Условия наблюдения солнечных затмений
Луны.
План
Движение и фазы Луны.
Затменение Солнца и Луны.
Время и календарь.(Солнечное и звёздное время, лунный и солнечный календарь, юлианский и григорианский календарь)
Движение и фазы Луны.
Луна — ближайшее к Земле небесное тело, ее единственный естественный спутник. Находясь на расстоянии около 380 тыс. км от Земли, Луна обращается вокруг нее в том же направлении, в котором Земля вращается вокруг своей оси.
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 05о 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.
Полная Луна повторяет по небу суточный путь Солнца, проходимый им за полгода до этого, поэтому летом полная Луна не удаляется далеко от горизонта, а зимой, напротив, поднимается высоко.
Промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны называется синодическим месяцем (периодом).
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 27о градусов. Следовательно, чтобы Луне вновь оказаться в новолунии, ей придётся дополнительно пройти по орбите такую же дугу в 27о градусов. А на это Луне придётся затратить чуть более двух суток, так как за сутки она перемещается примерно на тринадцать 13о 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.
Соединение Луны с Солнцем во время новолуния и противостояние во время полнолуния называются сизигиями.
С древних времен народы Земли наблюдали за фазами Луны. С пребыванием месяца связывали лучшее, интенсивное произрастание растений, здоровье детей. У центральноафриканского племени баганда при появлении нового месяца , матери выносят младенцев и показывают их возрожденной Луне.
В Германии в течение многих столетий приурочивали к новой Луне посевы, свадьбы, начало строительства.
Затменение Солнца и Луны.
Условия наблюдения солнечных затмений
Совершая свой ежемесячный цикл вокруг Земли, Луна иногда проходит между нею и Солнцем. Видимые размеры Луны и Солнца почти одинаковы: диаметр Солнца в 400 раз превышает лунный, однако оно находится в 400 раз дальше. Это чистое совпадение, но какая удача для нас! По этим причинам Луна во время своего движения периодически частично или полностью заслоняет Солнце – такое явление называется солнечным затмением.
Это очень красивое и редкое явление. Солнечное затмение наступает, если в момент новолуния Луна пересекает плоскость эклиптики.
Если диск Солнца полностью закрывается диском Луны, то затмение называют полным.
Полные солнечные затмения можно видеть только в тех областях Земли, по которым проходит полоса тени Луны. Диаметр тени не превышает 270 км, поэтому полное затмение Солнца видно лишь на малом участке земной поверхности. Солнце может не полностью скрываться за диском Луны из-за несовпадения их центров на небе. Такое затмение называется частным.
Наблюдать такое красивое образование, как солнечная корона, можно лишь во время полных затмений. Такие наблюдения даже в наше время многое могут дать науке, поэтому наблюдать в ту страну, где будет солнечное затмение, приезжают астрономы из многих стран. Если угловой диаметр диска Луны (около 0,5°) оказывается немного меньше углового диаметра диска Солнца (около 0,5°), то в момент максимальной фазы затмения от Солнца остается видимым яркое узкое кольцо. Такое затмение называется кольцеобразным.
Выясним условия видимостисолнечных затмений.
Луна, освещаемая Солнцем, отбрасывает в пространство сходящийся конус тени и окружающий его расходящийся конус полутени. Лунная тень и полутень на земной поверхности имеют вид овальных пятен. Из мест, оказавшихся в лунной тени, видно полное солнечное затмение – там Солнце полностью закрыто Луной. В это же время в местах, расположенных в лунной полутени, происходят частные затмения.
Рис. 1 Построение лунной тени и полутени на поверхности Земли
Из-за движения Луны по орбите со скоростью около 1 км/с ее тень приблизительно с той же скоростью перемещается относительно Земли. Максимальное время, в течение которого тень Луны (область полного затмения Солнца) скользит по Земле, составляет около 3,5 ч, а полутень (область частичного затмения) задерживается на Земле около 5,5 ч.
Рис. 2. Образование полосы лунной тени и полутени вследствие движения Луны вокруг Земли.
Путь лунной тени на поверхности Земли образует полосу, называемую полосой полной фазы.
Жители, оказавшиеся на пути тени, т. е. в зоне полной фазы, наблюдают полное затмение Солнца (рис. 3 – рисунок)
Рис. 3а. Солнечное затмение 1994 года в Боливии
Рис 3 б. Пояснение: Находясь в миллионе километров от Земли, космический корабль СТЕРЕО -Б на прошлых выходных заметил, что он в тени Луны. Камеры СТЕРЕО -Б, используемые для исследований в далеком ультрафиолетовом излучении, были нацелены на Солнце и смогли заснять этот любопытный фильм о прохождении Луны по солнечному диску, или по-другому, затмении Солнца . Каждый кадр фильма представляет собой изображение, составленное из снимков в четырех фильтрах, которые выделяют области с различными температурными режимами и структурами в верхней атмосфере Солнца. На именно этом кадре по бокам силуэта Луны видны обширные яркие активные области, которые в видимом свете выглядят темными солнечными пятнами. Луна в фильме в четыре раза меньше по размеру Луны, которую мы видим с поверхности Земли, потому что корабль в то время находился на расстоянии более, чем в четыре раза превышающем расстояние от Земли до Луны .
Продолжительность этого явления зависит от широты местности, поскольку поверхность Земли вращается в том же направлении – с запада на восток, куда движется лунная тень, с максимальной скоростью на экваторе 0,46 км/с. Поэтому в районе экватора полные затмения могут длиться до 7 мин 40 с, а на широте 45° – до 6,5 минут. В каждой точке Земли полное затмение происходит в среднем один раз за 360 лет.
Ширина полосы полной фазы, равная поперечнику лунной тени, зависит от взаимных расстояний Луны, Земли и Солнца во время затмений. При самом благоприятном стечении обстоятельств диаметр лунной тени не превышает 270 км (рис. 4а, 4б)
Рис.4а. На поверхности Земли хорошо заметна лунная тень
Рис.4б. Полное солнечное затмение 11 августа 1999 года
Перед началом полного затмения яркость заметно убывает и узкий серпик Солнца можно наблюдать без светофильтра. Серпик быстро сужается, и когда он занимает совсем небольшой участок дуги, это называют «брильянтовым кольцом». В последний момент этот участок разбивается на цепочку ярких пятен, называемых «четками Бейли», – это лучи Солнца светят сквозь неровности лунного края (лунные долины). Вдруг наступает темнота, и появляется белоснежная солнечная корона. Ее яркость в полмиллиона раз ниже, чем у диска Солнца, и быстро спадает к краям, но при наступившей темноте отдельные лучи короны можно проследить до расстояния в несколько градусов. Вдоль края лунного диска видна розоватая полоска хромосферы. Иногда видны яркие розовые язычки протуберанцев, вытянувшиеся над хромосферой. Кое-где на небе заметны звезды. Через несколько минут с противоположной стороны солнечного диска появляются «четки Бейли» и «брильянтовое кольцо» – полное затмение закончилось и корона померкла в лучах Солнца.
Рис. 5. «Четки Бейли» (справа) и «бриллиантовое кольцо» (слева) во время солнечного затмения
На Луне в то время, когда у нас затмение Солнца, идет затмение Земли (рис.6 -). Эти затмения схожи по сценарию с лунными на Земле, с той лишь существенной разницей, что даже лунная полутень не может укрыть весь диск Земли. Луна невелика. Поэтому наибольшая возможная длительность полной фазы солнечного затмения составляет всего семь с половиной минут. И это еще не виданный идеальный случай. Частное затмение длится около 2-х часов.
Рис 6. Солнечное затмение на Луне.
Если в момент солнечного затмения Луна проходит перигей (ближайшую к Земле точку орбиты), то она полностью затмевает Солнце. Но, в апогее (наиболее удаленной точке орбиты) угловой размер ее диска меньше солнечного, поэтому происходит кольцевое затмение. Средняя длина лунной тени 373 тыс. км, тогда как среднее расстояние от Земли до Луны 385 тыс. км. Поэтому в большинстве затмений лунная тень не дотягивается до земной поверхности (рис. 7).
Рис. 7. Образование кольцеобразного солнечного затмения.
При таком положении Луна не полностью закрывает солнечный диск, а оставляет видимым тонкий ободок (рис. 8)
Рис 8. Кольцеобразное солнечное затмение
При таком кольцевом затмении яркий ободок Солнца не позволяет увидеть ни корону, ни звезды вблизи Солнца. Поэтому кольцевые затмения не представляют большого научного интереса.
При частных же затмениях Солнца общий поток его света ослаблен незначительно, т. ч. многие люди даже не замечают этого явления, если заранее не были предупреждены. Не закрытая Луной часть солнечного диска сияет в виде «месяца»; это легко увидеть, если посмотреть на Солнце через плотный светофильтр, например кусок засвеченной фотопленки.
Пронаблюдать ход и фазу солнечных затмений в зависимости от географической широты можно на примере затмения 11 августа 1999 года с помощью модели «Солнечные затмения».
Интерактивная модель «Солнечные затмения»
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 1097; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!