Затмения Луны и Солнца
Диаметр Луны составляет 3480 километров, что составляет примерно четверть диаметра Земли. Она вращается вокруг нашей планеты на расстоянии в среднем 384 000 километров по орбите, слегка наклоненной к плоскости эклиптики.
Видимая сторона Луны
Луна совершает полный оборот вокруг своей оси за 27 земных дней. Замечательным явлением является тот факт, что этот период вращения практически равен периоду сидерического вращения Луны, то есть времени, которое требуется нашему спутнику, чтобы совершить полный оборот вокруг Земли. Следствием этого является то, что мы всегда наблюдаем всегда одну и ту же сторону Луны.
Это происходит потому, что Луна не идеально сферическая, а слегка вытянутая. Таким образом, гравитационная сила Земли способна тормозить или ускорять вращение Луны, а в прошлом могла влиять на расположение оси Луны.Поскольку эта устойчивая точка достигнута, положение Луны зафиксировано в определённом направлении, и, соответственно, спутник мы можем наблюдать только с одной её стороны.
Обратите внимание, что на самом деле мы можем наблюдать чуть больше половины поверхности Луны. Действительно, орбита Луны не является совершенно круглой, и ее ось вращения не точно перпендикулярна этой орбите. Луна слегка колеблется от точки равновесия, это явление, известно как либрация, что позволяет нам в конечном итоге наблюдать до 59 процентов поверхности Луны, не покидая Землю.
Затмения
Из-за своего вращения вокруг нашей планеты Луна постоянно меняет положение относительно направления Солнце-Земля. Поэтому направление его освещенной части относительно оси Земля-Луна меняется, что объясняет, почему в течение лунного месяца её аспект изменяется и проходит через ряд фаз.Так, например, когда Луна находится непосредственно между Солнцем и Землей, освещенная часть спутника невидима для нас, и мы говорим о новой Луне. Напротив, когда Луна находится в направлении, противоположном Солнцу, мы можем наблюдать освещенную часть во всей ее полноте, и Луна считается полной.
Затмение Луны или Солнца происходит, когда три тела выровнены. Если бы орбита Луны вокруг Земли и орбиты нашей планеты вокруг Солнца находились в одной плоскости, то были бы затмение Солнца и лунное затмение каждый месяц. Но орбита Луны наклонена на 5,1 градуса от плоскости вращения Земли вокруг Солнца, поэтому Луна находится в основном вне этой плоскости, и поэтому затмения случаются редко.
Затмения могут быть от четырёх до семи раз в год. Примерно такое же число и в отношении солнечных затмений. Затмения луны кажутся более распространенными, потому что когда они происходят, они наблюдаются половиной жителей Земли, в то время как солнечные затмения могут наблюдаться только на очень узкой полосе поверхности Земли. Таким образом, обитатели данного региона земного шара будут наблюдать гораздо меньше затмений Солнца, чем лунные затмения в течение определенного периода.Чтобы наступило затмение, Луна должна быть достаточно близко к плоскости эклиптики. Это возможно только в течение двух ограниченных периодов одного года из-за угла 5,1 градуса между орбитой луны и плоскостью эклиптики
Солнечные затмения
Солнечное затмение происходит тогда, когда Луна находится точно между Землей и Солнцем. Для наблюдателя на Земле возможны три сценария.
В наиболее благоприятном случае полного затмения лунный диск хорошо центрирован и полностью скрывает поверхность Солнца. Темнота наступает в середине дня и может длиться несколько минут. Поскольку поверхность Солнца скрыта, его хромосфера становится видимой, что позволяет нам наблюдать это великолепное зрелище.Во втором случае лунный диск не центрирован на диске Солнца. Только часть поверхности Солнца скрыта, и мы говорим о частичном затмении, гораздо менее впечатляющем явлении.Наконец, последний случай имеет место, когда относительные расстояния трех тел таковы, что лунный диск меньше, чем у Солнца. В этом случае скрыта только центральная часть Солнца, и мы говорим о кольцевом затмении, потому что кольцо света, кажется, окружает диск Луны.
Лунные затмения
Лунное затмение происходит, когда Земля проходит точно между Солнцем и нашим спутником. Солнечный свет блокируется Землей, и Луна перестает быть полностью освещенной.Даже в лучшем случае, в идеальном положении, Луна не исчезает с неба. Действительно, лучи Солнца, которые проходят около Земли, отклоняются нашей атмосферой, и частично, хотя и очень слабо освещают Луну.Отметим также, что, проходя через нашу атмосферу, солнечный свет подвергается явлению диффузии. Следовательно, свет, который достигает нашего спутника, становится красным, что объясняет красноватый вид лунных затмений.
Приливные силы
Земля подвергается воздействию дифференциальных сил, которые растягивают ее в направлении нашего спутника и сжимают в перпендикулярном направлении.
Когда закон Ньютона используется для вычисления орбиты двух тел, они рассматриваются как безразмерные точки. Но реальные тела имеют значительные размеры, и, если они находятся относительно близко, например, пара Земля-Луна, мы можем рассматривать влияние гравитации на сами тела.
Приливные силы
Представьте себе влияние гравитационной силы, действующей на Луну с разных точек Земли. Точка поверхности Земли, обращенная к Луне, ближе к ней, чем центр Земли, и сила тяжести, соответственно, сильнее. Точка поверхности Земли в направлении, противоположном Луне, находится дальше от нее, чем центр Земли, и поэтому сила гравитации относительно ниже.
Чтобы определить локальное влияние лунной гравитации в данной точке, мы вычитаем эталонное значение, которое составляет гравитационную силу Луны в центре Земли. После этого вычитания мы видим, что остаётся остаток , который притягивает к Луне точку, обращенную к ней, а также остаток, который отталкивает Луну от точки в противоположном направлении. Аналогичные рассуждения применимы к направлениям, перпендикулярным лунному, но остатки гравитационной силы указывают на центр Земли. Поэтому Земля подвергается воздействию дифференциальных сил, которые имеют тенденцию растягивать ее в направлении Луны и сжимать ее в направлении полюсов. Самое непосредственное влияние оказывается на океаны. Поскольку они жидкие, они довольно легко реагируют на влияние локальной гравитации и это является следствием такого явления как прилив.
Солнце также способствует приливам. Несмотря на то, что ее расстояние намного больше, чем до Луны, огромная масса Солнца, тем не менее, позволяет ему создавать приливную силу, равную примерно половине силы Луны. Таким образом, фактическая величина прилива связана с суммой приливных сил, связанных с Луной и Солнцем. Амплитуда зависит от взаимного расположения Луны и Солнца. В полнолуние или новолуние достигаются максимумы, и мы в итоге получаем очень сильные прилив, который является паводком. В первой и последней лунных четвертях максимум солнечного прилива совпадает с минимумом лунного прилива, и в итоге мы получаем прилив, называемый мертвой водой.
Синхронное вращение
Приливные силы также распространяются на самые жесткие части Земли. Под их влиянием земная кора растягивается примерно на тридцать сантиметров в направлении Луны.Если бы период вращения Земли был равен периоду вращения Луны, выпуклость всегда указывала бы на Луну. Однако вращение нашей планеты совершается за 24 часа намного быстрее, чем вращение Луны за 27 дней.
Выпуклость Земли довольно жесткая и поэтому двигаясь быстрее Луны, Земля влияет на ее движение. Но гравитационное притяжение Луны на этой выпуклости притянет ее назад и не даст ей просто следовать за вращением Земли. Со временем эта гравитационная игра между Луной и деформациями Земли имеет эффект замедления вращения Земли.Это замедление вращения Земли приведёт к увеличению орбитального импульса Луны, таким образом, к постепенному удалению от нее (на 3,8 сантиметра в год) и уменьшению скорость вращения. Очень постепенно период вращения Земли, таким образом, будет увеличиваться, а период вращения Луны уменьшаться, чтобы приблизиться к одному и тому же единственному значению и ситуации, описанной как синхронное вращение.
Обратите внимание, что тот же принцип будет применяться, если Земля вращается сама по себе медленнее, чем период обращения Луны. В этом случае выпуклость будет стремиться назад относительно движения Луны, она будет вытягиваться, это явление ускорит вращение Земли и Луна приблизится к нам.
Предел Рош
Приливные силы увеличиваются в то время, когда расстояние между телами уменьшается. Если два тела оказываются слишком близко, наступает момент, когда эти силы превосходят гравитационную сплоченность самого маленького тела, и оно в конечном итоге распадается. Это минимальное расстояние называется пределом Роша, названного в честь французского астронома Эдуарда Роша. Обратите внимание, что это явление применимо только к относительно массивным телам, сцепление которых обеспечивается силой тяжести.
Хорошим примером является комета Шумейкер-Леви 9. Расчеты показали, что эта комета прошла вблизи Юпитера в 1992 году и распалась на несколько фрагментов. Эти фрагменты затем выпали в атмосферу Юпитера в период с 16 по 22 июля 1994 года, оставляя впечатляющие признаки воздействия.