Луна является объектом, который так или иначе видят все жители Земли, имеющие возможность посмотреть на небо

Луна является объектом, который так или иначе видят все жители Земли, имеющие возможность посмотреть на небо. И стоит им поднять голову вверх, как взору наблюдателей предстанет или серп, или целый сверкающий диск с тёмными пятнами лунных морей, но никто не застрахован от того, чтобы не увидеть ничего (если новолуние или сплошная облачность). Кроме этих привычных всем фаз Луны также могут происходить и различные непотребства по типу затмений.

Возможно много кого (как и меня в своё время) волновал вопрос –- а как может возникнуть солнечное или лунное затмение, если Солнце одно и то же, Луна движется по своей орбите и никуда с неё не сходит (хотя есть нюанс и не один), так что она бывает и за Землёй, и между нашей планетой и Солнцем, но при этом затмения происходят не всегда, а лунные фазы ни разу сбоя не давали?

На самом деле движение Луны немного сложнее, чем его изображают на картинках с её фазами (рис. 1). Начнём с того, что лунная орбита наклонена под углом 5°9’ по отношению к земной (её плоскость называется плоскостью эклиптики). Во-вторых, этот угол переменный и изменяется от 4°28’ до 5°20’ в течение примерно полугода. В-третьих, сама лунная орбита поворачивается относительно плоскости эклиптики, что не мешает также поворачиваться и в своей плоскости! (рис. 2). И это не считая того, что другие параметры орбиты также меняются со временем.

Такое сложное движение Луны приводит к тому, что каждый последующий месяц Луна находится не в том же месте, что и в предыдущий. И поэтому естественно, что может произойти момент, когда тень Луны от Солнца попадает на Землю. Это из-за наклона лунной орбиты по отношению к плоскости эклиптики происходит нечасто (рис. 3). Если бы плоскости орбит совпадали, то солнечные затмения были бы каждое новолуние, один раз в лунный месяц (29,5 сут). В месте пересечения конуса тени Луны земной поверхностью видно полное затмение, в районе полутени — частное (Солнце не до конца закрывается Луной). Полное солнечное затмение для земного наблюдателя длится столько времени, сколько необходимо для прохождения точкой наблюдения тени диаметром около 280 км (бывает и несколько десятков км, и доходит до 400-500) – максимум 7 мин (рис. 5).

Поскольку длина конуса полной тени от Луны в среднем равна 374 тыс. км, а расстояние от Земли до спутника изменяется между 405,5 тыс. км и 363 тыс. км, то до поверхности Земли будет доставать уже продолжение конуса. Тогда будет видно кольцеобразное затмение (рис. 4). А если тип затмения меняется по мере продвижения тени по Земле, то оно будет гибридным.

Лунное затмение же случается, когда Луна попадает в тень Земли. Оно в отличие от солнечного продолжается дольше – около 2-х ч – так как на расстоянии лунной орбиты земная тень имеет радиус в 2,8 раза больше лунного. Луна будет видна даже в случае полного теневого затмения, когда закрыта Землёй от Солнца полностью, так как она освещается рассеянным светом. Из-за его преломления в атмосфере наш спутник приобретает красный оттенок (см. прикреплённую гифку).

Из относительно простой геометрии (если конечно геометрия на сферической поверхности может считаться таковой) можно узнать, на каком угловом расстоянии от узлов (точек пересечения орбиты Луны с плоскостью эклиптики) должны быть Солнце и Луна, чтобы произошло хотя бы частное затмение (рис. 7). По рисунку ?l = 16,5°. Очевидно, что затмение Солнца возможно и по другую сторону лунного узла, на таком же расстоянии от него. Дугу в 33° Солнце, перемещаясь по небу на 360° за 365 дней, проходит за 34 дня. Но за это время обязательно будет новолуние, а может быть и два, так как периодичность фаз 29,5 сут. Следовательно, каждый год обязательно бывает два солнечных затмения (около двух узлов лунной орбиты), но может быть четыре (когда у каждого узла произойдёт два полнолуния) и даже пять затмений, если Солнце успеет вернуться к одному узлу второй раз. В этом нет ничего предрассудительного, ведь из-за движения линии узлов Солнце проходит через один и тот же узел раз в 346 дней.

Если провести аналогичные выкладки для лунного затмения (рис. 7), то временной промежуток, при котором может произойти затмение, равен 21,6 сут. Он меньше, чем аналогичное время для солнечного. Этот факт может слегка сбить с толку, ведь лунная тень больше солнечного диска по видимому диаметру, и формально Луне будет проще с ним пересечься. Но дело в том, что наш спутник расположен достаточно близко к Земле, поэтому при перемещении наблюдателя по поверхности планеты положение Луны будет меняться. Отсюда получается, что, например, когда на экваторе затмения нет, на Северном полюсе оно может быть видно. Поправка на чувствительность солнечного затмения к положению наблюдателя учитывается в величинах на рис. 7.

А лунное затмение будет видно со всей ночной поверхности Земли одинаково, ведь Луна просто и незатейливо пересекает область тени планеты (рис. 5). И на рис. 7 учитываются только размеры тех небесных объектов, которые участвуют в затмении.

Вернёмся к интервалу 21,6 сут, в который произойдёт лунное затмение. Он меньше лунного месяца, так что если повезёт, то в районе одного узла произойдёт одно затмение, в противном случае ни одного. Через половину лунного года будет аналогичная ситуация, так что в календарный год происходит от 0 до 3-х лунных затмений.

Теперь предлагаю вспомнить, что движение Луны хоть и непростое, но подчиняется периодическим зависимостям: фазы Луны повторяются в среднем через 29,5 сут; возвращение Луны к одному и тому же узлу своей орбиты происходит через 27,2 сут, а период прохождения Солнца через узлы 346,6 сут. Получается, что по прохождении времени, в который укладываются все эти периоды, взаимное положение всех виновников затмений вернётся к тому, что было изначально! Такой период времени называется сарос и составляет 6585 с долями суток, т. е. 11 лет и 11 дней. В течение сароса происходит 41 солнечное (из них примерно 10 полных, остальные частные, кольцеобразные и гибридные) и 29 лунных затмений в практически точно определённой последовательности.

Отсюда видно, что солнечные затмения происходят чаще лунных, но в данном месте на Земле чаще наблюдаются лунные затмения, так как они видны на целом полушарии, а солнечные видны лишь в сравнительно узкой полосе. А полные солнечные затмения видны из одной точки в среднем один раз в 200-300 лет. Последний раз полное затмение посещало нашу страну в 2008 г. и было видно над Сибирью. В следующий раз тень кольцеобразного затмения пройдёт над южной Россией 1 июня 2030 г. А ближайшее частное затмение пройдёт над европейской частью нашей Родины 29 марта 2025 г. (рис. 6)

Не забывайте использовать при наблюдениях за затмениями затемнённое стекло или лист бумаги, чтобы сберечь глаза. До новых встреч!