Луна — единственный естественный спутник Земли. Второй по яркости объект на земном небосводе после Солнца и пятый по величине естественный спутник планеты Солнечной системы.
- Средний радиус 1 737,5 км. (примерно в четыре раза меньше Земли)
- Расстояние до Земли: 384 400 км
- Ускорение свободного падения: 1,622 м/с?
- Возраст: 4,527 миллиардов лет
- Координаты: Склонение 28°
- Сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле
- Период обращения вокруг Земли: 27,3 дней
Система Земля-Луна-Солнце
Часть видимого нами диска Луны, которая освещена Солнцем, называется фазой Луны.
Движения Луны
Распространённой ошибкой является утверждение, что мы потому всегда видим только одну сторону Луны («видимую сторону»), что она не вращается.
Рассмотрим три движения Луны:
- Вращение вокруг собственной оси
- Обращение вокруг Земли
- Обращение вокруг Солнца
-
Луна вращается вокруг собственной оси и совершает один полный оборот
за 27 земных суток 7 часов 43 минуты
(именно столько продолжаются лунные сутки для «жителей Луны» и для космонавтов, работающих на Луне). Луна обращается вокруг Земли по эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,055 (или 1/18) и один полный оборот совершается за точно такое же время:
27 суток 7 часов 43 минуты.
Этот период называют звёздным или сидерическим месяцем. Именно из-за равенства этих двух периодов Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной. Траектория Луны относительно Солнца.
Солнце, хотя и находится гораздо дальше от Луны, чем Земля, но, благодаря своей огромной массе, притягивает Луну почти вдвое сильнее, чем Земля.
Поэтому правильнее будет сказать, что Луна обращается вокруг Солнца, а Земля лишь несколько искажает её траекторию. Это и даёт основание называть систему «Земля-Луна» двойной планетой.
Фазы Луны
Луна по своему пути вокруг Земли освещается Солнцем,
она сама не светится.
1. новолуние,
3. первая четверть,
5. полнолуние,
7. последняя четверть.
Последовательное изменение
видимой луны на небе
Луна проходит следующие фазы освещения:
- новолуние
— состояние, когда Луна не видна
(состояние 1 на рисунке) - неомения
— первое появление Луны на небе после новолуния в виде узкого серпа. - первая четверть
— состояние, когда освещена половина Луны
(состояние 3 на рисунке) - полнолуние
— состояние, когда освещена вся Луна целиком
(состояние 5 на рисунке) - последняя четверть
— состояние, когда снова освещена половина луны
(состояние 7 на рисунке)
Связь фаз Луны с её положением
относительно Солнца и Земли
Что такое приливы и отливы?
Тот, кто живет на берегу океана или моря, может наблюдать такое явление, как прилив и отлив.
2 раза в сутки океан наступает на берег, затем постепенно отходит назад.
Виной всему Луна.
Луна и Земля притягиваются друг к другу. Притяжение Луны настолько сильно, что под его воздействием вода Мирового океана выгибается ей навстречу. Но Луна не стоит на месте, она вращается вокруг Земли, а вместе с ней движется и приливная волна. Приблизится Луна к берегу — наступает прилив, удалится — вслед за ней уходит от берега и вода.
Максимальный уровень воды (во время прилива) называется полной водой, а минимальный (во время отлива) — малой водой.
Вода поднимается на стороне Земли, обращенной к Луне, и на противоположной стороне, образуя приливные выступы. Там из-за этого возникает излишек воды. За счет этого в то же самое время снижается уровень воды в точках Земли, находящихся под прямым углом к точкам прилива — здесь наступает отлив.
Почему выпуклостей в Мировом океане образуется две?
Гравитационный поток от Луны «вытягивает» океаны Земли в эллипс с Землей в центре. Эффект принимает форму двух выпукло поднятых уровней моря относительно Земли; один ближе всего к Луне и один самый дальний от нее.
Лунный интервал приливов — это период времени с момента прохождения Луны через точку зенита над Вашей местностью до момента достижения наивысшего значения уровня воды во время прилива
Красивая Луна
Лунная ночь — Байкал-2010
Как вращаются Земля, Луна и Солнце
Луна, Земля, Солнце — три важнейших небесных тела, определяющих существование человечества. Первое поддерживает стабильность вращения нашей планеты, влияет на приливы и отливы, второе — наш родной дом, а третье обеспечивает поступление к нам тепла и света.
Размеры Солнца и Луны
Для понимания природы солнечных затмений нужно знать, во сколько раз Луна меньше Солнца. Диаметр центральной звезды нашей системы составляет 1,4 млн км, аналогичный параметр земного спутника — почти 3,5 тыс. км, разница составляет примерно 400 раз.
В то же время Луна находится ближе к Земле, почти в те же 400 раз (при нахождении этих объектов в некоторых точках относительно планеты): на расстоянии около 385 тыс. км, в то время как дистанция от нас до центра Солнечной системы равна 150 млн км.
И хотя светило расположено от нас намного дальше, чем спутник, земному наблюдателю они часто кажутся на небе равными по величине.
Это и есть объяснение солнечных затмений: спутник полностью или частично перекрывает собой Солнце.
Смена лунных фаз
В разных положениях Солнца, Земли и Луны относительно друг друга светлую часть нашего спутника мы видим по-разному.
Части, освещенные светом центральной звезды, называются лунными фазами, это:
- новолуние;
- первая четверть;
- полнолуние;
- последняя четверть.
Иногда выделяют 2 промежуточные фазы: растущую (молодую) и убывающую (стареющую) луну.
Во время новолуния спутник земному наблюдателю не виден, потому что находится между планетой и Солнцем, и к планете обращена его темная сторона, не освещенная звездой. Некоторое свечение лунного диска в этот период все же можно заметить, оно имеет характерный пепельный оттенок, который небесному телу придает солнечный свет, отраженный от Земли.
Через два дня наступает фаза растущей луны, или неомения — это первое после новолуния появление объекта на небе, когда он имеет вид узкого серпа. С каждым днем он увеличивается в размерах и через 7 суток принимает вид полукруга, появляющегося вскоре после заката на западе или юго-западе.
Относительно светила Луна в этой фазе расположена на 90° в восточном направлении, ее видно только вечером и в первой половине ночи.
Через 2 недели после начала лунного цикла наступает полнолуние: Луна расположена в противостоянии с нашей звездой, в сторону Земли обращено все ее освещенное полушарие. Она восходит в момент захода солнца, видна всю ночь и заходит на рассвете.
Еще через неделю начинается фаза последней четверти: спутник имеет вид полукруга, видимого в восточной части неба во второй половине ночи и перед восходом.
Он будет постепенно уменьшаться в размерах и в последние дни примет вид тонкой буквы «С».
Все указанное справедливо для наблюдения из северного полушария Земли. В южном полушарии положения серпа и полукруга противоположные: букву «С» напоминает не убывающий, а растущий месяц.
Совсем иной вид спутник в разных фазах имеет на экваторе, там положение его освещенной части не вертикальное, а горизонтальное. Например, стареющая луна имеет вид узкой лодки, расположенной в нижней половине диска.
Для расчетов принята продолжительность каждой из 4 основных лунных фаз в 7,38 земных дней, но их фактическая длительность постоянно немного меняется из-за вытянутости орбиты спутника и непостоянства его орбитальной скорости.
Так как лунный месяц короче большинства земных (29,5 дней вместо 30 или 31), 1 раз в год в календарном месяце может случиться второе полнолуние. Это явление получило название «Голубая Луна».
Такое наименование обусловлено не изменением оттенка земного спутника, а происхождением из английского фразеологизма «Однажды при голубой луне», смысл которого можно трактовать как «После дождичка в четверг», т. е. никогда. Голубой цвет сателлит может принимать, но это явление крайне редкое и объясняется оптическим эффектом.
Орбитальные характеристики Луны, Земли и Солнца, схема взаимного вращения
Луна совершает 3 вида движений:
- вращается вокруг своей оси, совершая полный оборот примерно за 27,3 земных дней;
- обращается вокруг нашей планеты по эллиптической орбите с точно таким же (27,3 суток) периодом;
- обращается вокруг Солнца в связке «Земля-Луна».
Равенство периодов собственного вращения и обращения Луны вокруг Земли объясняет, почему она всегда повернута к нам одной стороной.
Земля совершает 2 вида движения: вокруг своей оси и вокруг Солнца. В первом случае движение происходит в направлении с запада на восток, и это явление объясняет смену времени суток. На освещенной половине земного шара наблюдается день, а на обратном — ночь.
Каждый такой оборот называется сутками, он длится 23 часа 56 минут и несколько секунд, но для расчетов длительность этого периода принята равной 24 часа.
Вращение планеты вокруг Солнца происходит по эллиптической орбите, среднее расстояние от центральной звезды — около 149,6 млн км, орбитальная скорость — в среднем 29,8 км/с. При этом в перигелии (ближайшей к светилу точке) Земля движется быстрее, со скоростью более 30 км/с, а в самой удаленной позиции (афелии) — медленнее 29,3 км/с.
За время 1 полного витка вокруг Солнца планета делает 365,25 собственных оборотов — это количество дней в 1 астрономическом году. Календарный аналогичный период, в котором сутки приняты равными 24 часам, длится 365 дней, но через каждые 3 годовых срока в календарь добавляется четвертый особый — високосный, с дополнительным 366-м днем.
Солнце неподвижно относительно Земли, но оно также не стоит на месте, а вращается вокруг центра галактики, и 1 такой оборот занимает 220-230 млн лет.
За время своего существования светило успело совершить только 20 полных витков вокруг Млечного Пути.
Ученые отводят нашей звезде срок жизни от сегодняшнего дня 7 млрд лет, за которые она сделает еще примерно 30 таких оборотов.
Линейная скорость движения Солнца в пространстве — 200-220 км/с. Направление его пути называется апекс, оно перемещается в направлении созвездия Геркулес.
Кроме того, светило вращается вокруг собственной оси, ученые определили это по изменению положения пятен на нем. Передвигается оно не как твердая модель: вращение на экваторе быстрее, по направлению к полюсам движение замедляется. Это касается лишь поверхности и массы, близкой к ней.
Внутренние слои и солнечное ядро при вращении ведут себя как классическое твердое тело. Похоже вращаются газовые гиганты Сатурн и Юпитер. Один полный виток вокруг оси Солнце совершает за 25,4 земных дней, его ось не вертикальная, а наклонена на 7°.
Траектория Луны относительно Солнца
Со школы мы все знаем, что Луна движется вокруг Земли, а Земля – вокруг Солнца, при этом траектории этих движений являются примерно круговыми. В связи с этим возникает любопытный вопрос: а как выглядит траектория Луны в гелиоцентрической системе отсчета (то есть в системе отсчета, связанной с Солнцем)?
На первый взгляд, можно подумать (а многие так и думают), что движение Луны относительно Солнца напоминает своеобразные “завитушки”:
В действительности, такая “интуитивная” траектория является неверной.
Для быстрого объяснения можно вспомнить, что линейная скорость движения Земли по ее орбите – около 30 км/с, а Луны по ее орбите – всего 1 км/с. Таким образом, Луна никаким образом не может двигаться в “противоположную” сторону по сравнению с Землей (по правилу сложения скоростей). Если же быть точнее, то необходимо рассчитать силы притяжения Луны со стороны Земли и Солнца. При этом радиус кривизны траектории будет направлен в ту сторону, где сила притяжения больше. В нашем случае Луна притягивается сильнее к Солнцу ( что, опять же, противоречит “здравому смыслу” ), поэтому никаких “завитушек” в ее траектории быть не может (для тренировки предлагаем читателям сделать расчет для спутника Юпитера Ио – есть ли в его траектории “завитушки” или нет).
Чтобы полностью закрыть вопрос с траекторией Луны, сделаем ее расчет с помощью компьютерной программы. Мы будем использовать язык программирования javascript, а рисование выполнять посредством технологии canvas. Такой подход удобен тем, что для просмотра результатов достаточно обычного браузера.
При отрисовке траектории мы уменьшим все размеры и расстояния в 30 тысяч раз (то есть 1 пиксель = 30000 км). Но, даже при таком масштабе, размеры анимации будут составлять 10000*10000 пикселей (используйте полосы прокрутки и масштабирование, чтобы увидеть общую картину):
Естественно, при таком уменьшении размеры Земли и Луны становятся меньше 1 пикселя (первая изображена синими точками, вторая – черными).
Для отрисовки мы выбрали промежуток времени в 1 год, который поделен на 8760 промежутков. Другими словами, между двумя соседними положениями Земли и Луны проходит ровно один час. Для простоты расчетов мы полагаем орбиты Земли и Луны круговыми. В этом случае координаты Земли можно вычислить через синус и косинус относительно неподвижного Солнца (желтый круг в центре анимации). Координаты Луны тоже вычисляются через синус и косинус, но уже относительно движущейся Земли, и со своим периодом.
Как мы видим, Луна совершает небольшие колебания относительно Земли, находясь то с одной, то с другой стороны – в полном соответствии с тем, что нам предсказывала теория.
Фрагмент изображения орбиты можно скачать по этой ссылке.