Как происходит затмение Луны? Физика
Лунное затмение — затмение, которое наступает, когда Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землёй. Диаметр пятна тени Земли на расстоянии 363 000 км (минимальное расстояние Луны от Земли) составляет около 2,5 диаметров Луны, поэтому Луна может быть затенена целиком. В каждый момент затмения степень покрытия диска Луны земной тенью выражается фазой затмения Ф. Величина фазы определяется расстоянием 0 от центра Луны до центра тени. В астрономических календарях приводятся величины Ф и 0 для разных моментов затмения.
Когда Луна во время затмения полностью входит в тень Земли, говорят о полном лунном затмении, когда частично — о частном затмении. 
Ученые выяснили причины затмения, расчитав закономерности движения Солнца, Луны и Земли относительно друг друга: если все эти три небесных тела расположатся вдоль прямой линии, то в соответствующем месте на поверхности Земли возникнет световая тень.
В наше время затмение Солнца не вызывает страха даже у дошкольников. Более того, время и место затмения Солнца ученые рассчитывают на много лет вперед. Научные экспедиции заблаговременно выезжают на место очередного затмения Солнца, чтобы углубить свои знания о его строении.
В грандиозных масштабах такие явления как тень и полутень можно наблюдать только при солнечном и лунном затмениях.
Образованием тени при падении света на непрозрачный предмет объясняются такие явления, как затмения Солнца и Луны. Надо иметь в виду, что Солнце излучает свет, а Земля и Луна отражают солнечный свет. При движении вокруг Земли Луна может оказаться между Землёй и Солнцем или Земля — между Луной и Солнцем. В этих случаях наблюдаются солнечные и лунные затмения.
Во время лунного затмения Луна попадает в тень, отбрасываемую Землёй .
Во время солнечного затмения тень, отбрасываемая Луной, падает на Землю. В тех местах Земли, куда упала полная тень, будет полное затмение Солнца, а в местах полутени только часть Солнца будет закрыта Луной, то есть произойдёт частичное затмение Солнца, при этом в остальных местах на Земле затмения не будет. Таким образом, во время солнечного затмения полная тень, образуемая Луной, падает на земную поверхность, а вокруг полной тени находится полутень.
Так как движения Земли и Луны хорошо изучены, то и затмения точно предсказываются на много лет вперёд. Затмения, особенно солнечные представляют исключительный интерес для науки. Астрономы пользуются каждым затмением для разнообразных научных наблюдений и измерений. Полное солнечное затмение даёт возможность наблюдать внешнюю часть атмосферы Солнца («солнечную корону») , которая обыкновенно не видна вследствие ослепительного блеска поверхности Солнца и даёт возможность изучать прохождение света, у края солнечного диска.
Источник
С какой высоты видно, что Земля круглая?
Научные достижения в плане изучения Земли и космического пространства предоставили массу доказательств, указывающих на ее круглую форму. Находясь на поверхности планеты, ощутить это невозможно, как и непрекращающийся процесс вращения. На какую высоту над Землей надо подняться, чтобы своими глазами увидеть ее шарообразность?
Форма Земли
Определение формы нашей планеты зависит от того, в каком контексте оно используется. Согласно современным представлениям, Земля имеет шарообразную форму, а ее средний радиус составляет 6371,3 км. Эта версия больше всего подходит для решения задач, в которых не требуется максимальная точность, поскольку на самом деле Земля – это не совсем идеальный шар.
В областях геодезии и космонавтики для описания формы Земли используются другие термины – эллипсоид вращения (сфероид) и геоид соответственно. Сфероид связан с системой геодезических координат, которая используется для определения местоположения объектов на земной поверхности.
Различия между геоидом и сфероидом
Геоид – это форма, которую имела бы Земля, полностью покрытая водами океана и не поддающаяся влиянию прочих небесных тел. На самом деле форма планеты зачастую отклоняется от геоида, однако именно такое представление используется в системе астрономических координат, навигации и других областях. Относительно геоидной поверхности ведется отсчет высот над уровнем моря.
С какой высоты видно, что Земля круглая?
Первые предположения о том, что Земля имеет шарообразную форму, возникли еще у древнегреческих философов в VI веке до н. э. В частности их приписывают Пифагору и Пармениду. Мыслители уделяли много времени созерцанию ночного неба, как единственному доступному на тот момент способу изучения космоса, и применяли геометрические методы вычисления.
Они заметили, что положение звезд на небе меняется. Если бы планета была плоской, то из любой точки ее поверхности можно было бы наблюдать одни и те же созвездия. Самый яркий пример – Большая Медведица, которую невозможно увидеть, находясь ниже 25º южной широты.
Еще одно интересное явление, подмеченное Аристотелем – лунное затмение. Оно наступает тогда, когда наша планета находится между Солнцем и Луной, закрывая ее от света. При этом спутник оказывается в конусе тени, отбрасываемой Землей. На Луну падает отчетливая круглая форма тени.
Чтобы своими глазами увидеть шарообразную Землю, необходимо подняться на определенную высоту. Первые признаки круглой формы можно заметить, находясь на вершине высокой горы (около 6000 м). Визуально горизонт все равно будет казаться ровным. Однако фото, сделанное на такой высоте, поможет разглядеть небольшие признаки – достаточно попытаться совместить линию горизонта с идеальной прямой.
Согласно проведенным исследованиям, кривая Земли становится видимой на высоте около 10 000 м. Но при этом у наблюдателя должен быть обзор не менее 60º. К сожалению, пребывание в пассажирском самолете, который поднимается в среднем на такую высоту, не дает достаточного обзора. Чтобы максимально отчетливо увидеть шарообразную форму планеты, необходимо взлететь на 18-20 км над поверхностью.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Топ заблуждений об астрономии. 6. Фазы Луны
Вы знаете, шарообразность Земли вполне можно было бы осознать, просто взглянув на лунный серп на ночном небе. Ведь именно в это время — особенно сразу после новолуния — как никогда хорошо видно, что тень Земли на Луне имеет явно круглую форму, а потому Земля — очевидно, шар. Даже странно, что древние об этом не догадались…
Так вот, если вы это действительно знаете, то вы знаете что-то неправильное: фазы Луны не вызываются падением на неё тени Земли. Они связаны исключительно с тем, под каким углом на неё светит Солнце и под каким углом она в данный момент видна с Земли.
Если вы погасите верхний свет в комнате, оставив зажжённой только настольную лампу, и возьмёте в вытянутую руку мяч: так, чтобы лампа была точно справа или слева от него, — то вы пронаблюдаете полный аналог «половины Луны на небе». Хотя в данный момент ваша собственная тень попросту не может падать на мяч — ведь лампа находится сбоку от него, а не сзади вас.
С Луной происходит нечто аналогичное.
Как понятно из рисунка, жители, например, США, в данный момент, если и видят Луну, то для них освещена только её левая половина.
Правда, тут надо отметить, эта картинка (как и все последующие в этом разделе) — немного жульническая.
Дело в том, что если бы я тут всё нарисовал в правильном масштабе, то Земля и Луна выглядели бы микроскопическими точками, и ничего нельзя было бы разглядеть. При увеличении же этих объектов, вместе с искажением отношений их размеров и расстояний между ними, искажаются и углы, под которыми они друг друга «видят».
Поэтому мне пришлось нарисовать Солнце там, где вы его видите, но вот источник света, имитирующий солнечный свет унести довольно далеко влево — чтобы Земля и Луна были освещены практически с одного и того же направления, а не с разницей углов к источнику света, примерно в 45°, как на этом рисунке.
Тем не менее, смысл, надеюсь, понятен, и потому можно взглянуть на другое взаимное расположение объектов.
В данном случае жители Земли сумеют увидеть лишь тонкий серп.
Причём рисунок нам как бы намекает, что этот серп будет виден не ночью, а, как максимум, перед самым рассветом — ведь та сторона Земли, с которой видно Луну, сейчас как раз повёрнута к Солнцу, а значит там уже не ночь.
Иными словами, новолуние, новая и старая Луна — это как раз наиболее далёкие состояния от того, при котором тень Земли могла бы всё-таки упасть на Луну. Напротив, в эти моменты Земля дальше от Солнца, чем Луна, а не наоборот.
Взглянем теперь на ту конфигурацию, при которой нам видна полная Луна.
Может показаться странным, что в данном случае не случилось лунное затмение: ведь тень Земли в такой конфигурации вроде бы должна была бы упасть на Луну и сделать её тёмной для земного наблюдателя.
Но нет, лунные затмения, разумеется, бывают, однако орбита Луны наклонена на 5,14° относительно плоскости, в которой находится орбита Земли вокруг Солнца. По этой причине она чаще всего находится не строго за Землёй на линии Солнце—Земля, а как бы «чуть выше» или «чуть ниже» этой линии. В общем, достаточно отстоит от этой линии для того, чтобы Земля не заслоняла её собой от солнечного света.
Здесь снова для более разборчивой демонстрации процесса пришлось немного увеличить наклон орбиты Луны, но суть примерно такова.
Тем не менее, не только Луна вращается вокруг Земли, но и Земля — вокруг Солнца. По этой причине плоскость лунной орбиты по-разному ориентирована к линии Солнце—Земля.
Вдобавок, сама орбита Луны и плоскость, в которой она лежит, медленно вращаются вокруг Земли, делая полные обороты примерно за 8,85 лет и 18,6 лет соответственно (это явление называется «прецессия»).
Из-за этого в некоторые моменты Земля всё-таки может оказаться точно между Солнцем и Луной. И тогда действительно случится лунное затмение.
По той же причине не каждый месяц, но всё-таки могут случаться и солнечные затмения тоже — ведь и Луна тоже может иногда оказываться точно между Солнцем и Землёй.
Как видно из рисунков, лунные затмения всегда наступают исключительно в полнолуние — в момент полной освещённости Луны: во всё остальное время их просто не может быть по чисто геометрическим причинам. И по тем же чисто геометрическим причинам солнечное затмение бывает исключительно в новолуние — когда со стороны Земли Луна не освещена Солнцем вообще.
Луна делает оборот вокруг Земли чуть более чем за 27 дней. И за этот период происходит полный цикл своих фаз: от полной неосвещённости до полной освещённости и обратно. Однако лунные и солнечные затмения не столь часты и случаются только в те моменты, когда вращение Луны вокруг Земли удачно накладывается на ориентацию её орбиты к линии Земля—Солнце.
В общем, заблуждение о том, что фазы Луны — это что-то типа неполных лунных затмений, гораздо более глубокое, чем «ну ладно, самую малость не угадали»: в данном случае не угадали в буквальном смысле на 180°.
Источник
Может ли земля полностью находится в конусе тени отбрасываемой луной
Покрытия Солнца Луной называются солнечными затмениями. Солнечное затмение имеет различный вид для разных точек земной поверхности. Диск Солнца будет целиком закрыт только для наблюдателя, находящегося внутри конуса лунной тени, максимальный диаметр которой на поверхности Земли не превосходит 270 км. В этой сравнительно узкой области земной поверхности, куда падает тень от Луны, будет видно полное солнечное затмение (рис. 59). В областях земной поверхности, куда падает полутень от Луны, внутри так называемого конуса лунной полутени будет видно частное солнечное затмение — диск Луны закроет только часть солнечного диска. Чем ближе наблюдатель к оси тени, тем большая часть диска Солнца закрыта, тем больше фаза затмения. Вне конуса полутени виден весь диск Солнца, и никакого затмения не наблюдается. Так как расстояние Луны от Земли изменяется от 405 500 км до 363 300 км, а длина конуса полной тени от Луны в среднем равна 374 000 км, то вершина конуса лунной тени иногда не доходит до поверхности Земли. В этом случае для наблюдателя вблизи оси конуса лунной тени солнечное затмение будет кольцеобразным — края солнечного диска останутся незакрытыми и будут образовывать вокруг темного диска Луны тонкое блестящее кольцо. В разных точках Земли солнечное затмение наступает в разное время. Вследствие движения Луны вокруг Земли и вращения Земли вокруг своей оси тень от Луны перемещается по земной поверхности приблизительно с запада на восток, образуя полосу тени длиной в несколько тысяч километров и шириной в среднем около 200 км (максимальная ширина 270 км). Так как Луна движется с запада на восток, то солнечное затмение начинается с западного края солнечного диска. Сначала на нем появляется ущерб, имеющий форму дуги круга радиуса, равного радиусу диска Солнца. Затем ущерб постепенно растет, и Солнце принимает форму все более и более узкого серпа. Когда исчезнет последняя точка солнечного диска, наступает фаза полного затмения, которая длится всего несколько минут — не более семи, а чаще всего две-три минуты. Затем темный диск Луны постепенно сходит с солнечного диска, и затмение кончается. Общая продолжительность всех фаз солнечного затмения может длиться свыше двух часов. Совершенно очевидно, что затмения Солнца могут происходить только во время новолуния.
Земля, освещаемая Солнцем, отбрасывает от себя тень (и полутень) в сторону, противоположную Солнцу (рис. 60). Так как диаметр Солнца больше диаметра Земли, то ее тень подобно лунной тени имеет форму постепенно суживающегося конуса. Конус земной тени длиннее конуса лунной, а его диаметр на расстоянии Луны превышает диаметр Луны больше, чем в 2,5 раза. При движении вокруг Земли Луна может попасть в конус земной тени, и тогда произойдет лунное затмение. Поскольку во время затмения Луна в действительности лишается солнечного света, то лунное затмение видно на всем ночном полушарии Земли и для всех точек этого полушария начинается в один и тот же физический момент и заканчивается также одновременно. Но эти моменты по местному времени каждой точки Земли, конечно, различны и зависят от географической долготы места. Так как Луна движется с запада на восток, то первым входит в земную тень левый край Луны. На нем появляется ущерб, который постепенно увеличивается, и видимый диск Луны принимает форму серпа, отличающегося от серпа лунных фаз тем, что линия, отделяющая светлую часть диска Луны от затемненной, представляет собой дугу окружности с радиусом, приблизительно в 2,5 раза большим радиуса лунного диска, тогда как при лунных фазах терминатор имеет вид полуэллипса.
Если Луна полностью войдет в земную тень, то произойдет полное затмение Луны, если в тени окажется только часть Луны, то затмение будет частным. Так как диаметр земной тени на расстоянии Луны от Земли может превышать диаметр Луны до 2,8 раза, то полное лунное затмение может продолжаться почти до двух часов. Полному или частному лунному затмению предшествует (и завершает их) полутеневое лунное затмение, когда Луна проходит сквозь земную полутень. Полутеневое затмение может быть и без последующего наступления теневого затмения. Совершенно очевидно, что затмения Луны могут происходить только во время полнолуний.
§ 82. Условия наступления солнечных и лунных затмений
Если бы плоскость лунной орбиты совпадала с плоскостью эклиптики, то солнечные и лунные затмения происходили бы каждый синодический месяц. Но плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики под углом в 5° 09′, поэтому Луна во время новолуния или полнолуния может находиться далеко от плоскости эклиптики, и тогда ее диск пройдет выше или ниже диска Солнца или конуса тени Земли, и никакого затмения не случится. Чтобы произошло солнечное или лунное затмение, необходимо, чтобы Луна во время новолуния или полнолуния находилась вблизи узла своей орбиты, т.е. недалеко от эклиптики.
Пусть на рис. 61 С, Т и L обозначают центры Солнца, Земли и Луны и находятся в одной плоскости, перпендикулярной к плоскости эклиптики. Тогда Ð LTC = b есть геоцентрическая эклиптическая широта Луны, и если этот угол будет меньше изображенного на рисунке, то произойдет, хотя и непродолжительное, частное затмение Солнца для точки О на Земле. Угол b равен сумме трех углов, а именно: b = Ð LTL’ + Ð L’TC’ + Ð C’TC. Но угол LTL’ = r( есть угловой радиус Луны; L’TC’ = r¤ — угловой радиус Солнца; угол L’TC’ = Ð TL’O — Ð TC’O, где Ð TL’O = р( есть горизонтальный параллакс Луны, a ÐTC’O = p¤ — горизонтальный параллакс Солнца. Следовательно, b = r( + r¤ + p( — p¤. Если для величин в правой части принять их средние значения r( = 15′,5, r¤ = 16′,3, p( = 57′,0, p¤ » 8″,8, то b = 88′,7. Следовательно, для наступления хотя бы непродолжительного частного затмения Солнца необходимо, чтобы геоцентрическая эклиптическая широта Луны была меньше 88′,7. Угловое расстояние центра Луны от узла, т.е. долгота Луны относительно узла Dl может быть вычислена из сферического прямоугольного треугольника
Источник