Зміна фаз місяця

Ймовірно, перше з астрономічних явищ, на яке звернув увагу первісна людина, була зміна фаз Місяця. Вона-то і дозволяла йому вчитися вести рахунок діб. І не випадково, мабуть, у багатьох мовах слово «місяць» має спільний корінь, співзвучний з корінням слів «міряти» і «Місяць», наприклад, латинське mensis - місяць і mensuга - міра, грецьке «мене» - Місяць і « мен »- місяць, англійське moon - місяць і month - місяць. Та й російське загальнонародне назва Місяця - місяць! В українській мові ці назви тотожні: "мкяць».

Сидерический місяць. Спостерігаючи за положенням Місяця на небі протягом декількох вечорів, легко переконатися в тому, що вона пересувається серед зірок із заходу на схід з середньою швидкістю 13 °, 2 на добу. Кутовий діаметр Місяця (так само, як і Сонця) дорівнює приблизно 0 °, 5. Можна сказати тому, що за кожну добу Місяць зміщується на схід на 26 своїх діаметрів, а за одну годину - більш ніж на величину свого діаметра. Зробивши повне коло на небесній сфері, Місяць по тому 27,321661 діб повертається до тієї ж зірки. Цей проміжок часу називається сидерическим (т. Е. Зоряним: sidus - зірка по-латині) місяцем.

Конфігурації і фази Місяця. Як відомо, Місяць, діаметр якої майже в 4, а маса - в 81 разів менше, ніж у Землі, обертається навколо нашої планети на середній відстані в 384 000 км. Поверхня Місяця холодна і світиться вона відбитим сонячним світлом. При зверненні Місяця навколо Землі або, як прийнято говорити, при зміні конфігурацій Місяця (від латинського configuro - надаю правильну форму) - її положень щодо Землі і Сонця та частина її поверхні, яку видно з нашої планети, освітлюється Сонцем неоднаково. Наслідком цього є періодична зміна фаз Місяця (рис.).

Мал. Конфігурація (1 - кон`юнкція, 3 і 7 - квадратура, 5 - протистояння) і фази Місяця (1 - молодик, 3-перша чверть, 5 - повний місяць, 7-остання, або третя чверть 2, 4, 6, 8 - проміжні фази)

Коли Місяць при своєму русі виявляється між Сонцем і Землею (це положення називається кон`юнкція - з`єднанням), до Землі вона звернена неосвітленій стороною, і тоді її взагалі не видно. Це - молодик.

З`явившись потім на вечірньому небі спочатку у вигляді вузького серпа, Місяць приблизно через 7 діб вже видно в формі півкола. Ця фаза називається першою чвертю. Ще приблизно через 8 днів Місяць займає положення прямо протилежне Сонцю і її звернена до Землі сторона повністю висвітлюється ім. Настає повний місяць, в цей час Місяць сходить при заході Сонця і видно на небі всю ніч. Через 7 діб після повного місяця настає остання чверть, коли Місяць знову видно в формі півкола, зверненого опуклістю вже в іншу сторону, і сходить після півночі. Нагадаємо, що якщо в момент молодика тінь Місяця падає на Землю (частіше вона прослизає «вище» або «нижче» нашої планети), відбувається сонячне затемнення. Якщо ж Місяць у повні занурюється в тінь Землі, спостерігається місячне затемнення.

Орбітальний місяць. Проміжок часу, через який фази Місяця знову повторюються в тому ж порядку, називаєтьсясинодичним місяцем. Він дорівнює 29,53058812 діб. Дванадцять же синодичних місяців становлять 354,36706 діб. Таким чином, синодичний місяць непорівнянний ні з добою, ні з тропічним роком: він не перебуває з цілого числа діб і не вкладається без залишку в тропічному році.

Зазначена тривалість синодичний місяці є його середнім значенням, яке отримують так: підраховують, скільки часу минуло між двома далеко відстають один від одного затемненнями, скільки разів за цей час Місяць змінила свої фази, і ділять першу величину на другу (причому вибирають кілька пар і знаходять середнє значення). Так як Місяць рухається навколо Землі по еліптичній орбіті, то лінійна і спостерігається кутова швидкості її руху в різних точках орбіти різні. Зокрема, ця остання змінюється в межах приблизно від 11 ° до 15 ° на добу. Дуже ускладнюється рух Місяця і силою тяжіння, що діє на неї з боку Сонця, адже величина цієї сили безперервно змінюється як по її чисельним значенням, так і у напрямку вона має найбільше значення в молодику і найменше - в повному місяці.

Мал. Відхилення тривалості синодичних місяців в 1967-1986 рр. від середнього значення

Неоменія. В середньому проміжок часу від зникнення Місяця в променях вранішнього Сонця і її появи ввечері після заходу Сонця, становить 2-3 дня. За ці дні Місяць переходить (по відношенню до Сонця) з західної сторони неба в східну, перетворюючись тим самим з ранкового світила у вечірній. Перша поява Місяця на вечірньому небі ( «народження нового Місяця») давньогрецькі астрономи назвали неоменіі ( «нова Місяць»). Від неоменіі і було зручним починати відлік часу в місяці.

Але, як тільки що було сказано, тривалість синодичний місяці може бути більш ніж на шість годин коротше або довше його середнього значення. Тому неоменія може наступити як днем раніше, так і на день пізніше щодо середньої очікуваної дати появи нової Місяця (рис.). Відхилення дат молодиків від розрахованих за середньою тривалістю синодичний місяця і показано на рис.

Мал. Відхилення моментів молодиків у 1967-1986 рр. від розрахованих за середньою тривалістю синодичний місяця

Місяць «висока» і «низька». Умови видимості на вечірньому небі вузького серпа «нової» Місяця в чималому ступені визначаються і особливостями її руху навколо Землі. Площина орбіти Місяця нахилена до площини екліптики під кутом i = 5 ° 9. Отже, Місяць то «піднімається» над екліптикою ( «наближається» до північного полюса світу) на десять своїх видимих кутових діаметрів, то «опускається» під екліптики на стільки ж. Двічі протягом періоду в 27,2122 доби (цей проміжок часу називається драконічний місяць) шлях Місяця на небі перетинається з екліптикою в точках, які називаються вузлами місячної орбіти.

Вузол, переходячи через який Місяць наближається до північного полюса світу, називається висхідним вузлом, протилежний -нісходящім. Лінія, що проходить через центр Землі і з`єднує вузли місячної орбіти, називається лінією вузлів. Як неважко переконатися шляхом спостереження за Місяцем і зіставлення її положень серед зірок на карті зоряного неба, місячні вузли безперервно переміщаються назустріч Місяці, т. Е. На захід, здійснюючи повний оборот за 18,61 року. Щорічно відстань висхідного вузла від. точки весняного рівнодення зменшується приблизно на 20 °, а за один драконічний місяць -на 1 °, 5.

Подивимося тепер, як же ефект нахилу площини місячної орбіти впливає на висоту Місяця у верхній кульмінації. Якщо висхідний вузол збігається ( «майже збігається») з точкою весняного рівнодення (а це повторюється кожні 18,61 року), то кут нахилу площини місячної орбіти до небесного екватора дорівнює + i (28 °, 5). У цей період часу схиляння Місяця протягом 27,2 діб змінюється від + 28 °, 5 до -28 °, 5 (рис.).

Мал. Межі зміни схилення Місяця протягом 18,61 року

Через 14 діб схиляння Місяця вже одно своєму найменшим значенням -28 °, 5, а її висота у верхній кульмінації для тієї ж широти 50 ° становить всього 11 °, 5. Таким буде положення «низькою» Місяця: вона навіть у верхній кульмінації ледь видно над горизонтом ...

Легко здогадатися, що навесні цього вищого положення на небі Місяць досягає в момент першої чверті ввечері, а найнижчого - в останній чверті вранці. І навпаки, восени, коли Сонце знаходиться поблизу точки осіннього рівнодення, дуга екліптики на вечірньому небі знаходиться нижче небесного екватора, а орбіта Місяця ще нижче. Тому і Місяць досягає зазначеного найнижчого положення в першій чверті, тоді як в останній чверті вранці вона стоїть найвище.

Відео: Місячний календар 2016

Завдяки безперервному переміщенню вузлів місячної орбіти через 9,3 року поблизу точки весняного рівнодення буде вже знаходитися спадний вузол. Кут нахилу площини місячної орбіти до небесного екватора складе вже - I (18 °, 5). На широті 50 ° висота Місяця у верхній кульмінації при найбільшому 18 °, 5 дорівнює вже 58 °, 5 (навесні -в першій чверті, восени -у останньої), найменша, 14 діб по тому - 21 °, 5 (навесні - в останній чверті , восени - в першій). У проміжку між такими вузли місячної орбіти проходять дуги екліптики, на яких розташовані точки сонцестояння. При цьому схиляння Місяця протягом місяця коливається приблизно від + 23 °, 5 до -23 °, 5, як показано на рис. Відповідно змінюються і висоти Місяця у верхній кульмінації.

В цілому умови видимості Місяця на вечірньому небі в першу чергу визначаються все ж становищем екліптики щодо горизонту: навесні Місяць завжди набагато вище, ніж восени (рис.).

Мал. Положення молодого Місяця на вечірньому небі: а) навесні, б) восени при однаковому кутовому відстані від Сонця, 1 - положення «верхній» Місяця, 2 положення «нижній» Місяця

Цей ефект, однак, істотно посилюється сприятливою орієнтацією площини місячної орбіти: висота Місяця в момент верхньої кульмінації на весняному вечірньому небі при = 50 ° дорівнює від 58 °, 5 до 68 °, 5, тоді як восени - від 11 °, 5 до 21 °, 5.

Кутова відстань висхідного вузла місячної орбіти від точки весняного рівнодення на 1 січня 1900 року було рівним 259 °, 18. Користуючись формулою W = 259 °, 18-19 °, 34t, де t - час в роках, неважко розрахувати моменти збігу цих точок- 1913,4, 1932,0, 1950,6, 1969,2 і 1987,8. Таким чином, остання «висока Місяць» спостерігалася в початку 1969 г. Звичайно, як це видно і з рис. поблизу цих моментів схиляння Місяця від місяця до місяця змінюється дуже повільно. Тому Місяць буває «високою» близько трьох років, в даному випадку - в 1968-1970 рр. Така подія повториться знову в 1986-1988 рр. «Низька» Місяць спостерігалась поблизу середніх моментів 1904,1, 1922,7, 1941,3, 1959,9, 1978,5, 1997,1 і т.д.

Відео: Чомучка. АСТРОНОМИЯ "23. Рух Місяця по небу і її фази"

З усього тут сказаного випливає, що навесні спостерігач може помітити вузький серп Місяця після молодика на добу раніше, ніж восени. Цей ефект ще й ще залежить і від географічних координат спостерігача. Зокрема, на широті 32 °, 5 (це широта Стародавнього Вавилона) проміжок часу між кон`юнкція і неоменіі змінюється в межах від 16 год 30 хв в березні до 42 год у вересні. На широті 38 ° (широта Афін) -від 23 до 69 год. Досвідчений польський астроном, укладач першої карти видимої сторони Місяця Ян Гевелій (1611-1687), спостерігаючи Місяць в Гданську, ніколи не бачив її ні пізніше ніж за 27 годин до кон`юнкції , ні раніше ніж через 40 годин після неї.

Таким чином, використовувати для побудови календаря таке, здавалося б, легко помітне явище, як зміна фаз Місяця, - все ж справа досить важка ...