На небе наблюдателя, находящегося в центре обращенной к Земле стороне Луны, Земля не стоит неподвижно в зените, а в течение месяца описывает небольшой эллипс (большая ось15 градусов, малая - 13).
Чем дальше наблюдатель находится от центра видимого с Земли лунного диска, тем ниже по отношению к его горизонту располагается эллипс, по которому происходит видимое движение Земли. Расстояние от центра диска до пункта наблюдения, на котором этот эллипс касается горизонта лунного наблюдателя, является пограничным: на меньшем расстоянии Земля всегда видна на небе, а на большем, в определенной полосе на поверхности Луны, можо наблюдать восходы и заходы Земли. Эта полоса окоймляет весь лунный диск, ширина ее изменяется от экватора к полюсам. Еще дальше от центра видимого диска, за этой полосой, Земля с Луны вообще никогда не бывает видна.
Проследим, как происходит восход и заход Земли над горизонтом наблюдателей, находящихся на экваторе Луны в пунктах, в которых эллипс касается горизонта. С точкой касания совпадают еще две точки: восхода и захода Земли. На экваторе таких пунктов наблюдения два: вблизи левого (Л) и правого (Пр) краев видимой стороны Луны. Они интересны тем, что в них Земля при восходе поднимается на наибольшую высоту по сравнению с высотой подъема над любыми пунктами наблюдений на Луне. В пунктах Л и Пр восход Земли длится две земных недели и заход две недели.
На экваторе Луны основную роль играет многократно описанная либрация по долготе. Либрация по долготе (см. рис. 1) происходит потому, что орбита Луны - не окружность, а эллипс. Поэтому, когда Луна находится в точке орбиты А, с Земли можно увидеть, как за левым краем Луны закрыт участок в 15 градусов по долготе (Л), а на другой части орбиты, в точке В, открыт. За правым краем видимой стороны Луны (Пр) происходит то же самое, но в противофазе. Поэтому с Земли создается впечатление, что Луна покачивается. Заметить это с Земли можно только при регулярных наблюдениях Луны, так как явление протекает очень медленно, и сам поворот Луны - небольшой.
Рисунок 1
Наблюдатель, находящийся в открывающейся и закрывающейся полосе Луны, тоже видит Землю, ему тоже представляется, что Земля покачивается - восходит и заходит.
Если бы либрация по долготе была единственной либрацией, то видимое движение Земли на набе Луны происходило бы по прямой, для наблюдателя на экваторе Луны вверх - вниз. Но одновременно действует либрация по широте. Поэтому эта прямая разделяется на дугу восхода и дугу захода. Размер большой оси эллипса определяется либрацией по долготе, а малая ось этого эллипса - результат либрации Луны по широте.
Сопоставление восходов и заходов Земли с наступлением дня и ночи на Луне и с фазами Земли позволяет более наглядно представить, что мог бы увидеть лунный наблюдатель. Еще нужно напомнить, что диск Земли на лунном небе в 14 раз больше, чем на нашем небе диск Луны, и что за то время, что Земля описывает эллипс на небе Луны, она 27 раз оборачивается вокруг собственной оси.
В точке А лунной орбиты наблюдатель, расположенный на Луне в пункте Л, видит, что восход Земли начинается во второй половине ночи (сутки на Луне примерно равны земному месяцу). Земля поднимается очень медленно, при этом вид ее изменяется. Из-за горизонта она появляется в виде немного убавившейся половинки выпуклостью вверх. Наступает утро. Постепенно «худея», Земля превращается в стареющий голубой серпик с длинными оранжевами ножками, напоминающий арку. Серпик становится все тоньше, а рожки все длиннее. В полдень на лунном черном небе Земля выглядит темным диском в красно-оранжевом ореоле. Это фаза - новоземлие. После полудня Земля все еще продолжает восходить и превращается в молодой серпик в виде лодочки, а рожки над ним почти смыкаются. При приближении к точке В лунной орбиты серп вырастает и становится почти половиной диска Земли, Земля достигает наивысшего положения, кульминации, поднявшись над горизонтом на высоту … не выше 16 градусов.
На Луне - вечер. Над пунктом Л начинается такой же медленный заход Земли. Ее освещенная часть увеличивается до полного диска (полноземлие). На Луне наступает ночь. Горы, долины и равнины освещаются призрачным голубовато-зеленоватым светом полной Земли. Она светит более, чем в 60 раз ярче, чем у нас Луна. Земля все еще продолжает заходить, ее освещенная часть все уменьшается. Когда Луна прийдет в точку А своей орбиты и станет чуть меньше убывающей половинки, Земля достигнет горизонта в пункте наблюдения Л. Заход окончен, следующие лунные сутки - новый восход и заход.
На правом краю лунного диска в пункте наблюдения Пр восход Земли начинается вечером в точке В лунной орбиты, в то же самое время, когда в пункте Л начинается заход. В лунную полночь во время полноземлия в пункте Пр Земля продолжает подниматься. На Луне наступает утро. Освещенная часть Земли уменьшается. Когда она станет немного меньше убывающуей половинки, наступит ее кульминация над пунктом Пр также на высоте примерно 16- и градусов над горизонтом. Это произойдет в точке А лунной орбиты. И сразу же начнется двухнедельный заход Земли, именно в то же время, когда над пунктом Л Земля начинает свой восход. Лунное утро, день и часть вечера Земля спускается над пунктом Пр, достигает касания с горизонтом в точке В лунной орбиты и начинает новый восход.
На рис. 2 показан эллипс видимого движения Земли в пунктах наблюдений, расположенных на экваторе Луны в полосе восходов и заходов Земли. Видно, что с удалением от центра диска все большая часть эллипса опускается под горизонт, а меньшая его часть остается над горизонтом наблюдателя (Л, Л1, Л2, Л3, Л4, Пр, Пр1, Пр2, Пр3,Пр4). В точках пересечения эллипса с горизонтом один раз в лунные сутки происходят восходы и заходы Земли. В пунктах Л4 и Пр4 эллипс полностью уходит под горизонт.
.jpg)
Рисунок 2
От пункта наблюдения Л до пункта Л4 и от пункта Пр до Пр 4 кульминации Земли над горизонтом все ниже, восходы происходят все позже, а заходы все раньше, значит, уменьшается время видимости Земли над горизонтом лунного наблюдателя. При этом расстояние между точками восхода и захода с удалением наблюдателя от центра диска сначала увеличивается от нуля в пункте Л до 13 градусов в пункте Л2, а затем снова уменьшается до нуля в пункте Л4, аналогично в правой стороне Луны. Восход и заход происходят в одной и той же стороне горизонта - в направлении на центр видимого диска Луны.
На рис. 3 видно,что на всех широтах Луны оси эллипса, по которому происходит видимое на небе Луны движение Земли, наклонены к горизонту тем больше, чем больше широта места наблюдения. На полюсах эллипс «лежит». На средних широтах касается горизонта или пересекается с ним в наклонном положении, поэтому дуги восхода и захода несимметричны. В любом направлении с удалением от центра диска все меньшая дуга эллипса остается над горизонтом, и время видимости Земли уменьшается. На всех лунных широтах картина восхода и захода Земли разворачивается в стороне горизонта, направленной к центру видимой стороны Луны.
Рисунок 3
С удалением от экватора положение земных серпиков (и других фаз) по отношению к горизонту наблюдателя изменяется от горизонтального до вертикального. Ведь выпуклая сторона освещенной части Земли всегда обращена к Солнцу, а Солнце над экватором суточым движением поднимается почти вертикально, а вблизи полюсов Луны - катится по горизонту. (Приведенная выше фотография Земли сделана не с поверхности Луны, а с орбиты космического аппарата).
Описание всех рассмотренных явлений намного усложнится, если учесть, что либрации Луны - суммарный результат действия многих явлений, происходящих с разными периодами.
Двигаясь по орбите, Луна, действительно, покачивается, так как под влиянием приливов и отливов со стороны Земли, приобрела яйцевидную форму. Это физическая либрация.
Причина либрации по широте в том, что ось суточного вращения Луны наклонена к плоскости эклиптики. Благодаря либрации по широте для земного наблюдателя то открывается, то закрывается 13 градусов поверхности Луны над верхним и нижним краями ее диска.
С Земли видно, что Луна одновременно испытывает либрацию по долготе и по широте. В результате этих двух покачиваний центр видимого с Земли диска Луны описывает небольшой эллипс. Поэтому лунному наблюдателю, который находится в центре видимого диска и вместе с ним перемещается по эллипсу, кажется, что на его небе Земля описывает подобный эллипс.
Менее значительные либрации происходят потому, что движение Луны по орбите - очень сложное, например, изменяется наклон плоскости лунной орбиты к плоскости эклиптики, сама орбита Луны вокруг Земли непрерывно поворачивается в своей плоскости. С Земли наблюдаются и многие другие особенности движения Луны. Вследствие этого параметры эллипсов, по которым происходит видимое движение Земли на небе Луны, из месяца в месяц непрерывно изменяются, эллипсы не замыкаются, а переходят один в другой, образуя сложную спираль.
С детства в нашей голове формировалось представление, что Солнце можно увидеть днем, а Луну - ночью. Сфера "деятельности" небесных светил была четко распределена. Однако странный факт налицо: довольно часто ночное светило видно среди дня. Парадокс или просто пробелы в наших астрономических знаниях? Однозначно второй вариант. И в нашей статье мы простым языком постараемся объяснить, почему Луна видна днем.
Причины видимости или невидимости объектов на небе
Разные находящиеся в поле видимости с Земли, в различной степени заметны. Солнце несравненно ярче на фоне дневного неба, нежели Луна ночью. При этом мы помним, что расстояние от спутника до Земли значительно меньше, космически меньше. Понимание этого важно, когда мы разбираем вопрос о том, почему днем видно Луну.
Существует такое понятие, как яркость - звездная величина. Чтобы они были хорошо видны в светлое время суток, их яркость должна быть намного больше, чем у дневного неба. Так, ясного неба днем составляет 9,5, а Луны - 12,7. Превышение налицо, а потому спутник по всем факторам должен быть заметен, хоть и не сильно контрастировать с фоном. Вот самое простое и понятное нам, не ученым-астрономам, объяснение тому, почему Луна видна днем.
Когда Луну и Солнце можно увидеть одновременно?
Мы прекрасно усвоили с детства, что Луна вращается вокруг Земли, а Земля - вокруг Солнца. К этому обязательно прибавим, что планета осуществляет движение и вокруг своей оси. Небесные тела словно находятся в постоянном танце, меняя позиции. И это крайне важно принимать во внимание, выясняя, когда и почему днем видно Луну.
При учете всех условий увидеть Луну с Солнцем вместе можно лишь в полнолуние. В это время совпадает и восход Луны. Все остальное время спутник теоретически должен быть виден днем. Но тут роль играют и прочие факторы. Лучше Луна заметна на дневном небе в периоды, когда она приближается к фазе полной, угловое расстояние от Солнца больше. В другие фазы, растущую и стареющую, освещенная Солнцем сторона спутника мала и повернута к нему. Соответственно, узкую полоску молодого месяца днем будет крайне трудно рассмотреть. Вот почему Луна видна днем не всегда: порой ее просто трудно заметить.
Свойства атмосферы и контрастность астрономических тел
Атмосфера нашей планеты в дневное время имеет голубой цвет (представляем себе сразу вид ясного неба). Также за счет рассеянных частичек света от Солнца она яркая. Именно яркость дневной заглушает яркость Луны. Последняя из-за шаров атмосферы также могла бы быть нам видна в голубом цвете, однако низкая контрастность мешает это сделать. Если появляется Луна днем на небе, то это чаще всего бледное пятно, которое легко не заметить. Однако это не помешало астрономам проводить свои исследования поверхности спутника даже в светлое время суток.
Таким образом, мы понимаем, что свет в атмосфере нашей планеты мешает видеть заметный контур Луны, как ночью. Значительную часть своего цикла спутник находится в положении, когда он хорошо просматривается рядом с Солнцем в дневное время. Поэтому актуальнее даже вопрос о том, не почему днем видно Луну, а почему ее не так хорошо заметно.
Эксперименты с фотографиями поверхности Луны
Несмотря на бледность контура, Луна видна днем невооруженным взглядом. Астрономы не могли упустить такого момента: раз ее можно увидеть без оборудования, то что же будет, если применить технологии? Начались эксперименты с фотографированием поверхности Луны днем. Нужно сказать, что их качество было довольно-таки неплохим, учитывая атмосферные условия. Первый такой снимок сделали при помощи обычного цифрового фотоаппарата, прикрепленного к телескопу. Результат был ожидаемый: из-за низкой контрастности Луны на фоне дневного неба ее изображение было нечетким.
Опыт продолжили в тех же условиях и с той же техникой, однако в режиме черно-белых цветов. Снимок оказался несколько контрастнее. Чтобы улучшить изображение, использовали привычный "Фотошоп". Обработка сделала его похожим на один из снимков, которые получаются при вечерней съемке. Таким образом, на фото стало возможно рассмотреть объекты рельефа. Примечательно, что хорошо видны как крупные кратеры (Гримальди, Гассенди, Аристарх), так и меньшего размера.
Приведенные в пример эксперименты со съемкой лунной поверхности днем доказывают, что спутник в светлое время не просто видно. Его можно даже исследовать с астрономической стороны. Как мы считаем, вопрос о том, почему Луна видна днем, уже обрел вполне ясный ответ.
Выводы
В космосе для нас много загадок, но ближайшие объекты человечество сумело в некоторой степени изучить. Ночное светило, спутник Земли - объекты романтических взглядов, привыкших созерцать ее только в темное время суток. Однако же Луну можно увидеть и днем, разделяющую небосвод с Солнцем.
В нашей статье мы постарались разобраться простым языком, почему Луну можно увидеть днем и чем обусловлено то, что порой мы ее не замечаем. Надеемся, что мы помогли вам расширить свои знания об окружающем мире.
Луна видна на небе благодаря тому, что Солнце освещает ее. Фазы Луны зависят от положения ночного светила относительно Земли и Солнца. В полнолуние Солнце, Земля и ее спутник находятся на одной линии. При этом Луна занимает самое далекое от Солнца положение, и когда дневное светило , ночное - начинает закатываться.
Наоборот, в новолуние Луна «всходит» и «садится» за вместе с Солнцем. При этом невооруженным глазом она не видна, так как полностью закрыта тенью Земли.
Земная ось наклонена относительно орбиты планеты на 23,5 градуса. При движении вокруг Солнца в течение года планета поворачивается к светилу то одной, то другой стороной. Это, в свою очередь, порождает смену времен года, и во время каждого сезона Солнце меняет траекторию своего движения по небосклону.
Поскольку со сменой сезонов Солнце меняет свое положение и движение на небе относительно линии горизонта, то и Луна будет появляться на куполе неба и исчезать с него в разное время и в разных местах.
При этом следует учитывать разницу времен года в северном и .
Как предсказать закат Луны
Предсказать, где будет наблюдаться лунный закат, можно, ориентируясь по Солнцу. Каждый день Луна отстает от Солнца на 12 градусов, скользя по небосводу также в восточном направлении. Это , что время ее отставания от Солнца составляет 50 минут в сутки.
Земля вертится с запада на восток, по часовой стрелке. Поэтому все, что вы наблюдаете на небе, движется по нему в обратном направлении, с востока на запад: звезды, Солнце, Луна и планеты.
Если в новолуние Луна заходит за горизонт в том же месте, что и Солнце, а также одновременно с ним, то в другие фазы место и время лунного заката будут отличаться от солнечного, в зависимости от степени отставания Луны.
На молодом тонкий рожок Луны виден над горизонтом, когда Солнце уже зашло. Первая четверть Луны совпадает с положением ночного светила на 90 градусов левее Солнца. Тогда, если Солнце закатилось на юго-западе, то Луна зайдет за горизонт на западе. Так бывает в зимой, а в южном – летом.
Место захода Луны относительно горизонта зависит также от градуса широты.
Полная Луна находится на 180 градусов левее Солнца и отстает от него на 12 часов. Во время солнечного заката наступает лунный восход. И если в северном полушарии зимнее Солнце закатится на юго-западе, то Луна исчезнет за линию горизонта на северо-западе.
Стареющая Луна в последней четверти находится в 270 градусах левее Солнца и появляется на небе на 18 часов позднее. Ее закат совпадет с полднем. Зимой и летом в северном полушарии он случится на западе, весной – на юго-западе, а осенью – на северо-западе.
Луна является естественным спутником Земли с периодом обращения 29.53 средних солнечных суток. Здесь важно заметить, что период обращения Луны совпадает с лунными сутками (период обращения Луны вокруг своей оси), и поэтому Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной (другая же всегда скрыта от нас).
Перед тем, как начать наблюдать Луну в телескоп, следует заранее изучить структуру лунной поверхности, включая крупные и мелкие детали (это могут быть темные и светлые образования, материки, океаны, моря, крупные кратеры, горные цепи, трещины, пики, террасы и уступы, следы лавовых извержений и скопления камней). См. карту.
При непосредственном уже наблюдении в телескоп, следует учесть тот факт, что Луна является очень ярким небесным объектом (вторым после Солнца), поэтому необходимо пользоваться специальным нейтральным лунным фильтром, который бы ослаблял свет и позволял рассмотреть даже мелкие детали поверхности.
При наблюдении Луны в телескоп нужно помнить, что главной помехой здесь является даже не городские огни или же дым заводов в зимнее время, а атмосферная турбулентность (то есть у самого горизонта поверхность Луны очень сильно искажается, и поэтому действительно качественные наблюдения можно получить только тогда, когда они максимально высоко в небе).
На случай различных погодных условий следует иметь при себе окуляры с различными фокусными расстояниями (например, при неспокойной атмосфере не рекомендуется использовать большое увеличение). Плюс к этому, следует позаботиться и о месте, откуда проводится наблюдение: там не должно быть освещения (или же оно должно быть несильным и красным).
Самый благоприятный момент для начала наблюдений Луны – это третий и последующие дни после новолуния (именно тогда начинают просматриваться детали рельефа). Например, в третий день терминатор (то есть тёмная граница света и тени) проходит через центр моря Кризисов. Здесь достаточно интересным для наблюдения будут окружающие море горы, а также некоторые крупные кратеры (Лангрен, Петавий, Фурнерий). В пятый день, когда терминатор проходит через горный район Тавр, можно наблюдать такие крупные кратеры как Атлас, Геркулес и Жансен. В первую четверть лунного цикла можно наблюдать море Холода, море Дождей, примыкающие Альпы и Апеннины, а также крупные кратеры: Птолемей, Альфонс, Арзахель, Платон, Коперник и Тихо (любопытным здесь окажутся светлые лучи, которые расходятся от каждого из кратеров. На десятый день можно увидеть залив Радуги, горы Юра, а также большой южный материк, густо покрытый кратерами. К двенадцатому дню в видимой части оказываются кратеры Кеплер, Аристарх (который является самым ярким объектом благодаря расходящимся от него лучам) и Шиккард. В период полнолуния терминатор исчезает, и вся видимая часть Луны хорошо просматривается (кратеры Тихо, Коперник, Кеплер, Аристарх, Лангрен и Прокл, а также лучи кратеров Месье, Бессель и Росс).
Теперь поговорим о кратковременных явлениях , которые можно наблюдать на Луне. Это прежде всего выбросы газов из кратеров и появляющиеся из-за этого вспышки, а также вспышки, вызванные падением метеоритов. Что же можно наблюдать во время подобных явлений? Во-первых, это может быть изменение очертаний и контуров объектов, изменение четкости изображения и его яркости, а также появление светлых или темных пятен и точек. Отдельно здесь стоит выделить такие довольно странные явления, как потемнения (то есть своеобразное пятно, которое плывет по лунной поверхности), а также различные сияния: голубоватые (кратер Аристарх), красноватые (кратеры Аристарх и Гассенди).
Каковы же возможные причины данных явлений? Их можно насчитать достаточно много: приливы (могут привести к образованию трещин), изменения альбедо, тепловые удары, магнетизм, ультрафиолетовое излучение, солнечный ветер, сотрясения глубоко в недрах Луны и др.
Чаще всего такие явления можно наблюдать в области кратера Аристарх (где они зарегистрированы более 100 раз), кратера Платон, в долине Шретера, а также в море Кризисов. Активность подобных явлений также зависит от положения Луны относительно Земли. Например, максимальное количество оптических явлений наблюдается во время прохождения Луны через перигей (приблизительно три дня) и апогей.
© Voraorn Ratanakorn | Shutterstock
Как появилась Луна?
После того как засияло Cолнце, началось формирование планет Cолнечной системы. Но понадобилось еще сто миллионов лет, чтобы образовалась Луна. Существует три теории о том, как мог родиться наш спутник: гипотеза гигантского столкновения, теория сообразования и теория захвата.
Гипотеза гигантского столкновения
Это преобладающая теория, которой придерживается научное сообщество. Как и другие планеты, Земля образовалась из оставшегося облака пыли и газа, вращающегося вокруг молодого Солнца. Ранняя Солнечная система была горячим местом, где сформировались несколько тел, которые никогда не доходили до статуса полноценных планет. Согласно гипотезе гигантского столкновения, одно из них врезалось в Землю вскоре после образования молодой планеты.
Это было тело размером с Марс, известное как Тейя. Объект столкнулся с Землей, выбросив в космос испарившиеся частицы коры молодой планеты. Гравитация соединила выброшенные частицы вместе, образовав Луну. Такое рождение объясняет, почему Луна состоит преимущественно из более легких элементов, что делает ее менее плотной, чем Земля, - сформировавший ее материал происходил из коры, а каменистое ядро планеты оставалось нетронутым. Когда материал собрался вокруг того, что осталось от ядра Тейи, то сосредоточился вблизи плоскости эклиптики Земли - пути, по которому Солнце проходит по небу, и где сегодня находится лунная орбита.
Теория сообразования
Согласно этой теории, гравитация способствовала одновременному объединению материала в ранней Солнечной системе в Луну и Землю. Такая Луна должна быть очень похожа на планету, а ее местоположение должно совпадать с нынешним. Но хотя Земля и Луна состоят в основном из одного и того же материала, Луна гораздо менее плотная, чем наша планета, что было бы маловероятно, если бы оба тела начали формировать свои ядра из одних и тех же тяжелых элементов.
Теория захвата
Возможно, гравитация Земли зацепила проходящее тело, как это случилось с другими лунами в Солнечной системе, такими как марсианские спутники Фобос и Деймос. Согласно теории захвата, каменистое тело, образовавшееся в других уголках Солнечной системы, могло быть выведено на орбиту вокруг Земли. Теория захвата объясняет различия в составе Земли и Луны. Однако такие спутники часто имеют необычную форму, а не сферическую, как у Луны, и их пути, в отличие от лунного, не имеют тенденции выравниваться с эклиптикой их материнской планеты.
Хотя теория совместного формирования и теория захвата объясняют некоторые моменты существования Луны, они оставляют многие вопросы без ответа. Гипотеза о гигантском столкновении охватывает большинство из них, что делает ее наиболее популярной среди ученых.
Насколько велика Луна?
Луна - самый яркий объект на нашем ночном небе. Она кажется довольно большой, но только за счет того, что является ближайшим небесным телом. Луна составляет чуть больше четвертой части размера Земли (27 %), что гораздо меньше соотношений размеров других спутников с их планетами.
© shutterstock
Наша Луна - пятый по величине спутник в Солнечной системе. Средний радиус Луны составляет 1737,5 км, диаметр - 3,475 км, менее трети земного. Экваториальная окружность - 10 917 км. Площадь поверхности - около 38 миллионов квадратных километров, что уступает общей площади Азиатского континента, равной 44,5 миллионам квадратных километров.
«Если представить, что Земля размером с монету, то Луну в этом случае можно сравнить с кофейным зерном» , - говорят исследователи.
Масса, плотность и гравитация
Масса Луны составляет 7,35 × 10^22 кг, около 1,2 % массы Земли. Иными словами, Земля весит в 81 раз больше, чем Луна. Плотность Луны составляет 3,34 г/см3. Это около 60 % плотности Земли. Луна - второй самый плотный спутник Солнечной системы после юпитерианской Ио, чей аналогичный параметр равен 3,53 г/см3.
Лунная сила притяжения составляет всего 16,6 % земной. Человек, весящий 45 кг на Земле, на Луне будет весить лишь 7,5 кг. Человек, который может прыгать на 3 м на Земле, сможет прыгнуть почти на 18 м на Луне.
Как и на большинстве миров Солнечной системы, гравитация Луны изменяется в зависимости от характеристик ее поверхности. В 2012 году миссия НАСА GRAIL картографировала лунную гравитацию в беспрецедентных деталях. «Когда мы видим заметное изменение в гравитационном поле, мы можем синхронизировать это изменение с особенностями поверхностной топографии, такими как кратеры или горы», - говорится в заявлении сотрудника миссии Марии Зубер из Массачусетского технологического института.
Хотя Луна является ближайшим и одним из самых изученных астрономических объектов, интерес ученых к ней не ослабевает. «Луна - это Розеттский камень, благодаря которому мы понимаем остальную Солнечную систему», - сказал Ной Петр, заместитель сотрудника проекта НАСА LRO.
Суперлуние
Поскольку орбита Луны не идеально круглая, она то ближе к нам, то дальше. Перигей - это точка лунной орбиты, в которой она ближе всего к Земле. Когда полнолуние совпадает с перигеем, мы получаем суперлуну, которая на 14 % больше и на 30 % ярче, чем обычно.
Основная причина, по которой орбита Луны не идеальный круг, заключается в том, что на Луне много приливных, или гравитационных сил. Гравитация Земли, Солнца и планет нашей Солнечной системы воздействуют на орбиту Луны, заставляя ее совершать эти близкие проходы.
Суперлуние происходит примерно каждые 414 дней. Но надо учитывать, что это средний показатель. Например, 2016 год мог похвастаться тремя суперлуниями.
Снимки гигантской Суперлуны в 2016 году стали хитом в соцсетях.
Любительскими снимками астрономического явления, которое стало самым масштабным за минувшие 68 лет назад, поделились жители России, Европы, Северной и Латинской Америки.
Нью-Йорк. © Stan Honda | spaceweather.com
Что произошло, почему Луна занимает на небе больше места, чем обычно? Дело в том, что расстояние между центрами Земли и ее естественного спутника уменьшилось на 50 тысяч километров относительно апогея. Поэтому Луна кажется на 14 % больше на земном небосклоне и на 30 % - ярче. Это самая крупная и яркая полная Луна за почти 70 лет!
Разница между Луной в перигее и апогее. © Sky and Telescope, Laurent Laveder
Суперлуния происходят довольно часто. В 2016 году его наблюдали 16 октября, 14 ноября и 14 декабря. Но ни одно из них не превзойдет ноябрьское событие по зрелищности!
Лойкратхон, фестиваль в Таиланде, проходящий во время ноябрьского полнолуния. © Jeff Dai | spaceweather.com
Хэштег #supermoon набирает обороты в «Твиттере». Снимки огромной луны распространились и по другим соцсетям.
Вот фото, которое выложил в «Твитер» Лука Пармитано, итальянский космонавт, находящийся сейчас в Казахстане для поддержки коллег - француза Тома Песке, американки Пегги Уитсон и россиянина Олега Новицкого, - которые отправились на МКС 17 ноября 2016 г.
На фотографиях ниже - ракета-носитель «Союз-ФГ», на борту которой находится космический корабль «Союз МС-03», на фоне Суперлуны.
В следующий раз Луна подойдет на такое близкое расстояние лишь 25 ноября 2034 года. В 2017 году только одно суперлуние - 3 декабря. В 2018 году два - 2 и 31 января.
«Голубой Луной » называют второе полнолуние за месяц. Первое произошло 2 января 2018 года.
31 января 2018 года жители Земли стали свидетелями уникального астрономического события: в этот день Суперлуние совпало с «кровавым» лунным затмением и так называемой «Голубой Луной» . Последний раз такое наблюдалось полтора века назад, в 1866 году.
Во время Суперлуния полная Луна кажется больше и ярче, чем обычно, за счет приближения к Земле. В данном случае расстояние между спутником и нашей планетой составляло 350 тысяч километров.
«Кровавая Луна» - это результат преломления солнечных лучей при полном лунном затмении, когда спутник целиком находится в земной тени.
Иллюзия горизонта
Малопонятый оптический эффект может визуально увеличивать Луну, когда она восходит за удаленными объектами на горизонте. Этот эффект, известный как лунная иллюзия, либо иллюзия Понцо, наблюдается с древних времен, но до сих пор не имеет общепринятого объяснения.
Согласно одной теории, мы привыкли видеть облака всего в нескольких километрах над нами, в то время как мы знаем, что облака на горизонте могут находиться на расстоянии в десятки километров. Если облако на горизонте такого же размера, какими обычно бывают облака над головой, несмотря на большое расстояние, мы знаем, что оно должен быть огромным. И поскольку Луна вблизи горизонта имеет тот же размер, в каком мы ее видим над головой, наш мозг автоматически увеличивает ее.
Другая гипотеза предполагает, что Луна кажется больше у горизонта, потому что мы можем сравнить ее размеры с близлежащими деревьями и другими объектами на Земле - и она принимает ужасающие размеры по сравнению с ними. Над головой, на фоне обширного космического пространства Луна кажется маленькой.
Один из способов проверить иллюзорность картины - поднести большой палец к видимой Луне и сравнить ее размер с ногтем. Когда Луна поднимется выше, посмотрите на нее снова, и вы увидите, что Луна будет такого же размера по сравнению с вашим ногтем.
Почему Луна кажется больше у горизонта?
Когда настаёт полнолуние, создается оптическая иллюзия, которая сбивает с толку наблюдателей со времен Аристотеля. Восходящие Луны, особенно полные, выглядят до странности огромными рядом с горизонтом и кажутся все меньше и меньше, когда поднимаются на ночном небе.
© lOvE lOvE | shutterstock.com
Лунная иллюзия существует исключительно в вашей голове. Луна не меняет размер, и, хотя расстояние от нее до Земли немного меняется со временем, это происходит слишком медленно, чтобы за одну ночь произошла значительная трансформация.
Если вы хотите доказательство того, что лунная иллюзия - абсолютно психологический феномен, просто замерьте Луну у горизонта и высоко в небе с помощью линейки. «Нижняя» Луна будет казаться значительно больше, но линейка покажет, что ее диаметр не изменился.
Камеры также помогают вывести Луну на чистую воду. Сделайте последовательно несколько фотографий Луны с одной и той же точки, а затем совместите их - будет очевидно, что размер спутника не изменился.
© Jingpeng Liu | spaceweather.com
© Ken Sperber | spaceweather.com
Итак, что же происходит? Когда мы смотрим на Луну, лучи отраженного солнечного света формируют на сетчатке глаза изображение диаметром 0,15 мм.
«Высокие и низкие Луны создают пятно одного размера , - говорит ученый НАСА Тони Филипс. - И все же мозг настаивает на том, что одна из них больше другой» .
Иллюзия Понцо
Одним из объяснений «самообмана» мозга может служить. На анимированном изображении внизу верхняя желтая полоска кажется шире нижней, потому что она «намного дальше» (то есть ближе к горизонту) на железнодорожных путях. Наш мозг добавляет ширины, компенсируя ожидаемое искажение. Как и в случае с высокой и низкой Лунами, обе полоски одинаковой длины, как явно показывают вертикальные красные линии.
Еще одна иллюзия, которая, возможно, объясняет изменение размеров Луны, - иллюзия Эббингауза. Она заключается в сложности восприятия мозгом относительных размеров предметов. На изображении внизу оранжевые круги - одного размера, хотя правый кажется больше. У горизонта Луну окружают относительно маленькие здания и деревья, поэтому она может казаться больше, чем на небе, где предметов для сравнения нет.
Иллюзия Эббингауза
К сожалению, все объяснения иллюзии, предложенные на данный момент, имеют недостатки (непример, иллюзия Эббингауза не работает в случае с моряками и пилотами - в небе и море нет зданий и деревьев - но иллюзию люди видят) - ученые до сих пор ведут жаркие споры по этому поводу.
Анимированный обзор попыток понять лунную иллюзию - в видеоролике популяризатора науки Эндрю Вандена Хойвела (доступны русские субтитры):
Вращается ли Луна?
Те, кто наблюдает за Луной с Земли, могут заметить, что спутник, проходя по своей орбите, всегда повернут к своей планете одной и той же стороной. Возникает логичный вопрос, а вращается ли Луна или же она неподвижна относительно своей оси? Несмотря на то, что наши глаза говорят «нет», ученые утверждают обратное - Луна действительно вращается.
© taffpixture | shutterstock
Период обращения Луны вокруг Земли составляет 27,322 дня. Примерно 27 дней требуется спутнику и для того, чтобы сделать один оборот вокруг собственной оси. Именно поэтому для наблюдателей с Земли создается иллюзия того, что Луна остается абсолютно неподвижна. Ученые называют эту ситуацию синхронным вращением.
Однако, стоит обратить внимание на то, что орбита Луны полностью не совпадает с осью ее вращения. Луна путешествует вокруг Земли по эллиптической орбите, слегка вытянутому кругу. Когда Луна приближается к Земле на максимально возможное расстояние, она вращается медленнее, что позволяет увидеть обычно скрытые от наблюдателей 8 градусов на восточной стороне спутника. Когда же Луна отдаляется на максимальное расстояние, вращение происходит быстрее, поэтому дополнительные 8 градусов можно увидеть на западной стороне.
Следует отметить, что обратная сторона Луны визуально сильно отличается о того, какой мы привыкли видеть ее с Земли. Если ближняя сторона Луны главным образом состоит из лунных морей - больших темных равнин, созданных затвердевшими потоками лавы - и невысокими лунными холмами, то обратная сторона спутника буквально усеяна кратерами.
Между тем, ученые заявляют, что период вращения Луны не всегда был равен ее периоду обращения. Подобно тому, как гравитация Луны влияет на океанские приливы на Земле, гравитация Земли влияет и на Луну. Но поскольку на естественном спутнике планеты нет океана, Земля воздействует непосредственно на поверхность Луны, создавая на ней приливные выпуклости вдоль линии, указывающей на Землю. Приливное трение постепенно замедляет вращение Луны.
Такой же эффект оказывает и сам спутник на Землю, поэтому каждые 100 лет продолжительность дня увеличивается на несколько миллисекунд. Так, во время динозавров Земля совершала один оборот вокруг своей оси за 23 часа. Ныне принятые за сутки 24 часа (или 86 400 стандартных секунд) на оборот вокруг своей оси у Земли уходило в 1820 году. С тех пор солнечный день на планете увеличился примерно на 2,5 миллисекунды.
На Луне тепло или холодно?
Температура на Луне экстремальная: от кипящей жары до морозного холода, в зависимости от того, где светит Солнце. На Луне нет значительной атмосферы, поэтому она не может удерживать тепло или изолировать поверхность.
© Ricardo Reitmeyer | shutterstock
Луна совершает полный оборот вокруг своей оси примерно за 27 дней. День на одной стороне Луны длится около 13,5 суток, а следующие 13,5 суток она погружена во тьму. Когда солнечный свет попадает на поверхность Луны, температура может достигать 127 °C. После захода солнца она может опуститься до минус 173 °C. Температура меняется по всей поверхности Луны, поскольку она вращается и вокруг Земли, и вокруг своей оси.
|
Читайте также: |
Лунная ось наклонена примерно на 1,54 градуса - намного меньше, чем земная ось (23,44 градуса). Это означает, что на Луне нет сезонов, как на Земле. Однако из-за наклона на лунных полюсах есть места, которые никогда не видят дневного света.
Инструмент Diviner на зонде НАСА LRO определил, что температура в кратерах на южном полюсе Луны составляет минус 238 °C и минус 247 °C в кратере на северном полюсе. «Эти температурные значения, насколько нам известно, являются самыми низкими, которые были измерены в любой точке Солнечной системы, включая поверхность Плутона» , - сказал Дэвид Пейдж, главный исследователь по работе с инструментом Diviner и профессор планетарной науки в Университете Лос-Анджелеса. С тех пор аппарат НАСА «Новые горизонты» установил диапазон температуры на Плутоне, который находится в сопоставимых пределах - от минус 240 до минус 217 °C.
Ученые подозревали, что в темных кратерах Луны, находящихся в постоянной тени, может существовать водяной лед. В 2010 году радар НАСА на борту индийского космического корабля «Чандраян-1» обнаружил водяной лед в более чем 40 небольших кратерах на северном полюсе. По предварительным оценкам, его объем составляет более 1,3 триллиона фунтов.
Какого цвета Луна?
Согласно НАСА — Луна серая, согласно советским учёным — коричневая. 15 декабря 2013 китайская космическая миссия Чанъэ-3 передала снимки с Луны: Луна коричневая! Тут сторонники НАСА (Виталий Егоров, он же Zelenyikot) спохватились и придумали объяснение: «на камерах банально не был настроен баланс белого». В данном ролике доказывается, что сторонники НАСА неправы.
Почему Луна становится красной?
«Кровавая Луна » появляется, когда земной спутник проходит фазу затмения. Хотя феномен не имеет особой астрономической значимости, вид в небе поражает - обычно белая Луна становится красной или кирпично-коричневой.
Луна вращается вокруг Земли, а Земля вращается вокруг Солнца. Луне требуется около 27 дней, чтобы обойти вокруг Земли, а также она проходит через регулярные фазы за 29,5-дневный цикл. Разница между эти двумя циклами связана с расположением Солнца, Земли и Луны относительно друг друга, которое постоянно меняется.
Лунные затмения могут происходить только в полнолуния, когда Солнце полностью освещает поверхность. Обычно полная Луна не создает затмений, так как вращается в немного другой плоскости, нежели Земля и Солнце. Однако, когда плоскости совпадают, Земля проходит между Луной и Солнцем и блокирует солнечный свет, создавая затмение.
Если Земля частично закрывает Солнце, и самая темная часть ее тени падает на поверхность Луны, феномен называется частичным затмением. Вы увидите тень, которая «откусывает» часть спутника. Иногда Луна проходит через более светлую часть земной тени, становясь причиной полутеневого затмения. Только опытные наблюдатели за небом могут заметить разницу, так как Луна темнеет совсем чуть-чуть.
© AZSTARMAN | shutterstock
| В древних культурах часто не понимали, почему Луна становится красной. По меньшей мере, один исследователь - Христофор Колумб - использовал это для собственной выгоды в 1504 году. Колумб и его экипаж застряли на Ямайке. Сперва местные жители были гостеприимны, но мореплаватели грабили и убивали аборигенов. Понятно, что ямайцы не имели ни малейшего желания помогать им в поисках еды, и Колумб понял, что голод приближается. У Колумба был с собой альманах, в котором значилось, что скоро произойдет следующее лунное затмение. Он сказал ямайцам, что христианский бог расстроен, потому что у Колумба и его команды нет еды, и перекрасит Луну в красный цвет, как символ своего гнева. Когда событие на самом деле произошло, испуганные ямайцы «с громкими воплями и плачем прибежали отовсюду к кораблям, нагруженные провизией, моля адмирала вступиться за них перед богом». |
Во время полного затмения, однако, происходит нечто зрелищное. Луна полностью находится в земной тени, однако солнечный свет, рассеивающийся в атмосфере Земли все-таки доходит до поверхности Луны. Поскольку лучи красного спектра рассеиваются хуже всего, Луна выглядит кровавой.
Насколько красной становится Луна, зависит от загрязнения, облачного покрова или мусорных частиц в атмосфере. Например, если затмение происходит вскоре после вулканического извержения, частицы в атмосфере могут заставить Луну выглядеть темнее обычного.
Частичное лунное затмение произошло 7 августа 2017 года
.
31 января 2018 года
: полное затмение. Лунные метаморфозы можно было увидеть на четырех континентах планеты - в Азии, Австралии, Тихом океане, на западе Северной Америки. В центральной части России его видно только частично.
Больше всего повезло жителям Сибири, Дальнего Востока, Японии, Австралии и западного побережья США - в этих регионах феномен был особенно зрелищным.
В Москве наблюдениям помешала облачная погода, к тому же над столицей затмение было не полным. В Санкт-Петербурге красно-оранжевая Луна была хорошо видна.
27 июля 2018 года
: полное затмение. Видно в Южной Америке, Европе, Африке, Азии, Австралии.
19 января 2019 года
: полное затмение. Видно в Северной и Южной Америках, Европе и Африке.
16 июля 2019 года
: частичное затмение. Видно в Южной Америке, Европе, Азии, Австралии.
Хотя планеты и луны есть по всей Солнечной системе, только Земля переживает лунные затмения, так как ее тень достаточно велика, чтобы полностью перекрыть спутник.
Луна понемногу удаляется от нашей планеты (примерно 4 см в год), и число затмений изменится. Каждый год происходит в среднем 2–4 лунных затмения, и каждое из них видно примерно на половине Земли.
Слои изоляции
Астронавты на Луне были защищены от экстремальной температуры своими скафандрами. В костюмах было несколько слоев изоляционного материала, покрытых сильно отражающим внешним слоем. Кроме того, они имели встроенные нагреватели и системы охлаждения.
Температура ядра
Луна имеет богатое железом ядро с радиусом около 330 км. Температура в ядре, предположительно, составляет от 1,327 до 1427 °C. Ядро нагревает внутренний слой расплавленной мантии, но она не достаточно горячая, чтобы согреть поверхность. Поскольку Луна меньше Земли, внутренние температуры Луны не поднимаются так высоко.
«Температура в недрах Луны, вероятно, ниже, чем у Земли, потому что Луна меньше - следовательно, ее внутреннее давление также меньше» , - пояснил планетолог НАСА Рене Уэббер.
Обратная сторона Луны
Климатическая обсерватория глубокого космоса нацелила свои камеры на Землю, сделав множество снимков с 6 июля 2015 года, когда Луна оказалась перед нашей планетой.
Видимая разница в текстуре и освещении между Луной и Землей в анимированном изображении - не графическая обработка. Эффект создан естественным образом, благодаря атмосфере Земли.
Луну окутывает лишь тонкая дымка аргона. Солнечный свет касается поверхности спутника и отражается в обратном направлении. Свет, проходящий сквозь атмосферу Земли, напротив, рассеивается из-за плотного воздуха. Поэтому освещение нашей планеты более мягкое.
Камера EPIC выследила дальнюю сторону Луны во второй раз за время работы и в третий раз зафиксировала, как спутник пересекает ее поле зрения.
Мы не видим обратную сторону Луны с Земли, так как спутник синхронно вращается относительно нашей планеты. Это значит, что вращение Луны - длина ее дня от рассвета до рассвета для любого, кто стоит на ее поверхности, - занимает то же время, что и оборот спутника вокруг Земли.
Почему Луна всегда разная?
Луна - это первый небесный объект, привлекающий внимание человека. Все знают о фазах Луны, меняющейся в течение месяца - но что именно вызывает эти изменения?
Фазы Луны. © Orion 8
Сама Луна сияет, отражая солнечный свет. Относительно нашей планеты, за исключением Солнца, из всех небесных объектов Луна обладает самым большим угловым размером - полная Луна в 30 раз больше и более чем в 1300 раз ярче Венеры.
Интересно, что фазы Луны можно увидеть прямо у себя дома - проведя небольшой эксперимент. Все, что понадобится - теннисный мяч, который обладает грубой структурой. Нужно выйти на улицу и держать мяч, ориентируясь на Солнце. Если Луна также видна на небосводе, то следует удерживать мяч на расстоянии вытянутой руки по направлению к ней. Если угловое расстояние между мячом, который выступает в роли Луны, и Солнцем будет таким же, как между настоящей Луной и Солнцем, то и Луна и мяч будут находиться в одной и той же фазе. Конечно, если переместить мяч в другое положение, его фаза изменится из-за изменения угла свечения. Можно переместить мяч таким образом, что он окажется полностью освещенным (полнолуние), либо освещенным только наполовину (четверть).
© NASA
Лунные фазы связаны с положением Луны на земной орбите. Спутник проходит через весь цикл фаз за 29,53 дня - от одной фазы новолуния (когда Луна не видна) до другой. В этой фазе, с точки зрения наблюдателя на Земле, Луна оказывается в том же положении на небе, что и Солнце. Следовательно, мы не можем увидеть «новую» Луну, если только она не проходит прямо перед Солнцем - тогда происходит солнечное затмение. Половину Луны (фаза первой четверти) мы видим, когда она проходит первую четверть цикла - примерно через 7,4 дня после новолуния. На данном этапе она восходит на 6 часов позже Солнца, как правило, около полудня.
Фаза полнолуния наступает через 14,8 дня после новолуния, Луна находится прямо напротив Солнца, ее диск полностью освещен. Она восходит на закате, ее высшая точка на небосводе - в полночь, а садится на рассвете.
Последняя четверть (когда освещена другая половина Луны) наступает через 22,1 дня после новолуния. В этой фазе Луна восходит за 6 часов до Солнца - около полуночи.
Карта минерального состава земного спутника
Мы привыкли видеть Луну в неброских оттенках серого. Но на этом мозаичном изображении небольшие различия в цветах были преувеличены, чтобы создать многоцветный лунный пейзаж. Снимки в высоком разрешении, которые входят в состав мозаики, были сделаны в полную фазу Луны.
© Alain Paillou
Цвета соответствуют реальным различиям в минеральном составе лунной поверхности. Синие оттенки показывают богатые титаном районы, оранжевые и фиолетовые - регионы с относительно малым содержанием титана и железа.
Завораживающее Море Паров с широкой аркой лунных Апеннин над ним - чуть ниже центра. Сверху слева - темное дно кратера Архимеда диаметром 83 км. Участок над аркой Апеннин - место приземления миссии «Аполлон-15».
Анализ образцов горной породы, полученные в ходе миссий «Аполлон», стал основой для создания многоцветных изображений, использованных, чтобы изучить состав поверхности Луны.
Луна на 100-мегапиксельном снимке
© Sean Doran | Flickr
Мастер по обработке изображений в НАСА Шон Доран объединил снимки, полученные орбитальным аппаратом Lunar Reconnaissance Orbiter, создав нечто невероятное - 100-мегапиксельную фотографию Луны, которую опубликовал на своей «космической» странице во Flickr.
Одно изображение LRO WAC имеет разрешение 100 метров на пиксель и охватывает около 60 км поверхности Луны. Снимки были сделаны с вертикального ракурса, поэтому, чтобы получить форму лунного шара, Дорану нужно было нанести их на сферу с использованием данных высотомера. В итоге у него получилось изображение, увеличив масштаб которого, можно наблюдать все богатство детализации лунного рельефа.
Чтобы рассмотреть все детали, . Его полный размер составляет 15 Мб.
© Sean Doran | Flickr
Видео: © Sean Doran | Made with Lunar Reconnaissance Orbiter Camera data
Земля и Луна, кружащие в танце: редкое совместное видео
Лишь в редких случаях Земля и Луна были сфотографированы вместе. Одна из самых впечатляющих совместных фотосессий состоялась 25 лет назад, в декабре 1992 года. Тогда космический корабль «Галилео», находившийся на орбите Юпитера, использовал оптическое увеличение и наблюдал нашу неразлучную пару с расстояния, равного примерно пятнадцати расстояниям между нашим миром и его единственным спутником.
Обработанное видео объединяет 52 исторических изображения с улучшенными цветовыми характеристиками. Хотя Луна может казаться маленькой рядом с Землей, никакая другая планета в Солнечной системе не имеет спутника с таким сопоставимым размером. Солнце, расположенное далеко справа, освещало каждую сферу только наполовину, поэтому одна часть Земли в тени, а на другой видны привычные белые облака, синие океаны и континенты.
