Движение и фазы Луны

Движение и фазы Луны

На прошлых уроках мы узнали, что Солнце так же, как и другие звёзды, описывает свой видимый путь по небесной сфере. Аналогично движению Солнца Луна также перемещается относительно звёзд, но по более сложной траектории. На этом уроке мы с вами выясним, почему Луна обращена к Земле всегда одной и той же своей стороной. Познакомимся с сидерическим и синодическим месяцем и узнаем, в чём состоит их отличие друг от друга. А также выясним, что понимают под фазами Луны и как происходит их смена.

Конспект урока "Движение и фазы Луны"

Аналогично движению Солнца Луна также перемещается относительно звёзд. Но её движение происходит по сложной траектории, которая складывается из двух движений: движения вокруг Земли и движения вместе с Землёй вокруг Солнца. При этом Луна движется вокруг Земли по эллиптической орбите в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси. Поэтому мы видим Луну перемещающейся среди звёзд навстречу вращению неба.

Направление движения Луны всегда одно и то же — с запада на восток. Видимая орбита Луны на небесной сфере — это большой круг, который наклонён к плоскости эклиптики всего на 05^о 09’. Как видим, этот круг пересекает эклиптику в двух точках, которые называются узлами или драконическими точками.

Полный оборот вокруг Земли Луна совершает за 27 д 7 ч 43 мин 6 с. Это, так называемый, сидерический или звёздный месяц. Самое интересное в этом то, что именно за такой же промежуток времени Луна делает один оборот вокруг своей оси. Поэтому нам на Земле всегда видна только одна её сторона.

Как мы уже говорили, движение Луны вокруг Земли очень сложное. Поэтому его изучение является одной из самых трудных задач небесной механики. Однако при наблюдении за Луной с Земли мы с вами легко можем наблюдать изменение её вида. Происходит это по следующей причине. Вам наверняка известно, что Луна не имеет собственного свечения — она лишь отражает Солнечный свет. В свою очередь, Солнце освещает лишь половину лунного шара. Поэтому, по мере движения Луны по своей орбите её видимая освещённая часть постоянно меняется — происходит смена лунных фаз.

Кстати, освещённая сторона Луны всегда указывает в сторону Солнца, даже если оно скрыто за горизонтом. А линия светораздела, отделяющая освещённую часть Луны от неосвещённой, называется терминатором.

Итак, всего принято различать четыре основные фазы Луны: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть.

Фаза новолуния наступает тогда, когда Луна проходит между Солнцем и Землёй. В этот момент мы её не видим, так как она обращена к нам своей тёмной стороной и располагается где-то недалеко от Солнца.

Через пару дней в западной части неба появляется и продолжает расти узкий и яркий серп молодой Луны. Иногда при этом можно наблюдать и остальную часть Луны, которая светиться тусклым сероватым свечением, так называемым пепельным светом. Это явление объясняется тем, что лунный серп освещается непосредственно Солнцем, а остальная часть её поверхности — рассеянным солнечным светом, отражённым Землёй.

Ещё в течение нескольких дней можно видеть, как серп Луны увеличивается по ширине, и его угловое расстояние от Солнца возрастает. Спустя 7 суток после новолуния становится видна́ правая половина лунного диска — наступает фаза первой четверти.

Далее фаза увеличивается, и через 14—15 суток после новолуния Луна приходит в противостояние с Солнцем. Её фаза становится полной — наступает полнолуние. Солнечные лучи освещают всё лунное полушарие, обращённое к Земле. В этой фазе Луна видна над горизонтом в течение всей ночи: она восходит при заходе Солнца, проходит через южную сторону неба, и заходит за горизонт в момент восхода Солнца.

После полнолуния Луна начинает постепенно приближаться к Солнцу. Сначала на правом крае лунного диска появляется небольшой ущерб в форме серпа́, который в течение нескольких дней увеличивается в размерах. Спустя неделю после полнолуния наступает фаза третьей или последней четверти.

В этой фазе мы вновь, как и в первой четверти, видим половину освещённого полушария Луны, но ту, которая в первой четверти была не освещена.

Луна восходит где-то около полуночи. К моменту восхода Солнца она оказывается в южной стороне неба. А заходит днём.

В дальнейшем лунный серп будет обращён выпуклостью влево (к востоку), так как Луна, постепенно приближаясь к Солнцу с запада, освещается им слева. Теперь мы можем наблюдать Луну только под утро, незадолго до восхода Солнца. Затем вновь наступает новолуние.

Интервал времени, прошедшей, например, от новолуния до новолуния, непостоянен и в среднем составляет 29 сут 12 ч 44 мин 03 с.

Промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны называется синодическим месяцем.

Теперь давайте сравним синодический и сидерический месяцы:

Не трудно увидеть, что первый длиннее второго более чем на двое суток. Понять почему это так не сложно, если вспомнить, что Земля не стоит на месте, а движется вокруг Солнца. Предположим, что мы начали наблюдать за движением Луны в момент новолуния. Итак, как мы уже знаем, что примерно через 27,3 суток Луна совершит полный оборот вокруг Земли и займёт на небе прежнее положение относительно звёзд. За это время наша планета, проходя по орбите примерно один градус в сутки, пройдёт по орбите дугу в 27^о градусов. Следовательно, чтобы Луне вновь оказаться в новолунии, ей придётся дополнительно пройти по орбите такую же дугу в 27^о градусов. А на это Луне придётся затратить чуть более двух суток, так как за сутки она перемещается примерно на тринадцать 13^о градусов.

Так же в астрономии принято выделять и лунный год, который равен 12 лунным месяцам или примерно 354 земным суткам, что на 11 дней короче календарного года. Такая разница приводит к тому, что одни и те же фазы Луны из года в год будут приходиться на разные даты. А повторяться в одни и те же дни они будут только раз в 19 лет.

А теперь, для закрепления нового материала, давайте ответим с вами на пару вопросов. Итак, в одной из книг приводится такое описание ночного неба: «За парком, низко над землёй, висел острый серп месяца, рогами налево... Большая Медведица клонилась к западу. Чувствовалось, что уже за полночь, но только-только после первых петухов". Здесь описано осеннее небо в Литве, средняя широта которой 55^о. Проверьте правильность описания.

Ответ на данный вопрос достаточно простой. Если месяц был острым серпом и с рогами налево, то это был "молодой" месяц. А мы уже выяснили, что до полуночи на небе такая Луна не задерживается. Значит, описание ночного неба в Литве, с точки зрения астрономии, неверное.

Кстати, для того, чтобы суметь отличить первую четверть Луны от последней, наблюдатель, находящийся в северном полушарии, может использовать следующее мнемоническое правило. Если лунный серп в небе похож на букву «С», то это Луна «Стареющая» или "Сходящая", то есть это последняя четверть. Если же мысленно приставив палочку к лунному серпу можно получить букву «Р», то это луна «Растущая», то есть это первая четверть.

И ещё один вопрос из книги: «На перекате играла полноводная река. Над левым, отлогим берегом сиял месяц в безоблачном звёздном небе, и серебристая полоса света перерезала реку". Считая, что, по всей вероятности, Луна была в полнолунии, сообразите, в каком направлении текла река.

Итак, мы с вами уже говорили, что в полнолуние Луна находится около своего положения в верхней кульминации, находясь на южной стороне небосвода. Значит, встав по течению реки, мы своей левой стороной повернёмся к югу. Следовательно, река текла на запад.

Советские лунные станции

Конечной целью советской лунной программы была высадка космонавтов на спутнике Земли. Но перед этим автоматическим станциям следовало изучить условия на Луне.

В 1959 г. станция «Луна-2» врезалась в поверхность Луны в районе моря Ясности, первой в мире достигнув поверхности спутника Земли. В том же году станция «Луна-3» сфотографировала невидимую с Земли сторону Луны. Теперь перед конструкторами стояла задача осуществить мягкую посадку на лунную поверхность. В 1966 г. автоматическая станция «Луна-9» мягко прилунилась в районе океана Бурь. Она доказала, что Луна имеет твердую каменистую поверхность.

Автоматическая лунная станция «Луна-16»

Следующим этапом в исследованиях стала доставка на Землю лунного грунта. В условиях, когда СССР проигрывал «лунную гонку» с США, это наглядно доказало бы преимущества гораздо менее затратных автоматических станций, которые добиваются тех же самых результатов гораздо меньшими средствами. Однако, доставить лунный грунт советской станции «Луна-16» удалось только в сентябре 1970 г., когда на Луне побывала уже вторая американская экспедиция. В следующем месяце прилунилась «Луна-17» и на поверхность спустился робот «Луноход-1». Первый лунный робот проработал 10 месяцев вместо запланированных трех. Он проехал более 10 км, выполнил исследования грунта более чем в 500 точках и передал на Землю 25 тысяч фотографий. В 1973 г. ему на смену прибыл «Луноход-2», который «прожил» на Луне меньше, но прошел гораздо большее расстояние, передав 80 000 фото.

Управление луноходом

Луноходом управляли из Центра космической связи (НИП-10) в поселке Школьное под Симферополем. 2 экипажа из 5 офицеров каждый, которые посменно командовали роботом. Экипажи столкнулись с двумя проблемами. Во-первых, рабочая телекамера лунохода находилась слишком низко, качество изображения было слабым и операторам понадобилось время, чтобы научиться ориентироваться на лунной поверхности. Вторая проблема — это задержка радиосигнала, который проходит расстояние до Луны и обратно в течение 2 секунд.

Лунные пилотируемые экспедиции США

В НАСА был разработан крупномасштабный план освоения Луны. Первой его стадией должна была стать программа лунных экспедиций «Аполлона».

РН «Сатурн-5» на стартовой площадке

На траектории полета к Луне происходило перестроение отсеков корабля. В космосе командный модуль разворачивался и пристыковывался к лунной кабине. После этого два астронавта по стыковочному устройству переходили внутрь ЛК и опускались на спутник Земли. Пока 2 астронавта находились на Луне, третий оставался в командном модуле КК «Аполлон» на селеноцентрической орбите.

16 июля 1969 г. с космодрома Канаверал стартовал КК «Аполлон-11» с астронавтами Н. Армстронгом, Э. Олдрином и М. Коллинзом на борту. Спустя 4 дня ЛК «Орел», экипаж которого состоял из Армстронга и Олдрина, прилунился в Море Спокойствия. Ночью 21 июля, первым спустившись на поверхность Луны, Н. Армстронг произнес знаменитое: «Маленький шаг для человека — огромный шаг для человечества». Вслед за ним из лунной кабины спустился Олдрин. Всего астронавты провели на Луне 21,5 часа.

Авария «Аполлона-13»

В апреле 1970 г., когда «Аполлон-13» уже подлетал к Луне, в служебном модуле взорвался кислородный баллон. В результате из строя вышли 2 из 3 батарей топливных элементов, которые обеспечивали электроснабжение отсека экипажа. Истекающий из двигательного отсека кислород накренял корабль и делал невозможной посадку на Луну.

Выход в открытый космос из космического корабля «Аполлон»

Однако вернуться на Землю астронавты могли, только облетев спутник нашей планеты. 2 астронавта перешли в лунный модуль, а третий остался в отключенном командном, который нужно было сохранить для посадки на Землю. Несмотря на постоянные сбои поврежденного оборудования стальные нервы и выдержка астронавтов помогли им вернуться домой.

14 ноября 1969 г. стартовала вторая лунная экспедиция. На борту КК «Аполлон-12» к Луне отправились астронавты Ч. Конрад, А. Бин и Р. Гордон. 19 ноября Конрад и Бин посадили лунную кабину «Интерпид» (также названную в честь военного парусного корабля — все члены экипажа в прошлом были морскими летчиками) в Океане Бурь на расстоянии менее 200 метров от станции «Сервейер-3». В тот же день астронавты в первый раз вышли на поверхность Луны. Это событие транслировалось по цветному телевидению на Землю. Они произвели забор образцов грунта, установили научную аппаратуру и, спустя 4 часа, вернулись в ЛК. На следующий день астронавты подошли к «Сервейеру-3», отрезали от аппарата несколько частей и вернулись к ЛК. 20 ноября 1969 г., пробыв на Луне более 31 часа, «Интерпид» стартовал к к

омандному модулю «Янки Клиппер», находившемуся на селеноцентрической орбите

.

Через 4 дня астронавты вернулись на Землю, привезя с собой более 40 кг лунного грунта. 11 апреля 1970 г. с космодрома Канаверал был запущен КК «Аполлон-13». Его экипаж составляли Дж. Ловелл, Дж. Свайгерт и Ф. Хейз.

Астронавт Ю. Сернан на лунном автомобиле, экспедиция «Аполлон-17»

14 апреля, когда корабль, состыковавшись с лунной кабиной, уже подлетал к Луне, в служебном модуле взорвался кислородный баллон. В результате из строя вышли две из трех батарей топливных элементов, которые обеспечивали электроснабжение отсека экипажа.

В Хьюстоне было принято решение отказаться от высадки на Луну, продолжать ее облет и возвращаться на Землю. В этой критической ситуации астронавты сохраняли стальное хладнокровие и ясный разум, что и помогло им остаться в живых и 17 апреля 1970 г. посадить корабль в Тихом океане. В ходе последующих экспедиций пребывание астронавтов на Луне было увеличено до 67 часов, программа научных исследований расширена, скафандры усовершенствованы. Кроме того, у астронавтов появилось новое средство передвижения — лунный ровер, на котором они могли перемещаться по поверхности спутника Земли. Последняя экспедиция состоялась в декабре 1972 г. Экипаж «Аполлона-17» состоял из Ю. Сернана, Р. Эванса и геолога Х. Шмитта, единственного гражданского, побывавшего на Луне.

Нил Армстронг (1930-2010 гг.)

Армстронг, Нил

Первый человек, ступивший на Луну. Военный летчик, ветеран войны в Корее, в 1962 г. был отобран НАСА во 2-й отряд астронавтов для программы «Джемини». В марте 1966 г. после первой стыковки в космосе, когда «Джемини-8» начал быстро вращаться и терять ориентацию, проявил выдержку и смог вернуть корабль на Землю. После полета на Луну занимался преподаванием в университете и бизнесом.

Возвращение человека на Луну

Амбициозная программа «Аполлон» предусматривала создание лунных баз и колонизацию нашего спутника, однако пока все это остается лишь благими намерениями. Тем не менее, рано или поздно Луна будет освоена человеком.

Планируя освоение Луны, в 1974-1977 гг. НАСА хотело значительно увеличить время пребывания экспедиций, к 1981 г. агентство должно было вывести на орбиту Луны долговременную станцию с экипажем 6 человек. С этой станции на Луну периодически высаживались бы астронавты для сбора научной информации.

На 1980-1983 гг. был запланировано строительство лунной обитаемой базы, на которой к 1986 г. должны были постоянно жить и работать 50 астронавтов. К сожалению, все эти проекты были похоронены экономическим кризисом, из-за которого финансирование космических исследований резко сократилось.

Концепция лунного обитаемого модуля НАСА

Одновременно в Советском Союзе с середины 60-х годов шла разработка долговременного лунного поселения — базы «Звезда», которая стала первым детально проработанным проектом подобного рода.

Но после высадки американцев на Луну советская пилотируемая лунная программа была полностью свернута.

В январе 2004 г. президент США Дж. Буш выступил с новой программой освоение космоса — «Созвездие», которая состояла из трех этапов и имела своей конечной целью высадку астронавтов на Марс. Второй этап предусматривал три пилотируемых полета на Луну в 2019-2020 гг. Но уже в 2010 г. эта программа была свернута президентом Б. Обамой из-за всемирного экономического кризиса.

Заявленная Европейским космическим агентством программа «Аврора» предполагает пилотируемый полет на Луну в 2024 г. Лунная программа Роскосмоса предусматривает высадку космонавтов на наш спутник в 2030 г.

К сожалению, в обоих случаях эти сроки могут быть перенесены.

Несмотря на отсутствие ближайших конкретных планов, многие промышленно развитые страны собираются строить на Луне базы и промышленно ее осваивать. Это задача серьезно облегчается тем, что совсем недавно на Луне были обнаружены значительные залежи водного льда. Главной целью экономической деятельности человека на Луне станет добыча редкого на Земле изотопа гелия-3 из лунного реголита.

Теоретически 1 тонна этого вещества может дать сколько же энергии, сколько 15 млн тонн нефти, а лунные запасы способны обеспечить землян энергией на протяжении пяти тысяч лет.

Терраформирование спутника или планеты — это изменение климатических условий до состояния, при котором на них станет возможна жизнь людей, земных животных и растений.

Покрытая океанами и растительность терраформированная Луна с атмосферой земного типа

Как самое близкое небесное тело к Земле Луна является первым кандидатом на эту процедуру. Первым этапом станет создание на ней атмосферы земного типа, для этого предполагается бомбардировать Луну кометами и ледяными астероидами. Это поможет не только создать первичную атмосферу, но и изменить угол наклона оси и скорость вращения небесного тела. На Луне появятся времена года и сутки сократятся до земных. После этого поверхность будет засеяна бактериями и водорослями, а потом, когда кислорода станет достаточно, и более сложными организмам.

• ₽

• Доводилось ли вам видеть ночью вокруг Луны большое призрачное кольцо белого цвета?

• Круги вокруг Луны могут сначала сбить с толку. Мы ведь знаем, что в действительности вокруг Луны нет никаких колец, вращающихся в космическом пространстве на расстоянии около 402 250 км от Земли. Но почему тогда вокруг Луны мы видим кольцо? И почему оно появляется изредка, а не каждую ночь?

• Эти кольца — лишь оптический эффект, подарок нашей атмосферы. Если присмотреться, то вы увидите, что кольцо на самом деле не белое. Оно больше напоминает тусклую круглую радугу со светлым красным цветом внутри и бледно-голубым снаружи.

• Кольцо вокруг Луны, еще известное как гало, появляется, когда свет преломляется кристалликами льда в высоких холодных перистых облаках. Каждый шестигранный кристаллик льда работает как крохотная призма. Кристаллики льда улавливают лучи белого света и преломляют его, разлагая на все цвета спектра.

• Преломленный лунный свет мы видим в форме круга, потому что кристаллы собирают свет в конус. (Вы — наблюдатель и находитесь в вершине этого конуса.) Если вытянуть обе руки вперед, то ширина кольца обычно будет размером с два ваших кулака. Вообще она зависит от количества пойманного кристаллами света. Большая часть лунного света улавливается и преломляется под углом 22°, образуя небольшой конус. Но бывают и более крупные нимбы, с углом в 46°, хотя и не так часто. Такие нимбы формируются, если лунный свет проходит через более острые края кристаллов.

• Говорят, что гало вокруг Луны предвещает дождь, и часто это так и есть, ведь оно появляется только в облачную ночь.

• ₽