Фази Місяця. Місяць рухається навколо Землі в той самий бік, у який Земля обертається навколо своєї осі. Відображенням цього руху, як ми знаємо, є видиме переміщення Місяця на фоні зір назустріч обертанню неба. Щодоби Місяць зміщується на схід відносно зір приблизно на 13°, а через 27,3 доби повертається до тих самих зір, описавши на небесній сфері повне коло.
Період обертання Місяця навколо Землі відносно зір (в інерціальній системі відліку) називається зоряним, або сидеричним (від лат. зісіиз — зоря) місяцем. Він становить 27,3 доби.
Видимий рух Місяця супроводиться неперервною зміною його вигляду — зміною фаз. Відбувається це тому, що Місяць займає різні положення відносно Землі і Сонця, яке його освітлює. Схему, що пояснює зміну фаз Місяця, подано на малюнку.
мал.1 Зміна місячних фаз
Коли нам видно Місяць як вузький серп, інша частина його диска також злегка світиться. Це явище називається попелястим світлом і пояснюється тим, що Земля освітлює нічний бік Місяця відбитим сонячним світлом.
Мал.2 Відмінність між зоряним і синодичним місяцем
Проміжок, часу між двома послідовними однаковими фазами Місяця називається синодичним місяцем (від грец. synodos — з’єднання); це пе ріод обертання Місяця навколо Землі відносно Сонця. Він дорівнює (як показують спостереження) 29,5 доби.
Таким чином, синодичний місяць довший від сидеричного. Це легко зрозуміти, знаючи, що однакові фази Місяця настають при однакових його положеннях відносно Землі й Сонця. На малюнку 2 взаємне розміщення Землі Т і Місяця і, відповідає моменту молодика.
Місяць L через 27,3 доби, зробивши повний оберт, займе попереднє положення відносно зір. Земля Т за цей час разом з Місяцем пройде по своїй орбіті відносно Сонця дугу TТ1, що дорівнює майже 27 °, оскільки щодоби він зміщується приблизно на 1 °. Щоб Місяць і , зайняв попереднє положення відносно Сонця і Землі T1 (настав молодик), потрібно ще дві доби. Справді, Місяць проходить за добу 360° : 27,3 доби = 13°/доби, щоб пройти дугу 27°, йому необхідно 27°: 13/ доби =2 доби. Так і виходить, що синодичний місяць Місяця становить близько 29,5 земної доби.
Ми бачимо завжди тільки одну півкулю Місяця. Іноді це сприймають як відсутність його осьового обертання. Насправді це пояснюється тим, що період обертання Місяця навколо осі дорівнює періоду обертання його навколо Землі.
Обертаючись навколо осі, Місяць поперемінно повертає до Сонця різні свої боки. Отже, на Місяці відбувається зміна дня і ночі, і сонячна доба дорівнює синодичному періоду (його оберту відносно Сонця). Таким чином, на Місяці тривалість дня дорівнює двом земним тижням і два наші тижні становлять там ніч.
Легко зрозуміти, що фази Землі і Місяця взаємно протилежні. Коли Місяць майже повний, Землю з нього видно у вигляді вузького серпа. На малюнку 42 показано фотографію неба й місячного горизонту із Землею, у якої видно лише її освітлену частину — меншу від півкруга.
Мал.3 Схема затемнень Місяця і сонця (масштаб малюнка не додержано)
Вправа 5
І. Серп Місяця увечері повернений опуклістю вправо і перебуває близько до горизонту. В який бік горизонту ви дивитеся?
2. Сьогодні верхня кульмінація Місяця відбулася опівночі. Коли верхня кульмінація Місяця повториться завтра?
3. Через які проміжки часу зорі кульмінують на Місяці?
2. Місячні і сонячні затемнення. Земля і Місяць, освітлені Сонцем (мал. 22), відкидають конуси тіні (що сходяться) і конуси півтіні (що розходяться). Коли Місяць потрапляє в тінь Землі повністю або частково, настає повне або часткове затемнення Місяця. Із Землі його видно одночасно скрізь, де Місяць над горизонтом. Фаза повного затемнення Місяця триває, поки він не почне виходити із земної тіні, і може тривати до 1 год 40 хв. Сонячні промені, заломлюючись в атмосфері Землі, потрапляють у конус земної тіні. При цьому атмосфера дуже поглинає голубі й сусідні з ними промені (згадайте спектр), а пропускає всередину конуса переважно червоні промені, які поглинаються слабше. Ось чому Місяць при великій фазі затемнення забарвлюється в червонуватий колір, а не зникає зовсім. У давнину затемнення Місяця боялися як страшного передвістя, гадали, що «місяць обливається кров’ю». Місячні затемнення бувають до трьох разів на рік з майже піврічними проміжками між ними і, звичайно, тільки в повний місяць.
Сонячне затемнення як повне видно лише там, де на Землю падає пляма місячної тіні. Діаметр плями не перевищує 250 км, тому одночасно повне затемнення Сонця видно тільки на малій ділянці Землі. Коли Місяць переміщується по своїй орбіті, його тінь рухається по Землі із заходу на схід, викреслюючи послідовно вузьку смугу повного затемнення (мал. 23).
Там, де на Землю падає півтінь Місяця, спостерігається часткове затемнення Сонця (мал. 24).
Внаслідок невеликої зміни відстаней Землі від Місяця і Сонця видимий кутовий діаметр Місяця буває то трохи більшим, то трохи меншим від сонячного, то дорівнює йому. У першому випадку повне затемнення Сонця триває до 7 хв 40 с, у третьому — тільки одну мить, а в другому випадку Місяць взагалі не закриває Сонця повністю, спостерігається кільцеподібне затемнення. Тоді навколо темного диска Місяця видно сяючий обідок сонячного диска.
На основі точного знання законів руху Землі і Місяця обчислено на сотні років уперед моменти затемнень і те, де і як їх буде видно. Складено карти, на яких показано смугу повного затемнення, лінії (ізофази), де затемнення буде видно в однаковій фазі, і лінії, відносно яких для кожної місцевості можна обчислити моменти початку, кінця й середини затемнення.
Сонячних затемнень на рік для Землі може бути від двох до п’яти, в останньому випадку неодмінно часткових. У середньому в одному й тому самому місці повне сонячне затемнення буває видно надзвичайно рідко — тільки один раз у 200—300 років.
Особливий інтерес для науки становлять повні затемнення Сонця, які раніше наганяли забобонний жах на марновірних людей, їх вважали передвісниками війни, кінця світу.
Астрономи організовують експедиції в смугу повного затемнення, щоб протягом секунд, зрідка хвилин повної фази вивчати зовнішні розріджені оболонки Сонця, які не можна безпосередньо побачити без затемнення. Під час повного сонячного затемнення небо темнішає, по горизонту горить кільце заграви — світіння атмосфери, освітленої променями Сонця в місцевостях, де затемнення неповне, навколо чорного сонячного диска простягаються перлисті промені так званої сонячної корони.
Якби площина місячної орбіти збігалася з площиною екліптики, кожного молодика відбувалося б сонячне, а кожного повного місяця — місячне затемнення. Але площина місячної орбіти перетинає площину екліптики під кутом 5°9′. Тому Місяць звичайно проходить далі на
мал.4 Переміщення плями місячної тіні по Землі
північ або далі на південь від площини екліптики, і затемнень не буває. Лише протягом двох періодів на рік, розділених майже півріччям, коли повний місяць і молодик перебувають поблизу екліптики, можливі затемнення.
Мал. 5 Послідовність фаз часткового затемнення Місяця
Площина місячної орбіти обертається в просторі (це один з видів збурень у русі Місяця, які спричиняє притягання Сонця) і за 18 років робить повний оберт. Тому періоди можливих затемнень зміщуються за датами року. У давнину вчені помітили періодичність у затемненнях, пов’язану з цим 18-річним періодом, і тому могли наближено передбачати настання затемнень. Тепер похибки передобчислення моментів затемнень становлять менш як 1 с.
Відомості про наступні затемнення і про умови їх видимості подано у «Шкільному астрономічному календарі».