Луна — спутник нашей планеты, с незапамятных времен притягивающий взоры ученых и просто любопытных людей. В древнем мире и астрологи, и астрономы посвящали ей внушительные трактаты. От них не отставали и поэты. Сегодня в этом смысле мало что изменилось: орбита Луны, особенности ее поверхности и недр тщательно изучаются астрономами. Составители гороскопов также не сводят с нее глаз. Влияние спутника на Землю изучается и теми и другими. Астрономы исследуют, как взаимодействие двух космических тел отражается на движении и других процессах каждого. За время изучения Луны знания в этой области значительно увеличились.

Происхождение

По исследованиям ученых, Земля и Луна образовались примерно в одно время. Возраст обоих тел составляет 4,5 миллиарда лет. Существует несколько теорий происхождения спутника. Каждая из них объясняет отдельные особенности Луны, но оставляет несколько нерешенных вопросов. Наиболее близкой к истине сегодня считается теория гигантского столкновения.

Согласно гипотезе, планета, по своим размерам сходная с Марсом, столкнулась с молодой Землей. Удар пришелся по касательной и стал причиной выброса в космос большей части вещества этого космического тела, а также некоторого количества земного «материала». Из этого вещества и сформировался новый объект. Радиус орбиты Луны первоначально составлял шестьдесят тысяч километров.

Гипотеза гигантского столкновения хорошо объясняет многие особенности строения и химического состава спутника, большинство характеристик системы Луна-Земля. Однако, если брать теорию за основу, все же остаются непонятными некоторые факты. Так, дефицит железа на спутнике можно объяснить лишь тем, что ко времени столкновения на обоих телах произошла дифференциация внутренних слоев. На сегодняшний день нет доказательств, что подобное имело место. И тем не менее, несмотря на подобные контраргументы, гипотеза гигантского столкновения считается основной во всем мире.

Параметры

Луна, как и большинство других спутников, не имеет атмосферы. Обнаружены лишь следы кислорода, гелия, неона и аргона. Температура поверхности на освещенных и затемненных участках поэтому сильно отличается. На солнечной стороне она может подниматься до +120 ºС, а на темной опускаться до -160 ºС.

Среднее расстояние между Землей и Луной составляет 384 тысячи км. По форме спутник — практически идеальный шар. Разница между экваториальным и полярным радиусом небольшая. Они составляют 1738,14 и 1735,97 км соответственно.

Полный оборот Луны вокруг Земли занимает чуть больше 27 дней. Движение спутника по небу для наблюдателя характеризуется сменой фаз. Время от одного полнолуния до другого несколько больше указанного периода и составляет примерно 29,5 дней. Разница возникает потому, что Земля и спутник также движутся вокруг Солнца. Луне, чтобы оказаться в первоначальном положении, приходится преодолевать чуть больше одного круга.

Система «Земля-Луна»

Луна — спутник, несколько отличающий от остальных подобных объектов. Главная его особенность в этом смысле — это масса. Она оценивается в 7,35*10 22 кг, что составляет примерно 1/81 от аналогичного параметра Земли. И если сама масса не является чем-то из ряда вон выходящим на космических просторах, то ее соотношение с характеристикой планеты нетипично. Как правило, отношение масс в системах «спутник-планета» несколько меньше. Аналогичным соотношением могут похвастаться только Плутон и Харон. Эти два космические тела некоторое время назад стали характеризовать как систему двух планет. Похоже, что такое обозначение справедливо и в случае с Землей и Луной.

Движение Луны по орбите

Спутник совершает один оборот вокруг планеты относительно звезд за сидерический месяц, который длится 27 дней 7 часов и 42,2 минуты. Орбита Луны по форме представляет собой эллипс. В разные периоды спутник располагается то ближе к планете, то дальше от нее. Расстояние между Землей и Луной при этом изменяется от 363 104 до 405 696 километров.

С траекторией движения спутника связано еще одно доказательство в пользу предположения о том, что Землю со спутником необходимо рассматривать как систему, состоящую из двух планет. Орбита Луны располагается не вблизи экваториальной плоскости Земли (как это свойственно большинству спутников), а практически в плоскости вращения планеты вокруг Солнца. Угол между эклиптикой и траекторией движения спутника составляет чуть больше 5º.

Орбита движения Луны вокруг Земли подвержена влиянием многих факторов. В связи с этим определение точной траектории спутника — задача не самая простая.

Немного истории

Теория, объясняющая, как движется Луна, была заложена еще в 1747 году. Автором первых расчетов, приблизивших ученых к пониманию особенностей орбиты спутника, стал французский математик Клеро. Тогда, в далеком восемнадцатом веке, обращение Луны вокруг Земли часто выдвигалось в качестве аргумента против теории Ньютона. Расчеты, сделанные с использованием сильно расходились с видимым перемещением спутника. Клеро разрешил эту задачу.

Исследованием вопроса занимались такие известные ученые, как Даламбер и Лаплас, Эйлер, Хилл, Пюизо и другие. Современная теория обращения Луны фактически началась с работ Брауна (1923 г.). Исследования британского математика и астронома помогли устранить расхождения между расчетами и наблюдением.

Непростая задача

Движение Луны заключается в двух основных процессах: вращение вокруг оси и обращение вокруг нашей планеты. Вывести теорию, объясняющую перемещение спутника, было бы не так уж и сложно, если бы его орбита не подвергалась воздействию различных факторов. Это и притяжение Солнца, и особенности формы Земли, и других планет. Подобные воздействия возмущают орбиту и предсказать точное положение Луны в конкретный период становится трудной задачей. Для того чтобы понять, в чем тут дело, остановимся на некоторых параметрах орбиты спутника.

Восходящий и нисходящий узел, линия апсид

Как уже говорилось, орбита Луны наклонена к эклиптике. Траектории движения двух тел пересекаются в точках, названных восходящим и нисходящим узлами. Располагаются они на противоположных сторонах орбиты относительно центра системы, то есть Земли. Воображаемая прямая, которая соединяет две эти точки, обозначается как линия узлов.

Ближе всего к нашей планете спутник оказывается в точке перигея. Максимальное расстояние разделяет два космических тела, когда Луна оказывается в апогее. Прямая, соединяющая две эти точки, называется линией апсид.

Возмущения орбиты

В результате влияния на перемещение спутника сразу большого числа факторов по сути оно представляет собой сумму нескольких движений. Рассмотрим наиболее заметные из возникающих возмущений.

Первая из них — это регрессия линии узлов. Прямая, соединяющая две точки пересечения плоскости лунной орбиты и эклиптики, не зафиксирована на одном месте. Она очень медленно перемещается в направлении, противоположном (потому и называется регрессией) движению спутника. Другими словами, плоскость орбиты Луны поворачивается в пространстве. На один полный оборот ей требуется 18,6 лет.

Движется и линия апсид. Перемещение прямой, соединяющий апоцентр и перицентр, выражается в повороте плоскости орбиты в ту же сторону, куда движется Луна. Происходит это гораздо быстрее, чем в случае линии узлов. Полный оборот занимает 8,9 лет.

Кроме того, лунная орбита испытывает колебания определенной амплитуды. С течением времени изменяется угол между ее плоскостью и эклиптикой. Диапазон значений — от 4°59" до 5°17". Так же, как и в случае с линией узлов, период таких колебаний составляет 18,6 лет.

Наконец, орбита Луны меняет свою форму. Она немного вытягивается, затем снова возвращается к первоначальной конфигурации. При этом меняется эксцентриситет орбиты (степень отклонения ее формы от окружности) от 0,04 до 0,07. Изменения и возвращение в первоначальное положение занимают 8,9 лет.

Не все так просто

В сущности, четыре фактора, которые необходимо учитывать во время расчетов, — это не так уж и много. Однако ими не исчерпываются все возмущения орбиты спутника. На самом деле, каждый параметр движения Луны испытывает постоянное воздействие большого числа факторов. Все это усложняет задачу по прогнозированию точного расположения спутника. А учет всех этих параметров часто представляет собой важнейшую задачу. Например, расчет траектории движения Луны и его точность влияет на успешность миссии космического аппарата, отправленного к ней.

Влияние Луны на Землю

Спутник нашей планеты сравнительно мал, однако его воздействие хорошо заметно. Пожалуй, всем известно, что именно Луна формирует приливы на Земле. Тут сразу нужно оговориться: Солнце также вызывает похожий эффект, но из-за гораздо большего расстояния приливное воздействие светила мало ощутимо. Кроме того, изменение уровня воды в морях и океанах связано и с особенностями вращения самой Земли.

Гравитационное воздействие Солнца на нашу планету примерно в двести раз больше, чем аналогичный параметр Луны. Однако приливные силы в первую очередь зависят от неоднородности поля. Расстояние, разделяющее Землю и Солнце, сглаживает их, поэтому воздействие близкой к нам Луны более мощное (в два раза значительнее, чем в случае светила).

Приливная волна образуется на той стороне планеты, которая в данный момент обращена к ночному светилу. На противоположной стороне также возникает прилив. Если бы Земля была неподвижной, то волна двигалась бы с запада на восток, располагаясь точно под Луной. Ее полный оборот завершался бы за 27 с небольшим дней, то есть за сидерический месяц. Однако период вокруг оси составляет чуть меньше 24 ч. В результате волна бежит по поверхности планеты с востока на запад и один оборот завершает за 24 часа и 48 минут. Поскольку волна постоянно встречается с материками, она смещается вперед по направлению движения Земли и опережает в своем беге спутник планеты.

Удаление орбиты Луны

Приливная волна вызывает перемещение огромной массы воды. Это непосредственным образом влияет на движение спутника. Внушительная часть массы планеты смещается с линии, соединяющей двух тел, и притягивает к себе Луну. В результате спутник испытывает воздействие момента силы, который ускоряет ее движение.

При этом материки, набегающие на приливную волну (они движутся быстрее волны, поскольку Земля вращается с большей скоростью, чем обращается Луна), испытывают воздействие силы, тормозящей их. Это приводит к постепенному замедлению вращения нашей планеты.

В результате приливного взаимодействия двух тел, а также действия и момента импульса, спутник переходит на более высокую орбиту. При этом уменьшается скорость Луны. По орбите она начинает двигаться медленнее. Нечто похожее происходит и с Землей. Она замедляется, следствием чего является постепенное увеличение длительности суток.

Луна удаляется от Земли примерно на 38 мм в год. Исследования палеонтологов и геологов подтверждают расчеты астрономов. Процесс постепенного замедления Земли и удаления Луны начался примерно 4,5 миллиарда лет назад, то есть с момента образования двух тел. Данные исследователей свидетельствуют в пользу предположения, что раньше лунный месяц был короче, а Земля вращалась с большей скоростью.

Приливная волна возникает не только в водах мирового океана. Похожие процессы происходят и в мантии, и в земной коре. Однако они менее заметны, поскольку эти слои не столь податливы.

Удаление Луны и замедление Земли не будет происходить вечно. В конце концов, период вращения планеты сравняется с периодом обращения спутника. Луна «зависнет» над одним участком поверхности. Земля и спутник будут всегда повернуты одной и той же стороной друг к другу. Тут уместно вспомнить, что часть этого процесса уже завершена. Именно приливное взаимодействие привело к тому, что на небе всегда видна одна и та же сторона Луны. В космосе есть пример системы, пребывающей в подобном равновесии. Это уже называвшиеся Плутон и Харон.

Луна и Земля находятся в постоянном взаимодействии. Нельзя сказать, какое из тел больше влияет на другое. При этом оба подвергаются и воздействию Солнца. Значительную роль играют и другие, более удаленные, космические тела. Учет всех подобных факторов делает довольно трудной задачу точного построения и описания модели движения спутника по орбите вокруг нашей планеты. Однако огромное количество накопленных знаний, а также постоянно совершенствующая аппаратура позволяют более или менее точно спрогнозировать положение спутника в любое время и предсказать будущее, которое ожидает каждый объект в отдельность и систему Земля-Луна в целом.

ЛИБРАЦИЯ ЛУНЫ: Луна совершает полный оборот вокруг Земли за 27,32166 суток. Точно за такое же время она совершает и оборот вокруг собственной оси. Это не случайное совпадение, а связано с влиянием Земли на свой спутник. Поскольку период обращения Луны вокруг своей оси и вокруг Земли одинаков, Луна должна быть обращена к Земле всегда одной стороной. Однако во вращении Луны и ее движении вокруг Земли существуют некоторые неточности.

Вращение Луны вокруг оси происходит весьма равномерно, но вот скорость обращения ее вокруг нашей планеты меняется в зависимости от расстояния до Земли. Минимальное расстояние от Луны до Земли 354 тыс. км, максимальное – 406 тыс. км. Точка лунной орбиты, ближайшая к Земле, называется перигеем от «пери» (peri) – вокруг, около, (возле и «re» (ge) – земля], точка максимального удаления – апогеем [от греч. «апо» (аро) – сверху, над и «re». На более близких расстояниях от Земли скорость движения Луны по орбите увеличивается, поэтому ее вращение вокруг своей оси несколько «отстает». В результате для нас становится видимой небольшая часть обратной стороны Луны, восточного ее края. На второй половине своей околоземной орбиты Луна замедляет свое движение, в результате чего она немного «спешит» с поворотом вокруг своей оси, и мы можем увидеть небольшую часть ее другого полушария с западного края. Человеку, который наблюдает за Луной в телескоп из ночи в ночь, кажется, что она медленно колеблется вокруг своей оси, сначала в течение двух недель в восточном направлении, а затем столько же – в западном. (Правда, такие наблюдения практически затруднены тем, что обычно часть поверхности Луны затеняется Землей. – Ред.) Рычажные весы тоже некоторое время колеблются около положения равновесия. По-латыни весы – «либра» (libra), поэтому кажущиеся колебания Луны, обусловленные неравномерностью ее движения по орбите вокруг Земли при равномерности вращения вокруг своей оси, называют либрацией Луны. Либрации Луны происходят не только в направлении восток-запад, но и в направлении север – юг, так как ось вращения Луны наклонена к плоскости ее орбиты. Тогда наблюдатель видит небольшой участок обратной стороны Луны в районах ее северного и южного полюсов. Благодаря обоим видам либрации с Земли можно видеть (не одновременно) почти 59 % поверхности Луны.

ГАЛАКТИКА

Солнце – одна из многих сотен миллиардов звезд, собранных в гигантское скопление, имеющее линзообразную форму. Диаметр этого скопления примерно втрое больше его толщины. Наша Солнечная система находится во внешнем тонком его крае. Звезды похожи на отдельные светлые точки, рассыпанные в окружающей темноте далекого космоса. Но если мы посмотрим вдоль диаметра линзы собранного скопления, то увидим неисчислимое количество других звездных скоплений, которые образуют мерцающую мягким светом ленту, протянувшуюся через весь небосвод.

Древние греки считали, что эта «дорожка» на небе образована каплями пролившегося молока, и назвали ее галактикой. «Галактикос» (galakticos) погречески млечный от «галактос» (galaktos), что означает молоко. Древние римляне называли ее «виа лактеа», что дословно означает Млечный Путь. Как только начались регулярные исследования с помощью телескопа, среди далеких звезд были обнаружены туманные скопления. Английские астрономы отец и сын Гершели, а также французский астроном Шарль Мессье были одними из первых, кто обнаружил эти объекты. Их назвали небулами от латинского «нэбуля» (nebula) туман. Это латинское слово было заимствовано из греческого языка В греческом «нефеле» (nephele) тоже означало облако, туман а богиню туч именовали Нефёла. Многие из обнаруженных туманностей оказались пылевыми облаками, которые закрывали некоторые участки нашей Галактики, не пропуская от них свет.

При наблюдении они походили на черные объекты. Но многие «облака» расположены далеко за пределами Галактики и представляют собой скопления звезд, такие же большие, как и наш собственный космический «дом». Малыми они кажутся только из-за гигантских расстояний, которые разделяют нас. Самой ближней к нам галактикой является знаменитая туманность Андромеды. Такие далекие звездные скопления называют еще экстрагалактическими туманностями «экстра» (extra) по латыни означает приставку «вне», «сверх». Чтобы отличать их от относительно небольших по размеру пылевых образований внутри нашей Галактики. Существуют сотни миллиардов таких экстрагалактических туманностей – галактик, поскольку теперь говорят о галактиках во множественном числе. Более того: поскольку галактики сами образуют скопления в космическом пространстве, то говорят о галактиках галактик.

ИНФЛЮЭНЦА

Древние считали, что звезды оказывают влияние на судьбы людей, поэтому была даже целая наука, которая занималась определением того, как они это делают. Речь идет, конечно, об астрологии, название которой происходит от греческих слов «астер» (aster) – звезда и «логос» (logos) – слово. Другими словами, астролог – «говорящий о звездах». Обычно «-логия» служит непременной составляющей в названиях многих наук, однако астрологи настолько дискредитировали свою «науку», что для истинной науки о звездах пришлось подыскать другой термин: астрономия. Греческое слово «немейн» (nemein) означает распорядок, закономерность. Поэтому астрономия – наука, «упорядочивающая» звезды, исследующая законы их движения, возникновения и угасания. Астрологи считали, что звезды излучают загадочную силу, которая, стекая на Землю, управляет судьбами людей. По-латыни вливаться, стекать, проникать – «инфлюэре» (influere), это слово употребляли, когда хотели сказать, что звездная сила «вливается» в человека. В те дни истинных причин болезней не знали, и вполне естественно было услышать от врача, что и посетивший человека недуг – следствие влияния звезд. Поэтому одну из самых распространенных болезней, которая сегодня нам известна как грипп, назвали инфлюэнцей (дословно – влиянием). Это название родилось в Италии (ит. influenca).

Итальянцы обратили внимание на связь между малярией и болотами, но просмотрели комара. Для них он был всего лишь мелким досаждающим насекомым; реальную причину они видели в миазмах плохого воздуха над болотами (он несомненно был «тяжелым» из-за повышенной влажности и выделяемых распадающимися растениями газов). Итальянское слово для определения чего-то плохого – «мала» (mala), поэтому плохой, тяжелый воздух (aria) они называли «малариа» (malaria), что стало со временем общепринятым научным названием всем известной болезни. Сегодня по-русски никто, конечно, не назовет грипп инфлюэнцей, хотя поанглийски он так и называется, правда, в разговорной речи чаще всего сократившись до коротенького «флу» (flu).

Перигелий

Древние греки считали, что небесные тела движутся по орбитам, которые представляют собой идеальные окружности, потому как окружность – идеальная замкнутая кривая, а сами небесные тела совершенны. Латинское слово «орбита» (orbita) значит колея, дорога, но образовано оно от «орбис» (orbis) – круг.

Однако в 1609 г. немецкий астроном Иоганн Кеплер доказал, что каждая планета движется вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. А если Солнце находится не в центре окружности, то планеты в некоторых точках своей орбиты приближаются к нему больше, чем в других. Ближайшая к Солнцу точка орбиты небесного тела, обращающегося вокруг него, называется перигелием.

В греческом языке «пери-» (peri-) – часть сложных слов, означающая около, вокруг, а «гелиос» (hellos) – Солнце, так что перигелий можно перевести как «вблизи Солнца». Подобным образом точку наибольшего удаления небесного тела от Солнца греки стали называть «апгелиос» (арheliqs). Приставка «апо» (аро) означает вдали, от, поэтому это слово можно перевести как «вдали от Солнца». В русской передаче слово «апгелиос» превратилось в афелий: латинские буквы р и h рядом читаются как «ф». Эллиптическая орбита Земли близка к идеальной окружности (здесь греки были правы), поэтому у Земли разница между перигелием и афелием составляет всего 3 %. Термины для небесных тел, описывающих орбиты вокруг других небесных тел, были образованы аналогичным образом. Так, Луна обращается вокруг Земли по эллиптической орбите, при этом Земля находится в одном из ее фокусов. Точку наибольшего приближения Луны к Земле назвали перигеем «re», (ge) по-гречески Земля, а точку наибольшего удаления от Земли – апогеем. Астрономам известны двойные звезды. В этом случае две звезды обращаются по эллиптическим орбитам вокруг общего центра масс под действием сил тяготения, причем, чем больше масса звезды-спутника, тем меньше эллипс. Точка наибольшего сближения обращающейся звезды с главной звездой называется периастром, а точка наибольшего удаления – апоастром от греч. «астрон» (astron) – звезда.

Планета - определение

Еще в далекой древности человек не мог не заметить, что звезды занимают постоянное положение на небе. Они двигались только группой и совершали лишь небольшие перемещения вокруг некой точки на северном небосклоне. Это было очень далеко от точек восхода и заката, где появлялись и исчезали Солнце и Луна.

Каждую ночь происходило неприметное смещение всей картины звездного неба. Каждая звезда всходила на 4 минуты раньше и на 4 минуты раньше по сравнению с предыдущей ночью заходила, поэтому на западе звезды постепенно уходили с горизонта, а на востоке появлялись новые. Через год круг замыкался, и картина восстанавливалась. Однако на небе наблюдалось пять похожих на звезды объектов, которые светились столь же ярко, а то и ярче, чем звезды, но не подчинялись общему распорядку. Один из таких объектов сегодня мог располагаться между двумя звездами, а завтра сместиться, еще через ночь смещение было еще большим и т.д. Три таких объекта (мы называем их Марс, Юпитер и Сатурн) тоже совершали полный круг на небесах, но довольно сложным путем. А два других (Меркурий и Венера) не отходили слишком далеко от Солнца. Другими словами, эти объекты «бродили» между звездами.

Греки называли своих бродяг «планэтэс» (planetes), вот и этих небесных бродяг они назвали планетами. В средние века к планетам причисляли Солнце и Луну. Но к XVII в. астрономы уже осознали тот факт, что Солнце является центром Солнечной системы, поэтому планетами стали называть небесные тела, которые обращаются вокруг Солнца. Солнце потеряло статус планеты, а Земля, наоборот, приобрела его. Луна тоже перестала быть планетой, потому что она вращается вокруг Земли и только вместе с Землей обходит Солнце.

В 1609 году, после изобретения телескопа, человечество сумело впервые подробно рассмотреть свой космический спутник. С тех пор Луна - это наиболее изученное космическое тело, а также первое, на котором сумел побывать человек.

Первое, с чем предстоит разобраться - чем же является наш спутник? Ответ неожиданный: хотя Луна и считается спутником, технически она является такой же полноценной планетой, как и Земля. У нее большие размеры - 3476 километров в поперечнике на экваторе - и масса в 7,347×10 22 килограмм; Луна лишь немногим уступает , самой маленькой планете Солнечной Системы. Все это делает ее полноценным участником гравитационной системы Луна-Земля.

Известен и другой такой тандем в Солнечной системе, и Харон. Хотя вся масса нашего спутника составляет чуть больше сотой части массы Земли, Луна не обращается вокруг самой Земли - у них есть общий центр массы. А близость к нам спутника порождает еще один интересный эффект, приливный захват. Из-за него Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной.

Более того, изнутри Луна устроена как полноценная планета - у нее есть кора, мантия и даже ядро, а в далеком прошлом на ней существовали вулканы. Однако от древних ландшафтов уже ничего не осталось - на протяжении четырех с половиной миллиардов лет истории Луны на нее падали миллионы тонн метеоритов и астероидов, которые избороздили ее, оставив кратеры. Некоторые удары были настолько сильны, что прорвали ее кору вплоть до самой мантии. Котлованы от таких столкновений образовали лунные моря, темные пятна на Луне, которые легко различимы с . Более того, они присутствуют исключительно на видимой стороне. Почему? Об этом мы расскажем дальше.

Среди космических тел, Луна влияет на Землю сильнее всего - кроме, разве, Солнца. Лунные приливы, которые регулярно поднимают уровень воды в мировом океане - наиболее очевидное, но не самое сильное воздействие спутника. Так, постепенно отдаляясь от Земли, Луна замедляет вращение планеты - солнечный день вырос из первоначальных 5 до современных 24-х часов. А еще спутник служит естественным барьером против сотен метеоритов и астероидов, перехватывая их на подлете к Земле.

И вне сомнения, Луна - это лакомый объект для астрономов: как любителей, так и профессионалов. Хотя расстояние до Луны измерено с точностью до метра с помощью лазерных технологий, а образцы грунта с нее неоднократно привозили на Землю, там все еще остается место для открытий. Например, ученые охотятся за лунными аномалиями - таинственными вспышками и сияниями на поверхности Луны, не всем из которых находится объяснение. Оказывается, наш спутник скрывает гораздо больше, чем видно на поверхности - давайте же разберемся в тайнах Луны вместе!

Топографическая карта Луны

Характеристики Луны

Научному изучению Луны сегодня больше 2200 лет. Движение спутника на небосклоне Земли, фазы и расстояние от него до Земли были подробно описаны еще древними греками - а внутреннее строение Луны и ее история исследуются по сей день космическими аппаратами. Тем не менее века работы философов, а затем физиков и математиков дали весьма точные данные о том, как выглядит и движется наша Луна, и почему она именно такая. Все сведения о спутнике можно разделить на несколько категорий, взаимовытекающих друг из друга.

Орбитальные характеристики Луны

Как движется Луна вокруг Земли? Если бы наша планета была неподвижной, спутник вращался бы по почти идеальному кругу, время от времени незначительно приближаясь и отдаляясь от планеты. Но ведь и сама Земля вокруг Солнца - Луне приходится постоянно «догонять» планету. А еще наша Земля не является единственным телом, с которым наш спутник взаимодействует. Солнце, находящееся в 390 раз дальше Земли от Луны, массивнее Земли в 333 тысячи раз. И даже с учетом закона обратных квадратов, по которому интенсивность любого источника энергии резко падает при отдалении, Солнце притягивает Луну в 2,2 раза сильнее Земли!

Поэтому конечная траектория движения нашего спутника напоминает спираль, да еще и непростую. Ось лунной орбиты колеблется, сама Луна периодически приближается и отдаляется, а в глобальных масштабах и вовсе улетает от Земли. Эти же колебания приводят к тому, что видимая сторона Луны - это не одно и то же полушарие спутника, но разные его части, которые попеременно поворачиваются к Земле из-за «покачивания» спутника на орбите. Эти перемещения Луны по долготе и широте называются либрациями, и позволяют заглянуть за обратную сторону нашего спутника задолго до первого облета космическими аппаратами. С востока на запад Луна проворачивается на 7,5 градуса, а с севера на юг - на 6,5. Поэтому с Земли легко можно увидеть оба полюса Луны.

Конкретные орбитальные характеристики Луны полезны не только астрономам и космонавтам - к примеру, фотографами особенно ценится суперлуние: фаза Луны, в которой она достигает максимального размера. Это полнолуние, во время которого Луна находится в перигее. Приведем основные параметры нашего спутника:

• Орбита Луны - эллиптическая, ее отклонение от идеального круга, составляет около 0,049. Учитывая колебания орбит, минимальное расстояние спутника до Земли (перигей) оставляет 362 тысячи километров, а максимальное (апогей) - 405 тысяч километров.
• Общий центр массы Земли и Луны находится за 4,5 тысячи километров от центра Земли.
• Сидерический месяц - полное прохождение Луны по своей орбите - проходит за 27,3 дня. Однако для полного оборота вокруг Земли и смены лунных фаз требуется на 2,2 дня больше - ведь за то время, что Луна идет по своей орбите, Земля пролетает тринадцатую часть собственной орбиты вокруг Солнца!
• Луна находится в приливном захвате Земли - она вращается вокруг своей оси с той же скоростью, что и вокруг Земли. Из-за этого Луна постоянно повернута к Земле одной и той же стороной. Такое состояние характерно для спутников, которые находятся очень близко к планете.

• Ночь и день на Луне очень долгие - по половине земного месяца.
• В те периоды, когда Луна выходит из-за земного шара, ее видно на небе - тень нашей планеты постепенно сползает со спутника, позволяя освещать его Солнцу, а затем обратно закрывает его. Смены освещенности Луны, видимые с Земли, называются ее . Во время новолуния спутника не видно на небе, в фазе молодой Луны появляется ее тонкий серп, напоминающий завиток буквы «Р», в первой четверти Луна освещена ровно наполовину, а во время полнолуния ее заметно лучше всего. Дальнейшие фазы - вторая четверть и старая луна - происходят в обратном порядке.

Интересный факт: так как лунный месяц короче календарного, иногда за один месяц может быть два полнолуния - второе называется «голубой луной». Она такая же яркая, как и обычная полня - Землю она освещает на 0,25 люкс (для примера, обычное освещение внутри дома составляет 50 люкс). Сама Земля освещает Луну в 64 раза сильнее - целых 16 люкс. Разумеется, весь свет не собственный, а отраженный солнечный.

• Орбита Луны наклонена к плоскости орбиты Земли и регулярно ее пересекает. Наклонение спутника постоянно меняется, варьируясь между 4,5° и 5,3°. На смену наклонения Луны уходит больше 18 лет.
• Луна движется вокруг Земли со скоростью 1,02 км/с. Это намного меньше скорости движения Земли вокруг Солнца - 29,7 км/с. Максимальная скорость космического аппарата, достигнутая зондом для исследования Солнца «Гелиос-Б», составляла 66 километров в секунду.

Физические параметры Луны и ее состав

Для того чтобы понять, насколько большая Луна и из чего она состоит, людям понадобилось немало времени. Только в 1753 году ученый Р. Бошкович сумел доказать, что у Луны нет существенной атмосферы, равно как и жидких морей - при покрытии Луной звезды исчезают мгновенно, когда наличие дало бы возможность наблюдать их постепенное «затухание». Еще 200 лет понадобилось на то, чтобы советская станция «Луна-13» в 1966 году измерила механические свойства поверхности Луны. А про обратную сторону Луны вообще не было ничего не известно вплоть до 1959 года, пока аппарат «Луна-3» не сумел сделать первые ее снимки.

Команда космического корабля «Аполлон-11» доставила первые образцы на поверхность в 1969 году. Также они стали первыми людьми, которые побывали на Луне - до 1972 года на ней приземлилось 6 кораблей, и высадились 12 астронавтов. В достоверности этих полетов часто сомневались - однако многие пункты критиков исходили из их несведущести в космическом деле. Американский флаг, который по уверениям конспирологов «не мог развеваться в безвоздушном пространстве Луны», на самом деле твердый и статичный - его специально укрепили твердыми нитями. Это было сделано специально для того, чтобы сделать красивые снимки - провисшее полотно не столь зрелищное.

Многие искажения цветов и форм рельефа в отражениях на шлемах скафандров, в которых искали фальсификат, были обусловлены золотым напылением на стекле, защищающем от ультрафиолетового . Советские космонавты, которые смотрели трансляцию высадки астронавтов в реальном времени, также подтвердили достоверность происходящего. А кто сможет обмануть эксперта в своем деле?

А полные геологические и топографические карты нашего спутника составляются по сегодняшний день. В 2009 году космическая станция LRO (англ. «Lunar Reconnaissance Orbiter», Лунный Орбитальный Зонд) не только доставила самые детальные снимки Луны в истории, но и доказала наличие на ней большого количества замерзшей воды. Он же поставил точку в дискуссии о том, были ли люди на Луне, засняв следы деятельности команды «Аполлон» с низкой орбиты Луны. Аппарат был укомплектован оборудованием из нескольких стран мира, в том числе и из России.

Так как к исследованию Луны подключаются новые космические государства вроде Китая и частные компании, свежие данные поступают каждый день. Мы собрали основные параметры нашего спутника:

• Площадь поверхности Луны занимает 37,9х10 6 квадратных километров - около 0,07% от всей площади Земли. Невероятно, но это лишь на 20% превышает площадь всех заселенных человеком местностей на нашей планете!
• Средняя плотность Луны 3,4 г/см 3 . Она на 40% меньше плотности Земли - в первую очередь из-за того, что спутник лишен многих тяжелых элементов вроде железа, которыми богата наша планета. Кроме того, 2% массы Луны приходится на реголит - мелкую крошку камня, созданную космической эрозией и ударами метеоритов, плотность которой ниже обычной породы. Его толща в отдельных местах достигает десятков метров!
• Все знают, что Луна намного меньше Земли, что сказывается на ее гравитации. Ускорение свободного падения на ней составляет 1,63 м/с 2 - всего 16,5 процентов от всей силы притяжения Земли. Прыжки астронавтов на Луне были очень высокими несмотря даже на то, что их скафандры весили 35,4 килограмма - почти как рыцарские доспехи! При этом они еще сдерживались: падение в условиях вакуума было достаточно опасным. Ниже - видео прыжков астронавта из прямой трансляции.

• Лунные моря охватывают около 17% всей Луны - в основном ее видимую сторону, которая почти на треть покрыта ими. Они являются следами ударов особенно тяжелых метеоритов, которые буквально сорвали со спутника его кору. В этих местах от мантии Луны поверхность отделяет лишь тонкий, полукилометровый слой застывшей лавы - базальта. Поскольку ближе к центру любого большого космического тела концентрация твердых веществ растет, в лунных морях больше металла, чем где-либо по Луне.
• Основная форма рельефа Луны - это кратеры и другие производные от ударов и ударными волнами, которастероидов. Лунные горы и цирки были построены громадными ые изменяли структуру поверхности Луны до неузнаваемости. Особенно сильна их роль была в начале истории Луны, когда та была еще жидкой - падения поднимали целые волны расплавленного камня. Это же стало причиной образования лунных морей: обращенная к Земле сторона была сильнее раскалена из-за концентрации в ней тяжелых веществ, из-за чего астероиды влияли на нее сильнее, чем на прохладную обратную сторону. Причиной такого неравномерного распределения вещества стало притяжение Земли, особенно сильное в начале истории Луны, когда та была ближе.

• Кроме кратеров, гор и морей, в луне существуют пещеры и трещины - уцелевшие свидетели тех времен, когда недра Луны были также раскалены, как и , и на ней действовали вулканы. В этих пещерах часто присутствуют водные льды, как и у кратеров на полюсах, из-за чего их часто рассматривают как места для будущих лунных баз.
• Настоящий цвет поверхности Луны - очень темный, ближе к черному. По всей же Луне попадаются самый разные цвета - от бирюзово-голубого до почти оранжевого. Светло-серый оттенок Луны из Земли и на снимках обусловлен высокой освещенностью Луны Солнцем. Из-за темного цвета, поверхность спутника отражает лишь 12% от всех лучей, падающих от нашего светила. Будь Луна светлее - и во время полнолуний было бы светло как днем.

Как сформировалась Луна?

Исследование минералов Луны и ее история - одна из самых тяжелых для ученых дисциплин. Поверхность Луны открыта для космических лучей, а тепло у поверхности нечему задерживать - поэтому спутник днем накаляется до 105° C, а ночью остывает до –150° C. Двухнедельная продолжительность дня и ночи усиливает влияние на поверхность - и в итоге минералы Луны изменяются до неузнаваемости со временем. Однако удалось кое-что выяснить.

Сегодня считается, что Луна - это продукт столкновения крупного зародыша планеты, Тейи, с Землей, который произошел миллиарды лет назад, когда наша планета была полностью расплавленной. Часть столкнувшейся с нами планеты (а она была размером с ) была поглощена - но ее ядро вместе с частью поверхностной материи Земли было выброшено по инерции на орбиту, где и осталалось в виде Луны.

Это доказывает уже упоминавшийся выше дефицит железа и других металлов на Луне - к тому времени, когда Тейя, вырвала кусок земного вещества, большая часть тяжелых элементов нашей планеты была притянута гравитацией внутрь, к ядру. Это столкновение отразилось на дальнейшем развитии Земли - она стала вращаться быстрее, а ось ее вращения наклонилась, из-за чего стала возможной смена сезонов.

Дальше Луна развивалась как обычная планета - у нее сформировалось железное ядро, мантия, кора, литосферные плиты и даже своя атмосфера. Однако малая масса и бедный на тяжелые элементы состав привел к тому, что недра нашего спутника быстро остыли, а атмосфера - испарилась от высокой температуры и отсутствия магнитного поля. Однако кое-какие процессы внутри все еще происходят - из-за движений в литосфере Луны иногда происходят лунотрясения. Они представляют одну из главных опасностей для будущих колонизаторов Луны: их размах доходит до 5 с половиной баллов по шкале Рихтера, а длятся они куда дольше земных - нет океана, способного вобрать в себя импульс движения земных недр.

Основные химические элементы на Луне - это кремний, алюминий, кальций и магний. Минералы, которые образуют эти элементы, схожие с земными и даже встречаются на нашей планете. Однако главное отличие минералов Луны - это отсутствие воздействия воды и кислорода, вырабатываемого живыми существами, высокая доля метеоритных примесей и следы воздействия космического излучения. Озоновый слой Земли сформировался достаточно давно, а атмосфера сжигает большую часть массы падающих метеоритов, позволяя воде и газам медленно, но уверенно менять облик нашей планеты.

Будущее Луны

Луна - это первое космическое тело после Марса, которое претендует на первоочередную колонизацию человеком. В некотором смысле Луна уже освоена - СССР и США оставили на спутнике государственные регалии, а орбитальные радиотелескопы прячутся за обратной стороной Луны от Земли, генератора множества помех в эфире. Однако что ждет наш спутник в будущем?

Главный процесс, о котором уже не раз упоминалось в статье - это отдаление Луны за счет приливного ускорения. Оно происходит достаточно медленно - спутник улетает не больше чем на 0,5 сантиметра в год. Однако важно тут совершенно другое. Дистанцируясь от Земли, Луна замедляет ее вращение. Рано или поздно может наступить момент, когда сутки на Земле будут длиться столько же, сколько лунный месяц - 29–30 дней.

Однако у удаления Луны будет свой предел. После его достижения, Луна начнет витками приближаться к Земле - причем куда быстрее, чем отдалялась. Полностью врезаться ей, однако, не удастся. За 12–20 тысяч километров от Земли начинается ее полость Роша - гравитационный предел, при котором спутник какой-либо планеты может сохранять твердую форму. Поэтому Луна на подлете будет разорвана на миллионы маленьких фрагментов. Часть из них упадет на Землю, устроив бомбардировку в тысячи раз мощнее ядерной, а остальные образуют вокруг планеты кольцо наподобие . Однако оно будет не таким ярким - кольца газовых гигантов состоят изо льда, который в разы ярче темных пород Луны - их не всегда будет видно на небе. Кольцо Земли создаст проблему астрономам будущего - если, конечно, к тому времени на планете кто-либо останется.

Колонизация Луны

Однако все это произойдет через миллиарды лет. А до тех пор человечество рассматривает Луну как первый потенциальный объект для космической колонизации. Однако что именно подразумевается под «освоением Луны»? Сейчас мы вместе просмотрим ближайшие перспективы.

Многие представляют колонизацию космоса подобно колонизации Земли времен Нового Века - поиск ценных ресурсов, их добыча, а затем доставка обратно домой. Однако это неприменимо к космосу - в ближайшие пару сотен лет доставка килограмма золота даже с ближайшего астероида будет обходиться дороже, чем его добыча из самых сложных и опасных для работы шахт. Также Луна вряд ли выступит «дачным сектором Земли» в ближайшем будущем - хотя там и есть большие месторождения ценных ресурсов, там будет тяжело выращивать еду.

Зато наш спутник вполне может стать базой для дальнейшего освоения космоса в перспективных направлениях - например, того же Марса. Главная проблема космонавтики на сегодняшний день - это ограничения по весу космических аппаратов. Для запуска приходится строить монструозные конструкции, которым нужны тонны топлива - ведь нужно преодолеть не только притяжение Земли, но и атмосферу! А если это межпланетный корабль, то нужно его еще и заправить. Это серьезно стесняет конструкторов, принуждая их предпочитать экономность функциональности.

Луна подходит для стартовой площадки космических кораблей куда лучше. Отсутствие атмосферы и низкая скорость для преодоления притяжения Луны - 2,38 км/c против 11,2 км/с Земли - делают запуски намного проще. А залежи полезных ископаемых спутника позволяют сэкономить на весе топлива - камне на шее космонавтики, который занимает значительную долю массы любого аппарата. Если развернуть производство ракетного топлива на Луне, можно будет запускать большие и сложные космические корабли, собранные с деталей, доставленных с Земли. Да и сборка на Луне будет куда проще, чем на околоземной орбите - и намного надежнее.

Существующие на сегодняшний день технологии позволяют если не полностью, то частично осуществить этот проект. Однако любые шаги в эту сторону требуют риска. Вложение громадных денег потребуют исследования на предмет нужных ископаемых, а также разработка, доставка и тестирование модулей будущих лунных баз. А одна предполагаемая стоимость запуска даже первоначальных элементов способна разорить целую сверхдержаву!

Поэтому колонизация Луны - это предмет не столько работы ученых и инженеров, сколько людей всего мира для достижения столь ценного единства. Ибо в единстве человечества кроется истинная сила Земли.

ВНИМАНИЕ! Получить полную информацию о параметрах Луны (фаза, положение в зодиаке и на орбите) c 2016 до конца текущего года можно с помощью сервиса ЛУННЫЙ ФАКТОР в рамках проекта ЛАБОРАТОРИЯ ГЕОКОСМОСА .

Луна - довольно крупное небесное тело в ряду планет и спутников солнечной системы. Ее средний радиус равен 1737,1 км, что составляет примерно 27,3 % земного радиуса. Для наглядности на рис.1.1 Луна показана в сравнении с Меркурием, Венерой, Землей и Марсом, а также наиболее крупными спутниками планет-гигантов Юпитера и Сатурна.

Рис.1.1 Сопоставительные размеры Луны и других тел солнечной системы

Хорошо видно, что по величине она лишь немного уступает самой маленькой из планет - Меркурию, а также самым большим спутникам, «материнские» планеты которых примерно на порядок больше Земли, т.е. размер Луны по отношению к своей «материнской» планете для солнечной системы аномально высок. Средняя плотность Луны равна 3,346 г/см 3 , что на 70-80 % выше, чем у других крупнейших спутников (исключение составляет только Ио с плотностью 3,528 г/см 3), и приближается к плотности Марса (3,933 г/см 3).

Следствием относительно большого размера и плотности Луны является ее ощутимое гравитационное воздействие на Землю, проявляющееся, прежде всего, в виде приливов и отливов. Кроме того, Земля и Луна образуют единую систему масс, вращающуюся вокруг общего центра, смещенного относительно центра Земли на 4750 км. В результате Земля движется по орбите вокруг солнца не строго равномерно, а совершая колебательные движения.

Период обращения Луны вокруг своей оси равен периоду ее обращения вокруг Земли, в связи с чем Луна постоянно обращена к Земле одной стороной. Причиной этого является тормозящий эффект приливных волн в коре Луны, вызываемых мощным гравитационным полем Земли. Таким же свойством обладают и другие указанные на рис.1 спутники.

Видимый угловой диаметр Луны (29"24" - 33"40") весьма близок к угловому диаметру Солнца (31"29" - 32"31"). Следствием этого является возможность возникновения такого уникального оптического явления, как полное затмение Солнца, при котором солнечный диск почти один в один перекрывается лунным, оставляя видимой солнечную корону.

На рис.1.2а приведена схема движения Луны вместе с Землей, если смотреть со стороны северного полюса. Обратите внимание - все на этой схеме вращается в одну сторону: Луна вокруг своей оси, Луна вокруг Земли, Земля вокруг своей оси и Земля вокруг Солнца.

Луна делает полный оборот по орбите вокруг Земли за 27,32166 земных суток (27 дней 7 часов 43 минуты 12 секунд). Этот период называется сидерическим лунным месяцем (от лат. sideris - звездный), поскольку изначально измерялся по изменению положения Луны относительно звезд.

В большинстве источников фигурирует одна и та же формулировка сидерического месяца, как периода, по истечениии которого «Луна возвращается в ту же точку звездного неба». Такая трактовка неверна, т.к. из-за постоянного смещения относительно небесного экватора, обусловленного наклонением орбит Земли и Луны и прецессией их осей (см. последующие параграфы) Луна в ту же точку после полного оборота попасть не может. Поэтому правильно говорить не о вовзращении к той же точке относительно звезд, а о возвращении к тому же небесному меридиану, от которого начинался отсчет.

Орбита Луны имеет форму эллипса, в одном из фокусов которого находится Земля. По этой причине расстояние от Луны до Земли непостоянно и в перигее (наинизшей точке орбиты) равно 363104 км, а в апогее (наивысшей точке орбиты) - 405696 км. Эти цифры являются средними, их текущие значения меняются с периодом около 207 дней по весьма сложным зависимостям. Природа данных колебаний определяется множеством различных факторов и до конца не изучена, поэтому мы ее здесь рассматривать не будем. Отметим также, что вследствие непостоянства расстояния до Луны ее видимый угловой диаметр изменяется примерно на ± 6,7% от среднего значения. Это явление называется либрацией .

Точки перигея и апогея находятся на одной линии с центром Земли, которая называется линией апсид (апсида в переводе с греческого - дуга). Эта линия совпадает с большой осью эллипса. Она тоже медленно вращается в ту же сторону (см. рис.1.2б), что и другие компоненты рассматриваемой схемы, делая полный оборот за 8,85 лет.

Период между прохождениями Луной перигея называется аномалистическим месяцем. Он длится 27 суток 13 часов 18 минут и 33 секунды, что несколько превышает длительность сидерического месяца по причине постоянного «убегания» перигея от Луны вследствие упомянутого вращения лини апсид.

Рис.1.2 Вид и параметры лунной орбиты

Плоскость лунной орбиты расположена под небольшим углом по отношению к плоскости земной орбиты, которая называется также плоскостью эклиптики (см. рис. 1.2в). Этот угол называется наклонением орбиты и находится в диапазоне (периодически изменяется) от 4°59" до 5°19". Точка пересечения лунной орбиты с плоскостью эклиптики при восходящем движении Луны называется восходящим узлом (обозначается Ω). Этот узел перемещается в направлении, противоположном всем другим описанным вращениям, совершая полный оборот за 18,6 лет. Причиной этого перемещения является прецессия лунной орбиты, т.е. изменение направления оси вращения, при котором она описывает конус (как, например, у волчка или упавшей монеты). Поскольку этот узел перемещается навстречу движению Луны, то повторное прохождение Луной восходящего узла происходит быстрее, нежели она совершает полный оборот по орбите. Этот интервал получил название драконического месяца. Он чуть короче сидерического и равен 27,2 суток.

Кроме упомянутых сидерического, аномалистического и драконического месяцев есть еще тропический , определяемый, как период прохождения Луной одной и той же долготы в системе эклиптических координат, например, долготы точки весеннего равноденствия. Его величина всего на несколько секунд меньше длительности сидерического месяца из-за влияния прецессии земной оси. Иногда эти понятия и их величины путают, но для целей нашего исследования эта разница непринципиальна.

Ось вращения самой Луны отклонена от вертикали на 1,5424°, и, соответственно, имеет наклон по отношению к плоскости собственной орбиты. В связи с этим по мере обращения вокруг Земли Луна немного поворачивается к земному наблюдателю разными боками, позволяя заглянуть на небольшой ободок своей обратной стороны. Т.о., несмотря на то, что Луна обращена к нам постоянно одной стороной, для наблюдения доступно немногим более 50% ее площади.

Как видно, Луна движется вокруг Земли по весьма непростой траектории с большим числом параметров, в т.ч. переменных. Полное и точное математическое описание этого движения является очень сложной задачей.

Мы видим только ту часть Луны, которая обращена к нам и при этом освещена солнцем. Очевидно, что она определяется не только положением Луны относительно Земли при ее движении по орбите, но и положением системы Земля - Луна относительно Солнца. Форма и ориентация видимой нам в конкретный момент освещенной части Луны, для которой мы применяем общеизвестные названия типа «полная луна», «молодая луна», «старая луна», «лунная четверть» и пр., на языке астрономов и астрологов именуется ее фазой . В связи с изменением взаимного положения Луны, Земли и Солнца фазы нашего ночного светила последовательно сменяют друг друга и этот процесс непрерывно повторяется с периодом, называемым синодическим лунным месяцем. Данный механизм показан рис.1.3.

Рис.1.3. Механизм формирования лунных фаз

Синодический лунный месяц принято определять как период от новолуния до новолуния. Собственно, сам термин происходит от греческого синодос , что означает «соединение», поскольку в новолунение Луна как бы соединяется с Солнцем. Синодический месяц на пару с небольшим суток длиннее сидерического месяца, о котором мы говорили выше. Это объясняется тем, что за время полного оборота Луны по своей орбите Земля проходит некоторое расстояние по своей орбите, вследствие чего Солнце смещается по эклиптике, «убегая» от Луны, и Луне требуется сделать чуть больше полного оборота, чтобы его «догнать» (см. рис.1.4).

Рис.1.4. Синодический месяц

Вследствие влияния сочетания множества факторов длительность синодического месяца непостоянна. Его среднее значение равно 29,530588 суток (29 суток 12 часов 44 минуты и 2,8 секунды), а отклонение от среднего значения достигает примерно ± 13 часов. Именно синодический месяц является основной единицей большинства лунных календарей, т.к. он, в отличие от других лунных периодов, отмеряется путем наблюдения за фазами луны невооруженным глазом. Но об этом мы поговорим в следующей главе, а пока продолжим разбор лунной небесной механики.

Прежде, чем говорить о движении Луны по небесной сфере, остановимся на самой этой сфере. Когда мы смотрим на небо и видим перемещение светил, нам кажется, будто они вращаются вокруг нас. Такой точки зрения, т.е. геоцентрической, люди придерживались с древних времен, до появления в средние века гелиоцентрической системы Коперника. И теперь каждый знает, что светила движутся по небу потому, что вращается Земля. Однако для целей небесной картографии удобнее придерживаться старой, ненаучной схемы с неподвижным наблюдателем в центре вращающейся небесной сферы. На рис.1.5 показан один из таких вариантов.

Рис.1.5. Геометрия небесной сферы и механика видимого движения светил

Небесная сфера поделена на две полусферы горизонтом наблюдателя, вследствие чего для наблюдения доступна только верхняя полусфера. На горизонте имеются стороны света - север, юг, восток и запад, соответствующие реальным. Небесная сфера имеет самую высокую точку - зенит, противоположную ей - надир, а также ось мира , вокруг которой она вращается по часовой стрелке и которая совпадает с осью вращения Земли. Точки небесной сферы, через которые проходит ось мира, именуются полюсами мира - северным и южным. Угол между осью мира и горизонтом равен широте местности, на которой находится земной наблюдатель - в нашем примере это примерно 50-60°, что соответствует средней полосе России.

Звезды жестко «закреплены» на небесной сфере и вращаются вместе с ней по видимым орбитам, паралелльным друг другу и небесному экватору , плоскость которого совпадает с плоскостью земного экватора. В отличие от звезд, Cолнце не привязано жестко к небесной сфере. Его проекция на звезды вследствие вращения Земли по орбите медленно движется по траектории, называемой эклиптикой . Ее плоскость совпадает с плоскостью орбиты Земли и вследствие наклона земной оси образует с плоскостью небесного экватора угол около 23,5° Из-за этого угла высота солнца в наивысшей точке над горизонтом меняется в течение года. Также меняется и время восхода и захода нашего светила. Именно поэтому зимой холодно и дни короче, хотя в это время Земля на орбите расположена к Солнцу ближе, чем летом (парадокс!).

Из-за движения по эклиптике солнце постоянно смещается по отношению к звездам на восток, т.е. отстает от них примерно на 1° (примерно на два своих угловых диаметра) в сутки. Суточное смещение относительно небесного экватора несколько меньше, особенно вблизи точек солнцестояния, поэтому в течение дня солнце движется почти параллельно звездам. Карта расположения эклиптики на звездном небе приведена на рис.1.6.

Рис.1.6. Эклиптика на карте звездного неба
(В.П.Чехович. Что и как наблюдать на небе. М., Наука, 1984, рис.29)

На данной карте прямая линия - это линия небесного экватора, а линия, похожая на синусоиду, это и есть линия эклиптики. Точки пересечения эклиптики с экватором есть точки равноденствия, а точки экстремумов есть точки солнцестояния. Обратите внимание - Солнце движется по эклиптике с запада на восток, т.е. справа налево, в отличие от привычных синусоид на графиках процессов! Также надо иметь в виду, что карта эклиптики лишь показывает траекторию, которую прочерчивает на фоне звезд Солнце за один оборот Земли, но не дает информации о том, в какой именно ее точке в конкретный момент времени оно находится, поскольку оно движется по эклиптике неравномерно, а Земля совершает полный оборот не за целое число дней. Для определения точного положения надо пользоваться эфемеридами - таблицами координат и параметров небесных объектов, которые расчитываются и издаются различными научными организациями и энтузиастами (см., например, астрономический ежегодник РАН). Кроме того, положение может быть расчитано с помощью специальных компьютерных программ.

Двигаясь по эклиптике, Солнце попадает в созвездия, которые именуют зодиакальными . Именно положение Солнца в этих созвездиях является главной основой для расчетов во всевозможных гороскопах. Однако следует заметить, что общепринятые даты прохождения Солнца по зодиакальным созвездиям были актуальны пару-тройку тысяч лет назад, когда зарождались астрономия и астрология. В настоящий момент, вследствие перемещения солнца относительно звезд линия эклиптики сместилась по Зодиаку в сторону отставания примерно на один знак. При этом вместе с экватором она сместилась еще и к зениту, в результате чего в ряду зодиакальных созвездий появилось тринадцатое - Змееносец. Как это отразилось на астрологии, мы рассмотрим в другой публикации. Сейчас же нам надо посмотреть, как движется по небесной сфере Луна. Обратимся к схеме рис.1.7.

Рис.1.7. К движению Луны по небесной сфере

Для упрощения исключим из схемы горизонт и привяжем координаты Луны к эклиптике. В таком случае движение Луны по небесной сфере будет складываться из движения эклиптики и движения Луны относительно эклиптики. Максимально отклонение Луны от эклиптики при этом будет равно наклонению лунной орбиты, т.е. примерно 5°, а в лунных узлах траектория будет с эклиптикой пересекаться. При этом надо учитывать, что узлы лунной орбиты смещаются навстречу движению Луны, т.е. к западу, примерно на 1,5° за один оборот, и линия движения Луны будет все время деформироваться, завершая полный цикл движения узлов за 18,6 лет (см. выше), но при этом все время оставаясь в «трубке» вокруг эклиптики шириной ±5°. Кроме того, при этом будет меняться амплитуда колебаний траектории относительно экватора от 28,5° до 18,5°, поскольку угол наклона лунной орбиты к плоскости эклиптики будет суммироваться с углом наклона последней к экватору с разными знаками и коэффициентами.

Для прогнозирования координат Луны на нужную дату требуется еще более сложный и громоздкий расчет, чем для Солнца. Это связано с тем, что на движение Луны оказывает влияние исключительно большое число переменных параметров. Существует несколько математических моделей движения луны по небесной сфере и так же, как для Солнца, издаются ежегодники эфемерид.

Для примера на рис.1.8 показано несколько траекторий движения Луны по небесной сфере, построенных по таблицам эфемерид, взятых на сайте NASA . Обратите внимание - Луна, как и Солнце, движется по карте с запада на восток, т.е. справа налево, в отличие от привычных синусоид на графиках процессов! Кроме того, как и в случае с Солнцем, данные траектории не дают точной информации о том, в какой точке находится Луна в конкретный момент времени. И еще надо иметь в виду, что Солнце проходит свой путь по эклиптике за один оборот Земли, т.е примерно за один календарный год, а Луна проходит каждую свою траекторию вдоль эклиптики всего за один лунный сидерический месяц. Иными словами, все эти картинки - это не реальное совместное движение Солнца и Луны, а лишь звездные маршруты, по которым им предписано двигаться.

Рис.1.8. Траектории движения Луны на карте звездного неба

В своем суточном движении Луна отстает от звезд еще больше, чем Солнце - примерно на 13° в сутки, что равно примерно 26 (двадцати шести!) видимым лунным диаметрам. Это заметно на глаз. За сутки Луна также существенно (в максимуме до 5-6°, т.е. до 10-12 диаметров) смещается и относительно небесного экватора. Вследствие этого спиральный характер у лунных траекторий гораздо более заметен, чем у солнечных.

Примечание. Все приведенные выше графики движения Солнца и Луны справедливы для наблюдателя, находящегося в точке, совпадающей с центром Земли. Для наблюдателя, находящегося на поверхности земного шара, появляется дополнительная составляющая смещения, обусловленная параллаксом , т.е. изменением положения Солнца и Луны относительно бесконечно удаленной сферы за счет изменения положения наблюдателя. В нашем случае положение наблюдателя изменяется как при изменении широты местности, так и по причине вращения Земли. Вследствие параллакса отклонение видимого положения Луны (от расчитанного для центра Земли) может достигать 2-х градусов, т.е. до 4-х видимых лунных диаметров. Это весьма существенно, особенно применительно к солнечным и лунным затмениям.

Про солнечные и лунные затмения и их природу должны знать все. Здесь лишь добавим, что солнечное затмение происходит строго в момент новолуния, при этом для полного солнечного затмения Луна должна находиться в плоскости эклиптики, т.е. в одном из своих узлов, причем для конкретной местности еще и с учетом параллакса, о котором мы только что говорили выше, а видимый угловой диаметр Луны должен быть больше или равен угловому диаметру Солнца. Сочетание таких параметров бывает не часто, поэтому полное солнечное затмение для конретной местности - чрезвычайно редкое явление. Частные затмения, когда Луна не закрывает солнечный диск полностью, случаются чаще, но все равно не каждый год.

Лунные затмения, в противоположность солнечным, можно наблюдать только в моменты, близкие к новолунию, но поскольку теневой конус от Земли, в который попадает Луна, имеет в 2,5 раза больший телесный угол, чем видимый угловой диаметр Луны, наблюдать полное затмение можно практически с любой точки ночной стороны Земли и они гораздо более длительные. По этой причине лунные затмения в конкретной местности происходят чаще солнечных. Следует отметить, что во время лунного затмения Луна полностью не исчезает, что объясняется ее подсветкой солнечными лучами, огибающими Землю за счет эффекта преломления в атмосфере.

Лунные и солнечные затмения, безусловно, значимые природные явления, неординарно воспринимаемые даже животными, не говоря уже о людях. Но они случаются крайне редко и говорить о каком-либо систематическом их влиянии на живую и неживую природу не приходится. По этой причине далее мы их рассматривать не будем.

Подводя итог, просуммируем:

1. Луна является аномально крупным спутником и может оказывать весьма ощутимое гравитационное влияние.

2. Видимый угловой диаметр Луны незначительно меняется и может совпадать с видимым угловым диаметром Солнца.

3. Луна постоянно обращена к Земле одной стороной.

4. Параметры лунной орбиты циклически изменяются с разными периодами.

5. Траектории движения Луны относительно звезд располагаются вблизи эклиптики и с каждым оборотом видоизменяются, повторяясь через 18,6 лет.

6. В зависимости от выбора параметра для отсчета выделяются несколько типов лунных месяцев:

• сидерический (по прохождению небесного меридиана);
• аномалистический (по прохождению перигея);
• драконический (по прохождению восходящего узла);
• тропический (по прохождению долготы эклиптики);
• синодический (по повторению лунной фазы).