Фазы Луны. Сидерический и синодический месяцы
Наблюдение Луны,
Приливы и отливы
Лунные затмения
Что мы знаем о Луне
Исследование Луны
Луна в цифрах

Землю и Луну иногда называют двойной планетой, так как размеры и массы этих тел близки (см. чуть  выше). По этому показателю лишь Харон и Плутон опережают Луну и Землю. Диаметр Харона составляет 0,51 диаметра Плутона, а масса - меньше всего в семь с небольшим раз. На третьем месте в этом соревновании в соотношениях масс с большим отставанием от Луны идет Титан: он в 4 207 раз легче и в 23 с лишним раза меньше Сатурна. А вот в соотношении размеров бронзу взял Тритон: он в всего 18 раз меньше Нептуна (Сатурн "подвела" его малая плотность). Тритон уступает в массе Нептуну в 4 673 раза.

Спутники Марса, другой планеты земной группы, их имеющей, настолько малы, что больший из них - Фобос - уступает не столь уж внушительному Марсу в массе аж в 59 миллионов раз! Если поместить Фобос на место Луны, мы бы не смогли без оптики разглядеть его диск. Луна - единственный естественный спутник Солнечной системы, который притягивается Солнцем сильнее (в 2 раза!), чем "своей" планетой. Если быть точными, то, скорее, Земля искажает путь Луны вокруг Солнца, чем наоборот.
 

На Луне уже побывали люди,  поэтому  имеет смысл сказать о силе тяготения на ее поверхности: 0,1653 от земной силы тяжести, то есть в 6 раз меньше. Там вполне доступно обычному человеку перевернуть легковой автомобиль. Автор не помнит, чтобы ему приходилось поднимать что-то тяжелее 50-ти килограмм (ну, не довелось). На Луне этот мешок с сахаром не потянул бы и на "земное" ведро воды.

Фазы Луны. Сидерический и синодический месяцы.

Луна вращается вокруг Земли. При разных  положениях  относительно  друг друга Солнца, Земли и Луны мы по-разному видим освещенную половину нашего  спутника. Часть видимого нами диска Луны, которая освещена, называется фазой Луны.

Принято выделять особо фазы новолуния (диск полностью темный), первой  четверти(растущий  лунный серп выглядит в форме полудиска), полнолуния (диск освещен полностью)  и последней четверти (освещено вновь ровно полдиска, только с другой стороны). Вообще, фазу принято выражать в десятых и сотых долях единицы, причем новолунию будет соответствовать фаза 0, полнолунию - 1, первой и последней четвертям -  0,5. 

Для  начинающих очень трудно бывает отличить растущий от новолуния к полнолунию месяц от убывающего к новолунию от полнолуния. В северном полушарии пользуются известным приемом: если к лунному серпу можно так приставить воображаемую "палочку", чтобы получилась буква "Р" (растущий), то месяц растет, если  же  месяц выглядит, как буква "С" (старый), то он убывает.

Период полной смены всех лунных фаз от новолуния до новолуния называется синодическим периодом обращения Луны или синодическим месяцем, который равен примерно 29,5 дням. Именно за это время Луна проходит по своей орбите такой путь, что дважды успевает пройти через одну и ту же фазу. Полный оборот Луны вокруг Земли относительно звезд называется сидерическим  периодом обращения или сидерическим месяцем, он длится 27,3  дня. Проведем, скажем, в полнолуние (1) воображаемую линию через центры Земли и Луны (красная стрелка справа). В полнолуние эта прямая исходит из центра Солнца. Закрепим это направление (черная стрелка). При движении Луны по по орбите будет меняться и направление линии "Земля-Луна". Повторно эта линия примет начальное направление через 27,3 дня, когда Луна сделает ровно один виток по орбите (2). Но фазе полнолуния попрежнему соответствует красная стрелка в направлении из центра Солнца к Земле. На втором рисунке видно, что Луне надо еще какое-то время пройти по орбите, чтобы на Земле настало полнолуние. Поэтому между двумя полнолуниями (или любыми другими одинаковыми фазами Луны) не 27,3, а 29,5 дней. Причина кроется в том, что за то время, пока Луна обегает один раз вокруг Земли, наша планета сама успевает пройти некоторый путь по своей орбите вокруг Солнца.
 

Маленькое замечание к предыдущему абзацу. На самом деле, не так уж и часто случается такое совпадение, что Луна, Солнце и Земля выстраиваются в одну линию. Нечасто даже линия "Земля-Луна" каким-то одним образом ориентируется в пространстве. В объяснении было использовано упрощение: орбита Луны считалась круглой и лежащей в одной плоскости с орбитой Земли. Мы столкнемся с этим чуть позднее еще раз..

Луна 22 декабря 1999-го года, это последнее полнолуние, означенное четырехзначным годом, начинающимся с 1... . Луна в тот момент находилась вблизи самой близкой к Земле точке орбиты и была больше обычного по видимым размерам. Снимок получен Робом Гендлером.

Наблюдение Луны.

Луна вращается вокруг Земли. Для нас это проявляется не только в видимой смене фаз. Луна быстро перемещается на фоне звезд, в день примерно на 12,5╟. Каждый новый день наш спутник появляется над горизонтом на 49 минут позже, чем накануне. Из-за этого Луна, достигая в новолуние верхней кульминации в полдень, в фазе первой четверти добирается до кульминации в 6 вечера, в полнолуние - в полночь, а в последней четверти - в 6 утра. Растущий молодой лунный серп мы видим вскоре после захода дневного светила, на западе. Убывающий старый месяц виден утром, перед восходом Солнца, на востоке. Заметьте при своих наблюдениях, если Вам этого делать не приходилось, что месяц всегда  обращен выпуклостью к Солнцу. Потрудитесь сами это объяснить.

Период обращения Луны вокруг Земли (сидерический период) в точности равен  периоду  обращения спутника вокруг собственной оси, из-за чего Луна повернута  к  Земле  всегда одной стороной. Физическими причинами такого положения вещей являются приливные силы. 

Приливы и отливы
Гравитационное воздействие Земли на Луну и наоборот довольно велико. Разные части, скажем, Земли по разному подвергаются притяжению Луны: сторона, повернутая к Луне, - в большей степени, обратная сторона - в меньшей, так как дальше находится от нашего спутника. В результате, разные части Земли стремятся прийти в движение в направлении Луны с разными скоростями. Поверхность, обращенная к Луне, вздувается, центр Земли смещается меньше, а противоположная поверхность вовсе отстает, и с этой стороны тоже образуется вздутие  - из-за "отставания". Земная кора деформируется неохотно, на суше приливных сил мы не замечаем. А вот про изменение уровня моря, про приливы и отливы, слышали все. Вода поддается воздействию Луны, образуя приливные горбы на двух проитвоположных сторонах планеты. Вращаясь, Земля "подставляет" Луне разные свои стороны, и приливной горб перемещается по поверхности. Такие деформации земной коры вызывают внутреннее трение, которое тормозит вращение нашей планеты. Раньше она вращалась гораздо быстрее. Луна еще больше подвергнута влиянию приливных сил, ведь Земля гораздо массивнее и больше. Скорость вращения Луны настолько замедлилась, что она покорно повернулась к нашей планете одной стороной, и приливной горб не бежит более по лунной поверхности. 

Воздействие этих двух тел друг на друга приведет в отдаленном будущем к тому, что и Земля, в конце концов, повернется к Луне какой-то одной стороной. Кроме того, приливные силы, вызванные близостью Земли, а также влиянием Солнца, тормозят движение Луны и по орбите вокруг Земли. Замедление сопровождается удалением Луны от центра Земли. В итоге, это может привести к потере Луны...

Уже невооруженным глазом на Луне видны светлые и темные (синие или голубые) области. В прошлом, люди считали, что синие участки - это  лунные моря. Это название, по традиции, так за ними и осталось. На самом деле,  это твердая поверхность, которую с морями роднит, разве что, то обстоятельство, что раньше здесь были моря извергшейся лавы. Но таких мощных извержений на  Луне нет уже несколько миллиардов лет. Об этом говорят образцы лунных горных  пород, доставленных на Землю людьми и автоматическими станциями.

Даже в небольшой бинокль на Луне видны кратеры - следы падения метеоритов. Лунная поверхность вся покрыта кратерам разного размера - от сотен  километров до миллиметров. Сейчас уже выпущены  промышленностью и  глобусы, и подробные карты Луны, пользуясь которыми, можно производить наблюдения в телескоп, отыскивая те или иные участки поверхности. Интересующий  вас  объект будет лучше заметен, если наблюдать его  вблизи  границы  освещенного  диска (терминатора). Тени будут четче вырисовывать неровности рельефа. В районе терминатора на Луне идут заход или восход Солнца. А теперь сами вспомните, когда на Земле Вы отбрасываете самую длинную тень при свете Солнца.

Лунные затмения

Одним из интереснейших видов астрономических явлений, связанных с Луной,  являются затмения. 

Затмения бывают солнечными и лунными: в первом случае, Луна загораживает собою Солнце, а во втором - земная тень скрывает Луну. Затмения случаются в те моменты, когда Солнце, Земля и Луна выстраиваются в одну линии в своем движении. Нетрудно сообразить, что это бывает либо в полнолуние, либо в новолуние.

Лунные затмения происходили бы каждый раз в  полнолуние, а солнечные - в новолуние, если бы не одна особенность движения Луны. Плоскость ее орбиты наклонена к плоскости околосолнечной орбиты  Земли под небольшим углом в 5╟.  Уже этого достаточно, чтобы в  новолуние Луна проходила чуть выше или ниже Солнца, а в полнолуние земная тень не  попадала на лунный диск. Только тогда, когда полнолуние или  новолуние  приходится на моменты пересечения Луной плоскости земной орбиты, т.е. когда  действительно все три тела,  участвующие  в  явлении, выстраиваются в линию, происходят затмения. Например, в ситуации, изображенной на рисунке, затмения не произойдет. Точки пересечения лунной орбиты с плоскостью орбиты Земли не лежат на одной линии с Солнцем (эти две точки орбиты называются узлами лунной орбиты). В добавление ко всему описанному, ориентация орбиты нашего спутника непостоянна, как сама Луна. Плоскость поворачивается или, как говорят, прецессирует. В результате этого, еще в древности был выявлен далеко не очевидный временной промежуток, через который последовательность всех затмений повторяется. Такой временной интервал называют саросом. Длительность сароса 18 с небольшим лет (6585,32 суток). Зная об этом, мы можем сказать, что через сарос можно ожидать  наблюдаемое, скажем, сегодня полное солнечное затмение, но мы не  можем, зная лишь про сарос, утверждать, что оно будет полным, а также не в силах предсказать, где на Земле его можно будет увидеть. В течение сароса происходит 43 солнечных и 28  лунных затмений. В наше время, знания человека о затмениях значительно превосходят умудренность древних. Затмения и условия их протекания высчитываются  с высокой точностью на много лет вперед.

Вообще, мы имеем дело с поразительным природным совпадением: Луна в 400 раз меньше Солнца, но во столько же раз ближе него к  Земле. Благодаря этому, угловой диаметр Солнца и Луны почти одинаков. Подробнее  о солнечных затмениях смотрите в разделе о Солнце, а здесь мы еще немного остановимся на лунных. 

Земная тень вблизи Луны имеет больший, чем у Луны, угловой  размер,  поэтому  пересечение  Луною  этой  тени  может длиться десятки минут. Сначала Луны слева (при наблюдении из северного полушария) касается едва  видимая  полутень Земли (для наблюдателя на Луне, стоящего в полутени, Солнце частично загорожено Землею). Пересечение Луною полутени длится около часа, после чего, Луны касается тень (для того же наблюдателя на Луне, стоящего в тени, Солнце  загорожено Землею полностью). Через минут 30 Луна полностью входит в тень, приобретая темно-красный, бордовый цвет, вызванный тем, что Лучи  солнца, преломляясь в земной атмосфере, освещают-таки Луну в тени Земли. Как известно, лучше всего рассеиваются синие лучи, а красные лучи, преломившись,  доходят до лунного диска. Полное затмение Луны может длится больше часа.  Разные  этапы затмения еще называют фазами затмения, например, "фаза  полутеневого  затмения" и т. п. Иногда, когда линия Солнце-Земля-Луна слишком далека от идеала, фаза полного затмения вообще может не наступить, при большем  отклонении  от этой идеальности, тень Земли может пройти даже  мимо,  и  будет  наблюдаться лишь покрытие Луны полутенью. В зависимости от  расположения  трех  небесных тел, продолжительность той или иной фазы может меняться. По тем же причинам разной бывает яркость диска Луны во время наступления фазы полного затмения. Случается, что Луны не видно вовсе, и наоборот, зарегистрированы случаи, когда сторонние наблюдатели не верили, что имеет место затмение: так ярка была Луна. 

Наконец, посмотрите снимок первого затмения 2000-го года. Долгая четырёхчасовая экспозиция позволила испанцу Хуану Карлосу Кассадо представить всё затмение в виде полосы переменной яркости в таинственном обрамлении древних развалин южной страны. То же затмение в виде трёх объединённых снимков представлено справа. В ночь 20-го января эти фотографии сделал Стефан Барнс.

Что мы знаем о Луне

Лунная поверхность в очень малой степени подвержена изменениям. Эпоха активного выпадения метеоритов осталась далеко в прошлом: два миллиарда лет назад. Вулканической и тектонической активности тоже не наблюдается. Отсутствие плотной атмосферы и воды устраняет еще две причины, которые могли бы обновлять лик Луны.

Есть два типа лунной поверхности: морской и материковый. Морями, как уже говорилось, называются темные участки видимого диска, материками - светлые. Во времена, когда наш спутник стал остывать после эпохи частично расплавленного состояния, внешние слои Луны образовали тонкую кору, которую могли  пробивать крупные метеориты. Появлявшиеся при таких соударениях углубления (иногда в сотни и тысячи километров) заполняла лава, выходившая на поверхность сквозь разрушенные участки коры. Застывая, лава создавала относительно гладкий морской тип поверхности. Здесь меньше кратеров, отражательная способность (альбедо) морских участков не велика. 

Материковые участки более светлы, и они настолько изобилуют кратерами, что последние, порой, наслаиваются друг на друга. Ранее существовала гипотеза о вулканическом происхождении кратеров. Но сегодня верх одерживает метеоритная теория. Крупные метеориты, врезаясь в лунную поверхность, выбрасывали вверх огромное количество вещества, части которого могли даже преодолеть лунное притяжение. Выброшенные породы разлетались, порой, на десятки и сотни километров, образовывая так называемые лучи. В центре кратера обычно возникала горка, а сам кратер создавался отброшенным веществом, которое образовывало вал-окружность.
Снимок получен 16-го июля 1969-го года с космического корабля "Аполлон 11". Это - цепочка кратеров длиною 61 км  на  обратной стороне Луны.

На Луне также найдены свои горы, расщелины, перемежающиеся долинами. Эти виды рельефа возникли, по-видимому, при застывании Луны, когда лунная кора была подвижной. Вызывать эти движения могли как внутренние процессы, так и метеоритная бомбардировка. 

22-е декабря 1992-го года, JPL.
     Это изображение Луны составлено из 53-х снимков, произведенных с помощью трех фильтров, космическим аппаратом "Галилео" 7-го декабря 1992-го года. Представленное полушарие Луны  -  северное, видимая с Земли его часть расположена слева. Светло-розовые  области соответствуют высоким участкам лунной  поверхности,  таким, какие окружают овальное Море Кризисов внизу изображения. Цвета от синего до оранжевого отмечают застывшие лавовые образования. Темно синее Море Спокойствие (слева от Моря Кризисов) гораздо  богаче титаном, нежели моря, окрашенные на этом снимке в зеленый  или оранжевый цвет. Минералы группы редких земель чаще встречаются  в молодых ударных кратерах, обозначенных здесь голубым цветом. Также видны лучи того же цвета, расходящиеся от совсем молодых кратеров.

Анимационная модель вращающейся Луны. Искусственными цветами подчеркивается рельеф сначала видимой, а потом и обратной сторон спутника. Красный - высокие участки, синий - низменные. (8 746к, avi) 

Горы на Луне принятно было называть так же как и Земные. На Луне есть свои Карпаты, Кавказ, Альпы. Моря получили свои названия в знак древних поверий о том, что Луна управляет земной погодой, людскими чувствами. Различные имена, связанные с погодой, Вы встретите на лунной карте в изобилии: Море Дождей, Море Ясности, Океан Бурь, а также "эмоциональные" Море Спокойствия, Море Кризисов. Кратеры назывались в честь известных ученых, писателей и прочих всемирных знаменитостей: Коперник, Тихо Браге, Циолковский. Некоторые интересные объекты видимой стороны Луны приведены в этой таблице. Там же Вы можете найти помощь в отыскивании их на Луне при наблюдениях.

На Луне, как считалось, нет воды. Об этом говорили многочисленные спектроскопические и химические исследования. Но в 1994-м, 1998-м году новые  исследования дали, кажется, другую информацию: вблизи южного полюса Луны, где никогда не бывает высоко стоящего над горизонтом Солнца, обнаружены следы воды. Лед мог там сохраниться, так как  температура в тех областях не поднимается  выше  нуля.  Для возможных научных станций будущего на Луне это имеет большое значение: добыть воду из пород  на Луне, вероятно, окажется дешевле, чем доставлять ее с Земли.

Луна имеет меньшую, чем Земля плотность. Это потому, что там почти  нет тяжелых элементов типа железа и никеля. По одной из версий, в начальной стадии формирования еще полужидкой Земли, когда вещества уже почти  перераспределились на слои - тяжелые расположились  ближе  к  центру  (железо),  а  легкие (кремний и др.) расположились у поверхности - тело, схожее по размерам  с  Марс,  вскользь задело Землю. Оторвалоась часть ее наружных слоев, из которых, якобы, и образовалась более легкая Луна. Поэтому у Луны нет железного ядра и заметного магнитного поля. В целом, вещество Луны имеет тот же состав,  что  и  земная кора, если говорить о поэлементном анализе. Одни и те же элементы на Земле и Луне образуют преимущественно разные соединения.

Исследование Луны

Первым человеком, посмотревшим на Луну в телескоп, был Галилей. Ему же, соответственно, принадлежит и открытие лунных гор и кратеров. Это открытие теперь каждый может повторить с помощью простого бинокля.

Луна начала изучаться автоматическими станциями еще до появления  человека в космосе. 4-го октября 1959-го года советская автоматическая  станция "Луна 3" впервые сфотографировала обратную сторону Луны, на которой почти не оказалось морей. Советская же станция "Луна 9"  31-го  января  1966-го  года первой совершила удачную мягкую посадку на Луну в Океане Бурь, западнее кратеров Рейнер и Марат. Были произведены снимки Луны с разных высот и круговая панорама на самой поверхности. "Луна  10"  первой  стала  искусственным спутником Луны 3 апреля 1966-го года, оставаясь им в течение  57-ми  дней. Другая советская станция "Луна 16 "первой доставила образцы  лунного  грунта на Землю 24-го сентября 1970-го года. Станцией "Луна 17",  запущенной 10-го ноября 1970-го года, на Луну был доставлен самоходный аппарат  "Луноход  1", представлявший собой комплексную лабораторию. Аппарат проделал по поверхности спутника Земли путь длиною 10 540 метров. "Луноход 2" был доставлен 16-го января 1973-го года станцией "Луна 21". По восточному краю Моря Ясности самоходный аппарат прошел маршрут, протяженностью 37  км.  Последней "Луной" была "Луна 24", в августе 1976-го года доставившая на Землю двухметровую колонку лунного грунта. 4 отечественных станции типа "Зонд"  проводили разнообразные исследования в окололунном пространстве и возвращались на Землю. Первый снимок обратной стороны Луны, а также фотографию отечественного "Лунохода" Вы можете попробовать отыскать в этом разделе...

Американцы отправили к Луне около 30 аппаратов. 4 первых "Пионера" неизменно друг за другом в августе-декабре 1958-го года отклонялись от  расчетных траекторий и не выполняли поставленных задач. С 1962-го по 1965-й  годы к Луне были направлены семь аппаратов "Рейнджер",  три  из  которых  достигли-таки Луны и передали фотоснимки поверхности. С 1966-го по 1968-й годы  на орбиту вокруг нашего естественного спутника были выведены пять станций  "Лунар-Орбитер" и две станции "Эксплорер". Для посадки на Луну проводились в то же время запуски семи аппаратов "Сервейр".  Кроме  того,  были  запущены  17 "Аполлонов", 6 из которых доставили на Луну астронавтов, проведших там  уникальные исследования. Первым человеком на Луне стал Нил Армстронг,  командир "Аполлона 11". После 74-го года изучение Луны почти прекратилось. В  1994-м, однако, американский аппарат  "Климентина"  возобновил  исследования  нашего спутника, сделав, в том числе, около 3 млн. фотографий и предположительно открыл на Луне  воду.

Луна доступна для наблюдения всех и каждого. Она настолько близка, что некоторые исследования возможны даже при отсутствии оптики. Астрономы, правда не прочь применить к Луне и самые современные приборы. Посмотрите, например, снимки телескопа имнени Хаббла.

Снимок Луны, сделанный АМС "Кассини" по пути от Венеры к Юпитеру "с заходом" к Земле.