Місяць — природний супутник Землі
Місяць — це єдиний природний супутник Землі. Коли ми дивимося на Місяць, нам здається, що він приблизно такого ж розміру, як Сонце. Насправді Місяць не лише набагато менший від Сонця, й у чотири рази менший за Землю.
Чому Сонце і Місяць із Землі здаються однакових розмірів?
Мал. 32. Місяць на нічному небі
Місяць — найближче до Землі небесне тіло. Він розташований у 400 разів ближче до Землі, ніж Сонце, тому ми бачимо його таким великим.
Місяць — холодне тіло. Його можна бачити на небі лише тому, що його освітлюють сонячні промені. Місяць світиться відбитим сонячним світлом (мал. 32).
На Місяці немає повітря. Над ним завжди чорне небо, усіяне зорями, та велика блакитна планета Земля.
Місяць обертається навколо Землі та здійснює повний оберт приблизно за 28 діб. Одночасно з рухом навколо Землі Місяць обертається навколо своєї осі. Повний оберт навколо своєї осі Місяць робить теж приблизно за 28 діб.
Оскільки час, за який Місяць робить повний оберт навколо Землі та навколо своєї осі однаковий, то Місяць завжди повернутий до Землі одним боком (мал. 33). Невидимий бік Місяця люди побачили лише в 1959 році на фотознімках, зроблених автоматичною міжпланетною станцією, яка облетіла довкола Місяця (мал. 34).
Мал. 33. Видимий бік Місяця
Мал. 34. Невидимий бік Місяця
Вигляд Місяця на небі постійно змінюється: він то нагадує серп, то має вигляд частини диска, то — повного диска. Бувають дні, коли Місяця зовсім не видно.
Вигляд Місяця на небі називають фазами.
1. Розгляньте, як із Землі змінюється вигляд освітлення Місяця Сонцем під час його руху навколо Землі (мал. 35). 2. Прочитайте назви фаз Місяця.
Мал. 35. Зміна фаз Місяця
Чому змінюються фази Місяця?
Фази Місяця змінюються, тому що Місяць світиться відбитим сонячним світлом і рухається навколо Землі. Ми бачимо лише освітлену частину Місяця, яка постійно змінюється, тому що змінюється положення Місяця відносно Сонця.
Місяць — це єдиний природний супутник Землі. Він рухається навколо Землі й обертається навколо своєї осі. Місяць світиться відбитим сонячним світлом. Фази Місяця змінюються, тому що Місяць світиться відбитим сонячним світлом і рухається навколо Землі.
1. До яких небесних тіл належить Місяць? 2. Які рухи здійснює Місяць у космічному просторі? 3. За який час Місяць робить повний оберт навколо Землі? 4. Що називають фазами Місяця? 5. Чому змінюються фази Місяця? 6. Чи можливе життя на Місяці? Чому ти так вважаєш?
Із початком космічної ери люди не лише отримали фотознімки зворотної сторони Місяця, а й побували на ньому. У 1969 році на поверхню Місяця вперше опустився місячний модуль, який відділився від космічного апарата «Аполлон-ІІ». На борту модуля було два астронавти. Першою людиною, яка ступила на поверхню Місяця, був громадянин США Ніл Армстронг.
4. Видимий рух Сонця. Видимі рухи Місяця та планет
Видимий рух Сонця. Зміна пір року на Землі. Окрім добового руху Сонця по небу, ми також спостерігаємо його річний рух уздовж екліптики. Її площина збігається з площиною орбіти Землі. Рухаючись разом із Землею по орбіті, ми протягом року спостерігаємо Сонце на тлі одного з дванадцяти сузір’їв, розташованих на лінії екліптики. Ці сузір’я називають зодіакальними. Наприклад, у червні Сонце рухається по сузір’ю Близнят, у вересні — Діви, у грудні — Стрільця та ін.
Якщо стежити за Сонцем протягом року, то виявиться, що його рух по екліптиці не є рівномірним (4.1).
Рис. 4.1. Рух Сонця по екліптиці
Початок відліку спостережуваного руху Сонця припадає на день весняного рівнодення — 21 березня, коли наше Світило перебуває в точці весняного рівнодення ♈. Переміщуючись по екліптиці, 22 червня Сонце проходить точку літнього сонцестояння — ♋, коли тривалість світлового дня в Північній півкулі є максимальною. Потім, 22 вересня, Сонце перетинає точку осіннього рівнодення ♎. Точку зимового сонцестояння ♑ Сонце проходить 22 грудня, коли тривалість світлового дня є мінімальною.
Зодіакальні сузір’я й час перебування у них Сонця
♈ — Овен: 21 березня — 19 квітня. ♎ — Терези: 22 вересня — 22 жовтня. ♉ — Телець: 20 квітня — 20 травня. ♏ — Скорпіон: 23 жовтня — 21 листопада. ♊ — Близнята: 21 травня — 20 червня. ♐ — Стрілець: 22 листопада — 20 грудня. ♋ — Рак: 21 червня — 22 липня. ♑ — Козоріг: 21 грудня — 19 січня. ♌ — Лев: 23 липня — 21 серпня. ♒ — Водолій: 20 січня — 18 лютого. ♍ — Діва: 22 серпня — 21 вересня. ♓ — Риби: 19 лютого — 20 березня.
Для допитливих
Протягом періоду з 21 березня до 22 вересня Сонце долає половину свого річного шляху, тобто 180° екліптичного кола за 186 діб. На другу половину припадає 179 діб. Тобто навесні та влітку рух Сонця відбувається повільніше, ніж восени й узимку.
Найшвидший рух нашого Світила спостерігається протягом 1-5 січня (1,017° на добу), а найповільніший — протягом 1-5 липня (0,95° на добу).
Вісь обертання Землі нахилена до площини орбіти під кутом 66,5°, і це призводить до зміни пір року на Землі (рис. 4.2). Якби вісь обертання Землі була перпендикулярною до площини орбіти, то зміна пір року не відбувалася б, адже Сонце протягом року освітлювало б рівномірно Північну та Південну півкулі нашої планети. Дні, коли Сонце однаково освітлює дві півкулі Землі, настають тільки двічі на рік — навесні 2021 березня і восени 22-23 вересня, коли на всіх материках однакова тривалість дня — 12 годин.
Рис. 4.2. Кут між площинами екватора та екліптики 23,5°, а кут між площиною екліптики та полюсом світу 66,5°. Це є причиною зміни пір року на Землі
В інші місяці тривалість дня більша або менша за 12 годин і залежить від географічної широти місця спостереження. Найдовший день у Північній півкулі настає 21-22 червня — початок астрономічного літа, а у Південній півкулі в цей день починається астрономічна зима. Через півроку 21-22 грудня, навпаки, у Північній півкулі настає астрономічна зима, а в Південній — літо (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Освітлення Землі сонячними променями взимку і влітку. Найбільше енергії від Сонця отримує тропічна зона, де опівдні сонячні промені можуть падати перпендикулярно до горизонту. Широта тропіків ±23,5°
На широті 50° (Київ, Львів, Харків) тривалість найдовшого дня 22 червня — 16 год 20 хв — у два рази більша за тривалість найкоротшого дня 22 грудня — 8 год.
Конфігураціями планет називають характерні взаємні положення планет відносно Землі і Сонця
Протистояння — планету видно із Землі цілу ніч у протилежному від Сонця напрямку
Елонгація — видима з поверхні Землі кутова відстань між планетою і Сонцем
Видимі рухи Місяця та планет. Конфігурації планет. Місяць — природний супутник Землі й найближче до неї небесне тіло. Він рухається навколо нашої планети по еліптичній орбіті у той самий бік, у який Земля обертається навколо своєї осі.
Напрямок руху Місяця — із заходу на схід. Повний оберт по орбіті навколо планети (сидеричний місяць) Місяць здійснює за 27,3 доби. Цікаво, що саме за цей час він здійснює один оберт навколо свої осі. Отже, із Землі ми завжди бачимо лише одну півкулю Місяця, освітлення якої постійно змінюється, проходячи повний цикл фаз.
Фази Місяця, тобто зміна його зовнішнього вигляду, настають унаслідок того, що Місяць світиться відбитими сонячними променями. Обертаючись навколо нашої планети, він займає різні положення відносно Землі та Сонця, тому ми бачимо різні частини його денної півкулі.
Щоб зрозуміти, чому ми бачимо фази Місяця, почнемо з нового Місяця, який із поверхні Землі майже ніколи не видний, адже до нас повернена його нічна півкуля (рис. 4.4). Перша чверть настає за тиждень, у цей час до Землі повернені половина денного та половина нічного боку Місяця. Повня настає у той момент, коли Місяць розташований з протилежного боку від Сонця. Остання чверть (або старий Місяць) спостерігається у південно-східній частині небосхилу перед світанком. Від одного молодика до наступного проходить 29,5 земних діб. Цей період місячних фаз називають синодичним місяцем.
Рис. 4.4. Зміна фаз Місяця: 1. Новий Місяць (новак). 2. Зростаючий серп (молодик). 3. Перша чверть. 4. Зростаючий Місяць. 5. Повний Місяць (повня). 6. Спадаючий Місяць. 7. Остання чверть. 8. Спадаючий Місяць
Конфігурація планет. Усі планети світяться відбитим сонячним промінням, тому краще видно ту планету, яка розташована ближче до Землі, за умови, якщо до нас повернена її денна, освітлена Сонцем півкуля. На рис. 4.5 зображено протистояння Марса (М1), тобто таку конфігурацію, коли Земля буде перебувати на одній прямій між Марсом і Сонцем. У протистоянні яскравість планети найбільша, тому що до Землі повернена вся її денна півкуля.
Орбіти двох планет, Меркурія і Венери, розташовані ближче до Сонця, ніж Земля, тому в протистоянні вони не бувають. У положенні, коли Венера чи Меркурій перебувають найближче до Землі, їх не видно, тому що до нас повернена нічна півкуля планети (рис. 4.5). Така конфігурація називається нижнім сполученням із Сонцем. У верхньому сполученні планету теж не видно, адже між нею і Землею розташовується яскраве Сонце.
Рис. 4.5. Конфігурації Венери і Марса. Протистояння Марса: планета перебуває найближче до Землі, її видно всю ніч у протилежному від Сонця напрямку. Венеру найкраще видно ввечері у східну елонгацію ліворуч від Сонця (B1) та вранці під час західної елонгації праворуч від Сонця (B2)
Найкращі умови для спостереження Венери і Меркурія бувають у конфігураціях, які називаються елонгаціями. Східна елонгація — це момент положення, коли планету видно ліворуч від Сонця ввечері (B1). Західна елонгація Венери спостерігається вранці, коли планету видно праворуч від Сонця у східній частині небосхилу (B2).
Сидеричний і синодичний період обертання планет. Сидеричний період обертання визначає рух тіл відносно зір. Це проміжок часу, упродовж якого планета, рухаючись по орбіті, робить повний оберт навколо Сонця (рис. 4.6). Синодичний період обертання визначає рух тіл відносно Землі і Сонця. Це проміжок часу, упродовж якого спостерігаються одні й ті самі послідовні конфігурації планет (протистояння, сполучення, елонгації).
Рис. 4.6. Шлях, що відповідає сидеричному періоду обертання Марса навколо Сонця, зображено пунктиром синього кольору, синодичному — пунктиром червоного кольору. Положення С—З1—М1 та С—З2—М2 — два послідовних протистояння Марса
Для допитливих
З усіх астрономічних явищ, напевне, найбільшу увагу людей привертає затемнення Сонця, яке настає у той момент, коли тінь від Місяця досягає поверхні Землі. Хоча Місяць через кожні 29,5 доби перебуває між Сонцем і Землею (фаза — новий Місяць), але затемнення відбуваються набагато рідше, адже площина орбіти Місяця нахилена до екліптики під кутом 5°. На орбіті існують дві точки, у яких Місяць перетинає площину екліптики, — вони називаються вузлами місячної орбіти. Затемнення Місяця або Сонця можуть відбутися тільки в тому випадку, коли Місяць перебуває поблизу вузла орбіти. Вузли місячної орбіти зміщуються у космічному просторі, тому затемнення відбуваються в різні пори року. Період повторення затемнень, або сарос, знали ще єгипетські жерці 4000 років тому. Сучасні обчислення дають таке значення саросу: Гсар= 6585,33 доби = 18 років 11 діб 8 год. Протягом одного саросу в різних місцях на поверхні Землі відбуваються 43 затемнення Сонця та 25-29 затемнень Місяця, причому сонячні й місячні затемнення завжди відбуваються парами з інтервалом 2 тижні.
Контрольні запитання
- 1. Чим можна пояснити нерівномірність видимого руху Сонця по екліптиці?
- 2. За яких умов на Землі не відбувалося б зміни пір року?
- 3. Що розуміють під конфігураціями планет? Опишіть їх.
- 4. Дайте визначення синодичному і сидеричному періодам обертання планети. У чому полягають їх відмінності?
- 5. Якою має бути тривалість сидеричного та синодичного періодів обертання планети у випадку їх рівності?
- 6. Чому з поверхні Землі завжди видна лише одна півкуля Місяця? Опишіть особливості руху супутника нашої планети та послідовність фаз.
Місяць як небесне тіло: рух, фази, затемнення. Реферат
Місяць рухається навколо Землі в той самий бік, у який Земля обертається навколо своєї осі. Відображенням цього руху, як ми знаємо, є видиме переміщення Місяця на фоні зір назустріч обертанню неба. Щодоби Місяць зміщується на схід відносно зір приблизно на 13°, а через 27,3 доби повертається до тих самих зір, описавши на небесній сфері повне коло.
Період обертання Місяця навколо Землі відносно зір (в інерціальній системі відліку) називається зоряним, або сидеричним місяцем. Він становить 27,3 доби.
Видимий рух Місяця супроводиться неперервною зміною його вигляду – зміною фаз. Відбувається це тому, що Місяць займає різні положення відносно Землі і Сонця, яке його освітлює. Схему, що пояснює зміну фаз Місяця, подано на малюнку 1.
Коли нам видно Місяць як вузький серп, інша частина його диска також злегка світиться. Це явище називається попелястим світлом і пояснюється тим, що Земля освітлює нічний бік Місяця відбитим сонячним світлом.
Мал. 1. Зміна місячних фаз (сонячної промені падають зліва, вгорі зображені місячні фази, видимі із Землі)
Мал. 2. Відмінність між зоряним і синодичним місяцем
Проміжок, часу між двома послідовними однаковими фазами Місяця називається синодичним місяцем (від грец. synodos – з’єднання); це період обертання Місяця навколо Землі відносно Сонця. Він дорівнює (як показують спостереження) 29,5 доби.
Таким чином, синодичний місяць довший від сидеричного. Це легко зрозуміти, знаючи, що однакові фази Місяця настають при однакових його положеннях відносно Землі й Сонця. На малюнку 2 взаємне розміщення Землі Т і Місяця і, відповідає моменту молодика.
Місяць L через 27,3 доби, зробивши повний оберт, займе попереднє положення відносно зір. Земля Т за цей час разом з Місяцем пройде по своїй орбіті відносно Сонця дугу TТ1, що дорівнює майже 27 °, оскільки щодоби він зміщується приблизно на 1 °. Щоб Місяць і, зайняв попереднє положення відносно Сонця і Землі T1 (настав молодик), потрібно ще дві доби. Справді, Місяць проходить за добу 360 °: 27,3 доби = 13 °/доби, щоб пройти дугу 27 °, йому необхідно 27°: 13/ доби =2 доби. Так і виходить, що синодичний місяць Місяця становить близько 29,5 земної доби.
Ми бачимо завжди тільки одну півкулю Місяця. Іноді це сприймають як відсутність його осьового обертання. Насправді це пояснюється тим, що період обертання Місяця навколо осі дорівнює періоду обертання його навколо Землі.
Обертаючись навколо осі, Місяць поперемінно повертає до Сонця різні свої боки. Отже, на Місяці відбувається зміна дня і ночі, і сонячна доба дорівнює синодичному періоду (його оберту відносно Сонця). Таким чином, на Місяці тривалість дня дорівнює двом земним тижням і два наші тижні становлять там ніч.
Легко зрозуміти, що фази Землі і Місяця взаємно протилежні. Коли Місяць майже повний, Землю з нього видно у вигляді вузького серпа.
Мал. 3. Схема затемнень Місяця і Сонця
Місячні і сонячні затемнення
Земля і Місяць, освітлені Сонцем (мал. 3), відкидають конуси тіні (що сходяться) і конуси півтіні (що розходяться). Коли Місяць потрапляє в тінь Землі повністю або частково, настає повне або часткове затемнення Місяця. Із Землі його видно одночасно скрізь, де Місяць над горизонтом. Фаза повного затемнення Місяця триває, поки він не почне виходити із земної тіні, і може тривати до 1 год. 40 хв.
Сонячні промені, заломлюючись в атмосфері Землі, потрапляють у конус земної тіні. При цьому атмосфера дуже поглинає голубі й сусідні з ними промені (згадайте спектр), а пропускає всередину конуса переважно червоні промені, які поглинаються слабше. Ось чому Місяць при великій фазі затемнення забарвлюється в червонуватий колір, а не зникає зовсім. У давнину затемнення Місяця боялися як страшного передвістя, гадали, що “місяць обливається кров’ю”. Місячні затемнення бувають до трьох разів на рік з майже піврічними проміжками між ними і, звичайно, тільки в повний місяць.
Сонячне затемнення як повне видно лише там, де на Землю падає пляма місячної тіні. Діаметр плями не перевищує 250 км, тому одночасно повне затемнення Сонця видно тільки на малій ділянці Землі. Коли Місяць переміщується по своїй орбіті, його тінь рухається по Землі із заходу на схід, викреслюючи послідовно вузьку смугу повного затемнення (мал. 4).
Там, де на Землю падає півтінь Місяця, спостерігається часткове затемнення Сонця (мал. 5).
Внаслідок невеликої зміни відстаней Землі від Місяця і Сонця видимий кутовий діаметр Місяця буває то трохи більшим, то трохи меншим від сонячного, то дорівнює йому. У першому випадку повне затемнення Сонця триває до 7 хв. 40 с, у третьому – тільки одну мить, а в другому випадку Місяць взагалі не закриває Сонця повністю, спостерігається кільцеподібне затемнення. Тоді навколо темного диска Місяця видно сяючий обідок сонячного диска.
На основі точного знання законів руху Землі і Місяця обчислено на сотні років уперед моменти затемнень і те, де і як їх буде видно. Складено карти, на яких показано смугу повного затемнення, лінії (ізофази), де затемнення буде видно в однаковій фазі, і лінії, відносно яких для кожної місцевості можна обчислити моменти початку, кінця й середини затемнення.
Сонячних затемнень на рік для Землі може бути від двох до п’яти, в останньому випадку неодмінно часткових. У середньому в одному й тому самому місці повне сонячне затемнення буває видно надзвичайно рідко – тільки один раз у 200-300 років.
Особливий інтерес для науки становлять повні затемнення Сонця, які раніше наганяли забобонний жах на марновірних людей, їх вважали передвісниками війни, кінця світу.
Астрономи організовують експедиції в смугу повного затемнення, щоб протягом секунд, зрідка хвилин повної фази вивчати зовнішні розріджені оболонки Сонця, які не можна безпосередньо побачити без затемнення. Під час повного сонячного затемнення небо темнішає, по горизонту горить кільце заграви – світіння атмосфери, освітленої променями Сонця в місцевостях, де затемнення неповне, навколо чорного сонячного диска простягаються перлисті промені так званої сонячної корони.
Якби площина місячної орбіти збігалася з площиною екліптики, кожного молодика відбувалося б сонячне, а кожного повного місяця – місячне затемнення. Але площина місячної орбіти перетинає площину екліптики під кутом 5°9′. Тому Місяць звичайно проходить далі на північ або далі на південь від площини екліптики, і затемнень не буває. Лише протягом двох періодів на рік, розділених майже півроком, коли повний місяць і молодик перебувають поблизу екліптики, можливі затемнення.
Площина місячної орбіти обертається в просторі (це один з видів збурень у русі Місяця, які спричиняє притягання Сонця) і за 18 років робить повний оберт. Тому періоди можливих затемнень зміщуються за датами року. У давнину вчені помітили періодичність у затемненнях, пов’язану з цим 18-річним періодом, і тому могли наближено передбачати настання затемнень. Тепер похибки передобчислення моментів затемнень становлять менш як 1 с.