Земля – космос – Луна - Самарий Наумович Минчин
Создание подлинной теории движения Луны стало возможным только после открытия Кеплером (1571 – 1630) трех законов планетных движений и работ Ньютона (1642 – 1717), открывшего закон всемирного тяготения.
Эта задача оказалась одной из самых сложных в особом разделе астрономии – небесной механике. Объясняется это тем, что движение Луны определяется не только полем тяготения Земли, но и притяжением Солнца и (гораздо слабее) других планет Солнечной системы, а также влиянием несферичности фигур Земли и Луны, которое вызывает определенные «возмущения», или «неравенства», в движении Луны.
Вопросами теории движения Луны занимались многие крупные математики и механики прошлого и наших дней; в настоящее время теория движения Луны разработана достаточно подробно.
Благодаря своему движению вокруг Земли Луна меняет положение на небесной сфере относительно звезд; при этом одинаковое положение повторяется каждые 27 суток 7 часов 43 минуты 11,47 секунды; указанный промежуток времени называется сидерическим, или звездным, месяцем.
В связи с тем что Луна находится внутри сферы действия земного притяжения, под которой понимается область пространства, где центральным телом является наша планета, а Солнце и близкие планеты рассматриваются как возмущающие тела, – движение Луны определяется в основном тяготением Земли.
В этих условиях Луна, двигаясь вокруг Земли по орбите, описывает эллипс, в фокусе которого находится наша планета. Эксцентриситет лунной орбиты, т. е. отношение расстояния между фокусами эллипса к его большой оси, сравнительно невелик – всего 0,0549, но и такая небольшая вытянутость орбиты приводит к тому, что расстояние Луны от Земли все время меняется. Когда Луна находится в ближайшей к Земле точке (в перигее), это расстояние составляет 363 000 километров, а в наиболее удаленной от Земли точке (в апогее) оно возрастает до 405 000 километров; среднее же расстояние Луны от Земли принимается равным 384 440 километрам.
Таким образом, эксцентриситет лунной орбиты вызывает изменение среднего расстояния Луны от Земли в ту и другую сторону на 21 000 километров. Как отмечалось выше, движение Луны возмущается притяжением Солнца, близких планет, а также отступлением формы Земли от шарообразной. Совокупность этих воздействий изменяет расстояние до Луны приблизительно на 6500 километров, так что в общей сложности это расстояние колеблется в пределах от 356 410 до 406 740 километров.
Длина лунной орбиты составляет в среднем 2 414 000 километров; этот путь Луна проходит за 2 336 400 секунд, и, следовательно, средняя скорость движения Луны вокруг Земли несколько превышает один километр в секунду (3680 километров в час).
Луч света (как и радиоволна) проходит расстояние о. Земли до Луны немногим больше чем за одну секунду, приблизительно в 400 раз быстрее, чем от Земли до Солнца.
Взаимное расположение Земли, Луны и Солнца в пространстве непрерывно изменяется (из-за обращения Земли вокруг Солнца, а Луны вокруг Земли), поэтому мы в разные моменты времени наблюдаем разные части освещенного Солнцем видимого с Земли полушария Луны. Доля Луны, освещенная в данный момент времени Солнцем, называется ее фазой; граница, отделяющая освещенную Солнцем часть Луны от темной, называется терминатором. Явление последовательных изменений видимой формы Луны (серп, полудиск, полная Луна и т. д.) называют сменой лунных фаз.
Рис. 1. Схема изменения фаз Луны
Схема изменения видимых очертаний Луны, т. е. ее фаз, представлена на рис. 1, где в центре изображена Земля, освещенная солнечными лучами; на рисунке показано восемь последовательных положений Луны на ее орбите (1, 2,…, 8), а также вид Луны на небе в различных фазах, соответствующих этим положениям.
Вместо фазы нередко говорят о «возрасте» Луны – этим словом обозначают время, прошедшее от последнего новолуния.
Основных фаз Луны четыре: новолуние (1), первая четверть (3), полнолуние (5) и последняя четверть (7).
Лунный месяц начинается с расположения, при котором Луна находится между Солнцем и Землей примерно на одной прямой (новолуние), при этом к Земле обращена не освещенная Солнцем ночная сторона Луны. Затем начинается «рост» Луны. Через двое-трое суток узкий серп Луны можно видеть вечером на западе после захода Солнца («молодой» месяц); в это время темная часть Луны слабо освещена отраженным Землей солнечным светом (так называемый «пепельный» свет). Через четверть оборота (положение 3) Луна будет иметь вид светлого полукруга, а терминатор – вид прямой линии; такое положение называется первой четвертью, «возраст» Луны – около 7,3 суток.
Двигаясь далее по орбите, Луна переместится (положение 5) так, что к Земле будет обращено все освещенное полушарие Луны – это положение называется полнолунием, «возраст» Луны – около 14,5 суток.
Затем Луна начинает «убывать» – наступает последняя четверть (положение 7); через двое-трое суток на ночном небосклоне появляется старый месяц, а затем вновь приходит фаза новолуния.
Одинаковые фазы Луны повторяются через каждые 29 суток 12 часов 44 минуты 2,8 секунды. Этот промежуток времени называется синодическим месяцем (от греческого слова «сюнодос», что означает «совместное при бытие»). Различная продолжительность синодического и сидерического месяцев объясняется наличием собственного движения системы Луна – Земля вокруг Солнца.
Пока Луна совершит полный оборот вокруг Земли, система Земля – Луна сместится почти на 1/12 часть своей орбиты вокруг Солнца. Поэтому, чтобы снова прийти в соединение с Землей и Солнцем, Луне необходимо пройти угловое расстояние, примерно равное 1/12-360° = = 30°, на что уходит приблизительно двое земных суток. Так же, как и Земля, Луна вращается вокруг своей оси, но это вращение происходит значительно медленнее. Время вращения Луны вокруг своей оси точно совпадает с продолжительностью ее оборотов вокруг Земли, т. е. это вращение совершается за сидерический месяц.
«Пойдите в свою столовую и начните обходить круглый обеденный стол таким образом, чтобы все время смотреть на его центр. Когда вы окончите свою круговую прогулку, то увидите, что за это время вы сделали полный оборот вокруг себя, потому что ваш глаз последовательно обошел все стороны комнаты. Ну, так вот: столовая – это небо, стол – Земля, а вы сами были Луной» (Жюль Верн).
Вращение Луны вокруг своей оси создает для нее день и ночь, но это такие сутки, которые продолжаются почти целый земной месяц: на Луне продолжительность дня, так же как и ночи, – 14,76 земных суток.
Итак, Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной, однако мы можем рассмотреть и небольшую часть другого полушария Луны благодаря так называемому явлению либрации (в переводе с
