§ 7. Видимое движение Солнца и Луны. Затмения

1. Каковы особенности суточного движения Солнца на различных широтах?

В средних широтах Солнце восходит всегда в восточной стороне неба, постепенно поднимается над горизонтом, в полдень достигает наивысшего положения на небе, затем начинает опускаться к горизонту и заходит в западной части неба. В Северном полушарии это движение происходит слева направо, а в Южном — справа налево. Наблюдатель в Северном полушарии Земли при этом будет видеть Солнце на юге, а находящийся в Южном полушарии — на севере. Дневной путь Солнца на небе симметричен относительно направления север — юг.

2. Может ли Солнце наблюдаться в зените в Беларуси? Почему?

Солнце наблюдается в зените в поясе, ограниченном следующим интервалом географической широты: $-23°27' \le φ \le 23°27'.$ Беларусь расположена севернее, поэтому Солнце в зените в нашей стране наблюдаться не может.

3. Почему Луна обращена к Земле всегда одной и той же своей стороной?

Полный оборот по орбите вокруг Земли Луна совершает за 27.3 сут. (сидерический месяц). И за такое же время она делает один оборот вокруг своей оси, поэтому к Земле всегда обращено одно и то же полушарие Луны.

4. В чём состоит отличие сидерического и синодического месяцев? Чем обусловлена их различная продолжительность?

Синодический месяц — это промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными фазами Луны (например, новолуниями), и он длится 29.5 сут.

Сидерический месяц — это период обращения Луны по орбите вокруг Земли относительно звёзд, и он длится 27.3 сут.

Различная продолжительность этих месяцев связана с тем, что Земля не покоится на одном месте, а движется по своей орбите. Поэтому для того, чтобы повторилась предыдущая конфигурация и завершился синодический месяц, Луне приходится пройти большее расстояние по своей орбите, чем для завершения сидерического месяца.

5. Что понимают под лунной фазой? Опишите фазы Луны.

Лунной фазой называется видимая в солнечном освещении часть лунного диска.

Рассмотрим фазы Луны, начиная с новолуния. Эта фаза наступает, когда Луна проходит между Солнцем и Землёй и обращена к нам своей тёмной стороной. Луна совсем не видна с Земли. Спустя один-два дня в западной части неба появляется и продолжает расти узкий яркий серп «молодой» Луны. Спусят 7 суток уже будет видна вся правая половина лунного диска — наступает фаза первой четверти. Далее фаза увеличивается, и через 14-15 суток после новолуния Луна приходит в противостояние с Солнцем. Её фаза становится полной, наступает полнолуние. Солнечные лучи освещают всё лунное полушарие, обращённое к Земли. После полнолуния Луна постепенно приближается к Солнцу с запада и освещается им слева. Примерно через неделю наступает фаза последней четверти. Затем снова наступает новолуние..

6. Серп Луны обращён выпуклостью вправо и близок к горизонту. В какой стороне горизонта он находится?

Луна наблюдается в западной части горизонта.

7. Почему происходят солнечные и лунные затмения?

При своём движении по орбитам Земля и Луна время от времени выстраивается на одной линии с Солнцем. Если Луна находится вблизи плоскости земной орбиты, наступает затмение. Когда Луна становится между Землёй и Солнцем — бывает солнечное затмение, а когда Земля становится между Солнцем и Луной — наступает лунное затмение.

8. Охарактеризуйте полные, частные и кольцеобразные солнечные затмения.

Проходя между Солнцем и Землёй, маленькая по размерам Луна не может полностью затенить Землю. Диск Солнца будет целиком закрыт только для наблюдателей, находящихся внутри конуса лунной тени, максимальный диаметр которой на поверхности Земли не превышает 270 км. Только отсюда, с этой сравнительно узкой области земной поверхности, куда падает тень от Луны, будет видно полное солнечное затмение. Там же, куда попадает полутень от Луны, внутри так называемого конуса лунной полутени, будет видно частное солнечное затмение. Если в момент затмения Луна, перемещаясь по своей эллиптической орбите, будет находиться на значительном удалении от Земли, то видимый диск Луны окажется слишком малым, чтобы полностью покрыть Солнце. Тогда будет наблюдаться вокруг тёмного диска Луны сияющий ободок солнечного диска. Это — кольцеобразное затмение.

9. Как отличить фазу затмения Луны от одной из её обычных фаз?

Луна во время затмения светит красным светом.

10. Почему солнечные затмения происходят не каждое новолуние, а лунные — не каждое полнолуние?

Этого не случается, т.к. плоскость лунной орбиты не совпадает с плоскостью эклиптики. Плоскости орбит Земли и Луны пересекаются под углом в 5°09', поэтому Луна во время новолуния или полнолуния может находиться далеко от плоскости эклиптики, и тогда её диск пройдёт выше или ниже диска Солнца или конуса тени Земли. Затмения же наступают тогда, когда Луна находится вблизи точек пересечения лунной орбиты с плоскостью земной орбиты.

11. Что такое сарос? Какова его периодичность?

В древности уже было установлено, что примерно через 18 лет и 11.3 суток все затмения повторяются в одной и той же последовательности. Этот период назвали саросом (в переводе — период, повторение). На протяжении сароса в среднем происходит 70-71затмение, из которых 42-43 солнечных (14 полных, 13-14 кольцеобразных и 15 частных) и 28 лунных.