчати зовнішні розріджені оболонки Сонця, невидимі безпосередньо поза затемненням. Під час повного сонячного затемнення небо темніє, вздовж горизонту горить заграва кільце - свічення атмосфери, освітленої променями Сонця в місцевостях, де затемнення неповне, навколо чорного сонячного диска простягаються перлинні промені так званої сонячної корони (рис. 9).

Якби площина місячної орбіти збігалася з площиною, екліптики, то в кожен молодик відбувався б сонячний, а в кожен місяць - місячне затемнення. Але площина місячної орбіти перетинає площину екліптики під кутом 5°9". Тому Місяць зазвичай проходить на північ або південніше площини екліптики, і затемнень не відбувається. Лише протягом двох періодів у році, розділених майже півроком, коли в повні та молоді Місяць знаходиться поблизу екліптики , можливе настання затемнення.

Площина місячної орбіти обертається у просторі (це з видів обурень у русі Місяця, вироблених тяжінням Сонця) * і за 18 років робить повний поворот. Тому періоди можливих затемнень зміщуються за датами року. Вчені давнини помітили періодичність у затемненнях, пов'язану з цим 18-річним періодом, і могли приблизно прогнозувати настання затемнень. Наразі помилки передрахування моментів затемнення становлять менше 1 с.

Відомості про майбутні затемнення та умови їх видимості даються в "Шкільному астрономічному календарі".

Вправа 6

1. Вчора був повний місяць. Чи може бути затемнення Сонця завтра? через тиждень?

2. Післязавтра буде сонячне затемнення. Чи буде сьогодні місячна ніч?

3. Чи можна з Північного полюса Землі спостерігати сонячне затемнення 15 листопада? 15 квітня? Відповідь пояснити.

4. Чи можна з Північного полюса Землі бачити місячні затемнення, що відбуваються у червні та листопаді? Відповідь пояснити.

5. Як відрізнити фазу затемнення Місяця від однієї з її звичайних фаз?

6. Яка тривалість сонячних затемнень на Місяці порівняно із тривалістю їх на Землі?

Послідовна зміна видимого місяця на небі

Місяць проходить наступні фази освітлення:

• молодик— стан, коли Місяць не видно. Молодий місяць - фаза Місяця, при якій її еліптична довгота така ж, як у Сонця. Таким чином, у цей час Місяць знаходиться між Землею та Сонцем приблизно на одній прямій із ними. Якщо вони знаходяться точно на одній прямій, відбувається сонячне затемнення. Місяць при молодому місяці не видно на нічному небі, оскільки він у цей час дуже близький до Сонця на небесній сфері (не далі 5°) і при цьому повернений до нас нічною стороною. Але іноді її можна побачити на тлі сонячного диска (сонячне затемнення). Крім того, через деякий час (зазвичай близько двох днів) після або до молодика при дуже ясній атмосфері все-таки можна помітити диск Місяця, освітлений відбитим від Землі слабким світлом (попелястий світ Місяця). Інтервал між новолуннями становить середньому 29,530589 діб (синодичний місяць). У молодик розпочинаються єврейський Новий рік і китайський (японський, корейський, в'єтнамський) Новий рік 60-річного циклу.
• молодий місяць— перша поява Місяця на небі після молодика у вигляді вузького серпа.
• перша чверть- Стан, коли освітлена половина Місяця.
• місяць, що прибуває
• повний місяць— стан, коли освітлено весь Місяць цілком. Повний місяць - фаза Місяця, при якій різниця екліптичних довгот Сонця і Місяця дорівнює 180 °. Це означає, що площина, проведена через Сонце, Землю та Місяць, перпендикулярна площині екліптики. Якщо всі три об'єкти знаходяться на одній лінії, відбувається місячне затемнення. Місяць у повні має вигляд правильного диска, що світиться. В астрономії момент повного місяця розраховується з точністю до декількох хвилин; у побуті повним місяцем називають зазвичай період кількох діб, протягом яких Місяць візуально майже не відрізняється від повної. Під час повні протягом декількох годин може відбуватися так званий ефект протистояння, при якому помітно зростає яскравість диска, незважаючи на його незмінні розміри. Ефект пояснюється повним зникненням (для земного спостерігача) тіней на поверхні Місяця у момент протистояння. Максимальний блиск Місяця під час повного місяця складає -12,7m.
• Старий місяць
• остання чверть— стан, коли знову висвітлено половину місяця.
• старий місяць

Щоб відрізнити першу чверть від останньої, спостерігач, що у північній півкулі може використовувати такі мнемонические правила. Якщо місячний серп у небі схожий на літеру «С(d)», то це — місяць «старіючий» або «східний», тобто це остання чверть (по-французьки dernier). Якщо ж він повернутий у зворотний бік, то, подумки приставивши до нього паличку, можна отримати букву «Р(p)» — місяць «Зростаюча», тобто це перша чверть (французькою premier).

Місяць, що росте, зазвичай спостерігається ввечері, а старіючий — вранці.

Слід зазначити, що поблизу екватора місяць завжди видно «лежачи на боці», і цей спосіб не підходить визначення фази. У Південній півкулі орієнтація серпа у відповідних фазах протилежна: зростаючий місяць (від молодика до повного місяця) схожий на букву «С» (Crescendo,<), а убывающий (от полнолуния до новолуния) похож на букву «Р» без палочки (Diminuendo, >). Цікаві факти Зазвичай, на кожен календарний місяць випадає по одній повні, але так як фази Місяця змінюються трохи швидше, ніж 12 разів на рік, іноді трапляються і другі повня за місяць, звані блакитним місяцем.

Бачачи на небі неповний диск Місяця, не кожен безпомилково визначить, чи це молодий місяць, чи він уже на шкоді. Вузький серп місяця, що недавно народився, і серп старого Місяця відрізняються тільки тим, що звернені опуклістю в протилежні сторони. У північній півкулі молодий місяць завжди спрямований опуклою стороною праворуч, старий – ліворуч. Як запам'ятати надійно та безпомилково, куди який місяць дивиться?

Дозволю собі запропонувати таку прикмету.

За подібністю серпа чи півмісяця з літерами Рабо Злегко визначити, чи зростає перед нами місяць (тобто молодий) чи старий .

Мнемонічна прикмета є й у французів. Вони радять подумки приставляти до рогів півмісяця пряму лінію; виходять латинські літери d або р.Літера d –початкова у слові «dernier» (останній) – вказує на останню чверть, тобто старий місяць. Літера р -початкова у слові «premier» (перший) – вказує, що Місяць у фазі першої чверті, взагалі – молода. У німців теж існує правило, яке зв'язує форму Місяця з певними літерами.

Цими правилами можна користуватися лише у північній півкулі Землі. Для Австралії чи Трансвааля сенс прийме саме зворотний. Але й у північній півкулі вони можуть виявитися непридатними – саме у південних широтах.

Вже в Криму та в Закавказзі серп і півмісяць сильно хилиться набік, а ще південніше вони зовсім лягають. Поблизу екватора серп Місяця, що висить на горизонті, здається або гондолою, що гойдається на хвилях («човник Місяця» арабських казок), або світлою аркою. Тут не годяться ні російська, ні французька прикмети – з лежачої дужки можна зробити за бажанням обидві пари букв: Рі З, рі d.

Щоб і в цьому випадку не помилитися у віці Місяця, треба звернутися до астрономічних ознак: молодий місяць видно увечері у західній частині неба; старий – вранці у східній частині неба.

На рис. 30 перед нами – прапор Туреччини (колишній). На ньому є зображення місячного серпа та зірки. Це наводить нас на такі питання:

1. Серп якого місяця зображено на прапорі – молодого чи старого?

2. Чи можуть місячний серп і зірка спостерігатися на небі у тому вигляді, як вони показані на прапорі?

Мал. 30. Прапор Туреччини (колишній).

1. Згадавши вказану щойно прикмету та взявши до уваги, що прапор належить країні північної півкулі, встановлюємо, що місяць на прапорі старий.

Мал. 31. Чому зірка не може бути видно між рогами місяця

2. Зірка не може бути видно всередині диска Місяця, доповненого до кола (рис. 31, а).Всі небесні світила набагато далі Місяця і, отже, повинні нею затулятися. Їх можна побачити лише за краєм неосвітленої частини Місяця, як показано на рис. 31,6.

Цікаво, що на сучасному прапорі Туреччини, що теж містить зображення місячного серпа та зірки, зірка відсунута від серпа саме так, як на рис. 31, б.

Місяць отримує своє світло від Сонця, і тому опуклий бік місячних серпів повинен бути, зрозуміло, звернений до Сонця. Художники часто про це забувають. На виставках картин не рідкість побачити ландшафт із півмісяцем, зверненим до Сонця своєю прямою стороною; трапляється і місячний серп, повернутий до Сонця своїми рогами (рис. 32).

Мал. 32. На ландшафті допущена астрономічна помилка. Яка? (Відповідь у тексті).

Слід зазначити, що правильно намалювати молодий місяць не так просто, як здається. Навіть досвідчені художники малюють зовнішню та внутрішню дуги місячного серпа у формі півколів (рис. 33, б).Тим часом напівкруглу форму має лише зовнішня дуга, внутрішня ж є напівеліпс, тому що це півколо (кордон освітленої частини), видимий у перспективі (рис. 33, а).

Мал. 33. Як треба (а) і як не треба (б) зображати серп місячний

Нелегко дати місячному серпу та правильне положення на небі. Півмісяць і місячний серп нерідко розташовуються по відношенню до Сонця досить спантеличеним чином. Здавалося б, якщо Місяць освітлюється Сонцем, то пряма лінія, що з'єднує кінці місяця, повинна становити прямий кут з променем, що йде від Сонця до її середини (рис. 34).

Мал. 34. Положення місячного серпу щодо Сонця

Інакше висловлюючись, центр Сонця має бути на перпендикулярі, проведеному через середину прямий, що з'єднує кінці місяця. Проте правило це дотримується лише вузького серпа, розташованого неподалік Сонця. На рис. 35 показано положення місяця у різних фазах щодо променів Сонця. Враження виходить таке, наче промені Сонця викривляються, перш ніж досягти Місяця.

Мал. 35. У якому становищі щодо Сонця ми бачимо Місяць у різних фазах.

Розгадка у наступному. Промінь, що йде від Сонця до Місяця, насправді перпендикулярний до лінії, що з'єднує кінці місяця, і в просторі є прямою лінією. Але око наше малює на небі не цю пряму, а її проекцію на увігнуте небесне склепіння, тобто криву лінію. Ось чому нам і видається, що Місяць на небі «повішений неправильно». Художник повинен вивчити ці особливості та вміти переносити їх на полотно.

Подвійна планета - це Земля з Місяцем. Вони мають право на цю назву тому, що наш супутник різко виділяється серед супутників інших планет значною величиною і масою по відношенню до своєї центральної планети. Є в сонячній системі супутники абсолютно більші і важчі, але в порівнянні зі своєю центральною планетою вони набагато дрібніші, ніж наш Місяць по відношенню до Землі. Насправді, діаметр нашого Місяця більше чверті земного, а діаметр відносно найбільшого супутника інших планет становить лише 10-у частку діаметра своєї планети (Тритон - супутник Нептуна). маса Місяця становить 1/81 маси Землі; тим часом найважчий із супутників, який існує в сонячній системі, – ІІІ супутник Юпітера – становить менше 10 000-ї частки маси своєї центральної планети.

Яку частку від маси центральної планети становить маса великих супутників показує табличка на сторінці 86. Ви бачите з цього зіставлення, що Місяць за своєю масою становить найбільшу частку своєї центральної планети.

Третє, що дає системі Земля – Місяць право претендувати на найменування «подвійної планети», – це тісна близькість обох небесних тіл. Багато супутників інших планет крутяться на набагато більших відстанях: деякі супутники Юпітера (наприклад, дев'ятий, рис. 36) кружляють у 65 разів далі.

Мал. 36. Система Земля – Місяць у порівнянні з системою Юпітера (розміри самих небесних тіл показані без дотримання масштабу)

У зв'язку з цим є той цікавий факт, що шлях, який описує Місяць навколо Сонця, дуже мало відрізняється від шляху Землі. Це здасться неймовірним, якщо згадати, що Місяць рухається навколо Землі на відстані майже 400 000 км. Не забудемо, однак, що поки Місяць робить один оберт навколо Землі, сама Земля встигає перенестися разом з нею приблизно на 13-ту частку свого річного шляху, тобто на 70 000 000 км. Уявіть собі круговий шлях Місяця – 2 500 000 км – розтягнутим вздовж відстані, в 30 разів більшого. Що залишиться від кругової форми? Нічого. Ось чому шлях Місяця біля Сонця майже зливається з орбітою Землі, ухиляючись від неї лише 13-ма ледь помітними виступами. Можна довести нескладним розрахунком (яким ми не станемо тут обтяжувати виклади), що шлях Місяця при цьому скрізь звернений до Сонця свого увігнутістю . Грубо кажучи, він на вигляд схожий на опуклий тринадцятикутник з м'яко заокругленими кутами.

На рис. 37 Ви бачите точне зображення шляхів Землі та Місяця протягом одного місяця. Пунктирна лінія – шлях Землі, суцільна – шлях Місяця. Вони так близькі один до одного, що для роздільного їх зображення довелося взяти дуже великий масштаб креслення: діаметр земної орбіти тут дорівнює? Дивлячись на це креслення, ви наочно переконуєтеся, що Земля і Місяць рухаються навколо Сонця майже по тому самому шляху і що найменування подвійної планети присвоєне їм астрономами цілком справедливо.

Мал. 37. Місячний шлях Місяця (суцільна лінія) та Землі (пунктир) навколо Сонця

Отже, для спостерігача, розміщеного на Сонці, шлях Місяця представився б трохи хвилястою лінією, майже збігається з орбітою Землі. Це анітрохи не суперечить тому, що стосовно Землі Місяць рухається невеликим еліпсом.

Причина, звичайно, в тому, що, дивлячись із Землі, ми не помічаємо переносного руху Місяця разом із Землею по земній орбіті, оскільки самі у ньому беремо участь.

Питання може здатися наївним. З якого дива Місяцю падати на Сонце? Адже Земля притягує її сильніше від далекого Сонця і, природно, змушує звертатися навколо себе.

Читачі, які так думають, будуть здивовані, дізнавшись, що справа йде навпаки: Місяць сильніше притягується саме Сонцем, а не Землею!

Що так, показує розрахунок. Порівняємо сили, що притягують Місяць: силу Сонця та силу Землі. Обидві сили залежать від двох обставин: від величини маси, що притягує, і від відстані цієї маси до Місяця. Маса Сонця більша за масу Землі в 330 000 разів; в стільки ж Сонце притягувало б Місяць сильніше, ніж Земля, якби відстань до Місяця була в обох випадках однакова.

Але Сонце приблизно 400 разів далі від Місяця, ніж Земля. Сила тяжіння зменшується пропорційно квадрату відстані; тому тяжіння Сонця треба зменшити у 400 2 , тобто у 160 000 разів. Отже, сонячне тяжіння сильніше земного в 330000/160000 т. е. вдвічі.

Отже, Місяць притягується Сонцем удвічі сильнішим за Землю. Чому ж тоді справді Місяць не обрушується на Сонце? Чому Земля все ж таки змушує Місяць звертатися навколо нього, а не бере верх дію Сонця?

Місяць не падає на Сонце з тієї ж причини, через яку не падає на нього і Земля; Місяць звертається біля Сонця разом із Землею, і приваблива дія Сонця витрачається без залишку на те, щоб постійно переводити обидва ці тіла з прямого шляху на викривлену орбіту, тобто перетворювати прямолінійний рух на криволінійний. Достатньо кинути погляд на рис. 38, щоб переконатися у сказаному.

В інших читачів, можливо, залишився певний сумнів. Як це все-таки виходить? Земля тягне Місяць себе. Сонце тягне Місяць з більшою силою, а Місяць, замість падати на Сонце, крутиться біля Землі? Це дійсно було б дивно, якби Сонце притягувало до себе тільки Місяць. Але воно притягує Місяць разом із Землею, всю «подвійну планету», і, так би мовити, не втручається у внутрішні стосунки членів цієї пари між собою. Строго кажучи, до Сонця притягується загальний центр ваги системи Земля - ​​Місяць; цей центр (званий барицентром) і звертається навколо Сонця під впливом сонячного тяжіння. Він знаходиться на відстані 2/3 земного радіусу від центру Землі у напрямку до Місяця. Місяць і центр Землі обертаються навколо барицентру, роблячи один оберт протягом місяця.

Серед ефектів, що доставляють стереоскоп, ніщо не вражає так, як вигляд Місяця. Тут на власні очі бачиш, що Місяць дійсно кулястий, тим часом як на справжньому небі він здається плоским, як чайний піднос.

Але як важко отримати подібну стереоскопічну фотографію нашого супутника, багато хто навіть не підозрює. Для виготовлення її треба бути добре знайомим із особливостями примхливих рухів нічного світила.

Справа в тому, що Місяць обходить Землю так, що звернена до неї весь час однією і тією самою стороною. Обігаючи навколо Землі, Місяць обертається разом з тим і навколо своєї осі, причому обидва рухи завершуються в той самий проміжок часу.

На рис. 38 ви бачите еліпс, який має наочно зображати орбіту Місяця. Креслення навмисно посилює витягнутість місячного еліпса; насправді ексцентриситет місячної орбіти 0,055 чи 1/18. Уявити точно на маленькому кресленні місячну орбіту так, щоб око відрізнило її від кола, неможливо: при величині великої півосі навіть у цілий метр мала піввісь була б коротшою за неї всього на 1 мм; Земля відстояла б від центру лише 5,5 див. Щоб легше було зрозуміти подальше пояснення, малюнку накреслено витягнутий еліпс.

Мал. 38. Як Місяць рухається навколо Землі своєю орбітою (подробиці у тексті)

Отже, уявіть, що еліпс на рис. 38 є шлях Місяця навколо Землі. Земля вміщена в точці Про –в одному із фокусів еліпса. Закони Кеплера ставляться як до рухів планет навколо Сонця, до рухам супутників навколо центральних планет, зокрема до звернення Місяця. Згідно з другим законом Кеплера Місяць за чверть місяця проходить такий шлях АЕ,що площа OABCDEдорівнює 1/4 площі еліпса, тобто площі MABCD(Рівність площ ОАЄі MADна нашому кресленні підтверджується приблизною рівністю площ MOQі EQD).Отже, за чверть місяця Місяць проходить шлях від Адо е.Обертання ж Місяця, як і взагалі обертання планет, на відміну їх звернення навколо Сонця, відбувається рівномірно: за 1/4 місяці вона повертається рівно на 90°. Тому, коли Місяць опиняється в Е,радіус Місяця, звернений до Землі у точці А,опише дугу в 90 °, і буде направлений не до точки М,а до деякої іншої точки, ліворуч М,неподалік іншого фокусу Рмісячної орбіти. Через те, що Місяць трохи відверне своє обличчя від земного спостерігача, він зможе побачити з правого боку вузьку смужку перед невидимою її половиною. У точці Єлупапоказує земному спостерігачеві вже вужчу смужку свого зазвичай невидимого боку, бо кут OFPменше кута ОВР.У точці G –в апогеї орбіти – Місяць займає таке саме положення по відношенню до Землі, як і в перигеї А.При подальшому своєму русі Місяць відвертається від Землі вже в протилежний бік, показуючи нашій планеті іншу смужку свого невидимого боку: смужка ця спочатку розширюється, потім звужується, і в точці АМісяць займає колишнє становище.

Ми переконалися, що внаслідок еліптичної форми місячного шляху супутник наш звернений до Землі не строго однією і тією самою половиною. Місяць незмінно звернений однією і тією ж стороною не до Землі, а до іншого фокусу своєї орбіти. Для нас вона погойдується біля середнього становища на кшталт терезів; звідси й астрономічне найменування цього погойдування: «лібрація» – від латинського слова «libra», що означає «ваги». Величина лібрації у кожній точці вимірюється відповідним кутом; наприклад у точці is лібрація дорівнює куту ОВР.Найбільша величина лібрації 7 ° 53?, тобто майже 8 °.

Цікаво простежити за тим, як наростає і зменшується кут лібрації з пересуванням Місяця орбітою. Поставимо в Dвістря циркуля і опишемо дугу, що проходить через фокуси Проі Р.Вона перетне орбіту в точках B та F.Кути ОВРі OFPяк вписані рівні половини центрального кута ODP.Звідси виводимо, що під час руху Місяця від Адо Dлібрація зростає спочатку швидко, у точці Удосягає половини максимальної, потім продовжує наростати повільно; на шляху від Dдо FЛібрація зменшується спочатку повільно, потім швидко. На другій половині еліпса лібрація змінює свою величину тим самим темпом, але у зворотний бік. (Величина лібрації у кожній точці орбіти приблизно пропорційна відстані Місяця від великої осі еліпса.)

Те похитування Місяця, яке ми зараз розглянули, називається лібрацією за довготою. Супутник наш схильний до ще й іншої лібрації – по широті. Площина місячної орбіти нахилена до площини екватора Місяця на 6°. Тому ми бачимо Місяць із Землі в одних випадках трохи з півдня, в інших – з півночі, заглядаючи трохи у «невидиму» половину Місяця через її полюси. Ця лібрація за широтою досягає 6 °.

Пояснимо тепер, як користується астроном-фотограф описаними легкими похитуваннями Місяця близько середнього становища, щоб отримати його стереоскопічні знімки. Читач здогадується, ймовірно, що для цього треба підстерегти два такі положення Місяця, при яких в одному вона була б повернена до іншого на достатній кут. У точках А і В, В і С, С і Dт. д. Місяць займає настільки різні стосовно Землі положення, що стереоскопічні знімки можливі. Але тут перед нами нове утруднення: у цих положеннях різниця у віці Місяця, 1-2 доби, надто велика, так що смужка місячної поверхні біля кола освітлення на одному знімку вже виходить із тіні. Це для стереоскопічних знімків неприпустимо (смужка блищатиме, як срібна). Виникає важке завдання: підстерегти однакові фази Місяця, які відрізняються величиною лібрації (за довготою) так, щоб коло освітлення проходило по одним і тим самим деталям місячної поверхні. Але цього недостатньо: в обох положеннях повинні бути ще однакові лібрації по широті.

Наш читач навряд чи виготовлятиме місячні стереофотографії. Спосіб їх отримання пояснений тут, звичайно, не з практичною метою, а лише для того, щоб заради нього розглянути особливості місячного руху, що дають можливість астрономам побачити невелику смужку зазвичай недоступною спостерігачеві сторони нашого супутника. Завдяки обом місячним лібраціям бачимо, загалом, не половину всієї місячної поверхні, а 59 % її. До запуску в Радянському Союзі третьої космічної ракети у бік Місяця 41% місячної поверхні було недоступне вивченню.

Як улаштована ця частина поверхні Місяця, ніхто не знав. Робилися дотепні спроби, продовживши назад частини місячних хребтів і світлі смуги, що переходять з невидимої частини Місяця на видиму, накидати деякі деталі недоступної нам половини. В результаті запуску 4 жовтня 1959 автоматичної міжпланетної станції «Місяць-3» отримані фотографії зворотного боку Місяця. Радянські вчені отримали право дати назви знову відкритим місячним утворенням. Кратери названі іменами видатних діячів науки та культури – Ломоносова, Ціолковського, Жоліо-Кюрі та інших, присвоєно назви двом новим морям – Морю Москви та Морю Мрії. Вдруге зворотний бік Місяця було сфотографовано радянською станцією «Зонд-3», запущеною 18 липня 1965 року.

У 1966 році «Місяць-9» м'яко прилунила і передала на Землю зображення місячного пейзажу. У 1969 році місячному Морю Спокою довелося пережити занепокоєння. На сухе дно цього моря опустилася посадкова кабіна американського космічного корабля Аполлон-11. Астронавти Нейл Армстронг та Едвін Олдрін стали першими землянами, які ступили на поверхню Місяця. Вони встановили кілька приладів, взяли зразки місячного ґрунту і повернулися на корабель, який чекав на орбіті. Пілотував "Аполлон-11" Майкл Коллінз. До кінця 1972 року на Місяці відвідали ще п'ять американських експедицій.

Водночас у СРСР запускалися до Місяця автоматичні станції. У 1970 році «Місяць-16», опустившись на поверхню Місяця, вперше взяла зразки місячного ґрунту і доставила їх на Землю. У тому ж році «Місяць-17» випустила на поверхню нашого супутника самохідний «Місяч-1». Цей восьмиколісний робот, схожий одночасно на черепаху та армійську польову кухню, за 301 добу пройшов майже 11 кілометрів і передав на Землю 20 000 знімків, 200 панорам і в 500 точках проводив дослідження ґрунту.

Трохи пізніше «Місяць-20» привезла на Землю зразки ґрунту із гірського району Місяця, недоступного для астронавтів. У 1973 році «Місяць-21» відправила в похід «Місячник-2», який за 4,5 місяці проїхав 37 км, досліджуючи рельєф місцевості та склад ґрунту. Обидва колісні робота управлялися із Землі по радіо і систематично передавали в ЦУП знімки місячних пейзажів, результати аналізу ґрунту. Автоматична станція "Місяць-24" (1976 р.) пробурила місячний грунт на глибину 2 м і доставила 170 г його зразків на Землю.

Нерідко висловлювана думка про існування атмосфери і води на звороті Місяця не обгрунтована і суперечить законам фізики: якщо немає атмосфери і води на одному боці Місяця, то не може бути їх і на іншій (до цього питання ми ще повернемося).

У пресі іноді з'являються повідомлення, що тому чи іншому спостерігачеві вдалося бачити другого супутника Землі, другий її Місяць.

Питання існування другого супутника Землі не нове. Він має довгу історію. Хто читав роман Жюля Верна "З гармати на Місяць", той пам'ятає, мабуть, що вже там згадується про другий Місяць. Вона така мала і швидкість її така велика, що жителі Землі спостерігати її не можуть. Французький астроном Пті, – каже Жуль Берн, – запідозрив її існування та визначив період її звернення навколо Землі о 3 год. 20 м. Відстань її від Землі дорівнює 8140 км. Цікаво, що англійський журнал «Знання» у статті про астрономію у Жюля Верна вважає посилання на Пті, як і самого Пті, просто вигаданими. У жодній енциклопедії про цей астроном дійсно не згадується. І все-таки повідомлення романіста не вигадане. Директор Тулузької обсерваторії Пті в 50-х роках минулого століття дійсно відстоював існування другого Місяця, – метеорита з періодом обігу о 3 год. 20 м., що кружляє, щоправда, не за 8 000, а за 5 000 км від земної поверхні. Думка ця поділялася й тоді лише небагатьма астрономами, згодом була забута. Теоретично у припущенні існування другого дуже дрібного супутника Землі немає нічого протинаукового. Але подібне небесне тіло мало б спостерігатися не тільки в ті рідкісні моменти, коли воно проходить (здається) по диску Місяця або Сонця. Навіть якщо воно звертається так близько до Землі, що має при кожному обороті занурюватися в широку земну тінь, то й у такому разі можна було б його бачити на ранковому та вечірньому небі сяючим яскравою зіркою у променях Сонця. Швидким рухом і частими поверненнями ця зірка привернула б до себе увагу багатьох спостерігачів. У моменти повного сонячного затемнення другий Місяць також не вислизнув би від погляду астрономів. Словом, якби Земля справді мала другий супутник, його траплялося б спостерігати досить часто. Тим часом безперечних спостережень не було жодного.

Строго кажучи, Земля має, крім Місяця, ще двох супутників. Чи не штучних, а цілком природних. І не крихітних, а такого ж розміру, як і сам Місяць. Але, хоча ці «Місяця» були відкриті вже давно (1956 р., польським астрономом Кордилевським), бачити їх дуже мало кому вдавалося. Вся справа в тому, що ці супутники повністю складаються з пилу. Ці пилові «Місяця» переміщаються серед зірок тією ж трасою, що і справжній Місяць, і з тією самою швидкістю. Одна випереджає Місяць на 60 градусів, інша стільки ж відстає. І від Землі їх відокремлює таку ж відстань, як і Місяць. Краї цих «Місяць» розмиті, що дуже ускладнює спостереження.

Поряд із проблемою другого Місяця ставилося також питання про те, чи немає у нашого Місяця свого маленького супутника – «місяця Місяця».

Але безпосередньо переконатися у існуванні подібного місячного супутника дуже важко. Астроном Мультон висловлює про це такі міркування:

«Коли Місяць світить повним світлом, його світло чи світло Сонця не дозволяють розрізнити у сусідстві з нею дуже маленьке тіло. Тільки в моменти місячних затемнень супутник Місяця міг би освітлюватися Сонцем, тоді як сусідні ділянки неба були б вільними від впливу розсіяного світла Місяця. Таким чином, лише під час місячних затемнень можна було б сподіватись відкрити невелике тіло, що обертається біля Місяця. Такі дослідження вже проводилися, але реальних результатів не дали».

Запитання це належить до тих, які усвідомлюються, якщо спочатку їх, так би мовити, перевернути. Перш ніж говорити, чому Місяць не утримує навколо себе атмосферу, поставимо питання: чому утримується атмосфера навколо нашої власної планети? Згадаймо, що повітря, як і будь-який газ, є хаосом не пов'язаних між собою молекул, що стрімко рухаються в різних напрямках. Середня їх швидкість при t = 0 ° C – близько? км за секунду (швидкість рушничної кулі). Чому ж вони не розлітаються у світовий простір? З тієї ж причини, через яку не відлітає у світовий простір і рушнична куля. Виснаживши енергію свого руху на подолання сили тяжіння, молекули падають на Землю. Уявіть біля земної поверхні молекулу, що летить прямо нагору зі швидкістю? км за секунду. Як високо вона може злетіти? Неважко обчислити: швидкість v, висота підйому hта прискорення сили тяжіння gпов'язані наступною формулою:

v 2 = 2gh.

Підставимо замість v його значення – 500 м/с, замість g – 10 м/с 2 , маємо

h = 12 500 м = 12 км.

Але якщо молекули повітря не можуть злітати понад 12? км,то звідки беруться повітряні молекули вище за цей кордон? Адже кисень, що входить до складу нашої атмосфери, утворився поблизу земної поверхні (з вуглекислого газу внаслідок діяльності рослин). Яка ж сила підняла та утримує їх на висоті 500 і більше кілометрів, де безумовно встановлено присутність слідів повітря? Фізика дає тут ту саму відповідь, яку почули б ми від статистика, якби запитали її: «Середня тривалість людського життя 70 років; звідки ж беруться 80-річні люди похилого віку?» Справа в тому, що виконаний нами розрахунок відноситься до середньої, а не реальної молекули. Середня молекула має секундну швидкість в? км, але реальні молекули рухаються одні повільніше, інші швидше за середню. Щоправда, відсоток молекул, швидкість яких помітно відхиляється від середньої, невеликий і швидко зменшується зі зростанням величини цього відхилення. З усього числа молекул, що полягають в даному обсязі кисню при 0°, тільки 20% мають швидкість від 400 до 500 м в секунду; приблизно стільки молекул рухається зі швидкістю 300–400 м/с, 17 % – зі швидкістю 200–300 м/с, 9 % – зі швидкістю 600–700 м/с, 8 % – зі швидкістю 700–800 м/с, 1% - зі швидкістю 1300-1400 м/с. Невелика частина (менша за мільйонну частку) молекул має швидкість 3500 м/с, а ця швидкість достатня, щоб молекули могли злетіти навіть на висоту 600 км.

Справді, 3500 2 = 20h, звідки h=12250000/20тобто понад 600 км.

Стає зрозумілою присутність частинок кисню на висоті сотень кілометрів над земною поверхнею: це випливає із фізичних властивостей газів. Молекули кисню, азоту, водяної пари, вуглекислого газу не володіють, однак, швидкостями, які б дозволили їм зовсім залишити земну кулю. Для цього потрібна швидкість не менше 11 км в секунду, а подібні швидкості при невисоких температурах мають лише поодинокі молекули названих газів. Саме тому Земля так міцно утримує свою атмосферну оболонку. Обчислено, що для втрати половини запасу навіть найлегшого з газів земної атмосфери – водню – має пройти кількість років, що виражається 25 цифрами. Мільйони років не внесуть жодної зміни до складу та маси земної атмосфери.

Щоб роз'яснити тепер, чому Місяць не може утримувати навколо себе подібної атмосфери, залишається довести трохи.

Напруга сили тяжіння на Місяці вшестеро слабше, ніж Землі; відповідно до цього швидкість, необхідна для подолання там сили тяжіння, теж менша і дорівнює всього 2360 м/с. Оскільки швидкість молекул кисню і азоту при помірній температурі може перевищувати цю величину, то зрозуміло, що Місяць мав би безперервно втрачати свою атмосферу, якби вона у неї утворювалася.

Коли зникнуть найшвидші з молекул, критичну швидкість придбають інші молекули (таке наслідок закону розподілу швидкостей між частинками газу), і у світовий простір повинні безповоротно вислизати все нові й нові частки атмосферної оболонки.

Після достатнього проміжку часу, нікчемного в масштабі світобудови, вся атмосфера залишить поверхню настільки слабкого небесного тіла.

Можна довести математично, що й середня швидкість молекул в атмосфері планети навіть утричі менше граничної (тобто становить для Місяця 2360: 3 = 790 м/с), то така атмосфера має наполовину розсіятися протягом кількох тижнів. (Стійко зберігатися атмосфера небесного тіла може лише за умови, що середня швидкість її молекул менше однієї п'ятої частки від граничної швидкості.) Висловлювалася думка – вірніше, мрія, – що з часом, коли земне людство відвідає і підкорить Місяць, воно оточить його штучною атмосферою. і зробить таким чином придатною для проживання. Після сказаного читачеві має бути зрозуміла нездійсненність такого підприємства.

Відсутність атмосфери нашого супутника – не випадковість, не примха природи, а закономірне наслідок фізичних законів.

Зрозуміло також, що причини, через які неможливе існування атмосфери на Місяці, повинні обумовлювати її відсутність взагалі на всіх світових тілах зі слабкою напругою сили тяжіння: на астероїдах і більшості супутників планет.

Про це, звичайно, з повною визначеністю свідчать числові дані: величина діаметра Місяця (3500 км), поверхні, об'єму. Але числа, незамінні при розрахунках, безсилі дати наочне уявлення про розміри, якого вимагає наша уява. Корисно буде звернутися при цьому до конкретних зіставлень.

Порівняємо місячний материк (адже Місяць – суцільний материк) з материками земної кулі (рис. 39). Це скаже нам більше, ніж абстрактне твердження, що повна поверхня місячної кулі в 14 разів менша за земну поверхню. За кількістю квадратних кілометрів поверхня нашого супутника лише трохи менша за поверхню обох Америк. А та частина Місяця, яка звернена до Землі і доступна нашому спостереженню, майже точно дорівнює площі Південної Америки.

Мал. 39. Розміри Місяця в порівнянні з материком Європи (не слід, однак, укладати, що поверхня місячної кулі менша за поверхню Європи)

Щоб зробити наочними розміри місячних "морів" порівняно із земними, на рис. 40 на карту Місяця накладено в тому ж масштабі контури Чорного та Каспійського морів. Відразу видно, що місячні «моря» не дуже великі, хоча й займають помітну частину диска. Море Ясності, наприклад (170 000 км 2 ), приблизно в 2? в рази менше за Каспійський.

Проте серед кільцевих гір Місяця є справжні гіганти, яких немає на Землі. Наприклад, круговий вал гори Грімальді охоплює поверхню більшу, ніж площа озера Байкал. Усередині цієї гори могла б цілком поміститися невелика держава, наприклад, Бельгія, або Швейцарія.

Мал. 40. Земні моря проти місячними. Чорне та Каспійське моря, перенесені на Місяць, були б там найбільше місячних морів (цифрами позначені: 1 – Море Дощів, 2 – Море Ясності, 3 – Море Спокою, 4 – Море Достатку, 5 – Море Нектару)

Фотографії місячної поверхні відтворюються в книгах так часто, що вид характерних рис місячного рельєфу – кільцевих гір (рис. 41), «кратерів» – знайомий, ймовірно, кожному з наших читачів. Можливо, інші спостерігали місячні гори й у невелику трубу; для цього достатня труба з об'єктивом 3 см.

Мал. 41. Типові кільцеві гори Місяця

Але ні фотографії, ні спостереження в телескоп не дають уявлення про те, якою здавалася б місячна поверхня спостерігачеві на Місяці. Стоячи безпосередньо біля місячних гір, спостерігач бачив би їх в іншій перспективі, ніж телескоп. Одна справа розглядати предмет із великої висоти і зовсім інша – збоку поблизу. Покажемо на кількох прикладах, у чому проявляється ця відмінність. Гора Ератосфен представляється із Землі у вигляді кільцевого валу з піком усередині. У телескоп вона вимальовується рельєфно та різко завдяки чітким, нерозмитим тіням. Погляньте, однак, на її профіль (рис. 42): ви бачите, що в порівнянні з величезним діаметром кратера – 60 км – висота валу та внутрішнього конуса дуже мала; пологість схилів ще більше приховує їхню висоту.

Мал. 42. Профіль великої кільцевої гори

Уявіть себе тепер бродячим усередині цього кратера і пам'ятайте, що діаметр його дорівнює відстані від Ладозького озера до Фінської затоки. Чи навловите ви тоді кільцеподібну форму валу; до того ж опуклість грунту приховає від вас його нижню частину, оскільки місячний горизонт удвічі вже земного (відповідно вчетверо меншому діаметру місячної кулі). На Землі людина середнього зросту, стоячи на рівній місцевості, може бачити довкола себе не далі 5 км. Це випливає із формули дальності горизонту

де D –дальність у км, h –висота ока в км, R –радіус планети у км.

Підставивши в неї дані для Землі та для Місяця, дізнаємося, що для людини середнього зросту дальність горизонту

на Землі………,4,8 км,

на Місяці……….2,5 км.

Яка картина представилася б спостерігачеві всередині великого кратера місячного, показує рис. 43. (Ландшафт зображений для іншого великого кратера - Архімеда.) Чи неправда: велика рівнина з ланцюгом пагорбів на горизонті мало схожа на те, що зазвичай уявляють при словах "місячний кратер"?

Мал. 43. Яку картину побачив би спостерігач, що стоїть у центрі великої кільцевої гори на Місяці.

Опинившись по інший бік валу, поза кратером, спостерігач також побачив би не те, що чекає. Зовнішній скат кільцевої гори (мал. 42) піднімається настільки відлогого, що мандрівникові вона зовсім не представиться горою, а головне, він не зможе переконатися, що видима ним горбиста гряда є кільцева гора, що має круглу улоговину. Для цього доведеться перебратися через її гребінь, та й тут, як ми вже пояснили, місячного альпініста і не очікує нічого примітного.

Крім величезних кільцевих місячних гір, на Місяці є, щоправда, і безліч дрібних кратерів, які легко охопити поглядом, навіть стоячи в безпосередній близькості. Але висота їх мізерна; спостерігач навряд чи буде тут вражений чимось надзвичайним. Зате місячні гірські хребти, що мають назву земних гір: Альпи, Кавказ, Апенніни і т. д., змагаються із земними по висоті і досягають 7-8 км. На порівняно маленькому Місяці вони виглядають дуже переконливо.

Мал. 44. Половина горошини відкидає при косому освітленні довгу тінь

Відсутність атмосфери на Місяці і пов'язана з цим різкість тіней створюють при спостереженні в трубу цікаву ілюзію: найменші нерівності ґрунту посилюються і дуже рельєфними. Покладіть половину горошини опуклістю нагору. Чи велика вона? А подивіться, яку довгу тінь вона відкидає (мал. 44). При бічному освітленні на Місяці тінь буває в 20 разів більше висоти того тіла, яке її відкидає, і це послужило астрономам гарну службу: завдяки довгим тіням можна спостерігати в телескоп на Місяці предмети заввишки 30 м. Але та сама обставина змушує нас перебільшувати нерівності місячної ґрунти. Гора Піко, наприклад, так різко змальовується в телескоп, що мимоволі уявляєш її собі у вигляді гострої та крутої скелі (рис. 45). Так її і зображували в минулому. Але, спостерігаючи її з місячної поверхні, ви побачили б зовсім іншу картину - те, що зображено на рис. 46.

Натомість інші особливості місячного рельєфу нами, навпаки, недооцінюються. У телескоп ми спостерігаємо на поверхні Місяця тонкі, ледь помітні тріщини, і нам здається, що вони не можуть відігравати істотної ролі у місячному пейзажі.

Мал. 45. Гору Піко раніше вважали крутою та гострою

Мал. 46. ​​Насправді гора Піко має дуже пологі схили.

Мал. 47. Так звана «Пряма стіна» на Місяці; вид на телескоп

Але перенесені на поверхню нашого супутника, ми побачили б у цих місцях біля своїх ніг глибоку чорну прірву, що тягнеться далеко за обрій. Ще приклад. На Місяці є так звана "Пряма стіна" - прямовисний уступ, що прорізує одну з її рівнин. Бачачи цю стіну в телескоп (рис. 47), ми забуваємо, що вона має 300 м-код висоти; перебуваючи біля муру, ми були б пригнічені її грандіозністю. На рис. 48 художник спробував зобразити цю стрімку стіну, видиму знизу: її кінець губиться десь за обрієм: адже вона тягнеться на 100 км! Так само і тонкі тріщини, що розрізняються в сильний телескоп на місячній поверхні, повинні в натурі представляти величезні провали (рис. 49).

Мал. 48. Якою має здаватися «Пряма стіна» спостерігачеві, що знаходиться біля її заснування

Мал. 49. Одна з місячних «тріщин», що спостерігається у безпосередній близькості.

Місячне небо

Чорний небозвід

Якби житель Землі міг опинитися на Місяці, увагу його привернули б перш за інші три надзвичайні обставини.

Одразу ж кинувся б у вічі дивний колір денного неба на Місяці: замість звичного блакитного купола розстилався б зовсім чорний небосхил, засіяний – при яскравому сяйві Сонця! - безліччю зірок, що чітко виділяються, але зовсім не мерехтять. Причина цього явища полягає у відсутності на Місяці атмосфери.

«Блакитне склепіння ясного і чистого неба, – каже Фламмаріон властивою йому мальовничою мовою, – ніжний рум'янець зір, велична заграва вечірніх сутінків, чарівна краса пустель, туманна далечінь полів і лугів, і ви, дзеркальні води озер, що здавна відбивають у собі так , що вміщають цілу нескінченність у своїх глибинах, – ваше існування і вся краса ваша залежать тільки від тієї легкої оболонки, яка простягається над земною кулею. Без неї жодної з цих картин, жодної з цих пишних фарб не було б. Замість блакитно-блакитного неба вас оточував би безмежний чорний простір; замість величних сходів і заходів Сонця дні різко, без переходів, змінювалися б ночами та ночі – днями. Замість ніжного напівсвітла, що панує всюди, куди прямо не потрапляють сліпучі промені Сонця, яскраве світло було б лише в місцях, прямо осяяних денним світилом, а в усіх інших панувала б густа тінь».

Земля на небі Місяця

Друга пам'ятка на Місяці – величезний диск Землі, що висить у небі. Мандрівнику здасться дивним, що та земна куля, яка при відльоті на Місяць була залишена внизу , несподівано опинився тут вгорі .

У всесвіті немає одного для всіх світів верху і низу, і вас не повинно дивувати, що залишивши Землю внизу, ви побачили б її вгорі, перебуваючи на Місяці.

Висячий у місячному небі диск Землі величезний: діаметр його приблизно вчетверо більше діаметра знайомого нам місячного диска на земному небі. Це – третій вражаючий факт, який чекає на місячного мандрівника. Якщо в місячні ночі ландшафти наші досить добре освітлені, то ночі на Місяці, при променях повної Землі з диском, в 14 разів більшим за місячний, повинні бути надзвичайно світлі. Яскравість світила залежить як від його діаметра, а й від відбивної здатності поверхні. У цьому відношенні земна поверхня у шість разів перевищує місячну; тому світло повної Землі має висвітлювати Місяць у 90 разів сильніше, ніж повний місяць висвітлює Землю. У «земні ночі» на Місяці можна було б читати дрібний друк. Освітлення місячного ґрунту Землею настільки яскраво, що дозволяє нам з відстані 400 000 км розрізняти нічну частину місячної кулі у вигляді неясного мерехтіння всередині вузького серпа; воно зветься «попелястого світла» Місяця. Уявіть 90 повних місяців, що ллють з неба своє світло, та прийміть ще до уваги відсутність на нашому супутнику атмосфери, що поглинає частину світу, і ви отримаєте деяке уявлення про феєричну картину місячних пейзажів, залитих серед ночі сяйвом повної Землі.

Чи міг би місячний спостерігач розрізняти на земному диску контури материків та океанів? Поширена помилкова думка, ніби Земля в небі Місяця є чимось схожим на шкільний глобус. Так її і зображують художники, коли їм доводиться малювати земну кулю у світовому просторі: з контурами материків, зі сніговою шапкою у полярних областях тощо подробицями. Все це треба віднести до галузі фантазії. На земній кулі під час спостереження ззовні не можна розрізняти таких деталей. Не кажучи вже про хмари, які зазвичай застилають половину земної поверхні, сама атмосфера наша сильно розсіює сонячні промені; тому Земля повинна здаватися такою ж яскравою і такою ж непроникною для погляду, як Венера. Пулковський астроном Г.А. Тихов писав:

«Дивлячись на Землю з простору, ми побачили б диск кольору сильно білуватого неба і навряд чи розрізнили б якісь подробиці самої поверхні. Значна частка сонячного світла, що падає на Землю, встигає розсіятися в просторі атмосферою і всіма її домішками раніше, ніж дійде до поверхні самої Землі. А те, що відбивається самою поверхнею, встигне знов-таки сильно ослабнути внаслідок нового розсіювання в атмосфері».

Отже, коли Місяць чітко показує нам всі подробиці своєї поверхні, Земля приховує своє обличчя від Місяця, та й від усього всесвіту під сяючим покривалом атмосфери.

Але не тільки цим відрізняється місячне нічне світило від земного. На нашому небі місяць сходить і заходить, описуючи свій шлях разом із зоряним куполом. На місячному небі Земля такого руху не робить. Вона не сходить там і не заходить, не бере участі у стрункій, надзвичайно повільній ході зірок. Майже нерухомо висить вона на небі, займаючи для кожного пункту Місяця певне становище, тоді як зірки повільно ковзають за ним. Це – наслідок вже розглянутої нами особливості місячного руху, яка полягає в тому, що Місяць звернений до Землі завжди однією і тією ж частиною своєї поверхні. Для місячного спостерігача Земля майже нерухомо висить на небесному склепінні. Якщо Земля стоїть у зеніті якогось місячного кратера, вона ніколи не залишає свого зенітного становища. Якщо з якогось пункту вона видно на горизонті, вона завжди залишається на горизонті цього місця. Тільки місячні лібрації, про які ми вже розмовляли, дещо порушують цю нерухомість. Зоряне небо здійснює позаду земного диска своє повільне, в 27 1/3 нашої доби, обертання, Сонце обходить небо в 29? доби, планети здійснюють подібні ж рухи, і лише одна Земля майже нерухомо лежить на чорному небі.

Але, залишаючись на одному місці, Земля швидко, о 24 годині, обертається навколо своєї осі, і якби наша атмосфера була прозора, Земля могла б служити для майбутніх пасажирів міжпланетних кораблів найзручнішим небесним годинником. Крім того, Земля має такі самі фази, які показує Місяць на нашому небі. Отже, наш світ не завжди сяє на місячному небі повним диском: він з'являється то у вигляді півкола, то у вигляді серпа, більш менш вузького, то у вигляді неповного кола, дивлячись по тому, яка частина осяяної Сонцем половини Землі звернена до Місяця. Накресливши взаємне розташування Сонця, Землі та Місяця, ви легко переконаєтеся, що Земля та Місяць повинні показувати один одному протилежні фази.

Коли ми спостерігаємо молодик, місячний спостерігач повинен бачити повний диск Землі – «повноземлі»; навпаки, коли в нас повний місяць, на Місяці «новозімліє» (рис. 50). Коли ми бачимо вузький серп молодого місяця, з Місяця можна було б милуватися Землею на шкоду, причому до повного диска не вистачає такого серпа, який показує нам у цей момент Місяць. Втім, фази Землі окреслені не так різко, як місячні: земна атмосфера розмиває межу світла, створює той поступовий перехід від дня до ночі і назад, який ми на Землі спостерігаємо як сутінки.

Мал. 50. «Новоземлі» на Місяці. Чорний диск Землі оточений яскравою облямівкою сяючої земної атмосфери

Інша відмінність земних фаз від місячних полягає у наступному. На Землі ми ніколи не бачимо Місяць у момент молодика. Хоча вона зазвичай стоїть при цьому вище або нижче Сонця (іноді на 5 °, тобто на 10 своїх діаметрів), так що вузький, осяяний Сонцем край місячної кулі міг би бути видно, - він все ж таки недоступний нашому зору: блиск Сонця забиває скромне сяйво срібної нитки нового Місяця. Ми помічаємо новий Місяць зазвичай лише у віці двох діб, коли він встигає відійти на достатню відстань від Сонця, і лише в окремих випадках (навесні) – у віці однієї доби. Не те буває при спостереженні «новоземлія» з Місяця: там немає атмосфери, що розсіює навколо денного світила сяючий ореол. Зірки та планети не губляться там у променях Сонця, а чітко виділяються на небі у безпосередньому сусідстві з ним. Тому, коли Земля виявляється не прямо перед Сонцем (тобто не в моменти затемнень), а дещо вище чи нижче за нього, вона завжди видно на чорному, усеяному зірками небі нашого супутника у формі тонкого серпа з рогами, зверненими від Сонця (рис 51). У міру відходу від Землі вліво від Сонця серп ніби перекочується праворуч.

Мал. 51. «Молода» Земля на небі Місяця. Білий гурток під земним серпом – Сонце

Явище, що відповідає зараз описаному, можна бачити, спостерігаючи Місяць у невелику трубу: у повний місяць диск нічного світила не вбачається нами у вигляді повного кола; Так як центри Місяця і Сонця не лежать на одній прямій з оком спостерігача, то на місячному диску не вистачає вузького серпа, який темною смужкою ковзає біля краю освітленого диска вліво в міру відходу Місяця вправо. Але Земля та Місяць завжди показують один одному протилежні фази; тому в описаний момент місячний спостерігач мав би бачити тонкий серп «новоземлія».

Мал. 52. Повільні рухи Землі поблизу місячного горизонту внаслідок лібрації. Пунктирні лінії – шлях центру земного диска

Ми помітили вже мимохіть, що лібрації Місяця повинні позначатися в тому, що Земля не зовсім нерухома на місячному небі: вона коливається біля середнього становища північно-південному напрямі на 14°, а західно-східному – на 16°. Для тих пунктів Місяця, де Земля видно на самому горизонті, наша планета повинна тому здаватися іноді заходить і незабаром потім знову висхідною, описуючи дивні криві (рис. 52). Такий своєрідний схід або захід Землі в одному місці обрію, без обходу всього неба, може тривати багато земних діб.

Затемнення на Місяці

Накидану зараз картину місячного неба доповнимо описом тих небесних видовищ, які називаються затемненнями. На Місяці бувають затемнення двох пологів: сонячні та «земні». Перші не схожі на знайомі нам сонячні затемнення, але надзвичайно ефектні. Вони відбуваються на Місяці в ті моменти, коли на Землі бувають затемнення місячні, тому що тоді Земля міститься на лінії, що з'єднує центри Сонця та Місяця. Наш супутник занурюється в ці моменти всередину тіні, що відкидається земною кулею. Кому траплялося бачити Місяць у такі моменти, той знає, що він не зовсім втрачає світло, не зникає для ока; вона буває видно зазвичай у вишнево-червоних променях, що проникають усередину конуса земної тіні. Якби ми перенеслися в цей момент на поверхню Місяця і поглянули звідти на Землю, то ясно зрозуміли б причину червоного освітлення: на небі Місяця земна куля, поміщаючись попереду яскравого, хоч і набагато меншого Сонця, представляється чорним диском, оточеним багряною облямівкою своєї атмосфери. Це облямівка і висвітлює червоним світлом занурений у тінь Місяць (рис. 53).

Мал. 53. Хід сонячного затемнення на Місяці: Сонце С поступово заходить за земний диск 3, що нерухомо висить на місячному небі.

Темряви Сонця тривають на Місяці не кілька хвилин, як на Землі, а більше 4 годин, – стільки, скільки у нас місячні, тому що, по суті, це і є наші місячні затемнення, що тільки спостерігаються не з Землі, а з Місяця.

Що ж до затемнень «земних», то вони такі мізерні, що ледве заслуговують на найменування затемнень. Вони відбуваються в ті моменти, коли на Землі видно сонячні затемнення. На великому диску Землі місячні спостерігачі бачили б тоді маленький чорний гурток, що рухається, - то щасливі ділянки земної поверхні, звідки можна милуватися затемненням Сонця.

Потрібно зауважити, що таких затемнень, як наші сонячні, не можна спостерігати взагалі в жодному іншому місці планетної системи. Цим винятковим видовищем зобов'язані ми випадковій обставині: Місяць, що заступає від нас Сонце, рівно стільки разів ближче до нас, ніж Сонце, у скільки разів місячний діаметр менше сонячного, - збіг, що не повторюється на жодній іншій планеті.

Завдяки зараз зазначеній випадковості довгий конус тіні, яку постійно тягне за собою наш супутник, доходить саме до земної поверхні (рис. 54). Власне кажучи, середня довжина конуса місячної тіні менша за середню відстань Місяця від Землі, і якби ми мали справу тільки із середніми величинами, то дійшли б висновку, що повних сонячних затемнень у нас ніколи не буває. Вони трапляються насправді тому, що Місяць рухається навколо Землі еліпсом і в одних частинах орбіти буває на 42 200 км ближче до поверхні Землі, ніж в інших: відстань Місяця змінюється від 363 300 до 405 500 км.

Мал. 54. Кінець конуса місячної тіні ковзає по земній поверхні; у покритих ним місцях спостерігається сонячне затемнення

Ковзаючи по земній поверхні, кінець місячної тіні креслить на ній «смугу видимості сонячного затемнення». Смуга ця не ширша за 300 км, тому кількість населених місць, що нагороджуються видовищем сонячного затемнення, щоразу досить обмежена. Якщо додати, що тривалість повного сонячного затемнення обчислюється хвилинами (не більше восьми), то стане зрозумілим, що повне сонячне затемнення – видовище надзвичайно рідкісне. Для кожного даного пункту земної кулі воно трапляється один раз на два-три століття.

Вчені буквально полюють тому за сонячними затемненнями, споряджаючи спеціальні експедиції в ті, іноді дуже віддалені для них місця земної кулі, звідки це явище можна спостерігати. Затемнення Сонця 1936 р. (19 червня) видно було як повне лише межах Радянського Союзу, і заради двохвилинного спостереження його до нас приїхало 70 іноземних учених із десяти різних держав. При цьому праці чотирьох експедицій зникли задарма через похмуру погоду. Розмах робіт радянських астрономів щодо спостереження цього затемнення був надзвичайно великим. Радянських експедицій у смугу повного затемнення було надіслано близько 30.

У 1941 р., незважаючи на війну, Радянський уряд організував ряд експедицій, що розташувалися вздовж смуги повного затемнення від Азовського моря до Алма-Ати. А 1947 р. радянська експедиція вирушила до Бразилії для спостереження повного затемнення 20 травня. Особливо великий розмах прийняли в СРСР спостереження сонячних затемнень 25 лютого 1952, 30 червня 1954 і 15 лютого 1961 30 травня 1965 радянська експедиція спостерігала затемнення на крихітному острові Мануае в південно-західній частині Тих.

затемнення місячні хоча і трапляються в півтора рази рідше сонячних, але спостерігаються набагато частіше. Цей астрономічний феномен пояснюється дуже просто.

Сонячне затемнення можна спостерігати на нашій планеті лише в обмеженій зоні, на яку Сонце заступається Місяцем; в межах цієї вузької смуги воно для одних точок – повне, для інших – приватне (тобто Сонце закривається лише частково). Момент настання сонячного затемнення також неоднаковий для різних пунктів смуги не тому, що існує відмінність у рахунку часу, а тому, що місячна тінь переміщається земною поверхнею і різні точки покриваються нею в різний час.

Зовсім інакше протікає місячне затемнення. Воно спостерігається відразу по всій половині земної кулі, де у цей час Місяць видно, т. е. стоїть над горизонтом.

Послідовні фази місячного затемнення наступають для всіх точок земної поверхні в той самий момент; різниця обумовлена ​​лише різницею у рахунку часу.

Ось чому за місячними затемненнями астроному не треба "полювати": вони є до нього самі. Але, щоб «зловити» сонячне затемнення, доводиться робити іноді дуже далекі подорожі. Астрономи споряджають експедиції на тропічні острови, далеко на захід або на схід для того, щоб протягом декількох хвилин спостерігати покриття сонячного диска чорним колом Місяця.

Чи є сенс заради таких швидкоплинних спостережень споряджати дорогі експедиції? Хіба не можна робити ті ж спостереження, не чекаючи випадкового заслонення Сонця Місяцем? Чому астрономи не виробляють сонячного затемнення штучно, затуляючи у телескопі зображення Сонця непрозорим кружком? Тоді можна буде, здавалося б, спостерігати без клопоту ті околиці Сонця, які так цікавлять астрономів під час затемнень.

Таке штучне сонячне затемнення не може, однак, дати того, що спостерігається при заслінці Сонця Місяцем. Справа в тому, що промені Сонця, перш ніж досягти нашого ока, проходять через земну атмосферу і розсіюються частинками повітря. Отож небо вдень і здається нам світлим блакитним склепінням, а не чорним, усеяним зірками, яким уявлялося б воно нам навіть днем ​​за відсутності атмосфери. Закривши Сонце кухлем, але залишаючись на дні повітряного океану, ми хоч і захищаємо око від прямих променів денного світила, проте атмосфера над нами, як і раніше, залита сонячним світлом і продовжує розсіювати промені, затьмарюючи зірки. Цього не буває, якщо екран, що закриває, знаходиться за межами атмосфери. Місяць є саме такий екран, що знаходиться в сто разів далі відчутної межі атмосфери. Промені Сонця затримуються цим екраном до того, як проникають у земну атмосферу, і розсіювання світла у затіненій смузі тому не відбувається. Правда, не повністю: в область тіні проникають все ж таки небагато променів, що розсіюються навколишніми світлими областями, і тому небо в момент повного сонячного затемнення ніколи не буває так чорно, як опівночі; зірки видно лише найяскравіші.

Які завдання ставлять собі астрономи під час спостереження повного сонячного затемнення? Зазначимо головні із них.

Перша – спостереження про «звернення» спектральних ліній у зовнішній оболонці Сонця. Лінії сонячного спектру, за звичайних умов темні на світлій стрічці спектра, на кілька секунд стають світлими на темному тлі після повного покриття Сонця диском Місяця: спектр поглинання перетворюється на спектр випромінювання. Це так званий "спектр спалаху". Хоча це явище, що дає дорогоцінний матеріал для судження про природу зовнішньої оболонки Сонця, може за відомих умов спостерігатися і не тільки під час затемнення, воно виявляється при затемненнях настільки чітко, що астрономи прагнуть не упускати такого випадку.

Мал. 55. В момент повного сонячного затемнення навколо чорного диска Місяця спалахує «сонячна корона»

Друге завдання – дослідження сонячної корони . Корона - найпрекрасніше з явищ, що спостерігаються в моменти повного сонячного затемнення: навколо абсолютно чорного кола Місяця, облямованого вогненними виступами (протуберанцями) зовнішньої оболонки Сонця, сяє перловий ореол різних розмірів і форми в різні затемнення (рис. 55). Довгі промені цього сяйва нерідко в кілька разів більші за сонячний діаметр, а яскравість становить зазвичай лише половину яскравості повного Місяця.

Під час затемнення 1936 р. сонячна корона виявилася винятковою яскравістю, яскравішою за повний Місяць, що буває рідко. Довгі, дещо розмиті, промені корони тяглися на три і більше сонячних діаметрів; вся корона представлялася у вигляді п'ятикутної зірки, центр якої був зайнятий темним диском Місяця.

Астрономи під час затемнення фотографують корону, вимірюють її яскравість, досліджують її спектр. Усе це допомагає вивченню її фізичної будови.

Мал. 56. Один із наслідків загальної теорії відносності – відхилення світлових променів під впливом сили тяжіння Сонця. Згідно з теорією відносності земний спостерігач у Г бачить зірку в точці Е за напрямом прямої TDFE, тим часом як насправді зірка знаходиться в точці Е і посилає свої промені викривленим шляхом EBFDT. За відсутності Сонця світловий промінь від зірки is до Землі Т прямував би по прямій лінії

Третє завдання, висунуте лише останні десятиліття, полягає у перевірці однієї з наслідків загальної теорії відносності. Відповідно до теорії відносності промені зірок, проходячи повз Сонце, відчувають вплив його могутнього тяжіння і зазнають відхилення, яке має виявитися в зсуві зірок, що здається, поблизу сонячного диска (рис. 56). Перевірка цього слідства можлива лише у моменти повного сонячного затемнення.

Вимірювання під час затемнень 1919, 1922, 1926 та 1936 гг. не дали, строго кажучи, вирішальних результатів, і питання про досвідчене підтвердження зазначеного слідства з теорії відносності залишається досі відкритим.

Такі головні цілі, заради яких астрономи залишають свої обсерваторії і вирушають у віддалені, іноді вельми непридатні місця для спостереження сонячних затемнень.

Що стосується самої картини повного сонячного затемнення, то в нашій художній літературі є чудовий опис цього рідкісного явища природи (В.Г. Короленко «На затемненні»; опис відноситься до затемнення в серпні 1887; спостереження проводилося на березі Волги, в місті Юріївці .) Наводимо витримку з розповіді Короленка з несуттєвими перепустками:

«Сонце тоне на хвилину в широкій імлистій плямі і показується з хмари вже значно ущербленим.

Тепер це вже видно простим оком, чому допомагає тонка пара, яка все ще куриться в повітрі, пом'якшуючи сліпучий блиск.

Тиша. Подекуди чути нервове, важке дихання.

Минає півгодини. День сяє майже так само, хмарки закривають і відкривають сонце, що тепер пливе у висоті у вигляді серпа.

Серед молоді панує безтурботне пожвавлення та цікавість.

Старі зітхають, баби якось істерично охають, а хтось навіть скрикує і стогне, наче від зубного болю.

День починає помітно бліднути. Особи людей набувають переляканого відтінку, тіні людських фігур лежать на землі бліді, неясні. Пароплав, що йде вниз, пропливає якоюсь примарою. Його контури стали легшими, втратили визначеність фарб. Кількість світла, мабуть зменшується, але оскільки немає згущених тіней вечора, немає гри відбитого на нижчих шарах атмосфери світла, ці сутінки здаються незвичайними і дивними. Пейзаж ніби розпливається у чомусь; трава втрачає зелень, гори ніби втрачають свою важку щільність.

Однак поки залишається тонкий серповидний обідок сонця, все ще панує враження сильно зблідлого дня, і мені здавалося, що розповіді про темряву під час затемнення перебільшені. «Невже, – думалося мені, – ця нікчемна іскорка сонця, що залишається, що горить, як остання забута свічка у величезному світі, так багато значить?.. Невже, коли вона згасне, раптом має наступити ніч?»

Але ця іскра зникла. Вона якось рвучко, ніби вирвавшись із зусиллям через темну заслінку, блиснула ще золотою бризкою і згасла. І разом із цим пролилася на землю густа темрява. Я вловив мить, коли серед темряви набігла повна тінь. Вона з'явилася на півдні і, ніби величезне покривало, швидко пролетіла горами, річками, полями, обмахнувши весь небесний простір, укутала нас і в одну мить зімкнулась на півночі. Я стояв тепер унизу, на березовій мілини, і озирнувся на натовп. У ній панувала трунова мовчанка... Фігури людей зливалися в одну темну масу...

Але це була звичайна ніч. Було настільки світло, що око мимоволі шукало сріблястого місячного сяйва, що пронизує наскрізь синю темряву звичайної ночі. Але ніде не було сяйва, не було синя. Здавалося, тонкий, невиразний для очей попіл розсипався зверху над землею або ніби найтонша і густа сітка повисла в повітрі. А там, десь по боках, у верхніх шарах відчувається осяяна повітряна далечінь, яка простягається в нашу темряву, зливаючи тіні, позбавляючи темряву її форми та густоти. І над усією збентеженою природою дивовижною панорамою біжать хмари, а серед них відбувається захоплююча боротьба... Кругле, темне, вороже тіло, мов павук, вп'ялося в яскраве сонце, і вони мчать разом у захмарній висоті. Якесь сяйво, що ллється мінливими переливами через темний щит, надає видовищу рух і життя, а хмари ще посилюють ілюзію своїм тривожним безшумним бігом».

затемнення місячні не представляють для сучасних астрономів того виняткового інтересу, який пов'язаний із сонячними. Наші предки бачили у затемненнях Місяця зручні випадки переконатися у кулястій формі Землі. Повчально нагадати про ту роль, яку зіграв цей доказ в історії навколосвітнього плавання Магеллана. Коли після стомливої ​​довгої подорожі по пустинних водах Тихого океану матроси прийшли у відчай, вирішивши, що вони безповоротно відійшли від твердої землі у водний простір, якому не буде кінця, Магеллан не втрачав мужності. «Хоча церква постійно твердила на підставі священного писання, що Земля – велика рівнина, оточена водами, – розповідає супутник великого мореплавця, – Магеллан черпав твердість у наступному міркуванні: при затемненнях Місяця тінь, що кидається Землею, – кругла, а яка бути і предмет, що її кидає…». У старовинних книгах з астрономії ми знаходимо навіть малюнки, які пояснюють залежність форми місячної тіні від форми Землі (рис. 57).

Мал. 57. Старовинний малюнок, який пояснює думку, що у вигляді земної тіні на диску Місяця можна будувати висновки про формі Землі

Тепер ми таких доказів вже не потребуємо. Зате місячні затемнення дозволяють судити про будову верхніх шарів. земний атмосфери по яскравості та забарвленню Місяця. Як відомо, Місяць не безслідно зникає в земній тіні, а продовжує бути видимим у сонячних променях, що загинаються всередину тіньового конуса. Сила освітлення Місяця в ці моменти та його колірні відтінки становлять для астрономії великий інтерес і перебувають, як встановлено, у несподіваному зв'язку з кількістю сонячних плям. Крім того, останнім часом користуються явищами місячних затемнень, щоб вимірювати швидкість охолодження місячного ґрунту, коли він втрачає сонячне тепло (ми ще повернемося до цього далі).

Задовго до нашої ери вавилонські спостерігачі неба зауважили, що низка затемнень – і сонячних та місячних – повторюється кожні 18 років та 10 днів. Цей період називали «саросом». Користуючись ним, давні пророкували настання затемнень, але вони не знали, чим зумовлюється така правильна періодичність і чому «сарос» має саме таку, а не іншу тривалість. Обґрунтування періодичності затемнень було знайдено набагато пізніше, внаслідок ретельного вивчення руху Місяця.

Чому дорівнює час навернення Місяця по її орбіті? Відповідь це питання може бути різний залежно від цього, в який момент вважати закінченим оборот Місяця навколо Землі. Астрономи розрізняють п'ять пологів місяців, з яких нас цікавлять зараз лише два:

1. Так званий "синодичний" місяць, тобто проміжок часу, протягом якого Місяць здійснює по своїй орбіті повний оборот, якщо стежити за цим рухом із Сонця. Це – період часу, що протікає між двома однаковими фазами Місяця, наприклад, від молодика до молодика. Він дорівнює 29,5306 діб.

2. Так званий драконічний місяць, тобто проміжок, після якого Місяць повертається до того ж «вузлу» своєї орбіти ( вузол - Перетин місячної орбіти з площиною земної орбіти). Тривалість такого місяця – 27,2122 доби.

Затемнення, як легко збагнути, відбуваються тільки в моменти, коли Місяць у фазі повного місяця або молодика буває в одному зі своїх вузлів: тоді його центр знаходиться на одній прямій з центрами Землі та Сонця. Очевидно, що якщо сьогодні сталося затемнення, воно має настати знову через такий проміжок часу, який укладає ціла кількість синодичних і драконічних місяців : тоді повторяться умови, за яких бувають затемнення.

Як знаходити такі проміжки часу? Для цього треба розв'язати рівняння

де хі у –цілі числа. Подавши його у вигляді пропорції

бачимо, що найменші точні рішення цього рівняння такі:

х = 272 122………. у = 295306.

Виходить величезний, у десятки тисячоліть, період часу, практично марний. Стародавні астрономи задовольнялися рішенням наближеним . Найбільш зручний засіб для відшукання наближень у подібних випадках дають безперервні дроби. Розгорнемо дріб

у безперервну. Виконується це так. Виключивши ціле число, маємо

В останньому дробі ділимо чисельник і знаменник на чисельник:

Чисельник і знаменник дробу

ділимо на чисельник і так чинимо надалі. Отримуємо зрештою

З цього дробу, беручи перші його ланки і відкидаючи інші, отримуємо такі послідовні наближення:

П'ятий дріб у цьому ряду дає достатню точність. Якщо зупинитися на ній, тобто прийняти х = 223, а у = 242, то період повторюваності затемнень вийде рівним 223 синодичним місяцям, або 242 драконічним.

Це становить 6585 1/3 діб, тобто 18 років 11,3 діб (або 10,3 діб).

Таке походження сароса. Знаючи, звідки він стався, ми можемо усвідомити і в тому, наскільки точно можна з його допомогою передбачати затемнення. Ми, що, вважаючи сарос рівним 18 років 10 діб, відкидають 0,3 діб. Це повинно зазначити, що затемнення, передбачені за таким укороченим періодом, наступатимуть у інший годинникдня, ніж у попередній раз (приблизно на 8 годин пізніше), і тільки при користуванні періодом, що дорівнює потрійному точному саросу, затемнення будуть повторюватися майже в ті самі моменти дня. Крім того, сарос не враховує змін відстані Місяця від Землі та Землі від Сонця, змін, які мають свою періодичність; від цих відстаней залежить, чи буде сонячне затемнення повним чи ні. Тому сарос дає можливість передбачити лише те, що у певний день має статися затемнення, але чи буде воно повне, приватне чи кільцеподібне, а також чи можна буде його спостерігати в тих самих місцях, як і в попередній раз, затверджувати не можна.

Нарешті, буває так, що незначне приватне затемнення Сонця через 18 років зменшує свою фазу до нуля, тобто не спостерігається зовсім; і, навпаки, іноді стають видимими невеликі приватні затемнення Сонця, які раніше не спостерігалися.

У наші дні астрономи не користуються саросом. Примхливі рухи земного супутника вивчені так добре, що затемнення передраховуються зараз із точністю до секунди. Якби передбачене затемнення не відбулося, сучасні вчені готові були б допустити все, що завгодно, тільки не помилковість розрахунків. Це вдало помічено у Жюля Верна, який у романі «Країна хутра» розповідає про астроном, який вирушив у полярну подорож для спостереження сонячного затемнення. Попри передбачення, воно не відбулося. Який висновок зробив з цього астроном? Він оголосив оточуючим, що крижане поле, на якому вони знаходяться, є не материк, а плавуча крижина, винесена морською течією за смугу затемнення. Твердження це незабаром виправдалося. Ось приклад глибокої віри через науку!

Очевидці розповідають, що під час місячного затемнення їм траплялося спостерігати на одному боці неба біля горизонту диск Сонця і водночас на іншій стороні – затемнений диск Місяця.

Спостерігалися подібні явища й у 1936 р. – у день приватного місячного затемнення 4 липня. «4 липня ввечері о 20 год. 31 хв. зійшов Місяць, а о 20 год. 46 хв. сідало Сонце, і в момент сходу Місяця відбулося місячне затемнення, хоча Місяць і Сонце було видно одночасно над горизонтом. Я дуже здивувався цьому, тому що промені світла поширюються прямолінійно», – писав мені один із читачів цієї книги.

Картина справді загадкова: хоча, попри переконання чеховської дівчини, не можна крізь закопчене скло «побачити лінію, що з'єднує центр Сонця та Місяця», але подумки провести її повз Землю за такого розташування цілком можливо. Чи може наступити затемнення, якщо Земля не заступає Місяця від Сонця? Чи можна вірити такому свідченню очевидця?

Насправді, однак, у подібному спостереженні немає нічого неймовірного. Те, що Сонце і затемнений Місяць видно на небі одночасно, обумовлено викривленням променів світла у земній атмосфері. Завдяки такому викривленню, що називається «атмосферною рефракцією», кожне світило здається нам вище свого істинного становища (стор. 48, рис. 15). Коли ми бачимо Сонце чи Місяць біля самого горизонту, вони геометрично знаходяться нижче горизонту. Тому нічого неможливого в тому, що диск Сонця і затемнений Місяць видно обидва над горизонтом в один час.

«Зазвичай, – каже з цього приводу Фламмаріон, – вказують на затемнення 1666, 1668 та 1750 рр., коли ця дивна особливість виявилася найрізче. Однак немає потреби забиратися так далеко. 15 лютого 1877 р. Місяць сходив у Парижі о 5 год. 29 хв. Сонце ж закочувалося о 5 год. 39 хв., а тим часом, повне затемнення вже почалося. 4 грудня 1880 р. відбулося повне місячне затемнення в Парижі: у цей день Місяць зійшов о 4 годині, а Сонце закотилося о 4 годині 2 хв., і це було майже в середині затемнення, що тривало від 3 год. 3 хв. до 4 год. 33 хв. Якщо це не спостерігається набагато частіше, то лише за нестачею спостерігачів. Щоб бачити Місяць у повному затемненні до заходу Сонця або після його сходу, треба лише вибрати таке місце на Землі, щоб Місяць знаходився на горизонті біля середини затемнення».

1. Скільки часу можуть тривати сонячні та скільки місячні затемнення?

2. Скільки всіх затемнень може статися протягом одного року?

3. Чи бувають роки без сонячних затемнень? А без місячних?

4. Коли буде найближче повне сонячне затемнення, видиме у Росії?

5. З якого боку при затемненні насувається на Сонце чорний диск Місяця – праворуч чи ліворуч?

6. На якому краї починається затемнення Місяця – правому чи лівому?

7. Чому плями світла у тіні листя мають під час сонячного затемнення форму серпів (рис. 58)?

8. Яка різниця між формою сонячного серпу під час затемнення та формою звичайного місячного серпу?

9. Чому на сонячне затемнення дивляться через закопчене скло?

1. Найбільша тривалість повної фази сонячного затемнення 7 3 / 4 м. (на екваторі; у вищих широтах – менше). Все ж таки фази затемнення можуть захопити до 3? ч. (на екваторі).

Тривалість усіх фаз місячного затемнення - До 4 ч.; час повного потемніння Місяця триває трохи більше 1 год. 50 м.

2. Число всіх затемнень протягом року – і сонячних та місячних – не може бути більше 7 і менше 2. (У 1935 р. налічувалося 7 затемнень: 5 сонячних та 2 місячних.)

Мал. 58. Плями світла в тіні листя дерева під час приватної фази затемнення мають серпоподібну форму.

3. Без сонячних затемнень не минає жодного року: щорічно трапляється щонайменше 2 сонячних затемнень. Роки без місячних затемнення бувають досить часто, приблизно кожні 5 років.

4. Найближче повне сонячне затемнення, яке видно в Росії, відбудеться 1 серпня 2008 р. Смуга повного затемнення пройде через Гренландію, Арктику, Східний Сибір, Китай.

5. У північній півкулі Землі диск Місяця насувається на Сонце з прав а н а л е в о. Першого зіткнення Місяця із Сонцем слід завжди чекати з правою сторони. У південній півкулі – з лівий (Рис. 59).

Мал. 59. Чому для спостерігача у північній півкулі Землі диск Місяця під час затемнення насувається на Сонце справа, а для спостерігача у південній півкулі – зліва?

6. У північній півкулі Місяць вступає у земну тінь своїм лівим краєм, у південному – правим.

7. Плями світла в тіні листя є не що інше, як зображення Сонця. Під час затемнення Сонце має вигляд серпа і такий самий вид повинні мати його зображення в тіні листя (рис. 58).

8. Місячний серп обмежений зовні півколом, зсередини – напівеліпсом. Сонячний серп обмежений двома дугами кола одного радіусу (див. стор. 59, «Загадки місячних фаз»).

9. На Сонце, хоча б і частково заслонене Місяцем, не можна дивитися незахищеними очима. Сонячні промені обпалюють найбільш чутливу частину сітчастої оболонки ока, помітно знижуючи гостроту зору тривалий час, котрий іноді протягом усього життя.

Ще на початку XIII ст. новгородський літописець зазначив: «Від цього ж знамення у Великому Новгороді тільки хто від людини бачити втратив». Уникнути опіку, проте, легко, якщо запастися густо закопченим склом. Закоптити його треба на свічці настільки густо, щоб диск Сонця здавався через таке скло різко окресленим кружком , без променів та ореолу; для зручності закопчену сторону покривають іншим, чистим склом і обклеюють по краях папером. Так як не можна заздалегідь передбачити, якими будуть умови видимості Сонця в години затемнення, то корисно заготовити кілька стекол з різною густотою затемнення.

Можна користуватися також і кольоровим склом, якщо скласти разом два скла різних кольорів (бажано «додаткових»). Прості темні окуляри-консерви недостатні для цієї мети.

Власне кажучи, на Місяці немає погоди, якщо це слово розуміти у звичайному розумінні. Яка може бути погода там, де немає атмосфера, хмари, водяна пара, опади, вітер? Єдине, що може бути мова, – це температура грунту.

Отже, наскільки нагрітий грунт Місяця? Астрономи мають тепер прилад, що дає можливість вимірювати температуру не тільки далеких світил, але і окремих їх ділянок. Пристрій приладу заснований на явищі термоелектрики: у провіднику, спаяному з двох різнорідних металів, пробігає електричний струм, коли один спай тепліший за інший; сила струму залежить від різниці температур і дозволяє виміряти кількість поглиненої теплоти.

Чутливість приладу вражає. При мікроскопічних розмірах (відповідальна частина приладу не більше 0,2 мм і важить 0,1 мг) він відгукується навіть на дію зірок, що гріє, 13-ї величини, що підвищує температуру на десятимільйонні частки градуса . Ці зірки не видно без телескопа; вони світять у 600 разів слабше, ніж зірки, що знаходяться на межі видимості простим оком. Вловити таку незначну кількість тепла – все одно, що виявити теплоту свічки з відстані кількох кілометрів.

Маючи в своєму розпорядженні такий майже чудовий вимірювальний прилад, астрономи вводили його в окремі ділянки телескопічного зображення Місяця, вимірювали одержуване ним тепло і на цій підставі оцінювали температуру різних частин Місяця (з точністю до 10°). Ось результати (рис. 60): у центрі диска повного Місяця температура вище 100 °; вилита тут на місячний ґрунт вода скипала б навіть під нормальним тиском. "На Місяці нам не довелося б готувати собі обід на плиті, - пише один астроном, - її роль могла б виконати будь-яка найближча скеля". Починаючи від центру диска, температура рівномірно зменшується на всі боки, але ще в 2700 км від центральної точки вона не нижче 80 °. Потім падіння температури йде швидше, і поблизу краю освітленого диска панує мороз -50°. Ще холодніше на темній, відвернутій від Сонця стороні Місяця, де мороз сягає -170 °.

Мал. 60. Температура на Місяці досягає в центрі видимого диска в повний місяць +125 ° C і швидко падає до країв до -50 ° і нижче

Раніше було згадано, що під час затемнень, коли місячна куля занурюється в земну тінь, ґрунт Місяця, позбавлений сонячного світла, швидко охолоджується. Було виміряно, наскільки велике це остигання: в одному випадку встановлено падіння температури під час затемнення з +125 до -115 °, тобто майже на 240 ° протягом яких-небудь I 1 / -2 годин. Тим часом, на Землі, за подібних умов, тобто при сонячному затемненні, відзначається зниження температури всього на два, багато - на три градуси. Цю відмінність треба віднести за рахунок земної атмосфери, порівняно прозорої для видимих ​​променів Сонця та затримуючої невидимі «теплові» промені нагрітого ґрунту.

Те, що ґрунт Місяця так швидко втрачає накопичене нею тепло, вказує одночасно і на малу теплоємність і на погану теплопровідність місячного ґрунту, внаслідок чого при її нагріванні встигає накопичитися лише невеликий запас теплоти.

Щойно зайшло Сонце. На тлі червонуватої зорі яскраво вимальовується вузький блискучий серп, горбом звернений у бік Сонця, що зайшло. Недовго доводиться їм милуватися. Незабаром і він опускається за Сонцем під горизонт. При цьому кажуть: «Народився новий Місяць».

Фото: В.Ладінський. Народився новий Місяць.

Наступного дня при заході Сонця ви помітите, що серп став ширшим, він видно вище над горизонтом і заходить не так рано. З кожним днем ​​Місяць ніби росте і в той же час відходить від Сонця все далі і далі вліво (на схід). Через тиждень Місяць виявляється увечері на півдні у вигляді півкола з опуклістю вправо. Тоді кажуть: «Місяць досяг фази першої чверті».

Кращим часом року для спостережень молодого Місяця в Північній півкулі Землі є весна, коли серп Місяця, що народився, піднімається високо над горизонтом. У фазі першої чверті Місяць піднімається в нас над горизонтом наприкінці зими – на початку весни.

У наступні дні Місяць продовжує зростати, стає більше півкола і відсувається ще далі на схід, поки через тиждень стане повним колом, тобто. настане повний місяць. У той час коли Сонце йтиме під західний обрій на західній стороні, з протилежного, східного боку почне підніматися повний Місяць. На ранок обидва світила як би міняються місцями: поява Сонця на сході застає повний Місяць на заході.

Найповніший Місяць ходить над горизонтом у першій половині зими, а короткими літніми ночами його можна знайти близько опівночі низько в південній частині неба.

Фото: В.Ладінський. Схід повного Місяця 21 липня 2005 року.

Далі день за днем ​​Місяць піднімається все пізніше. Вона стає все більш урізаною, або ущербленою, але вже з правого боку. Через тиждень після повні ви ввечері не знайдете на небі Місяця. Вона тільки близько півночі показується на сході через обрій і знову у вигляді половини кола, але горбом спрямована тепер ліворуч. Це остання(або, як її іноді називають, – третя) чверть. Вранці півколо Місяця, звернене горбом до сонця, що сходить, можна побачити в південній стороні небосхилу. Через кілька днів вузький серп Місяця лише перед сходом Сонця з'являється через обрій на сході. А ще через тиждень, після останньої чверті, Місяць зовсім перестає бути видимим – настає молодик; потім вона з'явиться знову з лівого боку від Сонця: увечері на заході і горбом знову вправо.

Найбільш сприятливим часом року для спостережень Місяця у фазах між останньою чвертю і молодим чоловіком є ​​рання осінь.

Так змінюється вигляд Місяця на небі кожні чотири тижні, точніше – 29,5 діб. Це місячний, або синодичний, Місяць. Він послужив основою для складання календаря ще за давніх часів. Такий місячний календар зберігся у деяких східних народів і досі.

Зміна місячних фаз можна звести до такої таблиці:

Під час молодика Місяць знаходиться між Землею та Сонцем і звернений до Землі неосвітленою стороною. У першу чверть, тобто. через чверть обороту Місяця, до Землі звернена половина її освітленого боку. У місяць Місяць перебуває в протилежній Сонцю стороні, а до Землі звернена вся освітлена сторона Місяця, і ми бачимо її повним колом. В останню чверть ми знову бачимо з Землі половину освітленого боку Місяця. Тепер зрозуміло, чому опуклий бік серпа Місяця завжди звернений до Сонця.

Протягом кількох днів після (або до) молодика можна спостерігати, крім яскравого серпа, і не освітлену Сонцем, але слабко видиму частину Місяця. Таке явище називають попелястим світлом. Це – нічна поверхня Місяця, що освітлюється лише відбитими від Землі сонячними променями.

Отже, зміна фаз Місяця пояснюється тим, що Місяць обертається навколо Землі. Час звернення Місяця навколо нашої планети називається зірковим (сидеричним) місяцемі становить 27,3 діб, що менше 29,5 діб, протягом яких відбувається зміна фаз Місяця. Причиною цього є рух самої Землі. Звертаючись навколо Сонця, Земля захоплює і свій супутник – Місяць.

У молодик, коли Місяць опиняється між Землею і Сонцем, він може закрити його від нас, тоді настане сонячне затемнення. Місяць, перебуваючи по інший бік від Землі, може потрапити в тінь, що відкидається нашою планетою, тоді станеться місячне затемнення. Темряви не відбуваються щомісяця тому, що Місяць обертається навколо Землі в площині, що не збігається з тією площиною (площина екліптики), де Земля обертається навколо Сонця. Площина орбіти Місяця нахилена до площини екліптики під кутом 5° 9". Тому затемнення трапляються лише у випадку, коли в момент молодого місяця Місяць знаходиться поблизу екліптики, інакше його тінь падає «вище» або «нижче» Землі (або земна тінь « чи вище «нижче» Місяця).

Фаза – це відношення площі освітленої частини диска небесного тіла до всього диска. У фазі молодика Ф = 0,0, у фазі першої та останньої чвертей = 0,5, у фазі повного місяця = 1,0.

Уявна лінія, проведена через вершини рогів серпа Місяця, називають лінією рогів. Часто кажуть, що лінія рогів вказує на точку півдня або під неї. Перпендикуляр до лінії рогів вказує напрямок на Сонце.

Якщо роги місячного місяця спрямовані вліво, то Місяць зростає, якщо вправо - старіючий. Втім, це правило змінюється на протилежне при спостереженнях Місяця із південної півкулі Землі, що показано на малюнку:

Завдання та питання:

1. Місяць знаходиться в молодому місяці. У якій фазі Земля буде видно з Місяця?Земля буде у фазі «повноземелія», т.к. фази у Місяця при спостереженнях із Землі та фази Землі для місячного спостерігача змінюються навпаки і знаходяться у протифазі.

2. Чи видно з Місяця Земля в «новоземеліє»?Так, видно у вигляді серпіка через те, що атмосфера Землі заломлює сонячне світло.

3. 25 грудня такого року Місяць був у фазі першої чверті. У якій фазі її буде видно через рік?Для вирішення цього завдання візьмемо синодичний місяць Місяця, що дорівнює приблизно 29,5 діб. Помножимо 29,5 на 12 місяців і отримаємо 354 дні. Віднімемо отримане значення з 365 (кількість днів на рік) та отримаємо 11 днів. Враховуючи те, що перша чверть настає через 7 - 8 днів, то, додавши отримане значення (11) до 7 (або 8), отримаємо вік Місяця через рік 18 або 19 днів. Таким чином, Місяць через рік опиниться у фазі між повним місяцем і останньою чвертю.

4. У скільки кульмінуватиме Місяць у першій чверті?Місяць у першій чверті кульмінуватиме над точкою півдня приблизно о шостій годині вечора за місцевим часом.

Фази Місяця у 2012 році Час вказано Світовий (МСК - 4 год)

У середніх широтах Сонце сходить завжди у східній стороні неба, поступово піднімається над обрієм, опівдні досягає найвищого становища на небі, потім починає опускатися до горизонту і заходить у західній частині неба. У Північній півкулі цей рух відбувається зліва направо, а в Південній справа наліво. Спостерігач у Північній півкулі Землі при цьому бачитиме Сонце на півдні, а той, що знаходиться в Південній півкулі, — на півночі. Денний шлях Сонця на небі симетричний щодо напрямку північ - південь.

2. Чи може Сонце спостерігатися у зеніті у Білорусі? Чому?

Сонце спостерігається в зеніті в поясі, обмеженому наступним інтервалом географічної широти: $-23°27" \le φ \le 23°27".$ Білорусь розташована на північ, тому Сонце в зеніті в нашій країні спостерігатися не може.

3. Чому Місяць звернений до Землі завжди однією і тією самою стороною?

Повний оборот орбітою навколо Землі Місяць робить за 27.3 сут. (Сидеричний місяць). І за такий самий час вона робить один оберт навколо своєї осі, тому до Землі завжди звернена одна й та сама півкуля Місяця.

4. У чому полягає відмінність сидеричного та синодичного місяців? Чим зумовлена ​​їхня різна тривалість?

Синодичний місяць - це проміжок часу між двома послідовними однойменними фазами Місяця (наприклад, новолуннями), і він триває 29.5 діб.

Сидеричний місяць - це період звернення Місяця по орбіті навколо Землі щодо зірок, і він триває 27.3 діб.

Різна тривалість цих місяців пов'язана з тим, що Земля не лежить на одному місці, а рухається своєю орбітою. Тому для того, щоб повторилася попередня конфігурація та завершився синодичний місяць, Місяцю доводиться пройти більшу відстань по своїй орбіті, ніж для завершення сидеричного місяця.

5. Що розуміють під місячною фазою? Опишіть фази Місяця.

Місячною фазою називається видима у сонячному освітленні частина місячного диска.

Розглянемо фази Місяця, починаючи з молодик. Ця фаза настає, коли Місяць проходить між Сонцем і Землею і звернена до нас своєю темною стороною. Місяць зовсім не видно із Землі. Через один-два дні у західній частині неба з'являється і продовжує рости вузький яскравий серп «молодий» Місяця. Спустять 7 діб вже буде видно всю праву половину місячного диска — настає фаза першої чверті. Далі фаза збільшується, і через 14-15 діб після молодика Місяць приходить у протистояння із Сонцем. Її фаза стає повною, настає повний місяць. Сонячні промені висвітлюють всю місячну півкулю, звернену до Землі. Після повні Місяць поступово наближається до Сонця із заходу і висвітлюється ним ліворуч. Приблизно за тиждень настає фаза останньої чверті. Потім знову настає молодик.

6. Серп Місяця звернений опуклістю вправо та близький до горизонту. У якому боці горизонту він?

Місяць спостерігається у західній частині горизонту.

7. Чому відбуваються сонячні та місячні затемнення?

При своєму русі орбітами Земля і Місяць час від часу вишиковується однією лінії з Сонцем. Якщо Місяць знаходиться поблизу площини земної орбіти, настає затемнення. Коли Місяць стає між Землею і Сонцем – буває сонячне затемнення, а коли Земля стає між Сонцем та Місяцем – настає місячне затемнення.

8. Охарактеризуйте повні, приватні та кільцеподібні сонячні затемнення.

Проходячи між Сонцем і Землею, маленький за розмірами Місяць не може повністю затінити Землю. Диск Сонця буде повністю закритий тільки для спостерігачів, що знаходяться всередині конусу місячної тіні, максимальний діаметр якої на поверхні Землі не перевищує 270 км. Тільки звідси, з цієї порівняно вузької області земної поверхні, куди падає тінь від Місяця, буде видно повне сонячне затемнення. Там же, куди потрапляє півтінь від Місяця, всередині так званого конуса місячного півтіні, буде видно приватне сонячне затемнення. Якщо в момент затемнення Місяць, переміщаючись своєю еліптичною орбітою, перебуватиме на значній відстані від Землі, то видимий диск Місяця виявиться занадто малим, щоб повністю покрити Сонце. Тоді спостерігатиметься навколо темного диска Місяця сяючий обідок сонячного диска. Це - кільцеподібне затемнення.