§ 12. СИСТЕМА «ЗЕМЛЯ - МІСЯЦЬ»
§ 12. СИСТЕМА «ЗЕМЛЯ - МІСЯЦЬ»
1 . Основні руху Землі. Земля - це третя за віддаленості від Сонця планета. Вона рухається зі швидкістю близько 30 км / с навколо Сонця по еліптичній орбіті, мало відрізняється від кола. Один із доказів обертання Землі навколо Сонця - здається (параллактическое) зміщення найближчих до нас зірок. Вперше такі зміщення вдалося виявити лише в 30-х рр. XIX ст.
Друге основне рух Землі - обертання навколо осі, нахиленої до площини орбіти під кутом 66 ˚ 34 '.
При русі Землі навколо Сонця вісь її залишається паралельної самій собі. З курсів природознавства та природознавства ви знаєте, що зміна пір року на Землі як раз і є наслідком зазначених трьох причин: обертання Землі навколо Сонця, нахилу земної осі до площини орбіти і збереження напрямку осі в просторі.
Крім того, Земля рухається в просторі разом зі всією Сонячною системою і бере участь у багатьох інших рухах.
2 . Форма Землі. Лише в грубому наближенні до дійсності можна вважати, що Земля - це куля, радіус якого визначається за формулою (21) методом, описаним в § 11.4. Однак геодезичні вимірювання показали, що довжина дуги 1 ° меридіана близько екватора равна110,6 км, а поблизу полюсів -111,7 км, отже, Земля не куля, її екваторіальний радіус більше полярного.
Пояснюється це тим, що Земля внаслідок свого обертання навколо осі стиснута біля полюсів і за формою близька до еліпсоїда обертання. Стиснення еліпсоїда може бути обчислено за формулою:
, (24)
де ε - стиснення Землі; a - велика піввісь земної еліпсоїда; b - його мала піввісь. Дані, засновані на спостереженнях руху штучних супутників Землі, дозволили уточнити результати наземних геодезичних вимірювань стиснення Землі.
Оскільки різниця в екваторіальному (6378,140 км) і полярному (6356,755 км) радіусах Землі невелике (21,385 км), то при вирішенні багатьох астрономічних задач Землю можна вважати кулею із середнім радіусом, равним6371 км.
Знаючи середній радіус Землі і її масу (як знайти масу Землі, ви знаєте з курсу фізики), легко обчислити середню щільність нашої планети (5,5 · 103 кг / м3).
3 . Місяць - супутник Землі. Місяць - найближче до Землі небесне тіло. Радіус Місяця приблизно в 4 рази, а маса в 81 разів менше відповідно радіусу і маси Землі. За цим фізичним характеристикам природний супутник нашої планети не можна вважати маленьким в порівнянні з Землею. Строго кажучи, по еліптичній орбіті навколо Сонця рухається загальний центр мас системи «Земля - Місяць», що знаходиться усередині Землі. Систему «Земля - Місяць» часто називають «подвійний планетою».
Місяць - НЕ самосветящееся тіло; вона світить відбитим сонячним світлом. Залежно від положення, яке Місяць займає по відношенню до Землі і Сонця, ми бачимо те повний Місяць (повний місяць), то половину видимого диска (перша або остання чверть), то зовсім не бачимо Місяця (молодик).
Мал. 28. Фази місяця.
Видимий із Землі освітлена частина місячного диска називається фазою Місяця. Простежити зміну місячних фаз можна по малюнку 28. У молодику Місяць буває в той час, коли вона розташовується між Землею і Сонцем; в повному місяці Місяць знаходиться за Землею. Після молодика Місяць «росте» від вузького серпа (спрямованого опуклістю вправо) до напівдиска (перша чверть) і далі до повного диска (повний місяць). Після повного місяця Місяць «убуває» до напівдиска (опуклість спрямована вліво, настає перша чверть), потім стає вузьким серпом і перестає бути видимою в молодику. Повний цикл змін місячних фаз (синодичний місяць) становить приблизно 29,5 діб (29,5д).
Кутовий діаметр Місяця на небесній сфері близько 0,5 ° (≈30 '). Але він не залишається постійним, а змінюється через еліптичності орбіти (приблизно 33 'в перигеї і 29' в апогеї). Ексцентриситет місячної орбіти е = 0,05, а велика піввісь еліпса -384400 км (середня відстань Місяця від Землі). Повний оберт навколо Землі Місяць робить за 27,3 діб (27, Зд, сидерический місяць). За цей же час Місяць робить оборот навколо своєї осі, тому до Землі завжди звернено одне і те ж півкуля Місяця.
Як і всі інші небесні тіла, Місяць бере участь в добовому обертанні небесної сфери. Але на відміну від планет і Сонця, більш віддалених від Землі, Місяць швидко переміщається на тлі зоряного неба (13 ° за добу) із заходу на схід, т. Е. В напрямку, протилежному добовому обертанню небесної сфери. Цим пояснюється явище, яке ви самі можете виявити. Щовечора, відзначаючи по годинах моменти верхньої кульмінації Місяця, ви переконаєтеся, що Місяць приходить до небесного меридіану з запізненням приблизно на 50 хв (т. Е. Кульминирует сьогодні на 50 хв пізніше, ніж вчора).
4 . Сонячні та місячні затемнення. Коли Місяць при своєму русі навколо Землі повністю або частково затуляє Сонце, відбуваються сонячні затемнення. Під час повного сонячного затемнення (рис. 29) Місяць закриває весь диск Сонця (це можливо завдяки тому, що видимі діаметри Місяця і Сонця майже однакові). Повне сонячне затемнення можна спостерігати лише з тих точок земної поверхні, де проходить смуга повної фази. Так називається смуга, яку як би прокреслює по земній поверхні сходиться конус місячної тіні (див. Рис. 29).
Мал. 29. Схема повного затемнення Сонця.
По обидва боки смуги повної фази відбувається часткове затемнення Сонця, під час якого Місяць затуляє не весь сонячний диск, а лише частина його. Спостерігається часткове сонячне затемнення з тих місць земної поверхні, які охоплює розходиться конус місячної півтіні (див. Рис. 29).
Ширина смуги повної фази сонячного затемнення і його тривалість залежать від взаємних відстаней Сонця, Землі і Місяця. Внаслідок зміни відстаней видимий кутовий діаметр Місяця теж змінюється. Коли він трохи більше сонячного, повне затемнення Сонця може тривати до 7,5 хв, коли дорівнює, то одну мить, якщо ж він менше, то Місяць взагалі не закриває Сонце повністю. В останньому випадку відбувається кільцеподібне затемнення: навколо темного місячного диска видно вузьке яскраве сонячне кільце.
Повне сонячне затемнення - дуже красиве явище. Під час затемнення Сонце має вигляд чорного диска, оточеного ніжним сяйвом (короною). Денне світло настільки слабшає, що іноді можна бачити на небі яскраві зірки і планети.
Повне сонячне затемнення, яке можна було спостерігати з території Росії (в деяких її південних районах) відбулося 29 марта2006 р
Коли при русі навколо Землі Місяць потрапляє в конус земної тіні, яку відкидає освітлюваний Сонцем земну кулю, відбувається повне місячне затемнення (рис. 30). Якщо ж в тінь Землі занурюється лише частину Місяця, то відбувається часткове затемнення Місяця.
Мал. 30. Схема повного затемнення Місяця.
Повне місячне затемнення може тривати приблизно 1,5 - 2 ч (стільки часу, скільки потрібно Місяці, щоб перетнути конус земної тіні). Його можна спостерігати з усього нічного півкулі Землі, де Місяць в момент затемнення знаходиться над горизонтом. Тому в даній місцевості повні місячні затемнення вдається спостерігати значно частіше сонячних.
Під час повного місячного затемнення Місяця місячний диск залишається видимим, але він набуває зазвичай темно-червоний відтінок. Це явище пояснюється заломленням сонячних променів в земній атмосфері. Проходячи через земну атмосферу, сонячні промені розсіюються і переломлюються. Причому розсіюється в основному короткохвильове випромінювання (відповідне синього і блакитного ділянках спектра, чим і обумовлений блакитний колір нашого денного неба), а переломлюється довгохвильове (відповідне червоному ділянці спектра). Переломлюючи в земній атмосфері, довгохвильове сонячне випромінювання потрапляє в конус земної тіні і освітлює Місяць.
Легко здогадатися, що сонячне затемнення відбувається, коли Місяць буває в молодику, а місячне - коли в повний місяць. Однак далеко не в кожне молодик і повний місяць відбуваються затемнення. Справа в тому, що площина, в якій Місяць рухається навколо Землі, нахилена до площини екліптики під кутом приблизно 5 °. Найчастіше на рік буває тільки два сонячних і два місячних затемнення. В1982 р було сім затемнень - чотири часткових сонячних і три повних місячних (це максимально можливе число затемнень на рік).
Ще древні астрономи помітили, що через певний проміжок часу місячні і сонячні затемнення повторюються в певному порядку. Цей проміжок часу був названий сáросом (в перекладі з єгипетського - повторення). Існування Сарос пояснюється закономірностями, які спостерігаються в русі Місяця. Сарос становить 6585,32 добу (≈18 років 11 днів). Протягом кожного Сарос відбувається 70 затемнень, з них 42 сонячних і 28 місячних. Однак в даному місці Землі місячні затемнення спостерігаються частіше, ніж сонячні, так як місячні затемнення видно з усього нічного півкулі Землі. Повні сонячні затемнення в даній точці земної поверхні видно не частіше ніж один раз на 200-300 років.
Знаючи тривалість Сарос, можна наближено передбачати час настання затемнень. В даний час розроблені дуже точні методи передбачення сонячних і місячних затемнень. Астрономи неодноразово допомагали історикам уточнювати дати історичних подій, які, за свідченням літописів, збігалися з затемненнями. У Москві чергове повне сонячне затемнення спостерігатиметься 16 жовтня 2126 р
У минулому незвичайний вид Місяця і Сонця під час затемнень приводив людей в жах. Жерці, знаючи про повторюваності цих явищ, використовували їх для підпорядкування і залякування людей, приписуючи затемнення надприродним силам. Давно вже перестала бути таємницею причина затемнень. Спостереження затемнень дозволяють вченим одержувати важливі відомості про атмосферах Землі і Сонця, а також про рух Місяця. Під час повних затемнень Сонця створюються умови, сприятливі для спостереження відхилення променя світла зірки в поле тяжіння Сонця. Це дозволяє отримати одне з найважливіших доказів теорії тяжіння Ейнштейна (загальної теорії відносності).
