§ 7. Видимое движение Солнца и Луны. Затмения

Годичный путь Солнца и сезоны

Солнце за год смещается среди звёзд вдоль эклиптики. Это отражает обращение Земли вокруг Солнца. Наклон земной оси примерно 23,4° к перпендикуляру плоскости орбиты изменяет высоту Солнца и длительность дня в каждом полушарии.

На равноденствиях склонение Солнца близко к 0°, на солнцестояниях — к +23,4° или −23,4°. В северном полушарии положительное крайнее склонение соответствует летнему солнцестоянию. Причина сезонов — наклон оси, а не периодическое приближение Земли к Солнцу.

Высота Солнца и длительность освещения меняются совместно.

Луна освещена наполовину, но видна по-разному

Луна светит отражённым солнечным светом. Солнце почти всегда освещает половину лунного шара, однако наблюдатель видит разную часть этой половины. Новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть — положения в цикле изменения видимого диска.

При новолунии Луна находится примерно в направлении Солнца; при полнолунии — в противоположном. В четвертях видно половину диска. Обычная смена фаз не связана с тенью Земли. В модели угол элонгации E отсчитывается от новолуния, освещённая доля диска k ≈ (1 − cos E)/2.

Фаза — видимая часть освещённой половины Луны.

Почему два лунных месяца различаются

Сидерический месяц — оборот Луны относительно звёзд, около 27,3 суток. Синодический месяц — повторение фаз, около 29,5 суток. Пока Луна обращается вокруг Земли, Земля успевает переместиться по орбите, поэтому для восстановления прежней конфигурации Луне нужен дополнительный путь.

Плоскость лунной орбиты наклонена к эклиптике примерно на 5,1°. Точки пересечения этих плоскостей называют узлами. В большинство новолуний и полнолуний Луна проходит выше или ниже линии Солнце—Земля. Поэтому совпадения фазы недостаточно для затмения.

Для затмения важна не только фаза, но и близость Луны к узлу.

Солнечные и лунные затмения

Солнечное затмение происходит в новолуние: Луна закрывает Солнце, а её тень падает на часть Земли. При полном затмении солнечный диск закрыт целиком; при кольцеобразном видимый диск Луны меньше солнечного; при частном закрыта часть диска.

Лунное затмение происходит в полнолуние, когда Луна проходит через земную тень или полутень. Полное лунное затмение видно из большей части ночного полушария Земли. Сарос — примерно 18 лет 11 суток и 8 часов — даёт близкое повторение геометрии, но не точное повторение места видимости. Смотреть на Солнце без специальной защиты опасно, в том числе при частном затмении.

Новолуние нужно для солнечного, полнолуние — для лунного затмения.

Сначала предскажи — потом проверь

В новолуние Луна далеко от узла орбиты. Будет солнечное затмение?

Разберём задачу

При элонгации 90° какую долю лунного диска видно освещённой?

Сначала выбери физическую связь и условия её применения. Сделай собственный расчёт или объяснение, затем открой разбор.

Показать решение и проверку

cos 90° = 0, значит k = (1 − 0)/2 = 0,5. Освещена половина видимого диска. Это четверть цикла, а не четверть площади диска. Земная тень в этом расчёте не участвует.

Шесть опорных идей

01Высота Солнца и длительность освещения меняются совместно.

02Фаза — видимая часть освещённой половины Луны.

03Для затмения важна не только фаза, но и близость Луны к узлу.

04Новолуние нужно для солнечного, полнолуние — для лунного затмения.

05При полном лунном затмении Луна может быть красноватой: земная атмосфера пропускает и преломляет часть солнечного света в область тени.

06Небольшая разница видимых диаметров Солнца и Луны определяет, будет ли центральное солнечное затмение полным или кольцеобразным.

Попробуй теперь ответить своими словами: Почему фазы Луны бывают каждый месяц, а затмения — нет?

ПАРАГРАФ 07Видимое движение Солнца и Луны. Затмения

Фазы и условие затмения