§ 8. Видимий рух Місяця. Сонячні й місячні затьмарення

1. Видимий рух Місяця. Місяць — найближче до нас небесне тіло, природний супутник Землі. Зміна його зовнішнього вигляду з давніх часів привертало увагу людей. Помітити рух Місяця на небі можна протягом 10-15 хв. Його зсув серед зірок відбувається дуже швидко: за 1 годину він зрушується в напрямку із заходу на схід майже на 0,5". Кутова швидкість Місяця в добу становить від 11 до 15°.

Проміжок часу, за який Місяць, описуючи повне коло на небесній сфері, повертається в ту ж точку, називається сидеричним або зоряним місяцем (від панцира. «сидус» — «зірка»). Сидеричний місяць дорівнює 27¹_а доби.

Ретельне вивчення видимого руху Місяця серед зірок з нанесенням його шляху на зоряну карту (мал. 8.1) дозволяє зробити висновок про те, що Місяць рухається по небесній сфері по великому колу, що дорівнює майже 10 її кутовим діаметрам. Це коло перетинає екліптику у двох діаметрально протилежних точках, які називаються вузлами місячної орбіти. Вузол, у якому Місяць, рухаючись по небу, опускається під екліптику й відхиляється до Південного полюса світу, називається спадної, а той, у якому вона через 13,6 доби піднімається над екліптикою, відхиляючись до Північного полюса світу, називається висхідної.

Рис. 8.1. Положення Місяця на небі в моменти двох послідовних фаз першої чверті

Легко помітити, що умови видимості Місяця в різні пори року істотно відрізняються. Улітку, у повню, Місяць перебуває на небі низько й видимий недовго, а взимку - високо й видимий подовгу, тому що дуга екліптики на нічному літньому небі лежить під небесним екватором, а взимку - над ним. Найменша висота Місяця над обрієм улітку для

широти φ = 50^о може становити 11^о, а найбільша її висота взимку для широти φ = 50^о досягає 68^о.

2. Фази Місяця. Поверхня Місяця світиться відбитим сонячним світлом, тому його зовнішній вигляд змінюється залежно від положення, що він займає відносно Сонця. Така зміна зовнішнього вигляду Місяця для спостерігача на Землі називається фазами Місяця. Розрізняють чотири основні фази (мал. 8.2): молодик (нова Місяць)— 1, перша чверть — 3, повня (повний Місяць) — 5, третя (остання) чверть — 7.

Досліджуючи положення Місяця серед зірок у моменти повторення однієї й тієї ж фази, можна зробити висновок: однакові фази Місяця повторюються приблизно через кожні S = 29,5 діб, але наступають вони в різних точках місячної орбіти - у кожному наступному місяці на 30^о на схід у порівнянні з попереднім (див. мал. 8.1).

Проміжок часу S між двома однойменними фазами Місяця називається синодичним місяцем (від грецьк. «синодос» — «зближення», мається на увазі зближення молодика із Сонцем),

Як бачимо, тривалість синодичного місяця більше, ніж сидеричного. Це неважко пояснити. Нехай у початковий момент Місяць у повню перебуває біля якої-небудь зірки. Через 27,3 діб вона знову наблизиться до неї. Однак Земля за цей час зміститься по своїй орбіті (а відповідно й Сонце на небесній сфері) на кут приблизно 27,3^о. Тому, щоб зайняти те ж саме положення щодо Сонця й знову бути в повні, Місяць повинен продовжувати свій рух ще 2¹\₄ доби. Ця величина саме й дорівнює різниці між тривалістю сидеричного й синодичного місяців (мал. 8.3).

3. Затьмарення Сонця й Місяця. Земля й Місяць, освітлювані Сонцем, відкидають від себе тіні у вигляді конусів у бік, протилежний Сонцю. Конус земної тіні довше місячної, а її діаметр на відстані, рівній радіусу місячної орбіти, перевершує діаметр Місяця більш ніж в 2,5 рази. Рухаючись навколо Землі, Місяць двічі на місяць виявляється поблизу лінії Земля - Сонце. У такі моменти й може наступити сонячне або місячне затьмарення (мал. 8.4).

сонячне затьмарення відбувається тоді, коли тінь від Місяця падає на поверхню Землі. Воно спостерігається по-різному в різних точках земної поверхні. Диск Сонця буде повністю закритий тільки для спостерігача, що перебуває усередині конуса місячної тіні, максимальний діаметр якої на поверхні Землі не перевищує 270 км. У цій вузькій зоні земної поверхні буде спостерігатися повне сонячне затьмарення (мал. 8.5).

На ділянках земної поверхні, куди падає півтінь від Місяця, усередині так називаного конуса місячної півтіні, спостерігається часне сонячне затьмарення.

Оскільки відстань Місяця від Землі внаслідок еліптичності її орбіти змінюється від 363 300 км до 405 500 км, а довжина конуса її повної тіні становить 374 000 км, те вершина цього конуса іноді не досягає поверхні Землі. У цьому випадку краї сонячного диска залишаться відкритими й будуть утворювати тонке блискуче кільце навколо темного диска Місяця. Таке затьмарення називається кільцевим.

У різних точках Землі сонячне затьмарення наступає в різний час. Внаслідок руху Місяця навколо Землі й обертання Землі навколо осі тінь від Місяця переміщається по земній поверхні приблизно із заходу на схід, утворюючи смугу довжиною в кілька тисяч кілометрів і максимальною шириною 270 км. Повна фаза затьмарення, коли Сонце повністю закривається диском Місяця, триває не більше 7,5 хв.

Разом із часними фазами з моменту, коли Місяць починає насуватися на Сонце, і до моменту, коли він повністю сходить із його диска, сонячне затьмарення може тривати більше двох годин. Зрозуміло, що затьмарення Сонця можуть відбуватися тільки під час молодика.

Місячне затьмарення (мал. 8.6) відбувається тоді, коли Місяць потрапляє у конус тіні, відкинутою Землею, Оскільки під час затьмарення Місяць насправді втрачає сонячного світла, то місячне затьмарення видно на всій нічній півкулі Землі й для всіх точок цієї півкулі починається й закінчується одночасно.

Повна фаза затьмарення може тривати до 1 ч 40 хв, а все місячне затьмарення триває більше трьох годин. Очевидно, що місячні затьмарення можуть відбуватися тільки під час повні.

Якби площина місячної орбіти збігалася із площиною екліптики,

то сонячні й місячні затьмарення спостерігалися б у кожному проміжку

часу, рівному синодичному місяцю. Але вона нахилена до площини

екліптики під кутом в 5^о. Тому Місяць може пройти вище або нижче

диска Сонця або ж конуса тіні Землі.

Щоб сонячне або місячне затьмарення відбулося, необхідно, щоб

Місяць у молодика або, відповідно, у повню перебувала поблизу

одного з вузлів своєї орбіти, тобто недалеко від екліптики.

Кожний рік обов'язково буває два сонячних затьмарення; при певному

з бігу обставин їх може бути навіть п'ять. Що стосується

місячних затьмарень, то, відповідно до розрахунків, їх може бути два або три в

рік, а може й зовсім не бути. Таким чином, мінімальна кількість

затьмарень у рік — два (обидва сонячні), максимальне — сім (п'ять сонячних і два місячних або ж чотири сонячних і три місячних).

Послідовність затьмарень повторюється практично точно через

інтервал часу, називаний саросом (від давньоєгипетськ. — «поаторення»). Сарос, відомий задовго до початку нашої ери, становить 18 років

і 10,3 (11,3) діб (залежно від того, скільки високосних років

було в періоді).

Чергування послідовності сонячних і місячних

затьмарень відбувається через повторення взаємного розміщення Сонця, Місяця й вузлів місячної орбіти на небесній сфері.

Протягом кожного саросу відбувається

43 сонячні затьмарення

і 25-29 місячних. На певній географічній довготі

те саме затьмарення повторюється через три сароси (мал. 8.7).

А в конкретній точці земної

поверхні повне сонячне

затьмарення відбувається в середньому

один раз в 300 років. I

1. З якою середньою кутовою швидкістю Місяць рухається по небесній сфері

відносно Сонця?

2. Чому на картах зоряного неба не вказують шлях руху Місяця серед

зірок, з тільки Сонця?

3. Чому сонячні затьмарення відбуваються не в кожний молодик?

8.1. Намалюйте вид Місяця у фазі першої чверті. У який час доби його можна

спостерігати в такій фазі?

8.2. Поясніть за допомогою креслення, чому для повного Місяця найменша

висота під час верхньої кульмінації влітку для широти

φ = 50° становить 11^о, а найбільша висота взимку - 68°. Якими будуть

відповідні висоти для широти Вашого населеного пункту?