Луна и ее движения. Фазы луны Луна видна вечером как серп который обращен
Еще в древности астрономия помогала людям находить дорогу. Несложные приемы определения направления в незнакомом месте могут и сегодня пригодиться Вам в походе или на прогулке.
Направление на
стороны света можно определить по солнцу, луне и звездам
даже точнее, чем по компасу.
Ориентирование по солнцу
Для определения сторон света по солнцу можно использовать обычные
. Если вы направите в час дня стрелку часов на солнце, то она покажет вам направление на юг, потому что солнце в полдень находится в южной части неба. (Астрономический полдень наступает около 13 часов). Чтобы определить направление на стороны света в другое время, нужно направить часовую стрелку на солнце и угол, образованный между этой стрелкой и цифрой «1», разделить пополам. Полученная линия покажет направление на юг. До полудня она будет расположена слева от цифры «1», после полудня - справа (рис. 1).
Для более точного наведения часовой стрелки на солнце поставьте перпендикулярно плоскости часов в центр циферблата палочку, например карандаш. Теперь поворачивайте часы так, чтобы тень от палочки и часовая стрелка составили прямую линию. При таком положении часовая стрелка будет направлена точно на солнце.
Ориентирование по луне
Ночью и вечером можно ориентироваться по луне. Для этого нужно знать, как выглядят основные фазы луны.
Различают четыре основные фазы луны.
Новолуние.
Луна находится между Землей и Солнцем, в это время к земле обращена теневая сторона Луны, и мы ее не видим.
Первая четверть.
Луна видна вечером в юго-западной стороне неба в виде светлого полукруга, обращенного выпуклостью вправо.
Полнолуние.
Луна освещена вся полностью и имеет вид яркого диска.
Последняя четверть.
Луна видна под утро в юго-восточной стороне неба в виде светлого полукруга, обращенного выпуклостью влево (рис. 2).
Сведения о наступлении лунных фаз вы найдете в отрывных и настольных календарях, по средствам Internet.
Чтобы иметь возможность ориентироваться по луне, нужно запомнить следующее. Серп «молодой» луны, изогнутый в правую сторону, виден вечером в западной стороне неба и заходит вскоре после захода солнца. В первой четверти луна бывает на юге около 7 часов вечера. Полная луна в южном направлении наблюдается около 1 часа ночи. В 10 часов вечера она бывает в юго-восточной стороне неба, а в 4 часа утра - на юго-западе. Луна в последней четверти находится на юге в 7 часов утра. Серп «старой» луны, напоминающий букву «С», виден утром, незадолго до восхода солнца, в восточной стороне неба. Зная это, вы по положению луны и ее фазе легко определите точки горизонта.
Ориентирование по звездам
Луна не всегда видна на небе. Зато каждую ночь, когда небо не закрыто облаками, на нем видны звезды, по которым также можно определить направление.
Наиболее просто ориентироваться по Полярной звезде, которая всегда стоит над Северным полюсом. Полярную звезду находят по созвездию Большой медведицы. Это созвездие известно каждому и видно в течении всей ночи. Полярная звезда является концом ручки «ковшика» созвездия Малой Медведицы.
В. Н.
Беспалов
,
школа-интернат № 4, г. Воронеж
Свет. Оптические явления. 9-й класс
Урок объяснения нового материала с использованием кадров из мультфильмов
Жаль, астрономия как учебный предмет уходит из школы. Интеграция с физикой, может быть, и полезна, но вряд ли физики будут уделять много времени изучению астрономических явлений. И школьники много потеряют. Согласитесь, изучение Солнечной системы в 5-м классе вряд ли останется в памяти учащихся, а в рамках теории относительности, конечно, никто не станет говорить о летнем и декретном времени. И вот уже с большого экрана слышим: «Удары МЕТЕОРОВ стали причиной гибели динозавров», «...летнее время опережает поясное на 2 ч» и т.п. Многие начинают верить в то, что падают звёзды, а при переезде из Астрахани в Москву можно увидеть больше созвездий. При изучении линз в школьной программе не найдётся времени, чтобы изучить устройство телескопов. И ученики так и будут думать, что «телескопы приближают планеты» вместо «телескопы увеличивают угол зрения». В механике нет места изучению движения метеоров и метеоритов. И некоторые начинают верить, что падают звёзды. Но не будем о грустном.
Статья подготовлена при поддержке интернет-магазина «Протектор». Если вы решили приобрести качественные и надежные автомобильные шины, то оптимальным решением станет обратиться в интернет-магазин «Протектор». Перейдя по ссылке: «шины Marshal », вы сможете, не отходя от экрана монитора, заказать шины по выгодной цене. Более подробную информацию о ценах и акциях действующих на данный момент вы сможете найти на сайте tyres-spb.ru.
Предлагаемый урок можно провести при изучении прямолинейного распространения света в теме «Оптические явления». К этому уроку я сделал DVD -диск, оцифровав и переозвучив записи на видеокассете передач 1991 г. Конечно, качество оставляет желать лучшего. Было бы неплохо, если бы наше Министерство образования выпускало 5–10-минутные фильмы для уроков, как это было лет 15–20 назад. Сейчас есть диски «Открытая физика», «Открытая астрономия», но всё же хотелось бы иметь фильмы. Может быть, я нарушил авторские права наших мультипликаторов, но демонстрация фрагментов мультфильмов на уроках физики позволяет взглянуть на видеоматериал с другой стороны – учебной. Когда-то по каналу «Россия» были показаны
26 серий канадского мультсериала «Волшебный школьный автобус». С точки зрения педагогики он был бы полезен во внеклассной работе, а фрагменты можно было бы включать на уроках и физики, и биологии, и астрономии. Но где взять этот мультфильм? У меня есть видеомагнитофонные записи, кое-что включаю на уроках, но теперь хочется иметь записи и более высокого качества, ведь в школах появились мультимедийные проекторы.В конце урока можно показать двухминутный фильм о затмениях как следствии прямолинейного распространения света и решить 2–3 задачи из книги КАКОЙ?? Малаховой Г.И ., Страута Е.К.
После этого урока учащиеся захотели больше узнать о Луне, поэтому я организовал вечер вопросов и ответов, где показал старые записанные на DVD -диски фильмы о Луне. Отвечали на вопросы и учащиеся, которые имели опыт участия в школьных НПК.
Цели урока : выяснить, что такое свет; понять, почему мы видим источники света и тела, которые не являются источниками; почему изменяется вид Луны на небе; научиться рассчитывать длину волны излучения, если известна его частота, рисовать расположение Земли, Солнца и Луны и определять время суток (вечер, утро) при различных лунных фазах, научить ориентированию на местности по фазам Луны; провести наблюдения Луны в течение нескольких вечеров.
Учитель . Жизнь на Земле возникла и существует благодаря лучистой энергии солнечного света. Костёр первобытного человека, нефть, топливо космической ракеты – всё это световая энергия, запасённая когда-то растениями и животными. Как вы думаете, что произойдёт, если Солнце погаснет? Остановись солнечный поток, и на Землю выпадут дожди из жидкого азота и кислорода. Температура приблизится к абсолютному нулю, т.е. к –273 ° С. Семиметровый панцирь из замёрзших атмосферных газов покроет земную поверхность. Только иногда в этой ледяной пустыне встретятся лужицы жидкого гелия.
Как утверждают астрономы, Солнце будет ещё долго находиться в стационарной стадии. И всё это время будет нести на Землю тепло и свет. Что можно узнать благодаря солнечным лучам? Благодаря световому потоку мы воспринимаем и познаём окружающий мир. Лучи света сообщают нам о положении близких и удалённых предметов, об их форме и цвете. В однородной среде лучи распространяются прямолинейно.
Что же такое свет? Светом называют электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. Длины волн этого излучения очень малы и заключены в узком интервале – от 0,38 до 0,77 мкм (380–770 нм) .Свет имеет электромагнитную природу. (На экране или на интерактивной доске таблица «Излучение и частота». )
Задачи «Виды излучений»
К какому виду излучений относятся электромагнитные волны частотой 30 ГГц? 600 ТГц? 100 кГц? 1200 ТГц?
Рассчитайте длины волн этих излучений.
Источники света
Учитель. Заполним таблицу (учащиеся называют источники света, и соответствующие ячейки таблицы «открываются» )/
Естественные источники |
Искусственные источники |
Полярные сияния |
|
Экраны включённых телевизоров |
|
Светящиеся насекомые |
Источники излучения мы видим потому, что создаваемое ими излучение попадает нам в глаза. Но ведь мы можем видеть и тела, которые не являются источниками излучения. Почему? Всё дело в отражении света. Мы видим только освещённые тела. В темноте все кошки серы, потому что нет света, а значит, он не отражается от предмета. Демокрит первым понял, что Луна светит отражённым солнечным светом. В зависимости от расположения Солнца, Земли и Луны вид Луны постоянно изменяется.
Изучение лунных фаз
(Демонстрируется видеофильм на 2,5 мин . Приводим дикторский текст .) Человек всю жизнь словно бежит по лунной дорожке. В первый раз он ступил на неё, когда поднял голову и спросил себя: «Почему Луна такая разная: сегодня – круглая, а завтра – серповидная?» Через тысячи лет он понял: Луна светит отражённым от Солнца светом. И она обращается вокруг Земли. Во время этого путешествия Луна оказывается между Землёй и Солнцем, поэтому к нам повёрнута тёмная сторона Луны, и мы не видим её. Это новолуние.
Примерно через 7 суток наступает первая четверть. Правая половинка Луны видна в южной стороне неба во время захода Солнца. Около полуночи Луна зайдёт за горизонт в западной части небосвода.
Пройдёт ещё примерно 7 суток, и мы увидим полную Луну. Она появляется вечером в восточной стороне неба. Теперь Земля располагается между Луной и Солнцем. В полночь полная Луна окажется на максимальной высоте в точке юга.
Но полночь – это не
0 ч. В Воронеже полночь наступает 0 ч 23 м
зимой и в 1 ч 23 м летом. В Москве – в 0 ч
30 м и 1 ч 30 м соответственно. В
других административных центрах – в другое
время. (См. «Часовые пояса на территории России» в
газете «География-ПС»,
№ 39/2001. Исправлению подлежит строка для
Томской и Кировской областей: теперь в Томске
введено время VI часового пояса вместо VII, а в
Кировской – III часового пояса вместо IV,
поэтому время наступления полудня надо
уменьшить на 1 ч).
После полуночи высота Луны начинает уменьшаться, и утром в западной стороне неба полная Луна зайдёт за горизонт.
Следующая фаза Луны – последняя четверть. Луна появляется в восточной стороне в полночь и будет видна до утра. Когда взойдёт Солнце, старый месяц как бы «растворится» в южной стороне небосвода…
Так человек объяснил себе, что такое лунные фазы. И Луна стала чуточку понятнее, словно ближе.
Заполнение таблицы «Фазы Луны»
(На экране – пустая таблица, при объяснении «открываются» соответствующие ячейки .)
Учитель . Нарисуйте расположение Луны, Солнца и Земли, когда Луна в фазе новолуния. (Ученики выполняют схематический рисунок. )
А если Луна находится в фазе первой четверти? (Учащиеся выполняют рисунок .)
Видя на небе неполный диск Луны, не всякий безошибочно определит, молодой это месяц или на ущербе. Узкий серп недавно народившегося месяца и серп старой Луны различаются только тем, что обращены выпуклостями в противоположные стороны. В Северном полушарии молодой месяц всегда направлен выпуклой стороной вправо, старый – влево. В средних широтах Южного полушария всё наоборот.
Задачи «Фазы Луны в мультипликационных фильмах»
1. Показ фрагмента из мультфильма «Каникулы в Простоквашино».
На экране дядя Фёдор, кот и пёс. «Это, наверное, мне фоторужьё пришло», – говорит пёс. Все вздыхают. А над домом виден узкий серп месяца выпуклостью вправо.
? В какое время суток «пришло» фоторужьё? Нарисуйте расположение Луны, Земли и Солнца.
Подсказка . Обратите внимание: месяц узкий (почему?). Делаем вывод: Солнце где-то недалеко (где? в какой стороне?), небо не совсем тёмное (почему?). Мы видим только яркие звёзды.
2. Показ фрагмента из мультфильма «Сказка о семи богатырях».
Царевич Елисей обращается к месяцу с просьбой найти царевну. На что месяц отвечает: «Братец мой,// Не видал я девы красной. //На стороже я стою // Только в очередь мою. //Без меня царевна, видно, //Пробежала». «Как обидно», – вздыхает Елисей. На экране узкий серп месяца, обращённый выпуклостью влево.
? С каким месяцем (молодым или старым) разговаривает царевич Елисей?
Подсказка. Месяц невысоко над горизонтом. В какую сторону он будет двигаться?
3. Показ фрагмента из мультфильма «Бременские музыканты».
На экране Трубадур: «Луч Солнца золотого тьмы скрыла пелена. //И между нами снова вдруг выросла стена.//Ночь пройдёт, пройдёт пора ненастная, Солнце взойдёт».
? В какой стороне горизонта видна Луна?
Подсказка. На экране мы видим полную Луну невысоко над горизонтом. Когда восходит полная Луна? Когда она заходит за горизонт?
4. Показ фрагмента из мультфильма «Трое из Простоквашино».
Дядя Фёдор со своими друзьями ищет клад.
? Какое время суток в это время?
Подсказка. Какой месяц вы видите? В какую сторону он должен двигаться?
5. Показ фрагмента из мультфильма «Трое из Простоквашино».
Почтальон Печкин стучит в дверь. А над домом виден узкий серп месяца выпуклостью вправо.
? В какую сторону горизонта смотрят окна?
6. Показ фрагмента из мультфильма «Снеговик-почтовик».
Лиса несёт письмо. Но путь преграждает волк. Светит Луна.
? В какую сторону горизонта падает тень?
Подсказка. Какую фазу имеет Луна? Где её можно видеть?
Задачи на внимательность, или Найдите ошибку
1. Показ фрагмента из мультфильма «Катерок».
? Чем интересен этот слайд? Где можно наблюдать Солнце высоко над головой?
Подсказка. На слайде мы видим и Солнце, и Луну. Но какой стороной к Солнцу обращён месяц?
2. Показ слайдов из мультфильма «Ночь перед Рождеством».
«Последний день перед Рождеством прошёл. Зимняя ясная ночь наступила. Месяц величаво поднялся на небо посветить добрым людям и всему миру».
? Какую фазу имеет месяц, который «поднялся» над горизонтом? Когда можно видеть такой восход месяца?
Подсказка. Месяц поднимается над горизонтом. А Солнце? (Ждём ответ. ) Солнце ведь тоже должно подниматься… Кто из вас видел поднимающийся над горизонтом месяц в такой фазе?
3. Показ слайдов из мультфильма «Трое из Простоквашино».
Шарик . Это ты виноват, что дядя Фёдор заболел.
Матроскин . Почему я?
Шарик . Ты же его холодным молоком напоил. И ещё хвастался: вот какое холодное молоко моя корова даёт!
(Стук в дверь. )
Шарик . Кто там?
Шарик . В такую погоду свои дома сидят, телевизор смотрят.
? В какое время суток приехали родители мальчика? Согласуется ли данная фаза Луны с фразой Шарика: «В такую погоду свои дома сидят, телевизор смотрят»?
Подсказка . На первом слайде мы видим двух героев мультфильм, на втором – вид Луны из их окна. Можно ли сказать, в какое время суток выясняют отношения пёс и кот?
4.
Показ
фрагмента из мультфильма «Двенадцать
месяцев».
Тает месяц молодой.// Гаснут звёзды чередой.
? Соответствует ли тексту фрагмент мультфильма или эти слайды?
Подсказка. Мы видим на левом слайде месяц невысоко над горизонтом, на втором – тёмное небо становится светлым. Звёзды уже не видны. В какое время суток можно увидеть такой месяц?
5.
Слайды
из мультфильма «Двенадцать месяцев».
Из распахнутых ворот Солнце красное идёт!
? Где можно наблюдать такой восход Солнца?
Подсказка. На каждом последующем слайде Солнце всё выше и выше. Обратите внимание на траекторию движения Солнца. Так ли Солнце поднимается в средних широтах? (Это трудный вопрос для девятиклассников. Но если они не смогут ответить, вопрос можно дать на дом, а на следующем уроке отвести на ответ 1–2 мин .)
Учитель
. Сегодня на уроке мы решали
задачи, смотрели мультипликационные фильмы и
определяли фазы Луны. Теперь, я думаю, вы без
труда сможете определить, молодой месяц или
старый находится на небе. Если на небе мы «видим»
букву «С» – это старый, убывающий месяц. А если
получится буква «Р», когда мы проводим прямую
линию через две «крайние» точки месяца, то перед
нами месяц растущий, молодой. У французов – свои
приметы. Если они видят латинскую букву «
Р
»,
что значит premier
– первый
,
то это указывает на первую четверть Луны,
растущую. Если получилась буква «d
» –
dernier
, последний
,
последняя фаза Луны, а месяц – старый.
В южных широтах нашего
полушария можно заметить, что серп месяца сильно
клонится набок, а ближе к экватору ложится так,
что кажется лодкой, качающейся на волнах, или
светлой аркой. В любом случае следует помнить,
что молодой месяц виден вечером в западной
стороне неба, старый – утром в восточной части
неба.
Ничто так не потрясает своей величественной медленно разворачивающейся красой, как полное солнечное затмение. На этом уроке (а если есть возможность, то и на следующем) следует рассмотреть также условия наступления солнечных и лунных затмений, ведь они являются следствием прямолинейного распространения света. Чтобы не перегружать учащихся видеозаписями, эту часть урока можно провести в традиционной форме, используя текст учебника и задачи из сборника дидактического материала по астрономии.
Блиц-опрос
Что такое свет? Какие виды электромагнитных излучений не воспринимаются глазом человека? Чем отличаются невидимые электромагнитные излучения от видимых? Почему в разные дни месяца Луна на небе видна по-разному: то узким серпом, то в виде диска?
Домашнее задание
Нарисуйте расположение Земли, Солнца и месяца, с которым разговаривал царевич Елисей. Нарисуйте, как выглядит Луна в первой четверти. В какое время суток она видна в этой фазе? Посмотрите главу вторую книги «Занимательная астрономия» Я.И.Перельмана и получите ответы на многие вопросы, касающиеся вида Луны. Когда и где виден молодой месяц и старый?
Ответы
Виды излучений
1. 30 ГГц = 0,030 ТГц, но 0,03 ТГц < 0,3 ТГц, значит, это радиоволна. Если скорость света равна произведению длины волны на его частоту, то длину волны найти легко, ведь скорость света известна и равна 300000км/с или 3 10 8 м/с.
Следовательно, = v/ n = 1 cм.
2. 600 ТГц принадлежит интервалу частот видимого излучения. = 500 нм.
3. 100 кГц во много раз меньше 0,3 ТГц, и это радиоволны. = 3 км.
4. Легко понять, что 1200 ТГц находится в интервале частот ультрафиолетового излучения. = 250 нм.
Фазы Луны в мультфильмах
1. Месяц над крышей выпуклостью вправо. Это молодой месяц. Серп узкий, значит, он расположен недалеко от Солнца. Каникулы летние. Солнце садится на северо-западе, значит, месяц виден в западной части горизонта.
2. Узкий серп выпуклостью влево – старый месяц. Скоро взойдёт Солнце. Такой месяц виден ранним утром в восточной стороне горизонта.
3. Ответить на этот вопрос, посмотрев фрагмент мультфильма, трудно. Полная Луна видна вечером на востоке. В полночь её можно видеть на юге, а утром – на западе. Но если в песне есть слова «Ночь пройдёт – наступит утро...» (будущее время), а Луна невысоко над горизонтом, то, может быть, она видна в восточной стороне. Или в южной, но точно не в западной.
4. Через один-два дня Луна будет в фазе первой четверти. В этой фазе угол между меридианами, где находятся Луна и Солнце, составляет примерно 90° . Значит, в настоящее время между Луной и Солнцем примерно 60–70° . Серп старого месяца невысоко над горизонтом. Месяц медленно поднимается над горизонтом. Скоро встанет и Солнце. Примерно через 3–4 часа будет светло. Трое из Простоквашино ищут клад, по всей видимости, где-то после полуночи или ранним-ранним утром.
5. Мы видим узкий серп месяца, обращённый вправо. Это молодой месяц, следовательно, перед нами – западная сторона. А это значит, что окна «смотрят» на восток.
6. Ответить крайне затруднительно, т.к. при благоприятной погоде полная Луна видна всю ночь: и вечером, и в полночь, и утром. Можно сказать так: тень точно не падает на юг. В средних широтах Северного полушария Луна движется слева направо и проходит над точкой юга. Но если это вечер, то тень падает на запад. Если это полночь, то на север, а если это утро, то тень направлена в восточную сторону.
Задачи на внимательность («Найдите ошибки »)
1. Солнце высоко над головой. Это возможно в тропическом поясе. К Солнцу обращена неосвещённая часть Луны. Может ли быть такое? Конечно, нет.
2. Жители средних широт Cеверного полушария скажут: «Это молодой месяц, и он должен приближаться к горизонту в западной стороне неба. Но месяц почему-то поднимается над горизонтом. Это может быть только в мультфильмах, в жизни – никогда!»
Жители средних широт Южного полушария будут утверждать: «Это “старый” месяц, и он действительно будет подниматься над горизонтом, но в восточной стороне, а его путь будет идти справа налево, а не так, как показано в мультфильме».
3. Обратите внимание: за окном старый месяц, значит, родители приехали ранним утром. При этом звучит фраза: «В такую погоду свои дома сидят, телевизор смотрят». Но телевизор обычно смотрят по вечерам. Художникам следовало нарисовать не утренний месяц, а вечерний.
4. Для жителей Cеверного полушария это молодой месяц. В лучах зари вечерний (молодой) месяц не может «таять». Жители Южного полушария 12–13 раз в году наблюдают, как в лучах утренней зари «тает» такой месяц, и вслед за ним «из распахнутых ворот Солнце красное идёт». Но молодым такой месяц они не назовут. Он всё-таки старый для жителей Австралии и Южной Америки. Может-быть, такую «картину» С.Я.Маршак наблюдал в Южном полушарии, и, не разобравшись, назвал его молодым?
5. Учащиесязнают, что в средних широтах Северного полушария Солнце поднимается над горизонтом, перемещаясь слева направо. Из уроков географии школьники помнят, что только на экваторе Солнце поднимается под прямым углом к горизонту, следовательно, герои мультфильма оказались в тропиках.Но это бывает только 2раза в году: в дни весеннего и осеннего равноденствий. Учитель может сказать, что перед Новым годом Солнце взойдёт перпендикулярно горизонту на параллели 23,5° южной широты.
Но такой снежной зимы, как показано в мультфильме, в тропиках не бывает! Художники должны были сместить Солнце в правую сторону при его подъёме над горизонтом.
Литература
Беспалов В.Н . Часовые пояса на территории России. – «География-ПС», № /2001 или http://besp.narod.ru
Громов С.В . Физика-9. – М.: Просвещение, 2003.
Левитан Е.Н . Астрономия: Учебник для 11 класса. – М.: Просвещение, 1994 (и все последующие издания).
Малахова Г.И., Страут Е.К. Дидактический материал по астрономии. – М.: Просвещение, 1989 (и все последующие издания).
Перельман Я.И . Занимательная астрономия. – М.: Наука, 1966.
Скворцова Г. Компетентностный подход: правила постановки учебных целей. – Первое сентября, № 4, 5/2008.
Луна движется вокруг Земли в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси. Отображением этого движения, как мы знаем, является видимое перемещение Луны на фоне звезд навстречу вращению неба. Каждые сутки Луна смещается к востоку относительно звезд примерно на 13°, а через 27,3 сут возвращается к тем же звездам, описав на небесной сфере полный круг.
Период обращения Луны вокруг Земли относительно звезд (в инерциальной системе отсчета) называется звездным или сидерическим (от лат. sidus - звезда) месяцем . Он составляет 27,3 сут.
Видимое движение Луны сопровождается непрерывным изменением ее вида - сменой фаз . Происходит это оттого, что Луна занимает различные положения относительно освещающего ее Солнца и Земли. Схема, поясняющая смену фаз Луны, показана на рисунке 20.
Когда Луна видна нам как узкий серп, остальная часть ее диска тоже слегка светится. Это явление называется пепельным светом и объясняется тем, что Земля освещает ночную сторону Луны отраженным солнечным светом.
Промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны называется синодическим месяцем (от греч. synodos - соединение); это период обращения Луны вокруг Земли относительно Солнца. Он равен (как показывают наблюдения) 29,5 сут.
Таким образом, синодический месяц длиннее сидерического. Это легко понять, зная, что одинаковые фазы Луны наступают при одинаковых ее положениях относительно Земли и Солнца. На рисунке 21 взаимное расположение Земли Т и Луны L соответствует моменту новолуния. Луна L через 27,3 сут, сделав полный оборот, займет прежнее положение относительно звезд. Земля Т за это время вместе с Луной пройдет по своей орбите относительно Солнца дугу ТТ 1 , равную почти 27°, так как каждые сутки она смещается примерно на 1°. Чтобы Луна L 1 заняла прежнее положение относительно Солнца и Земли Т 1 (пришла в новолуние), потребуется еще двое суток. Действительно, Луна проходит за сутки 360°:27,3 сут = 13°/сут, чтобы пройти дугу в 27°, ей необходимо. 27°: 13°/сут=2 сут. Так и получается, что синодический месяц Луны составляет около 29,5 земных суток.
Мы видим всегда только одно полушарие Луны. Это иногда воспринимается как отсутствие ее осевого вращения. На самом деле это объясняется равенством периодов вращения Луны вокруг оси и ее обращения вокруг Земли.
Проверьте это, обводя вокруг себя предмет и одновременно o поворачивая его вокруг оси с периодом, равным периоду обвода.
Вращаясь вокруг оси, Луна попеременно обращает к Солнцу разные свои стороны. Следовательно, на Луне происходит смена дня и ночи, и солнечные сутки равны синодическому периоду (ее обороту относительно Солнца). Таким образом, на Луне продолжительность дня равна двум земным неделям и две наши недели составляют там ночь.
Легко понять что фазы Земли и Луны взаимно противоположны. Когда Луна почти полная, Земля с Луны видна как узкий серп. На рисунке 42 представлена фотография неба и лунного горизонта с Землей, у которой видна лишь ее освещенная часть - меньше полукруга.
Упражнение 5
1. Серп Луны вечером обращен выпуклостью вправо и близок к горизонту. В какой стороне горизонта он находится?
2. Сегодня верхняя кульминация Луны произошла в полночь. Когда наступит следующая верхняя кульминация Луны?
3. Через какие промежутки времени звезды кульминируют на Луне?
2. Лунные и солнечные затмения
Земля и Луна, освещенные Солнцем (рис. 22), отбрасывают конусы тени (сходящиеся) и конусы полутени (расходящиеся). Когда Луна попадает в тень Земли полностью или частично, происходит полное или частное затмение Луны . С Земли оно видно одновременно отовсюду, где Луна над горизонтом. Фаза полного затмения Луны продолжается, пока Луна не начнет выходить из земной тени, и может длиться до 1 ч 40 мин. Солнечные лучи, преломляясь в атмосфере Земли, попадают в конус земной тени. При этом атмосфера сильно поглощает голубые и соседние с ними лучи (см. рис. 40), а пропускает внутрь конуса преимущественно красные, которые поглощаются слабее. Вот почему Луна при большой фазе затмения окрашивается в красноватый цвет, а не пропадает совсем. В старину затмения Луны боялись как страшного предзнаменования, считали, что "месяц обливается кровью". Лунные затмения бывают до трех раз в году, разделенные почти полугодовыми промежутками, и, конечно, лишь в полнолуние.
Солнечное затмение как полное видно только там, где на Землю падает пятно лунной тени . Диаметр пятна не превышает 250 км, и поэтому одновременно полное затмение Солнца видно лишь на малом участке Земли. Когда Луна перемещается по своей орбите, ее тень движется по Земле с запада на восток, вычерчивая последовательно узкую полосу полного затмения (рис. 23).
Там, где на Землю падает полутень Луны, наблюдается частное затмение Солнца (рис. 24).
Вследствие небольшого изменения расстояний Земли от Луны и Солнца видимый угловой диаметр Луны бывает то немного больше, то немного меньше солнечного, то равен ему. В первом случае полное затмение Солнца длится до 7 мин 40 с, в третьем - только одно мгновение, а во втором случае Луна вообще не закрывает Солнца целиком, наблюдается кольцеобразное затмение . Тогда вокруг темного диска Луны виден сияющий ободок солнечного диска.
На основе точного знания законов движения Земли и Луны вычислены на сотни лет вперед моменты затмений и то, где и как они будут видны. Составлены карты, на которых показаны полоса полного затмения, линии (изофазы), где затмение будет видно в одинаковой фазе, и линии, относительно которых для каждой местности можно отсчитать моменты начала, конца и середины затмения.
Солнечных затмений в году для Земли может быть от двух до пяти, в последнем случае непременно частных. В среднем в одном и том же месте полное солнечное затмение бывает видно чрезвычайно редко - лишь однажды в течение 200-300 лет.
Особый интерес для науки представляют полные затмения Солнца, наводившие ранее суеверный ужас на невежественных людей. Такие затмения считали предзнаменованием войны, конца света.
Астрономы предпринимают экспедиции в полосу полного затмения, чтобы в течение секунд, редко минут полной фазы изучать внешние разреженные оболочки Солнца, невидимые непосредственно вне затмения. Во время полного солнечного затмения небо темнеет, вдоль горизонта горит заревое кольцо - свечение атмосферы, освещенной лучами Солнца в местностях, где затмение неполное, вокруг черного солнечного диска простираются жемчужные лучи так называемой солнечной короны (см. рис. 69).
Если бы плоскость лунной орбиты совпадала с плоскостью, эклиптики, то в каждое новолуние происходило бы солнечное, а в каждое полнолуние - лунное затмение. Но плоскость лунной орбиты пересекает плоскость эклиптики под углом 5°9". Поэтому Луна обычно проходит севернее или южнее плоскости эклиптики, и затмений не происходит. Лишь в течение двух периодов в году, разделенных почти полугодом, когда в полнолунии и новолунии Луна находится вблизи эклиптики, возможно наступление затмения.
Плоскость лунной орбиты вращается в пространстве (это один из видов возмущений в движении Луны, производимых притяжением Солнца) * и за 18 лет делает полный поворот. Поэтому периоды возможных затмений смещаются по датам года. Ученые древности подметили периодичность в затмениях, связанную с этим 18-летним периодом, и могли поэтому приближенно предсказывать наступление затмений. Сейчас ошибки предвычисления моментов затмения составляют менее 1 с.
Сведения о предстоящих затмениях и об условиях их видимости даются в "Школьном астрономическом календаре".
Упражнение 6
1. Вчера было полнолуние. Может ли быть затмение Солнца завтра? через неделю?
2. Послезавтра будет солнечное затмение. Будет ли сегодня лунная ночь?
3. Можно ли с Северного полюса Земли наблюдать солнечное затмение 15 ноября? 15 апреля? Ответ пояснить.
4. Можно ли с Северного полюса Земли видеть лунные затмения, происходящие в июне и ноябре? Ответ пояснить.
5. Как отличить фазу затмения Луны от одной из ее обычных фаз?
6. Какова продолжительность солнечных затмений на Луне по сравнению с продолжительностью их на Земле?
В средних широтах Солнце восходит всегда в восточной стороне неба, постепенно поднимается над горизонтом, в полдень достигает наивысшего положения на небе, затем начинает опускаться к горизонту и заходит в западной части неба. В Северном полушарии это движение происходит слева направо, а в Южном — справа налево. Наблюдатель в Северном полушарии Земли при этом будет видеть Солнце на юге, а находящийся в Южном полушарии — на севере. Дневной путь Солнца на небе симметричен относительно направления север — юг.
2. Может ли Солнце наблюдаться в зените в Беларуси? Почему?
Солнце наблюдается в зените в поясе, ограниченном следующим интервалом географической широты: $-23°27" \le φ \le 23°27".$ Беларусь расположена севернее, поэтому Солнце в зените в нашей стране наблюдаться не может.
3. Почему Луна обращена к Земле всегда одной и той же своей стороной?
Полный оборот по орбите вокруг Земли Луна совершает за 27.3 сут. (сидерический месяц). И за такое же время она делает один оборот вокруг своей оси, поэтому к Земле всегда обращено одно и то же полушарие Луны.
4. В чём состоит отличие сидерического и синодического месяцев? Чем обусловлена их различная продолжительность?
Синодический месяц — это промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными фазами Луны (например, новолуниями), и он длится 29.5 сут.
Сидерический месяц — это период обращения Луны по орбите вокруг Земли относительно звёзд, и он длится 27.3 сут.
Различная продолжительность этих месяцев связана с тем, что Земля не покоится на одном месте, а движется по своей орбите. Поэтому для того, чтобы повторилась предыдущая конфигурация и завершился синодический месяц, Луне приходится пройти большее расстояние по своей орбите, чем для завершения сидерического месяца.
5. Что понимают под лунной фазой? Опишите фазы Луны.
Лунной фазой называется видимая в солнечном освещении часть лунного диска.
Рассмотрим фазы Луны, начиная с новолуния . Эта фаза наступает, когда Луна проходит между Солнцем и Землёй и обращена к нам своей тёмной стороной. Луна совсем не видна с Земли. Спустя один-два дня в западной части неба появляется и продолжает расти узкий яркий серп «молодой» Луны . Спусят 7 суток уже будет видна вся 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 Земли. После полнолуния Луна постепенно приближается к Солнцу с запада и освещается им слева. Примерно через неделю наступает фаза последней четверти . Затем снова наступает новолуние..
6. Серп Луны обращён выпуклостью вправо и близок к горизонту. В какой стороне горизонта он находится?
Луна наблюдается в западной части горизонта.
7. Почему происходят солнечные и лунные затмения?
При своём движении по орбитам Земля и Луна время от времени выстраивается на одной линии с Солнцем. Если Луна находится вблизи плоскости земной орбиты, наступает затмение. Когда Луна становится между Землёй и Солнцем — бывает солнечное затмение, а когда Земля становится между Солнцем и Луной — наступает лунное затмение.
8. Охарактеризуйте полные, частные и кольцеобразные солнечные затмения.
Проходя между Солнцем и Землёй, маленькая по размерам Луна не может полностью затенить Землю. Диск Солнца будет целиком закрыт только для наблюдателей, находящихся внутри конуса лунной тени, максимальный диаметр которой на поверхности Земли не превышает 270 км. Только отсюда, с этой сравнительно узкой области земной поверхности, куда падает тень от Луны, будет видно полное солнечное затмение . Там же, куда попадает полутень от Луны, внутри так называемого конуса лунной полутени, будет видно частное солнечное затмение . Если в момент затмения Луна, перемещаясь по своей эллиптической орбите, будет находиться на значительном удалении от Земли, то видимый диск Луны окажется слишком малым, чтобы полностью покрыть Солнце. Тогда будет наблюдаться вокруг тёмного диска Луны сияющий ободок солнечного диска. Это — кольцеобразное затмение .
