Римляне называли нашу спутницу Луной, греки - Селеной.
Луна, конечно, была известна с доисторических времен. Это второй самый яркий объект в небе после Солнца. Поскольку Луна обращается по орбите вокруг Земли раз в месяц, угол между Землей, Луной и Солнцем изменяется; мы наблюдаем это явление как цикл Лунных фаз. Период времени между последовательными новыми лунами составляет 29.5 дней (709 часов).
Благодаря ее размеру и составу Луну иногда относят к планетам земной группы наряду с Меркурием, Венерой, Землей и Марсом.
Впервые Луну посетил Советский космический корабль Луна - 2 в 1959 году. Это единственное неземной тело, на котором побывал человек. Первая посадка произошла 20 июля 1969 года; последняя - в декабре 1972 года. Луна также единственое небесное тело, образцы которого были доставлены на Землю.
Гравитационные силы между Землей и Луной вызывают некоторые интересные эффекты. Наиболее очевидный из них - морские приливы и отливы. Гравитационное притяжение Луны более сильное на той стороне Земли, которая поветнута к Луне, и более слабое на противоположной стороне. Поэтому поверхность Земли, и особенно океаны, вытягиваются по направлению к Луне. Если бы мы взглянули на Землю со стороны, мы увидели бы две выпуклости, и обе они направлены в сторону Луны, но находятся на противоположных сторонах Земли. Этот эффект намного более силен в океанской воде, чем в твердой коре, так что выпуклость воды больше. А так как Земля вращается намного быстрее, чем Луна перемещается по своей орбите, перемещение выпуклостей вокруг Земли один раз за день дает две высших точки прилива в день.
Хотя Луна и вращается вокруг своей оси, она всегда обращена к Земле одной и той же стороной. Дело в том, что Луна совершает один оборот вокруг своей оси за то же самое время (27.3 суток), что и один оборот вокруг Земли. А поскольку направление обоих вращений совпадает, противоположную ее сторону с Земли увидеть невозможно.
Впервые астрономам удалось заглянуть на обратную сторону Луны в 1959 г., когда советская станция "Луна-3" пролетела над ней и сфотографировала невидимую с Земли часть ее поверхности. Обратная сторона Луны представляет собой идеальное место для астрономической обсерватории. Размещенным здесь оптическим телескопам не пришлось бы пробиваться сквозь плотную земную атмосферу. А для радиотелескопов Луна послужила бы естественным щитом из твердых горных пород толщиной 3500 км., который надежно прикрыл бы их от любых радиопомех с Земли.
Толщина коры Луны в среднем составляет 68 км, изменяясь от 0 км под лунным морем Crisium до 107 км в северной части кратера Королева на обратной стороне. Под корой находится мантия и, возможно, малое ядро (радиусом приблизительно 340 км и массой, составляющей 2% массы Луны). В отличие от мантии Земли мантия Луны только частично расплавленная. Любопытно, что центр масс Луны располагается примерно в 2 км от геометрического центра в направлении к Земле. На той стороне, которая повернута к Земле, кора более тонкая.
Поверность Луны можно разделить на два типа: очень старая горная местность с большим количеством вулканов и относительно гладкие и более молодые лунные моря. Лунные моря, которые составляют приблизительно 16% всей поверхности Луны, - это огромные кратеры, возникшие в результате столкновений с небесными телами, которые были позже затоплены жидкой лавой. Большая часть поверхности покрыта реголитом - смесью тонкой пыли и скалистых обломков, пролученных из столкновений с метеорами. По непонятной причине лунные моря сконцентрированы на обращенной к нам стороне.
Большинство кратеров на обращенной к нам стороне названо по имени знаменитых людей в истории науки, таких как Тихо Браге, Коперник и Птолемей. Особенности ландшафта на обратной стороне имеют более современные названия типа Аполлон, Гагарин и Королев - в основном это русские названия, так как первые снимки были сделаны Советским кораблем Луна-3. В дополнение к этим особенностям на обратной стороне Луны расположен огромный бассейн кратеров величиной 2250 км в диаметре и 12 км глубиной - это самый большой бассейн, появившийся в результате столкновения, в Солнечной системе, и Orientale в западной части видимой стороны (его можно видеть с Земли; на снимке справа - в центре), который является отличным примером много-кольцевого кратера.
До того, как Аполлон собрал образцы, ученые ничего не знали о том, кoгда и как образовалась Луна. Было три принципиальных теории: Луна и Земля сформировались в одно и то же время из Солнечной Туманности; Луна откололась от Земли; Луна сформировалась в другом месте и впоследствии была захвачена Землей. Но новая и детальная информация, полученная путем детального изучения образцов с Луны, привела к следующей теории: Земля столкнулась с очень большим объектом (столь же большим, как Марс, или даже больше) и Луна сформировалась из выбитого этим столкновением вещества. Есть еще детали, которые требуют доработки, но именно эта теория столкновения на сегодняшний день является широко принятой.
Луна не имеет магнитного поля. Но некоторые из горных пород на ее поверхности проявляют остаточный магнетизм, что указывает на то, что, возможно, в ранней исторри у Луны было магнитное поле.
Не имеющая ни атмосферы, ни магнитного поля, поверхность Луны подвержена непосредственному воздействию солнечного ветра. В течение 4 миллиардов лет водородные ионы из солнечного ветра внедрялись в реголит Луны. Таким образом, образцы реголита, доставленные Аполлоном, оказались очень ценными для исследования солнечного ветра. Этот лунный водород также может быть использован когда-нибудь как ракетное топливо
Природа Луны
Как мы уже говорили, на Луне невооруженным глазом можно видеть темные пятна. В бинокль, а еще лучше в телескоп очертания их выступают более отчетливо. Это обширные равнины на лунной поверхности. Первые наблюдатели, рассматривавшие Луну в телескоп, приняли их за водоемы и назвали морями. Но на Луне нет ни воды, ни льда. Если когда-нибудь они там и были, то давно уже испарились и улетучились в пространство. Объясняется это тем, что сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Луна не могла долгое время удерживать около себя сколько-нибудь значительное количество паров воды и газов.
В том, что на Луне нет заметной атмосферы, можно убедиться, наблюдая, как внезапно, без всякого потускнения, исчезает звезда, когда ее закрывает, двигаясь по небу, Луна. Тени гор на Луне резко очерчены.
Так как на Луне нет атмосферы, то не может быть на ней и ветра. Там постоянно безоблачное черное небо, на котором и при ярком Солнце блистают звезды. Голубую окраску небу на Земле дает воздух. Рассеивая солнечные лучи, он мешает нам видеть звезды днем, так как делает фон всего небосвода ярче, чем звезды.
Благодаря отсутствию атмосферы палящие лучи Солнца в течение лунного дня могут поднимать температуру поверхности Луны до плюс 120°; зато после захода Солнца температура быстро понижается и доходит ночью до минус 160°.
Так как на Луне нет ни воды, ни воздуха, ее поверхность не размывается и не выветривается. Различные неровности на лунной поверхности - ее горы и впадины - лучше всего видны около первой и последней четверти, когда косо падающие солнечные лучи создают там удлиненные тени. По этим теням ученые измерили высоту лунных гор: некоторые из них достигают 7000 м.
Много дают для изучения поверхности Луны фотоснимки, полученные с большим увеличением. На них можно увидеть широкую темноватую равнину, которую назвали Морем дождей, а по краям ее - цепи гор и отдельные кольцевые горы. Другая часть поверхности Луны сплошь покрыта кольцевыми горами и кратерами самых разнообразных размеров. Диаметр наибольших из них достигает 200 км.
Но как могли образоваться большие кратеры или громадные равнины, окаймленные цепями гор? Этот вопрос наука пока еще окончательно не решила. Русский геолог А. П. Павлов полагал, что некогда горячие массы прорывались в отдельных местах из недр Луны на поверхность и образовывали расплавленные озера и моря. Вулканическая магма постепенно застывала, нагромождая у краев затвердевшие скалы. В середине же этих пространств поверхность несколько опускалась, образуя обширные равнины.
Некоторые ученые считают, что кратеры могли образоваться в результате падения на Луну огромных метеоритов.
Кроме обширных равнин, горных хребтов и многочисленных кольцевых гор, покрывающих поверхность, на фотографии Луны можно видеть трещины, складки и особые светлые полосы, лучеобразно расходящиеся от некоторых больших кратеров. Почти всем крупным формам рельефа на Луне даны различные названия: для горных хребтов взяты названия земных (Кавказ, Альпы, Апеннины и т. п.), для кратеров - имена знаменитых ученых ( Коперника, Кеплера, Тихо и др. )
Форма и размеры
По геометрической форме Луна близка к шару, средний радиус которого 1738 км, что примерно в 3,68 раз меньше, чем радиус Земли. Объем Луны 2,199*1010 км3, площадь ее поверхности 3,769*107 км2. Масса Луны, равная 7,35*1022 кг, составляет 1/81,3 массы Земли. Угловой радиус видимого с Земли диска Луны (при среднем расстоянии между ними) равен 31'05".
Поверхность Луны
На Луне даже невооруженным глазом различимы темные, относительно ровные участки, называемые "морями", и разделяющие их более светлые - "материки", или "континенты". На долю последних приходится немногим более 83% площади поверхности Луны. Поверхность "материков" гориста, ее уровень выше, чем у "морей", и разность средних высот достигает 2,3 км. Уровень в круговых "морях" в районах несколько повышенной плотности лунной породы (в так называемых масконах) обычно более чем на километр ниже, чем у "морей" неправильной формы и уступает 4 км максимальной высоте "материков". Поверхность Луны покрыта большим числом кольцевых структур - кольцевыми горами (цирками) и кратерами ударного (метеоритного) происхождения. Видимые на поверхности линейные структуры - борозды, разломы и складки - являются свидетельствами тектонических процессов на Луне.
Движение Луны
Луна движется вокруг Земли по почти эллиптической орбите со средней линейной скоростью 3683 км/ч (1,02 км/с). Минимальное расстояние от Земли 363300 км, максимальное - 405500 км. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости эклиптики на угол 5°08'43". Период орбитального движения (сидерический период обращения) 27,32166 земных суток, что совпадает с периодом осевого обращения Луны, благодаря этому Луна всегда обращена к Земле одним и тем же полушарием (так называемая видимая сторона Луны). Из-за того что движение Луны по орбите не является равномерным, а также из-за наклона плоскости экватора к плоскости ее орбиты, с Земли можно наблюдать несколько более чем половину (59%) поверхности Луны.
Период обращения Луны относительно Солнца (синодический период) составляет 29,53 суток, так что лунный день и лунная ночь длятся почти по 15 суток. В течение лунного дня поверхность Луны нагревается, а ночью охлаждается; при этом температура на поверхности Луны меняется от 400 до 100 К.
Строение и состав Луны
Плотность лунных пород составляет в среднем 3,343 г/см3, что заметно уступает средней плотности для Земли (5,518 г/см3). Это различие связано главным образом с тем, что уплотнение вещества с глубиной проявляется на Земле значительно заметнее, чем на Луне. Имеются и различия в минералогическом составе лунных и земных пород: содержание оксидов железа в лунных базальтах на 25%, а титана - на 13% выше, чем в земных. "Морские" базальты на Луне отличаются повышенным содержанием оксидов алюминия и кальция и относительно более высокой плотностью, что связывают с их глубинным происхождением.
Для исследования строения Луны использовались сейсмические методы. В настоящее время картина этого строения разработана довольно детально. Принято считать, что недра Луны можно разделить на пять слоев.
Поверхностный слой - лунная кора (ее толщина меняется от 60 км на видимой с Земли половине Луны до 100 км - на невидимой) - имеет состав, близкий к составу "материков". Под корой располагается верхняя мантия - слой толщиной около 250 км. Еще глубже - средняя мантия толщиной порядка 500 км; полагают, что именно в этом слое в результате частичного выплавления формировались "морские" базальты. На глубинах порядка 600-800 км располагаются глубокофокусные лунные сейсмические очаги. Нужно, однако, отметить, что естественная сейсмическая активность на Луне невелика.
На глубине около 800 км кончается литосфера (твердая оболочка) и начинается лунная астеносфера - расплавленный слой, в котором, как и в любой жидкости, могут распространяться только продольные сейсмические волны. Температура верхней части астеносферы порядка 1200 К.
На глубине 1380-1570 км происходит резкое изменение скорости продольных волн - здесь проходит граница (довольно размытая) пятой зоны - ядра Луны. Предположительно, это относительно небольшое ядро (на его долю приходится не более 1% массы Луны) состоит из расплавленного сульфида железа.
Поверхностный довольно рыхлый слой Луны состоит из пород, раздробленных постоянным потоком падающих на нее твердых тел - от микрометеоритов и пыли до крупных частиц - многотонных метеоритов и астероидов.
Над поверхностью Луны газовая атмосфера как таковая отсутствует, так как не может удерживаться Луной вследствие ее малой массы. В результате даже легчайшие атомы при средних тепловых скоростях способны преодолевать притяжение Луны. Поэтому плотность газа над Луной по крайней мере на 12 порядков меньше плотности приземной атмосферы (хотя и заметно выше плотности межзвездного газа).
Физические поля Луны
Наиболее тщательно исследовалось гравитационное поле Луны, что объясняется не только потребностями космонавтики, но и дает важную информацию об особенностях строения Луны. Эти исследования выявили нецентральность гравитационного поля, обусловленную неоднородностью плотности недр. Ускорение силы тяжести на поверхности Луны составило 1,623 м/с2, то есть в 6 раз меньше, чем на Земле.
Магнитное поле Луны по имеющимся оценкам является весьма слабым и составляет примерно 0,1% магнитного поля Земли, что соответствует напряженности магнитного поля, не превышающей 0,5 гамм. Электрическое поле у поверхности Луны не измерялось, но существуют теоретические указания на то, что из-за значительного приливного воздействия со стороны Земли внутри Луны должно произойти перераспределение электрических зарядов, приводящее к образованию над ее поверхностью электрического поля с напряженностью в некоторых точках порядка киловольта на метр.
Луна светит отраженным солнечным светом; визуальное сферическое альбедо равно 0,075, то есть Луна отражает всего 7,5% падающих на нее солнечных световых лучей. Отражение падающего от внешнего источника света довольно заметно преобладает в направлении к этому источнику; по этой причине Луна ярче всего в полнолуние. Собственное тепловое излучение Луны незначительно (соответствует температуре не выше 100 К).
Происхождение Луны
Прежде чем учёные увидели лунные камни, у них имелись три теории происхождения Луны, но не было возможности доказать правильность какой-либо из них. Одни считали, что новообразованная Земля вращалась настолько быстро, что сбросила с себя часть вещества, ставшую затем Луной. Другие предполагали, что что Луна прилетела из глубин космоса и была захвачена силой земного тяготения. Третья теория состояла в том, что Земля и Луна образовались независимо, почти одновременно и примерно на одинаковом расстоянии от Солнца. Различия в химическом составе Земли и Луны указывают на то, что эти небесные тела вряд ли когда либо составляли одно целое.
Не так давно возникла четвёртая теория, которая и принята сейчас как наиболее правдоподобная. Эта гипотеза гигантского столкновения. Основная идея состоит в том, что, когда планеты, которые мы видим теперь, только ещё формировались, некое небесное тело величиной с Марс с силой врезалось в молодую Землю под скользящим углом. При этом более легкие вещества наружных слоёв Земли должны были бы оторваться от неё и разлететься в пространстве, образовав вокруг Земли кольцо из обломков, в то время как ядро Земли, состоящее из железа, сохранилось бы в целости. В конце концов это кольцо из обломков слиплось, образовав Луну. Теория гигантского столкновения объясняет, почему Земля содержит большое количество железа, а на Луне его почти нет. Кроме того, из вещества, которое должно было превратиться в Луну, в результате этого столкновения выделилось много различных газов - в частности кислород.
Общий обзор видимого полушария Луны
При хороших атмосферных условиях в обычный бинокль на лунном диске можно свободно различать кратеры диаметром 50 - 70 км.
В полнолуние хорошо видны лучевые системы и отдельные протяженные лучи.
Если воспользоваться телескопом с диаметром объектива 80 - 100 мм, то можно различить кратеры размером 10 - 15 км, а кратеры размером 50 - 60 км видны уже с подробностями: наличие центральной горки, наличие вторичных кратеров на дне и валу.
Качество изображения в первую очередь зависит от высоты Луны над горизонтом. У самого горизонта диск Луны настолько искажается турбуленцией, что детальные наблюдения невозможны. Наиболее удобно проводить наблюдения в течение нескольких дней, вслед за передвижением линии терминатора.
При среднем возрасте Луны около 3-х дней терминатор проходит через центральную часть Моря Кризисов. На поверхности этого кругового моря становятся заметными пологие валы, поскольку при низком расположении Солнца над горизонтом Луны эти образования отбрасывают длинные тени. Обращают на себя внимание окружающие Море Кризисов горы, отдельные пики которых видны за терминатором на фоне темной неосвещенной части диска. Чем выше вершина, тем ранее она освещается восходящим Солнцем и, следовательно, видна на большем расстоянии от терминатора.
Это время удобно для изучения структуры таких крупных кратеров, как Лангрен, Петавий, Фурнерий, характерных центральными горками.
В первой четверти близ терминатора область богата замечательными деталями лунного рельефа.
В северной части видна половина Моря Холода - отличающаяся внешним видом и яркостью от типичной морской поверхности. С юга к Морю Холода примыкают окружающие Море Дождей горы Альпы, рассеченные прямой трещиной длиной 170 км при ширине 10 км - Долиной Альп.
Южнее располагаются горы Кавказ и Апеннины, которые замыкают кольцо вокруг Моря Дождей с востока, отделяя его от Моря Ясности и от Моря Паров в юго-восточном направлении. Высота гор достигает 8 км.
Несколько южнее центра диска Луны выстроились цепочкой с севера на юг крупные кратеры Птолемей (146 км), Альфонс (124 км), Арзахель (92 км). Кратер Альфонс неоднократно был заподозрен в проявлении вулканической деятельности, а в 1958 году астроному Козыреву Н. А. удалось сфотографировать спектр газов, выходящих из кратера.
В последующие ночи появится кратер Платон, расположенный к северу от Моря Дождей, и примечательный темным дном, а южнее - кратер Коперник (90 км), у которого в фазе полнолуния обнаруживаются светлые лучи, простирающиеся радиально по пересеченной местности на сотни километров.
В южной части в Море Облаков виден сброс материковой поверхности - Прямая Стена высотой до 300 метров при длине более 100 км. На 12-й день после новолуния появляется кратер Кеплер (30 км) и кратер Аристарх (40 км) - наиболее яркий объект видимого полушария с лучами повышенной яркости. По-видимому, он является молодым кратером, а весь район носит явные следы проявления лунного вулканизма.
В последующие две ночи возможно ознакомиться с западной окраиной Океана Бурь, на поверхность которого в 1966 году впервые опустилась автоматическая станция "Луна-9", передавшая на Землю изображения лунного ландшафта.
Первые люди на Луне побывали в 1969 году, высадившись на поверхность Моря Спокойствия, установив там ряд приборов и взяв образцы грунта
Как изменяется вид Луны
Только что зашло Солнце. На фоне красноватой зари ярко вырисовывается узкий блестящий серп, горбом обращенный в сторону зашедшего Солнца. Недолго приходится им любоваться. Скоро и он опускается вслед за Солнцем под горизонт. При этом говорят: «Родилась новая Луна». На следующий день при заходе Солнца вы заметите, что серп стал шире, он виден выше над горизонтом и заходит уже не так рано. С каждым днем Луна как бы растет и в то же время отходит от Солнца все дальше и дальше влево. Через неделю Луна оказывается вечером на юге в виде полукруга с выпуклостью вправо. Тогда говорят: «Луна достигла фазы первой четверти».
В следующие дни Луна продолжает расти, становится больше полукруга и отодвигается дальше к востоку, пока еще через неделю не станет полным кругом, т. е. наступит полнолуние. В то время когда Солнце будет уходить под горизонт на западной стороне, с противоположной, восточной стороны начнет подниматься полная Луна. К утру оба светила как бы меняются местами: появление Солнца на востоке застает полную Луну заходящей на западе.
Дальше день за днем Луна всходит все позднее. Она становится все более урезанной, или ущербленной, но уже с правой стороны. Через неделю после полнолуния вы вечером не найдете на небе Луны. Она только около полуночи показывается на востоке из-за горизонта и опять в виде половины круга, но горбом направлена теперь влево. Это - последняя четверть. Утром можно увидеть с южной стороны полукруг Луны, обращенный горбом к восходящему Солнцу. Через несколько дней, только перед восходом Солнца, появляется из-за горизонта на востоке узкий серп Луны. А еще через неделю, после последней четверти, Луна совсем перестает быть видимой - наступает новолуние; потом она появится опять с левой стороны от Солнца: вечером на западе и горбом уже опять вправо.
Так изменяется вид Луны на небе каждые четыре недели, точнее - за период 29.5 суток. Это лунный, или синодический, месяц. Он послужил основой для составления календаря еще в древние времена. Такой лунный календарь сохранился у некоторых восточных народов и до настоящего времени.
Можно рассчитать, когда и как будет видна Луна - когда будут светлые и темные ночи, а когда вся ночь будет лунная, светлая. Это бывает иногда очень важно знать заранее.
Сделайте вечером в комнате такой опыт: возьмите мяч и лампу. Пусть мяч изображает Луну, ваша голова - Землю, а лампа, поставленная поодаль, - Солнце. Держите мяч в вытянутой руке, двигайте его вокруг себя и смотрите, как будет видна вам освещенная часть мяча. Так же будет видна Луна с Земли, вокруг которой Луна обращается.
Во время новолуния Луна находится между Землей и Солнцем и обращена к Земле неосвещенной стороной. В первую четверть, т. е. через четверть оборота Луны, к Земле обращена половина ее освещенной стороны. В полнолуние Луна находится в противоположной Солнцу стороне, а к Земле обращена вся освещенная сторона Луны, и мы видим ее полным кругом. В последнюю четверть снова мы видим с Земли половину освещенной стороны Луны. Теперь понятно, почему выпуклая сторона серпа Луны всегда обращена к Солнцу.
В ближайшие вечера после новолуния можно наблюдать, кроме яркого серпа, и не освещенную Солнцем, но слабо видимую часть Луны. Такое вление называют пепельным светом. Это - ночная поверхность Луны, освещаемая только отраженными от Земли солнечными лучами.
Таким образом, изменение фаз Луны объясняется двумя причинами: во-первых, Луна - темный, непрозрачный шар, освещаемый Солнцем, и, во-вторых, Луна обращается вокруг Земли.
Время обращения Луны вокруг Земли называется звездным месяцем и составляет 27.3 суток, т. е. меньше 29.5 суток, в течение которых происходит смена фаз Луны. Причиной этого является движение самой Земли.
Обращаясь вокруг Солнца, Земля увлекает за собой и свой спутник - Луну.
Пусть Луна будет в положении новолуния. Пока она сделает полный оборот за 27.3 суток, Земля вместе с Луной займет в это время иное положение по отношению к Солнцу: Луна еще не окажется между Землей и Солнцем. Для того чтобы наступило следующее новолуние, Луне надо продвинуться еще дальше и сделать больше полного оборота. На это ей требуется несколько больше двух суток. Вот причина различия между длительностью синодического и звездного (сидерического) месяцев.
В новолуние, когда Луна оказывается между Землей и Солнцем, она может закрыть его от нас, и тогда наступит солнечное затмение. В полнолуние Луна, находясь по другую сторону от Земли, может попасть в тень, отбрасываемую Землей, тогда произойдет лунное затмение. Затмения не происходят каждый месяц потому, что Луна обращается вокруг Земли в плоскости, не совпадающей с той плоскостью, в которой Земля обращается вокруг Солнца
Наблюдения покрытий звезд Луной
Поскольку Луна довольно быстро перемещается относительно звезд вдоль эклиптики (за 1 час на величину диаметра своего диска), то временами она закрывает собой звезды, происходят так называемые покрытия звезд Луной.
Различают покрытия темным краем, светлым краем, а также открытия, когда звезда появляется из-за темного или светлого края Луны.
Наблюдения этих явлений дают ценный материал для определения радиуса Луны, уточнения теории движения Луны, определения долготы местности.
Покрытия звезд выглядят довольно эффектно, особенно темным краем, когда звезда светит, не меняя своего блеска, и внезапно происходит ее исчезновение, что объясняется отсутствием атмосферы на Луне. Само явление покрытия наблюдать несложно, трудности может вызвать предвычисление данных о покрытий - какая звезда и когда будет закрыта диском Луны.
Астрономический календарь (Переменная часть, выпускаемая ежегодно) публикует моменты покрытий звезд для ряда городов, используя которые можно интерполяцией вычислить данные для своего места.
При наблюдении необходимо за 15-20 минут навести телескоп на звезду, покрытие которой ожидается. Если телескоп имеет часовой механизм, то можно оторваться от окуляра и начать более внимательно смотреть за 3-5 минут до покрытия, в зависимости от точности предвычислений. Более длительное непрерывное слежение за звездой утомляет наблюдателя и сам момент покрытия может быть пропущен.
Момент исчезновения звезды следует отметить по хорошо выверенным часам, подав сигнал голосом: "Есть", а помощник в этот момент должен заметить показания часов; или включить секундомер и остановить его потом по сигналам точного времени или по показаниям часов. Наблюдения представляют ценность, если они проводятся регулярно и обеспечивается точность не хуже 0.2 - 0.3 секунд.
Через час после покрытия можно ожидать выхода звезды из-за Луны, но этот момент уловить гораздо труднее, так как неизвестно точно место появления звезд и наблюдателю трудно сосредоточиться на появлении ненаблюдаемого объекта. Впрочем, если открытие происходит не из-за освещенного края Луны, а из-за темного, то момент вспышки до того не существовавшей звезды улавливается легко.
При наблюдении покрытий целесообразно применять большие увеличения, доходящие до 2D(мм) с тем, чтобы за счет малого поля зрения вывести освещенную часть Луны за его пределы и сосредоточить внимание на самой звезде. За счет большого увеличения яркость фона неба уменьшается, так как собираемый объективом свет "размазывается" на большую площадь, а яркость звезды не изменяется, потому что звезда из-за своей удаленности по-прежнему остается точечным объектом.
При наблюдении открытий приходится применять меньшее увеличение с тем, чтобы можно было видеть значительную часть лунного края, из-за которого должна появиться звезда. В противном случае легко ошибиться и вообще не увидеть появления. Наблюдения легко удаются при ранних и поздних фазах, но затруднены во время полнолуния из-за большой яркости Луны и сильной засветки неба, особенно при плохой прозрачности атмосферы
Вращение Луны, смена на ней дня и ночи
При рассмотрении Луны в бинокль или даже невооруженным глазом на ее поверхности видны темные пятна и всегда почти на одних и тех же местах, одинаково удаленных от краев лунного диска. Значит, Луна обращена к Земле постоянно одной и той же стороной. Это происходит потому, что Луна вращается вокруг своей оси как раз с тем же периодом, с каким она обращается вокруг Земли. Сделайте такой опыт: обойдите вокруг стола, оставаясь обращенными к нему все время лицом. Вы по очереди увидите все стены комнаты. Результат будет тот же, как если бы вы сделали полный поворот вокруг себя, стоя на месте.
Вследствие вращения Луны вокруг своей оси разные участки ее поверхности бывают обращены к Солнцу в разное время. На ней происходит смена дня и ночи. Лунные сутки в 29.5 раза длиннее земных. Почти 15 наших суток на Луне длится день и столько же времени - ночь
Расстояние от земли до луны и размеры Луны
Луна - спутник Земли. Это единственное крупное небесное тело, которое обращается вокруг Земли.
Луна гораздо ближе к Земле, чем другие небесные тела. Расстояние до Луны измерили точно, воспользовавшись тем же способом, каким на Земле измеряют расстояние до видимых предметов, к которым нельзя подойти.
Луна движется вокруг Земли не по окружности, а по эллипсу, поэтому ее расстояние от Земли не остается постоянным. В среднем оно составляет 384400 км.
Зная расстояние до Луны, ученые вычислили ее действительные размеры. Диаметр Луны составляет 3476 км, т. е. немногим более четверти диаметра Земли. Площадь Луны несколько меньше территории Азии. По объему Луна почти в 50 раз меньше Земли
Движение Луны вблизи эклиптики
Аналогично движению Солнца, Луна также перемещается относительно звезд, но по более сложной траектории.
Движение Луны складывается из двух движений - вращение Луны вокруг Земли и движение вместе с Землей вокруг Солнца, при этом движение Луны, как и Солнца, происходит с запада на восток, в сторону, противоположную суточному движению.
Обращение вокруг Земли в течение лунного месяца вызывает перемещение по зодиакальным созвездиям с месячным периодом (29.5 суток). Но за этот месяц Солнце само смещается по эклиптике на 30 град и переходит в другое созвездие. Так что через месяц Луна заканчивает свой круг в другом зодиакальном созвездии и отсюда начинается новый круг по созвездиям.
За это время Луна проходит все фазы: от новолуния (диск Луны находится в соединении с Солнцем), первой четверти (направления Земля - Луна и Земля - Солнце составляют прямой угол), полнолуния (Луна находится в стороне, противоположной Солнцу), последней четверти (аналог первой четверти) и вновь до новолуния, соединения с Солнцем.
Совершая полный круг за месяц, Луна в течение суток смещается примерно на 13 град, и уже за час можно заметить относительно яркой звезды или планеты, что Луна сместилась на величину своего диаметра, то есть на 0.5 град. Луна за месяц в точности повторяла бы путь Солнца по эклиптике за год, если бы плоскость ее орбиты совпадала с плоскостью земной орбиты. Но так как эти плоскости наклонены друг к другу под углом 5 град, то траектория Луны отклоняется от эклиптики также примерно на 5 град, то есть, в максимальной кульминации высота Луны будет на 5 град выше, чем Солнца (для Ростова-на-Дону hmax = 90 град- fi +23.5 град+5 град = 71 град ), а минимальная высота Луны в кульминации может быть h = 14 град
Таким образом, Солнце совершает полный оборот по эклиптике за год (результат вращения Земли вокруг Солнца), а Луна за это время совершает около 12 прохождений по эклиптике (12 оборотов вокруг Земли за время одного оборота Земли вокруг Солнца).
При каждом прохождении вдоль эклиптики склонение Луны может меняться от +28.5 град до -28.5 град (результат сложения наклона земной оси 23.5 град и наклона орбиты Луны 5 град). При этом новолуние начинается в точке с координатами, соответствующими положению Солнца в этот день, а полнолуние будет происходить в точке эклиптики, противостоящей на 180 град. В результате: новолуния в летние месяцы происходят в точке с большим положительным склонением и в это время Луна могла бы наблюдаться при кульминации высоко над горизонтом, но по мере выхода из-за Солнца склонение уменьшается, и Луна обычно наблюдается низко над горизонтом. В момент летнего полнолуния Луна имеет максимальное отрицательное склонение и, соответственно, кульминирует на минимальной высоте над горизонтом. В зимние месяцы, наоборот, новолуние происходит в южной части эклиптики, а полнолуние - при максимальном положительном склонении, и в зимние ясные ночи полная Луна наблюдается близко к зенитной области неба.
Для ориентировочного представления о времени восхода Луны на следующий день следует помнить, что так как Луна за сутки смещается вдоль эклиптики на 13 град, то ее восход наступит примерно на 1 час позже (точнее на 40 минут, так как за один час небо поворачивается на 15°)
Приливы и отливы
Гравитационное воздействие Земли на Луну и наоборот довольно велико. Разные части, скажем, Земли по разному подвергаются притяжению Луны: сторона, повернутая к Луне, - в большей степени, обратная сторона - в меньшей, так как дальше находится от нашего спутника. В результате, разные части Земли стремятся прийти в движение в направлении Луны с разными скоростями. Поверхность, обращенная к Луне, вздувается, центр Земли смещается меньше, а противоположная поверхность вовсе отстает, и с этой стороны тоже образуется вздутие - из-за "отставания". Земная кора деформируется неохотно, на суше приливных сил мы не замечаем. А вот про изменение уровня моря, про приливы и отливы, слышали все. Вода поддается воздействию Луны, образуя приливные горбы на двух проитвоположных сторонах планеты. Вращаясь, Земля "подставляет" Луне разные свои стороны, и приливной горб перемещается по поверхности. Такие деформации земной коры вызывают внутреннее трение, которое тормозит вращение нашей планеты. Раньше она вращалась гораздо быстрее. Луна еще больше подвергнута влиянию приливных сил, ведь Земля гораздо массивнее. Скорость вращения Луны настолько замедлилась, что она покорно повернулась к нашей планете одной стороной, и приливной горб не бежит более по лунной поверхности. Воздействие этих двух тел друг на друга приведет в отдаленном будущем к тому, что и Земля, в конце концов, повернется к Луне какой-то одной стороной. Кроме того, приливные силы, вызванные близостью Земли, а также влиянием Солнца, тормозят и движение Луны по орбите вокруг Земли. Замедление сопровождается удалением Луны от центра Земли. В итоге, это может привести к потере Луны...
Небольшие части обратной стороны Луны бывают видны из-за так называемых либраций, колебаний видимого лунного диска. Это наблюдаемое явление происходит из-за того, что лунная орбита не круг, а эллипс, двигаясь по нему, Луна нам показывает разные части своей обратной стороны. Всего же с Земли можно наблюдать чуть меньше 60% лунной поверхности. На иллюстрации, демонстрирующей смену лунных фаз (выше, слева), Вы сможете заметить и либрации лунного диска. По тем же причинам с Луны Земля видна не отовсюду, а лишь со стороны, обращенной к планете, и иногда с тех участков, которые с Земли видны только благодаря либрациям. Земля (вообразите) неподвижно весит над горизонтом: ни закатов, ни восходов. Только либрационные небольшие и медленные перемещения из стороны в сторону. Для каждой точки поверхности Луны - свое положение Земли на небе. Но вернемся на Землю и посмотрим на Луну
Уже невооруженным глазом на Луне видны светлые и темные (синие или голубые) области. В прошлом, люди считали, что синие участки - это лунные моря. Это название, по традиции, так за ними и осталось. На самом деле, это твердая поверхность, которую с морями роднит, разве что, то обстоятельство, что раньше здесь были моря извергшейся лавы. Но таких мощных извержений на Луне нет уже несколько миллиардов лет. Об этом говорят образцы лунных горных пород, доставленных на Землю людьми и автоматическими станциями
Даже в небольшой бинокль на Луне видны кратеры - следы падения метеоритов. Лунная поверхность вся покрыта кратерам разного размера - от сотен километров до миллиметров. Сейчас уже выпущены промышленностью и глобусы, и подробные карты Луны, пользуясь которыми, можно производить наблюдения в телескоп, отыскивая те или иные участки поверхности. Интересующий вас объект будет лучше заметен, если наблюдать его вблизи границы освещенного диска (терминатора). Тени будут четче вырисовывать неровности рельефа. В районе терминатора на Луне идут заход или восход Солнца. А теперь сами вспомните, когда на Земле Вы отбрасываете самую длинную тень при свете Солнца
Фазы Луны - Сидерический и синодический месяцы
Луна вращается вокруг Земли. При разных положениях относительно друг друга Солнца, Земли и Луны мы по-разному видим освещенный диск нашего спутника. Часть освещенного диска называется фазой Луны. Принято выделять особо фазы новолуния (диск полностью темный), первой четверти(растущий лунный серп выглядит в форме полудиска), полнолуния (диск освещен полностью) и последней четверти (освещено вновь ровно полдиска, только с другой стороны, нежели в фазе первой четверти). Вообще, фазу принято выражать в десятичных и сотых долях единицы, причем новолунию будет соответствовать фаза 0, полнолунию - 1, первой и последней четвертям - 0,5. Для начинающих очень трудно бывает отличить растущий от новолуния к полнолунию месяц от убывающего к новолунию от полнолуния. В северном полушарии пользуются известным приемом: если к лунному серпу можно так приставить воображаемую палочку, чтобы получилась буква "Р" (растущий), то месяц растет, если же месяц выглядит, как буква "С" (старый), то он убывает.
Период полной смены всех лунных фаз от новолуния до новолуния называется синодическим периодом обращения Луны или синодическим месяцем, который равен примерно 29,5 дням. Именно за это время Луна проходит по своей орбите такой путь, что дважды успевает пройти через одну и ту же фазу. Полный оборот Луны вокруг Земли относительно звезд называется сидерическим периодом обращения или сидерическим месяцем, он длится 27,3 дня. Если в какой-то момент времени провести воображаемую линию через центры Земли и Луны и продолжить ее к звездам, то на небесной сфере конец этой линии укажет на некоторую точку. При движении Луны по орбите меняются и эти точки. Повторно линия упрется в то же место как раз через сидерический месяц. (В этом мысленном эксперименте не учтены некоторые особенности движения Луны по орбите, о которых сказано ниже. На самом деле, описанный опыт не удался бы: через сидерический месяц линия прошла бы выше или ниже и немного в сторону). Аналогично определяются синодические и сидерические периоды обращения для других небесных тел. Сидерический и синодический месяц не совпадают потому, что Земля и Луна движутся вокруг Солнца, и для повторения одного и того же взаимного расположения Луны, Земли и Солнца Луне необходимо пройти по своей орбите чуть больше одного витка вокруг Земли. Это все нетрудно себе точнее прояснить, сделав простейший чертеж, в котором нужно учесть, что Луна движется вокруг Земли в том же направлении, что Земля вокруг Солнца
Луна 22 декабря 1999-го года, это последнее полнолуние, означенное годом, начинающимся с 19.. . Луна в тот момент находилась вблизи самой близкой к Земле точке орбиты и была больше обычного по видимым размерам. Снимок получен Робом Гендлером
Наблюдение Луны
Луна вращается вокруг Земли. Для нас это проявляется не только в видимой смене фаз. Луна быстро перемещается на фоне звезд, в день примерно на 12,5°. Каждый новый день наш спутник появляется над горизонтом на 49 минут позже. Из-за этого в новолуние Луна достигает верхней кульминации в полдень, в фазе первой четверти - в 6 вечера, в полнолуние - в полночь, а серп последней четверти - в 6 утра. Растущий молодой лунный серп мы видим вскоре после захода дневного светила на западе. Убывающий старый месяц виден утром, перед восходом Солнца на востоке. Заметьте при своих наблюдениях, если Вам этого делать не приходилось, что месяц всегда обращен выпуклостью к Солнцу. Потрудитесь сами это объяснить
Период обращения Луны вокруг Земли в точности равен периоду обращения спутника вокруг собственной оси, из-за чего Луна повернута к Земле всегда одной стороной. Физическими причинами такого положения вещей являются приливные силы
Лунные затмения
Одним из интереснейших видов астрономических явлений, связанных с Луной, являются затмения
Затмения бывают солнечными и лунными: в первом случае, Луна загораживает собою Солнце, а во втором - земная тень скрывает Луну. Затмения случаются в те моменты, когда Солнце, Земля и Луна Вы страиваются в одну линии в своем движении. Нетрудно сообразить, что это бывает либо в полнолуние, либо в новолуние
Лунные затмения происходили бы каждый раз в полнолуние, а солнечные - в новолуние, если бы не одна особенность движения Луны. Плоскость ее орбиты наклонена к плоскости околосолнечной орбиты Земли под небольшим углом в 5°. Уже этого достаточно, чтобы в новолуние Луна проходила чуть Вы ше или ниже Солнца, а в полнолуние земная тень не попадала на лунный диск. Только тогда, когда полнолуние или новолуние приходится на моменты пересечения Луной плоскости земной орбиты, т.е. когда действительно все три тела, участвующие в явлении, Вы страиваются в линию, происходят затмения. Например, в ситуации, изображенной на рисунке, затмения не произойдет. Точки пересечения лунной орбиты с плоскостью орбиты Земли не лежат на одной линии с Солнцем (эти две точки орбиты называются узлами). В добавление ко всему описанному, ориентация орбиты нашего спутника непостоянна, как Луна. Плоскость поворачивается или, как говорят, прецессирует. В результате, еще в древности был Вы явлен далеко не очевидный временной промежуток, через который последовательность всех затмений повторяется. Этот временной интервал называют саросом. Длительность сароса 18 с небольшим лет (6585,32 суток). Зная об этом, мы можем сказать, что через сарос можно ожидать наблюдаемое, скажем, сегодня полное солнечное затмение, но мы не можем, зная лишь про сарос, утверждать, что оно будет полным, а также не в силах предсказать, где на Земле его можно будет увидеть. В течение сароса происходит 43 солнечных и 28 лунных затмений. В наше время, знания человека о затмениях значительно превосходят умудренность древних. Затмения и условия их протекания высчитываются с высокой точностью на много лет вперед
Вообще, мы имеем дело с поразительным природным совпадением: Луна в 400 раз меньше Солнца, но во столько же раз ближе него к Земле. Благодаря этому, угловой диаметр Солнца и Луны почти одинаков. Подробнее о солнечных затмениях смотрите в разделе о Солнце, а здесь мы еще немного остановимся на лунных
Земная тень вблизи Луны имеет больший, чем у Луны, угловой размер, поэтому пересечение Луною этой тени может длиться десятки минут. Сначала Луны слева касается едва видимая полутень Земли (для наблюдателя на Луне, стоящего в полутени, Солнце частично загорожено Землею). Пересечение Луною полутени длится около часа, после чего, Луны касается тень (для того же наблюдателя на Луне, в тени, Солнце загорожено Землею полностью). Через минут 30 Луна полностью входит в тень, приобретая темно-красный, бордовый цвет, вызванный тем, что Лучи солнца, преломляясь в земной атмосфере, освещают-таки Луну в тени Земли. Как известно, лучше всего рассеиваются синие лучи, а красные лучи, преломившись, доходят до лунного диска. Полное затмение Луны может длится больше часа. Разные этапы затмения еще называют фазами затмения, например, "фаза полутеневого затмения" и т. п. Иногда, когда линия Солнце-Земля-Луна слишком далека от идеала, фаза полного затмения вообще может не наступить, при большем отклонении от этой идеальности, тень Земли может пройти даже мимо, и будет наблюдаться лишь покрытие Луны полутенью. В зависимости от расположения трех небесных тел, продолжительность той или иной фазы может меняться. По тем же причинам разной бывает яркость диска Луны во время наступления фазы полного затмения. Случается, что Луны не видно вовсе, и наоборот, зарегистрированы случаи, когда сторонние наблюдатели не верили, что имеет место затмение: так ярка была Луна
Наконец, посмотрите снимок первого затмения 2000-го года. Долгая четырёхчасовая экспозиция позволила испанцу Хуану Карлосу Кассадо представить всё затмение в виде полосы переменной яркости в таинственном обрамлении древних развалин южной страны. То же затмение в виде трёх объединённых снимков представлено справа. В ночь 20-го января эти фотографии сделал Стефан Барнс
