Księżyc to satelita naszej planety, który od niepamiętnych czasów przyciąga uwagę naukowców i po prostu ciekawskich ludzi. W starożytnym świecie zarówno astrolodzy, jak i astronomowie poświęcali temu imponujące traktaty. Poeci również nie pozostawali w tyle. Dziś w tym sensie niewiele się zmieniło: orbita Księżyca, cechy jego powierzchni i wnętrza są dokładnie badane przez astronomów. Kompilatorzy horoskopów również nie odrywają od niej wzroku. Obydwa badają wpływ satelity na Ziemię. Astronomowie badają, jak interakcja dwóch ciał kosmicznych wpływa na ruch i inne procesy każdego z nich. Podczas badań Księżyca wiedza w tej dziedzinie znacznie wzrosła.
Pochodzenie
Według badań naukowców Ziemia i Księżyc powstały mniej więcej w tym samym czasie. Obydwa ciała mają 4,5 miliarda lat. Istnieje kilka teorii na temat pochodzenia satelity. Każdy z nich wyjaśnia pewne cechy Księżyca, ale pozostawia kilka nierozwiązanych pytań. Teorię o gigantycznym zderzeniu uważa się dziś za najbliższą prawdy.
Według hipotezy z młodą Ziemią zderzyła się planeta wielkości Marsa. Uderzenie było styczne i spowodowało uwolnienie w przestrzeń kosmiczną większości substancji tego kosmicznego ciała, a także pewnej ilości ziemskiego „materiału”. Z tej substancji powstał nowy przedmiot. Promień orbity Księżyca wynosił pierwotnie sześćdziesiąt tysięcy kilometrów.
Hipoteza gigantycznego zderzenia dobrze wyjaśnia wiele cech struktury i składu chemicznego satelity, a także większość cech układu Księżyc-Ziemia. Jeśli jednak przyjmiemy teorię jako podstawę, niektóre fakty nadal pozostają niejasne. Zatem niedobór żelaza na satelicie można wytłumaczyć jedynie faktem, że do czasu zderzenia na obu ciałach nastąpiło zróżnicowanie warstw wewnętrznych. Do chwili obecnej nie ma dowodów na to, że tak się stało. A jednak pomimo takich kontrargumentów hipoteza gigantycznego uderzenia jest uważana za główną na całym świecie.
Opcje
Księżyc, podobnie jak większość innych satelitów, nie ma atmosfery. Wykryto jedynie śladowe ilości tlenu, helu, neonu i argonu. Temperatura powierzchni w obszarach oświetlonych i zaciemnionych jest zatem bardzo różna. Po słonecznej stronie może wzrosnąć do +120 şС, a po ciemnej stronie może spaść do -160 şС.
Średnia odległość Ziemi od Księżyca wynosi 384 tys. km. Kształt satelity to niemal idealna kula. Różnica między promieniem równikowym i biegunowym jest niewielka. Wynoszą one odpowiednio 1738,14 i 1735,97 km.
Pełny obrót Księżyca wokół Ziemi trwa nieco ponad 27 dni. Dla obserwatora ruch satelity po niebie charakteryzuje się zmianą faz. Czas od jednej pełni księżyca do drugiej jest nieco dłuższy niż wskazany okres i wynosi około 29,5 dnia. Różnica wynika z tego, że Ziemia i satelita również poruszają się wokół Słońca. Księżyc musi przebyć nieco więcej niż jedno koło, aby znaleźć się w swojej pierwotnej pozycji.
Układ Ziemia-Księżyc
Księżyc jest satelitą nieco różniącym się od innych podobnych obiektów. Jego główną cechą w tym sensie jest masa. Szacuje się, że wynosi 7,35 * 10 22 kg, co stanowi około 1/81 masy Ziemi. A jeśli sama masa nie jest czymś niezwykłym w przestrzeni kosmicznej, to jej związek z charakterystyką planety jest nietypowy. Z reguły stosunek mas w układach satelita-planeta jest nieco mniejszy. Podobnym stosunkiem mogą pochwalić się jedynie Pluton i Charon. Te dwa ciała kosmiczne jakiś czas temu zaczęto charakteryzować jako układ dwóch planet. Wydaje się, że określenie to jest prawdziwe również w przypadku Ziemi i Księżyca.
Ruch Księżyca na orbicie
Satelita wykonuje jeden obrót wokół planety względem gwiazd w ciągu miesiąca gwiezdnego, który trwa 27 dni, 7 godzin i 42,2 minuty. Orbita Księżyca ma kształt elipsy. W różnych okresach satelita znajduje się bliżej planety lub dalej od niej. Odległość między Ziemią a Księżycem waha się od 363 104 do 405 696 kilometrów.
Z trajektorią satelity wiąże się kolejny dowód przemawiający za założeniem, że Ziemię i satelitę należy rozpatrywać jako układ składający się z dwóch planet. Orbita Księżyca nie leży w pobliżu płaszczyzny równikowej Ziemi (co jest typowe dla większości satelitów), ale praktycznie w płaszczyźnie obrotu planety wokół Słońca. Kąt pomiędzy ekliptyką a trajektorią satelity wynosi nieco ponad 5°.
Na orbitę Księżyca wokół Ziemi wpływa wiele czynników. Pod tym względem określenie dokładnej trajektorii satelity nie jest najłatwiejszym zadaniem.
Trochę historii
Teorię wyjaśniającą ruch Księżyca opracowano już w 1747 roku. Autorem pierwszych obliczeń, które przybliżyły naukowców do zrozumienia osobliwości orbity satelity, był francuski matematyk Clairaut. Następnie, już w XVIII wieku, jako argument przeciwko teorii Newtona często wysuwano obieg Księżyca wokół Ziemi. Obliczenia wykonane przy jego pomocy znacznie odbiegały od pozornego ruchu satelity. Clairo rozwiązał ten problem.
Zagadnieniem tym zajmowali się tak znani naukowcy, jak d'Alembert i Laplace, Euler, Hill, Puiseau i inni. Nowoczesna teoria rewolucji księżycowej zaczęła się od prac Browna (1923). Badania brytyjskiego matematyka i astronoma pomogły wyeliminować rozbieżności pomiędzy obliczeniami a obserwacjami.
Nie jest to łatwe zadanie
Ruch Księżyca składa się z dwóch głównych procesów: obrotu wokół własnej osi i rewolucji wokół naszej planety. Nie byłoby tak trudno wyprowadzić teorię wyjaśniającą ruch satelity, gdyby na jego orbitę nie wpływały różne czynniki. To jest przyciąganie Słońca i osobliwości kształtu Ziemi i innych planet. Takie wpływy zakłócają orbitę i przewidywanie dokładnej pozycji Księżyca w danym okresie staje się trudnym zadaniem. Aby zrozumieć o co tu chodzi, przyjrzyjmy się niektórym parametrom orbity satelity.
Węzeł wstępujący i zstępujący, linia apsidal
Jak już wspomniano, orbita Księżyca jest nachylona do ekliptyki. Trajektorie dwóch ciał przecinają się w punktach zwanych węzłami wstępującymi i zstępującymi. Znajdują się po przeciwnych stronach orbity w stosunku do środka układu, czyli Ziemi. Wyimaginowaną linię prostą łączącą te dwa punkty wyznaczamy jako linię węzłów.
Satelita znajduje się najbliżej naszej planety w punkcie perygeum. Maksymalna odległość dzieląca dwa ciała kosmiczne ma miejsce w momencie, gdy Księżyc znajduje się w swoim apogeum. Linia prosta łącząca te dwa punkty nazywana jest linią absydy.
Zaburzenia orbitalne
W wyniku wpływu dużej liczby czynników na ruch satelity jednocześnie, zasadniczo stanowi on sumę kilku ruchów. Rozważmy najbardziej zauważalne zakłócenia, które się pojawiają.
Pierwszym z nich jest regresja linii węzłowych. Linia prosta łącząca dwa punkty przecięcia płaszczyzny orbity Księżyca i ekliptyki nie jest ustalona w jednym miejscu. Porusza się bardzo powoli w kierunku przeciwnym (dlatego nazywa się to regresją) do ruchu satelity. Innymi słowy, płaszczyzna orbity Księżyca obraca się w przestrzeni. Jeden pełny obrót trwa 18,6 lat.
Porusza się także linia apsyd. Ruch linii prostej łączącej apocentrum i perycentrum wyraża się w obrocie płaszczyzny orbity w tym samym kierunku, w którym porusza się Księżyc. Dzieje się to znacznie szybciej niż w przypadku linii węzłów. Pełna rewolucja trwa 8,9 lat.
Ponadto orbita Księżyca podlega wahaniom o określonej amplitudzie. Z biegiem czasu zmienia się kąt między jego płaszczyzną a ekliptyką. Zakres wartości wynosi od 4°59" do 5°17". Podobnie jak w przypadku linii węzłów okres takich wahań wynosi 18,6 lat.
Wreszcie orbita Księżyca zmienia swój kształt. Rozciąga się trochę, po czym wraca do pierwotnej konfiguracji. W tym przypadku mimośród orbity (stopień odchylenia jej kształtu od koła) zmienia się z 0,04 na 0,07. Zmiany i powrót do pierwotnej pozycji trwają 8,9 roku.
Nie takie proste
Tak naprawdę cztery czynniki, które należy wziąć pod uwagę podczas obliczeń, to nie jest aż tak wiele. Nie wyczerpują one jednak wszystkich zaburzeń na orbicie satelity. W rzeczywistości na każdy parametr ruchu Księżyca stale wpływa wiele czynników. Wszystko to komplikuje zadanie przewidywania dokładnej lokalizacji satelity. A uwzględnienie wszystkich tych parametrów jest często najważniejszym zadaniem. Przykładowo obliczenie trajektorii Księżyca i jej dokładność wpływa na powodzenie misji wysłanego na niego statku kosmicznego.
Wpływ Księżyca na Ziemię
Satelita naszej planety jest stosunkowo niewielki, ale jego wpływ jest wyraźnie widoczny. Być może wszyscy wiedzą, że to Księżyc tworzy pływy na Ziemi. Tutaj musimy od razu dokonać zastrzeżenia: Słońce również powoduje podobny efekt, ale ze względu na znacznie większą odległość wpływ pływowy oprawy jest mało zauważalny. Ponadto zmiany poziomu wody w morzach i oceanach są również związane ze specyfiką obrotu samej Ziemi.
Wpływ grawitacyjny Słońca na naszą planetę jest około dwieście razy większy niż Księżyca. Jednak siły pływowe zależą przede wszystkim od niejednorodności pola. Odległość dzieląca Ziemię od Słońca wygładza je, przez co wpływ znajdującego się blisko nas Księżyca jest silniejszy (dwa razy większy niż w przypadku oprawy).
Fala pływowa powstaje po tej stronie planety, która jest obecnie zwrócona w stronę nocnej gwiazdy. Po przeciwnej stronie jest także przypływ. Gdyby Ziemia była nieruchoma, wówczas fala przemieszczałaby się z zachodu na wschód, znajdując się dokładnie pod Księżycem. Jego pełny obrót miałby zostać zakończony w nieco ponad 27 dni, czyli w ciągu miesiąca gwiezdnego. Jednak okres wokół osi jest nieco krótszy niż 24 godziny, w rezultacie fala biegnie wzdłuż powierzchni planety ze wschodu na zachód i kończy jeden obrót w ciągu 24 godzin i 48 minut. Ponieważ fala stale napotyka kontynenty, porusza się do przodu w kierunku ruchu Ziemi i wyprzedza w swoim biegu satelitę planety.
Usunięcie orbity Księżyca
Fala pływowa powoduje ruch ogromnej masy wody. Ma to bezpośredni wpływ na ruch satelity. Imponująca część masy planety zostaje odsunięta od linii łączącej oba ciała i przyciąga Księżyc do siebie. W rezultacie satelita doświadcza momentu siły, który przyspiesza jego ruch.
Jednocześnie kontynenty wpadające w falę pływową (poruszają się szybciej od tej fali, ponieważ Ziemia obraca się z większą prędkością niż Księżyc) doświadczają siły, która je spowalnia. Prowadzi to do stopniowego spowolnienia rotacji naszej planety.
W wyniku oddziaływania pływowego obu ciał, a także działania i momentu pędu, satelita przemieszcza się na wyższą orbitę. W tym samym czasie prędkość Księżyca maleje. Zaczyna poruszać się wolniej na orbicie. Coś podobnego dzieje się z Ziemią. Spowalnia, co skutkuje stopniowym zwiększaniem długości dnia.
Księżyc oddala się od Ziemi o około 38 mm rocznie. Badania paleontologów i geologów potwierdzają obliczenia astronomów. Proces stopniowego spowalniania Ziemi i usuwania Księżyca rozpoczął się około 4,5 miliarda lat temu, czyli od momentu uformowania się obu ciał. Dane badaczy potwierdzają założenie, że wcześniej miesiąc księżycowy był krótszy, a Ziemia obracała się z większą prędkością.
Fala pływowa występuje nie tylko w wodach oceanów świata. Podobne procesy zachodzą w płaszczu i skorupie ziemskiej. Są one jednak mniej zauważalne, ponieważ warstwy te nie są tak plastyczne.
Usunięcie Księżyca i spowolnienie Ziemi nie będzie trwało wiecznie. Ostatecznie okres obrotu planety zrówna się z okresem obrotu satelity. Księżyc będzie „zawisał” nad jednym obszarem powierzchni. Ziemia i satelita będą zawsze zwrócone ku sobie tą samą stroną. Należy w tym miejscu pamiętać, że część tego procesu została już zakończona. To interakcja pływowa doprowadziła do tego, że na niebie zawsze widoczna jest ta sama strona Księżyca. W przestrzeni istnieje przykład układu znajdującego się w takiej równowadze. Nazywa się je już Plutonem i Charonem.
Księżyc i Ziemia są w ciągłej interakcji. Nie da się powiedzieć, które ciało ma większy wpływ na drugie. Jednocześnie oboje są wystawieni na działanie słońca. Inne, bardziej odległe ciała kosmiczne również odgrywają znaczącą rolę. Uwzględnienie wszystkich tych czynników powoduje, że dość trudno jest dokładnie skonstruować i opisać model ruchu satelity na orbicie wokół naszej planety. Jednak ogromna ilość zgromadzonej wiedzy, a także stale udoskonalany sprzęt, pozwalają mniej lub bardziej dokładnie przewidzieć położenie satelity w dowolnym momencie i przewidzieć przyszłość, jaka czeka każdy obiekt z osobna oraz układ Ziemia-Księżyc jako cały.
Ziemię często i nie bez powodu nazywa się podwójną planetą Ziemia-Księżyc. Księżyc (Selene, bogini Księżyca w mitologii greckiej), nasz niebiański sąsiad, był pierwszym przedmiotem bezpośrednich badań.
Księżyc jest naturalnym satelitą Ziemi, położonym w odległości 384 tys. km (60 promieni Ziemi). Średni promień Księżyca wynosi 1738 km (prawie 4 razy mniej niż Ziemi). Masa Księżyca wynosi 1/81 masy Ziemi, czyli jest znacznie większa niż podobne proporcje innych planet Układu Słonecznego (z wyjątkiem pary Pluton-Charon); dlatego układ Ziemia-Księżyc jest uważany za planetę podwójną. Posiada wspólny środek ciężkości – tzw. środek ciężkości, który znajduje się w ciele Ziemi w odległości 0,73 promienia od jej środka (1700 km od powierzchni Oceanu). Obydwa elementy układu obracają się wokół tego środka i to właśnie środek baryłki porusza się po orbicie wokół Słońca. Średnia gęstość substancji księżycowej wynosi 3,3 g/cm 3 (naziemnej - 5,5 g/cm 3). Objętość Księżyca jest 50 razy mniejsza niż Ziemi. Siła grawitacji księżycowej jest 6 razy słabsza niż ziemska. Księżyc obraca się wokół własnej osi, dlatego jest lekko spłaszczony na biegunach. Oś obrotu Księżyca tworzy kąt 83°22" z płaszczyzną orbity Księżyca. Płaszczyzna orbity Księżyca nie pokrywa się z płaszczyzną orbity Ziemi i jest do niej nachylona pod kątem 5° 9". Miejsca przecięcia orbit Ziemi i Księżyca nazywane są węzłami orbity Księżyca.
Orbita Księżyca jest elipsą, w jednym z ognisk, w którym znajduje się Ziemia, dlatego odległość Księżyca od Ziemi waha się od 356 do 406 tysięcy km. Okres orbitalnej rewolucji Księżyca i odpowiednio to samo położenie Księżyca na sferze niebieskiej nazywany jest miesiącem gwiazdowym (gwiazdowym) (łac. Sidus, sideris (rodzaj) - gwiazda). To 27,3 ziemskich dni. Miesiąc gwiazdowy pokrywa się z okresem dziennego obrotu Księżyca wokół własnej osi na skutek ich identycznej prędkości kątowej (ok. 13,2° na dobę), ustalonej w wyniku hamowania Ziemi. Ze względu na synchronizację tych ruchów Księżyc zawsze jest zwrócony w naszą stronę jedną stroną. Widzimy jednak prawie 60% jego powierzchni na skutek libracji – pozornego kołysania Księżyca w górę i w dół (w wyniku niedopasowania płaszczyzn orbit Księżyca i Ziemi oraz nachylenia osi obrotu Księżyca do orbity) oraz w lewo i w prawo (ze względu na fakt, że Ziemia znajduje się w jednym z ognisk orbity Księżyca, a widoczna półkula Księżyca jest zwrócona w stronę środka elipsy).
Podczas poruszania się po Ziemi Księżyc zajmuje różne pozycje względem Słońca. Związane są z tym różne fazy Księżyca, czyli różne kształty jego widocznej części. Główne cztery fazy to: nów, pierwsza kwadra, pełnia i ostatnia kwadra. Linia na powierzchni Księżyca oddzielająca oświetloną część Księżyca od nieoświetlonej części nazywa się terminatorem.
Podczas nowiu Księżyc znajduje się pomiędzy Słońcem a Ziemią i jest zwrócony w stronę Ziemi nieoświetloną stroną, dlatego jest niewidoczny. W pierwszej kwadrze Księżyc jest widoczny z Ziemi w odległości kątowej 90° od Słońca, a promienie słoneczne oświetlają tylko prawą połowę strony Księżyca zwróconej w stronę Ziemi. Podczas pełni Księżyca Ziemia znajduje się pomiędzy Słońcem a Księżycem, półkula Księżyca zwrócona w stronę Ziemi jest jasno oświetlona przez Słońce, a Księżyc jest widoczny jako pełny dysk. Podczas ostatniej kwadry Księżyc jest ponownie widoczny z Ziemi w odległości kątowej 90° od Słońca, a promienie słoneczne oświetlają lewą połowę widocznej strony Księżyca. W przerwach pomiędzy tymi głównymi fazami Księżyc jest widoczny jako sierp lub niekompletny dysk.
Okres całkowitej zmiany faz Księżyca, czyli okres powrotu Księżyca do pierwotnego położenia względem Słońca i Ziemi, nazywany jest miesiącem synodycznym. Średnio wynosi 29,5 dni słonecznych. W miesiącu synodycznym na Księżycu następuje jednorazowa zmiana dnia i nocy, której czas trwania wynosi = 14,7 dnia. Miesiąc synodyczny jest o ponad dwa dni dłuższy niż miesiąc gwiazdowy. Wynika to z faktu, że kierunek obrotu osiowego Ziemi i Księżyca pokrywa się z kierunkiem ruchu orbitalnego Księżyca. Kiedy Księżyc zakończy pełny obrót wokół Ziemi w ciągu 27,3 dnia, Ziemia posunie się o około 27° na swojej orbicie wokół Słońca, ponieważ jej prędkość kątowa orbity wynosi około 1° dziennie. W tym przypadku Księżyc zajmie tę samą pozycję wśród gwiazd, ale nie będzie w fazie pełni księżyca, ponieważ w tym celu musi przesunąć się na swojej orbicie o kolejne 27° za „ucieczoną” Ziemią. Ponieważ prędkość kątowa Księżyca wynosi w przybliżeniu 13,2° na dzień, pokonuje on tę odległość w około dwa dni i dodatkowo przemieszcza się o kolejne 2° za poruszającą się Ziemią. W rezultacie miesiąc synodyczny okazuje się o ponad dwa dni dłuższy niż miesiąc gwiezdny. Chociaż Księżyc porusza się wokół Ziemi z zachodu na wschód, jego pozorny ruch na niebie następuje ze wschodu na zachód ze względu na dużą prędkość obrotu Ziemi w porównaniu z ruchem orbitalnym Księżyca. Co więcej, w czasie górnej kulminacji (najwyższego punktu swojej ścieżki na niebie) Księżyc wskazuje kierunek południka (północ – południe), co można wykorzystać do przybliżonej orientacji na ziemi. A ponieważ górna kulminacja Księżyca w różnych fazach następuje o różnych porach dnia: w pierwszej kwadrze – około 18, podczas pełni – o północy, w ostatniej kwadrze – około 6 rano rano (czas lokalny), można go również wykorzystać do przybliżonego oszacowania czasu w nocy.
W 1609 roku, po wynalezieniu teleskopu, ludzkość po raz pierwszy mogła szczegółowo zbadać swojego satelitę kosmicznego. Od tego czasu Księżyc jest najlepiej zbadanym ciałem kosmicznym, a także pierwszym, które człowiekowi udało się odwiedzić.
Pierwszą rzeczą, którą musimy ustalić, jest to, jaki jest nasz satelita? Odpowiedź jest nieoczekiwana: chociaż Księżyc jest uważany za satelitę, technicznie rzecz biorąc jest to ta sama pełnoprawna planeta co Ziemia. Ma duże wymiary – 3476 kilometrów średnicy na równiku – i masę 7,347 × 10 22 kilogramów; Księżyc jest tylko nieznacznie gorszy od najmniejszej planety Układu Słonecznego. Wszystko to czyni go pełnoprawnym uczestnikiem układu grawitacyjnego Księżyc-Ziemia.
Inny taki tandem znany jest w Układzie Słonecznym i Charonie. Choć cała masa naszego satelity stanowi nieco ponad jedną setną masy Ziemi, Księżyc nie krąży wokół samej Ziemi – mają one wspólny środek masy. A bliskość satelity do nas powoduje inny interesujący efekt, blokowanie pływów. Z tego powodu Księżyc zawsze jest zwrócony tą samą stroną w stronę Ziemi.
Co więcej, od wewnątrz Księżyc ma budowę pełnoprawnej planety - ma skorupę, płaszcz, a nawet jądro, a w odległej przeszłości były na nim wulkany. Jednak ze starożytnych krajobrazów nic nie pozostało - w ciągu czterech i pół miliarda lat historii Księżyca spadły na niego miliony ton meteorytów i asteroid, żłobiąc go i pozostawiając kratery. Niektóre uderzenia były tak silne, że przedarły skorupę aż do płaszcza. Wgłębienia powstałe w wyniku takich zderzeń utworzyły księżycowe maria, ciemne plamy na Księżycu, z których są łatwo widoczne. Co więcej, występują wyłącznie po stronie widocznej. Dlaczego? Porozmawiamy o tym dalej.
Spośród ciał kosmicznych Księżyc najbardziej wpływa na Ziemię - być może z wyjątkiem Słońca. Pływy księżycowe, które regularnie podnoszą poziom wody w oceanach świata, są najbardziej oczywistym, ale nie najpotężniejszym wpływem satelity. W ten sposób, stopniowo oddalając się od Ziemi, Księżyc spowalnia obrót planety - dzień słoneczny wydłużył się z pierwotnych 5 do współczesnych 24 godzin. Satelita służy również jako naturalna bariera przed setkami meteorytów i asteroid, przechwytując je, gdy zbliżają się do Ziemi.
I bez wątpienia Księżyc jest obiektem smakowitym dla astronomów: zarówno amatorów, jak i profesjonalistów. Chociaż odległość do Księżyca mierzono z dokładnością do metra za pomocą technologii laserowej, a próbki gleby z niego wielokrotnie sprowadzano na Ziemię, wciąż jest miejsce na odkrycia. Na przykład naukowcy polują na anomalie księżycowe – tajemnicze rozbłyski i światła na powierzchni Księżyca, z których nie wszystkie mają wyjaśnienie. Okazuje się, że nasz satelita kryje znacznie więcej, niż widać na powierzchni – poznajmy wspólnie tajemnice Księżyca!
Mapa topograficzna Księżyca
Charakterystyka Księżyca
Badania naukowe dotyczące Księżyca trwają obecnie ponad 2200 lat. Ruch satelity na ziemskim niebie, jego fazy i odległość od niego do Ziemi szczegółowo opisali starożytni Grecy - a wewnętrzną budowę Księżyca i jego historię do dziś badają statki kosmiczne. Niemniej jednak wieki pracy filozofów, a następnie fizyków i matematyków dostarczyły bardzo dokładnych danych na temat tego, jak wygląda i porusza się nasz Księżyc oraz dlaczego jest taki, a nie inny. Wszelkie informacje o satelicie można podzielić na kilka kategorii, które napływają od siebie.
Charakterystyka orbity Księżyca
Jak Księżyc porusza się po Ziemi? Gdyby nasza planeta była nieruchoma, satelita obracałby się po niemal idealnym okręgu, od czasu do czasu nieznacznie zbliżając się i oddalając od planety. Ale sama Ziemia jest wokół Słońca - Księżyc musi stale „doganiać” planetę. A nasza Ziemia nie jest jedynym ciałem, z którym oddziałuje nasz satelita. Słońce, położone 390 razy dalej niż Ziemia od Księżyca, jest 333 tysięcy razy masywniejsze od Ziemi. I nawet biorąc pod uwagę prawo odwrotnych kwadratów, zgodnie z którym intensywność dowolnego źródła energii gwałtownie spada wraz z odległością, Słońce przyciąga Księżyc 2,2 razy silniej niż Ziemia!
Dlatego ostateczna trajektoria ruchu naszego satelity przypomina spiralę i to złożoną. Oś orbity Księżyca ulega wahaniom, sam Księżyc okresowo zbliża się i oddala, a w skali globalnej nawet odlatuje od Ziemi. Te same fluktuacje prowadzą do tego, że widoczna strona Księżyca to nie ta sama półkula satelity, ale jej różne części, które naprzemiennie zwracają się w stronę Ziemi w wyniku „kołysania się” satelity na orbicie. Te ruchy Księżyca na długości i szerokości geograficznej nazywane są libracjami i pozwalają nam patrzeć poza niewidoczną stronę naszego satelity na długo przed pierwszym przelotem statku kosmicznego. Ze wschodu na zachód Księżyc obraca się o 7,5 stopnia, a z północy na południe - 6,5. Dlatego oba bieguny Księżyca można łatwo zobaczyć z Ziemi.
Specyficzne cechy orbity Księżyca są przydatne nie tylko astronomom i kosmonautom – na przykład fotografowie szczególnie doceniają superksiężyc: fazę Księżyca, w której osiąga on swój maksymalny rozmiar. Jest to pełnia księżyca, podczas której Księżyc znajduje się w perygeum. Oto główne parametry naszego satelity:
- Orbita Księżyca jest eliptyczna, jej odchylenie od idealnego koła wynosi około 0,049. Biorąc pod uwagę wahania orbitalne, minimalna odległość satelity od Ziemi (perygeum) wynosi 362 tysiące kilometrów, a maksymalna (apogeum) wynosi 405 tysięcy kilometrów.
- Wspólny środek masy Ziemi i Księżyca znajduje się 4,5 tysiąca kilometrów od środka Ziemi.
- Miesiąc gwiezdny – pełne przejście Księżyca po jego orbicie – zajmuje 27,3 dnia. Jednak na całkowity obrót wokół Ziemi i zmianę faz Księżyca potrzeba jeszcze 2,2 dnia - w końcu w czasie, gdy Księżyc porusza się po swojej orbicie, Ziemia przelatuje trzynastą część własnej orbity wokół Słońca!
- Księżyc jest pływowo związany z Ziemią – obraca się wokół własnej osi z tą samą prędkością, co wokół Ziemi. Z tego powodu Księżyc jest stale zwrócony w stronę Ziemi tą samą stroną. Ten stan jest typowy dla satelitów znajdujących się bardzo blisko planety.
- Noc i dzień na Księżycu są bardzo długie – stanowią połowę długości ziemskiego miesiąca.
- W okresach, gdy Księżyc wychodzi zza kuli ziemskiej, jest on widoczny na niebie - cień naszej planety stopniowo zsuwa się z satelity, pozwalając Słońcu go oświetlić, a następnie ponownie zakrywa. Zmiany w oświetleniu Księżyca widoczne z Ziemi nazywane są ee. Podczas nowiu satelita nie jest widoczny na niebie; podczas młodej fazy księżyca pojawia się jego cienki półksiężyc przypominający zwinięcie litery „P” w pierwszej kwadrze Księżyc jest oświetlony dokładnie w połowie, a podczas pełnia księżyca jest najbardziej zauważalna. Dalsze fazy – druga kwadra i stary księżyc – następują w odwrotnej kolejności.
Ciekawostka: ponieważ miesiąc księżycowy jest krótszy niż miesiąc kalendarzowy, czasami w jednym miesiącu mogą wystąpić dwie pełnie księżyca - druga nazywana jest „niebieskim księżycem”. Jest tak jasne jak zwykłe światło - oświetla Ziemię o natężeniu 0,25 luksa (przykładowo zwykłe oświetlenie wewnątrz domu wynosi 50 luksów). Sama Ziemia oświetla Księżyc 64 razy mocniej – aż 16 luksów. Oczywiście całe światło nie pochodzi od nas, ale odbitego światła słonecznego.
- Orbita Księżyca jest nachylona do płaszczyzny orbity Ziemi i regularnie ją przecina. Nachylenie satelity stale się zmienia i waha się od 4,5° do 5,3°. Zmiana nachylenia Księżyca zajmuje ponad 18 lat.
- Księżyc porusza się wokół Ziemi z prędkością 1,02 km/s. To znacznie mniej niż prędkość Ziemi wokół Słońca – 29,7 km/s. Maksymalna prędkość statku kosmicznego osiągnięta przez sondę słoneczną Helios-B wyniosła 66 kilometrów na sekundę.
Parametry fizyczne Księżyca i jego skład
Ludziom zajęło dużo czasu zrozumienie, jak duży jest Księżyc i z czego się składa. Dopiero w 1753 roku naukowcowi R. Boškovićowi udało się udowodnić, że Księżyc nie posiada znaczącej atmosfery, a także ciekłych mórz - przykryte przez Księżyc gwiazdy znikają natychmiast, gdy ich obecność umożliwiłaby obserwację ich stopniowe „osłabienie”. W 1966 roku sowieckiej stacji Łuna 13 pomiary właściwości mechanicznych powierzchni Księżyca trwały kolejne 200 lat. I nic nie było wiadome o niewidocznej stronie Księżyca aż do 1959 roku, kiedy aparat Luna-3 był w stanie wykonać pierwsze zdjęcia.
Załoga statku kosmicznego Apollo 11 wyniosła pierwsze próbki na powierzchnię w 1969 roku. Stali się także pierwszymi ludźmi, którzy odwiedzili Księżyc - do 1972 roku wylądowało na nim 6 statków i wylądowało na nim 12 astronautów. Często wątpiono w niezawodność tych lotów, jednak wiele uwag krytyków wynikało z ich nieznajomości zagadnień kosmicznych. Amerykańska flaga, która zdaniem zwolenników teorii spiskowych „nie mogła powiewać w pozbawionej powietrza przestrzeni Księżyca”, jest w rzeczywistości solidna i statyczna – została specjalnie wzmocniona solidnymi nićmi. Zrobiono to specjalnie w celu robienia pięknych zdjęć - zwisające płótno nie jest tak spektakularne.
Wiele zniekształceń kolorów i wypukłych kształtów w odbiciach na hełmach skafandrów kosmicznych, w których poszukiwano podróbek, wynikało z złocenia szkła, które chroniło przed promieniowaniem ultrafioletowym. Radzieccy kosmonauci, którzy oglądali transmisję na żywo z lądowania astronauty, również potwierdzili autentyczność tego, co się działo. A kto może oszukać eksperta w swojej dziedzinie?
Do dziś powstają kompletne mapy geologiczne i topograficzne naszego satelity. W 2009 roku stacja kosmiczna Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) nie tylko dostarczyła najbardziej szczegółowe zdjęcia Księżyca w historii, ale także udowodniła obecność na nim dużych ilości zamarzniętej wody. Zakończył także debatę na temat tego, czy ludzie byli na Księżycu, filmując ślady działań zespołu Apollo z niskiej orbity księżycowej. Urządzenie zostało wyposażone w sprzęt z kilku krajów, w tym z Rosji.
Ponieważ do eksploracji Księżyca przyłączają się nowe państwa kosmiczne, takie jak Chiny i prywatne firmy, codziennie napływają nowe dane. Zebraliśmy główne parametry naszego satelity:
- Powierzchnia Księżyca zajmuje 37,9x10 6 kilometrów kwadratowych - około 0,07% całkowitej powierzchni Ziemi. Niesamowite, ale to tylko o 20% więcej niż powierzchnia wszystkich zamieszkałych przez ludzi obszarów na naszej planecie!
- Średnia gęstość Księżyca wynosi 3,4 g/cm 3 . Jest ona o 40% mniejsza od gęstości Ziemi – przede wszystkim ze względu na fakt, że satelita pozbawiony jest wielu ciężkich pierwiastków, takich jak żelazo, w które bogata jest nasza planeta. Ponadto 2% masy Księżyca stanowi regolit – małe okruchy skał powstałe w wyniku kosmicznej erozji i uderzeń meteorytów, których gęstość jest mniejsza niż w przypadku zwykłej skały. Jego grubość w niektórych miejscach sięga kilkudziesięciu metrów!
- Wszyscy wiedzą, że Księżyc jest znacznie mniejszy od Ziemi, co wpływa na jego grawitację. Przyspieszenie swobodnego spadania na nią wynosi 1,63 m/s 2 - tylko 16,5 procent całej siły grawitacyjnej Ziemi. Skoki astronautów na Księżycu były bardzo wysokie, mimo że ich skafandry kosmiczne ważyły 35,4 kilograma – prawie jak zbroja rycerska! Jednocześnie nadal się powstrzymywali: upadek w próżni był dość niebezpieczny. Poniżej film przedstawiający skok astronauty z transmisji na żywo.
- Marie księżycowe pokrywają około 17% całego Księżyca – głównie jego widoczną stronę, która pokrywa prawie jedną trzecią. Są to ślady uderzeń szczególnie ciężkich meteorytów, które dosłownie zdarły skorupę z satelity. W tych miejscach jedynie cienka, półkilometrowa warstwa zastygłej lawy – bazaltu – oddziela powierzchnię od płaszcza Księżyca. Ponieważ stężenie ciał stałych wzrasta bliżej środka każdego dużego ciała kosmicznego, w księżycowych morzach jest więcej metalu niż gdziekolwiek indziej na Księżycu.
- Główną formą reliefu Księżyca są kratery i inne pochodne uderzeń i fal uderzeniowych sterydów. Zbudowano ogromne księżycowe góry i cyrki, które zmieniły strukturę powierzchni Księżyca nie do poznania. Ich rola była szczególnie duża na początku historii Księżyca, kiedy był on jeszcze płynny – wodospady wznosiły całe fale roztopionego kamienia. Spowodowało to również powstanie mórz księżycowych: strona zwrócona w stronę Ziemi była gorętsza ze względu na stężenie w niej ciężkich substancji, dlatego asteroidy oddziaływały na nią silniej niż chłodna tylna strona. Powodem tego nierównomiernego rozkładu materii była grawitacja Ziemi, która była szczególnie silna na początku historii Księżyca, kiedy był on bliżej.
- Oprócz kraterów, gór i mórz, na Księżycu znajdują się jaskinie i pęknięcia – żyjący świadkowie czasów, gdy wnętrzności Księżyca były tak gorące jak , a wulkany były na nim aktywne. Jaskinie te często zawierają lód wodny, podobnie jak kratery na biegunach, dlatego często uważa się je za miejsca przyszłych baz księżycowych.
- Prawdziwy kolor powierzchni Księżyca jest bardzo ciemny, zbliżony do czerni. Na całym Księżycu występuje różnorodność kolorów - od turkusowego błękitu po prawie pomarańczowy. Jasnoszary odcień Księżyca z Ziemi i na zdjęciach wynika z silnego oświetlenia Księżyca przez Słońce. Ze względu na ciemny kolor powierzchnia satelity odbija tylko 12% wszystkich promieni padających od naszej gwiazdy. Gdyby Księżyc był jaśniejszy, podczas pełni księżyca byłby jasny jak dzień.
Jak powstał Księżyc?
Badanie minerałów księżycowych i ich historii jest jedną z najtrudniejszych dyscyplin dla naukowców. Powierzchnia Księżyca jest otwarta na promienie kosmiczne i nie ma na niej nic, co mogłoby zatrzymać ciepło - dlatego satelita w ciągu dnia nagrzewa się do 105°C, a w nocy ochładza się do –150°C. tygodniowy czas trwania dnia i nocy zwiększa wpływ na powierzchnię - w rezultacie minerały Księżyca zmieniają się z czasem nie do poznania. Udało nam się jednak czegoś dowiedzieć.
Dziś uważa się, że Księżyc powstał w wyniku zderzenia dużej planety w stanie embrionalnym, Thei, z Ziemią, do którego doszło miliardy lat temu, kiedy nasza planeta była całkowicie stopiona. Część planety, która się z nami zderzyła (a była wielkości ), została wchłonięta - ale jej jądro wraz z częścią materii powierzchniowej Ziemi zostało przez bezwładność wyrzucone na orbitę, gdzie pozostało w postaci Księżyca .
Dowodzi tego niedobór żelaza i innych metali na Księżycu, o którym już wspominaliśmy – zanim Theia wyrwała kawałek ziemskiej materii, większość ciężkich pierwiastków naszej planety została wciągnięta przez grawitację do wewnątrz, do jądra. Zderzenie to wpłynęło na dalszy rozwój Ziemi – zaczęła ona szybciej się obracać, a jej oś obrotu przechyliła się, co umożliwiło zmianę pór roku.
Następnie Księżyc rozwinął się jak zwykła planeta - utworzył żelazny rdzeń, płaszcz, skorupę, płyty litosferyczne, a nawet własną atmosferę. Jednak niska masa i skład ubogi w ciężkie pierwiastki spowodowały, że wnętrze naszego satelity szybko się ochłodziło, a atmosfera wyparowała z powodu wysokiej temperatury i braku pola magnetycznego. Jednak w środku nadal zachodzą pewne procesy - z powodu ruchów w litosferze Księżyca czasami zdarzają się trzęsienia księżyca. Stanowią jedno z głównych zagrożeń dla przyszłych kolonizatorów Księżyca: ich skala sięga 5,5 punktu w skali Richtera i trwają znacznie dłużej niż te na Ziemi - nie ma oceanu zdolnego wchłonąć impuls ruchu wnętrza Ziemi .
Głównymi pierwiastkami chemicznymi na Księżycu są krzem, aluminium, wapń i magnez. Minerały tworzące te pierwiastki są podobne do tych na Ziemi, a nawet można je znaleźć na naszej planecie. Jednak główną różnicą między minerałami Księżyca jest brak narażenia na wodę i tlen wytwarzany przez istoty żywe, wysoki udział zanieczyszczeń meteorytowych i ślady skutków promieniowania kosmicznego. Warstwa ozonowa Ziemi powstała dość dawno temu, a atmosfera spala większość masy spadających meteorytów, dzięki czemu woda i gazy powoli, ale niezawodnie zmieniają wygląd naszej planety.
Przyszłość Księżyca
Księżyc jest pierwszym po Marsie ciałem kosmicznym, które rości sobie prawo do pierwszeństwa kolonizacji przez człowieka. W pewnym sensie Księżyc został już opanowany - ZSRR i USA pozostawiły na satelicie regalia państwowe, a orbitalne radioteleskopy kryją się za niewidoczną od Ziemi stroną Księżyca, generatorem wielu zakłóceń w powietrzu . Jaka jednak przyszłość czeka naszego satelitę?
Głównym procesem, o którym wspomniano już nie raz w artykule, jest oddalanie się Księżyca na skutek przyspieszenia pływowego. Dzieje się to dość powoli – satelita oddala się nie więcej niż 0,5 centymetra rocznie. Ważne jest tu jednak coś zupełnie innego. Oddalając się od Ziemi, Księżyc spowalnia swój obrót. Wcześniej czy później może nadejść moment, w którym dzień na Ziemi będzie trwał tyle, co miesiąc księżycowy – 29–30 dni.
Jednak usunięcie Księżyca będzie miało swoje granice. Po dotarciu do niego Księżyc zacznie po kolei zbliżać się do Ziemi – i to znacznie szybciej, niż się oddalał. Nie będzie jednak możliwe całkowite zderzenie się z nim. 12–20 tysięcy kilometrów od Ziemi zaczyna się płat Roche’a – granica grawitacyjna, przy której satelita planety może utrzymać stały kształt. Dlatego w miarę zbliżania się Księżyc zostanie rozerwany na miliony małych fragmentów. Część z nich spadnie na Ziemię, powodując bombardowanie tysiące razy silniejsze niż nuklearne, a reszta utworzy pierścień wokół planety niczym. Nie będzie jednak tak jasno – pierścienie gazowych gigantów składają się z lodu, który jest wielokrotnie jaśniejszy od ciemnych skał Księżyca – nie zawsze będą widoczne na niebie. Pierścień Ziemi stworzy problem dla astronomów przyszłości - jeśli oczywiście do tego czasu ktoś pozostanie na planecie.
Kolonizacja Księżyca
Wszystko to jednak wydarzy się za miliardy lat. Do tego czasu ludzkość postrzega Księżyc jako pierwszy potencjalny obiekt kolonizacji kosmosu. Co jednak dokładnie oznacza „eksploracja Księżyca”? Teraz wspólnie przyjrzymy się najbliższym perspektywom.
Wiele osób uważa kolonizację kosmosu za coś podobnego do kolonizacji Ziemi w New Age - znajdowania cennych zasobów, wydobywania ich, a następnie sprowadzania z powrotem do domu. Nie dotyczy to jednak kosmosu – za kilkaset lat dostarczenie kilograma złota nawet z najbliższej asteroidy będzie kosztować więcej niż wydobycie go z najbardziej skomplikowanych i niebezpiecznych kopalni. Ponadto jest mało prawdopodobne, aby Księżyc w najbliższej przyszłości działał jako „sektor daczy Ziemi” - chociaż znajdują się tam duże złoża cennych zasobów, trudno będzie tam uprawiać żywność.
Ale nasz satelita może stać się bazą do dalszej eksploracji kosmosu w obiecujących kierunkach - na przykład Marsa. Głównym problemem dzisiejszej astronautyki są ograniczenia masy statków kosmicznych. Aby wystartować, musisz zbudować potworne konstrukcje, które wymagają ton paliwa - w końcu musisz pokonać nie tylko grawitację Ziemi, ale także atmosferę! A jeśli jest to statek międzyplanetarny, należy go również zatankować. To poważnie ogranicza projektantów, zmuszając ich do przedkładania oszczędności nad funkcjonalnością.
Księżyc znacznie lepiej nadaje się na platformę startową dla statków kosmicznych. Brak atmosfery i niska prędkość do pokonania grawitacji Księżyca – 2,38 km/s w porównaniu do 11,2 km/s na Ziemi – znacznie ułatwiają starty. A złoża minerałów satelity pozwalają zaoszczędzić na masie paliwa - kamieniu na szyi astronautyki, który zajmuje znaczną część masy każdego aparatu. Gdyby na Księżycu rozwinęła się produkcja paliwa rakietowego, możliwe byłoby wystrzelenie dużych i skomplikowanych statków kosmicznych złożonych z części dostarczonych z Ziemi. A montaż na Księżycu będzie znacznie łatwiejszy niż na niskiej orbicie okołoziemskiej – i znacznie bardziej niezawodny.
Istniejące dziś technologie umożliwiają, jeśli nie całkowicie, to częściowo realizację tego projektu. Jednak wszelkie kroki w tym kierunku wymagają ryzyka. Inwestycja ogromnych sum pieniędzy będzie wymagała badań w zakresie niezbędnych minerałów, a także opracowania, dostawy i testowania modułów dla przyszłych baz księżycowych. A szacowany koszt wystrzelenia nawet pierwszych elementów może zrujnować całe supermocarstwo!
Dlatego kolonizacja Księżyca jest nie tyle dziełem naukowców i inżynierów, ile ludzi całego świata, aby osiągnąć tak cenną jedność. W jedności ludzkości leży prawdziwa siła Ziemi.
Księżyc- jedyne ciało niebieskie krążące wokół Ziemi, nie licząc sztucznych satelitów Ziemi stworzonych przez człowieka w ostatnich latach.
Księżyc porusza się nieprzerwanie po gwiaździstym niebie i w stosunku do dowolnej gwiazdy w ciągu dnia porusza się w kierunku dziennego obrotu nieba o około 13°, by po 27,1/3 dniach powracać do tych samych gwiazd, zapisując pełny okrąg w sfera niebieska. Dlatego nazywa się okres, w którym Księżyc dokonuje pełnego obrotu wokół Ziemi w stosunku do gwiazd gwiazdowy (lub gwiazdowy)) miesiąc; to jest 27,1/3 dnia. Księżyc porusza się wokół Ziemi po orbicie eliptycznej, zatem odległość Ziemi od Księżyca zmienia się o prawie 50 tys. km. Przyjmuje się, że średnia odległość Ziemi od Księżyca wynosi 384 386 km (w zaokrągleniu – 400 000 km). Jest to dziesięciokrotność długości równika ziemskiego.
Księżyc Sama nie emituje światła, dlatego na niebie widoczna jest jedynie jej powierzchnia, czyli strona dzienna, oświetlona przez Słońce. Noc, ciemna, niewidoczna. Przemieszczając się po niebie z zachodu na wschód, w ciągu 1 godziny Księżyc przesuwa się na tle gwiazd o około pół stopnia, czyli o wielkość bliską jego pozornej wielkości, a w ciągu 24 godzin - o 13°. PRZEZ miesiąc Księżyc na niebie dogania i wyprzedza Słońce, a fazy Księżyca zmieniają się: nów , Pierwszy kwartał , pełnia księżyca I Ostatni kwartał .
W nów Księżyca nie da się zobaczyć nawet przez teleskop. Znajduje się w tym samym kierunku co Słońce (tylko nad nim lub pod nim) i jest zwrócona w stronę Ziemi przez półkulę nocną. Dwa dni później, gdy Księżyc oddala się od Słońca, na zachodnim niebie na tle wieczornego świtu na kilka minut przed jego zachodem widać wąski sierp. Pierwsze pojawienie się półksiężyca po nowiu zostało nazwane przez Greków „neomenią” („księżyc w nowiu”). Od tego momentu rozpoczyna się miesiąc księżycowy.
7 dni 10 godzin po nowiu księżyca, faza zwana Pierwszy kwartał. W tym czasie Księżyc oddalił się od Słońca o 90°. Z Ziemi widoczna jest tylko prawa połowa tarczy Księżyca, oświetlona przez Słońce. Po zachodzie słońca Księżyc znajduje się na południowym niebie i zachodzi około północy. Kontynuując oddalanie się od Słońca coraz bardziej w lewo. Księżyc wieczorem pojawia się już po wschodniej stronie nieba. Przychodzi po północy, każdego dnia coraz później.
Gdy Księżyc pojawia się w kierunku przeciwnym do Słońca (w odległości kątowej 180 od niego), przychodzi pełnia księżyca. Od nowiu minęło 14 dni i 18 godzin Księżyc zaczyna zbliżać się do Słońca z prawej strony.
Następuje spadek oświetlenia prawej części dysku księżycowego. Odległość kątowa między nim a Słońcem zmniejsza się ze 180 do 90°. Ponownie widoczna jest tylko połowa dysku Księżyca, ale jego lewa część. Od nowiu księżyca minęły 22 dni i 3 godziny. Ostatni kwartał. Księżyc wschodzi około północy i świeci przez drugą połowę nocy, kończąc o wschodzie słońca na południowym niebie.
Szerokość półksiężyca Księżyca nadal maleje, i Księżyc stopniowo zbliża się do Słońca z prawej (zachodniej) strony. Pojawiający się na wschodnim niebie każdego dnia później półksiężyc staje się bardzo wąski, ale jego rogi są zwrócone w prawo i wyglądają jak litera „C”.
Mówią, Księżyc stary. W nocnej części dysku widoczne jest popielate światło. Odległość kątowa między Księżycem a Słońcem zmniejsza się do 0°. Wreszcie, Księżyc dogania Słońce i znów staje się niewidzialny. Zbliża się kolejny nów księżyca. Miesiąc księżycowy dobiegł końca. Minęło 29 dni 12 godzin 44 minut 2,8 sekundy, czyli prawie 29,53 dnia. Okres ten nazywa się miesiąc synodyczny (od greckiego sy „połączenie nodos, zbliżenie).
Okres synodyczny związany jest z widoczną pozycją ciała niebieskiego względem Słońca na niebie. Księżycowy miesiąc synodyczny to okres pomiędzy kolejnymi fazami o tej samej nazwie Księżyce.
Twoja ścieżka na niebie w stosunku do gwiazd Księżyc kończy 7 godzin 43 minut 11,5 sekundy w 27 dni (w zaokrągleniu - 27,32 dni). Okres ten nazywa się gwiezdny (od łacińskiego sideris - gwiazda) lub miesiąc gwiazdowy .
Nr 7 Zaćmienie Księżyca i Słońca, ich analiza.
Zaćmienia Słońca i Księżyca to ciekawe zjawisko naturalne, znane człowiekowi od czasów starożytnych. Występują stosunkowo często, ale nie są widoczne ze wszystkich obszarów powierzchni ziemi i dlatego dla wielu wydają się rzadkie.
Zaćmienie słońca ma miejsce, gdy nasz naturalny satelita - Księżyc - w swoim ruchu przechodzi na tle dysku słonecznego. Dzieje się to zawsze w czasie nowiu księżyca. Księżyc znajduje się bliżej Ziemi niż Słońce, prawie 400 razy, a jednocześnie jego średnica jest również około 400 razy mniejsza od średnicy Słońca. Dlatego pozorne rozmiary Ziemi i Słońca są prawie takie same, a Księżyc może zakryć Słońce. Ale nie przy każdym nowiu następuje zaćmienie słońca. Ze względu na nachylenie orbity Księżyca w stosunku do orbity Ziemi, Księżyc zwykle „nieznacznie” „chybia” i przechodzi nad lub pod Słońcem w czasie nowiu. Jednak co najmniej 2 razy w roku (ale nie więcej niż pięć) cień Księżyca pada na Ziemię i następuje zaćmienie słońca.
Cień i półcień Księżyca padają na Ziemię w postaci owalnych plam, które poruszają się z prędkością 1 km. na sekundę biegną po powierzchni ziemi z zachodu na wschód. Na obszarach znajdujących się w cieniu Księżyca widoczne jest całkowite zaćmienie Słońca, to znaczy Słońce jest całkowicie zasłonięte przez Księżyc. Na obszarach objętych półcieniem dochodzi do częściowego zaćmienia Słońca, to znaczy Księżyc zasłania tylko część dysku słonecznego. Poza półcieniem w ogóle nie występuje zaćmienie.
Najdłuższy czas trwania fazy całkowitego zaćmienia nie przekracza 7 minut. 31 sek. Ale najczęściej jest to od dwóch do trzech minut.
Zaćmienie Słońca rozpoczyna się od prawej krawędzi Słońca. Kiedy Księżyc całkowicie zakryje Słońce, zapada zmierzch, jak w przypadku ciemnego zmierzchu, a na zaciemnionym niebie pojawiają się najjaśniejsze gwiazdy i planety, a wokół Słońca widać piękny promienny blask perłowego koloru - koronę słoneczną, która jest zewnętrzne warstwy atmosfery słonecznej, niewidoczne poza zaćmieniem ze względu na ich niską jasność w porównaniu z jasnością dziennego nieba. Wygląd korony zmienia się z roku na rok w zależności od aktywności Słońca. Nad całym horyzontem miga różowy pierścień blasku - jest to obszar objęty cieniem Księżyca, gdzie światło słoneczne przenika z sąsiednich stref, w których nie występuje zaćmienie całkowite, a jedynie obserwuje się zaćmienie częściowe.
ZAĆMIENIE SŁOŃCA I KSIĘŻYCA
Słońce, Księżyc i Ziemia w fazach nowiu i pełni księżyca rzadko leżą na tej samej linii, ponieważ Orbita Księżyca nie leży dokładnie w płaszczyźnie ekliptyki, ale jest do niej nachylona pod kątem 5 stopni.
Zaćmienia Słońca nów. Księżyc blokuje przed nami Słońce.
Zaćmienia Księżyca. Słońce, Księżyc i Ziemia leżą na tej samej linii na scenie pełnia księżyca. Ziemia blokuje Księżyc przed Słońcem. Księżyc staje się ceglasty.
Każdego roku występują średnio 4 zaćmienia Słońca i Księżyca. Zawsze sobie towarzyszą. Na przykład, jeśli nów księżyca zbiega się z zaćmieniem słońca, wówczas zaćmienie Księżyca nastąpi dwa tygodnie później, w fazie pełni księżyca.
Astronomicznie zaćmienia Słońca mają miejsce, gdy Księżyc poruszający się wokół Słońca całkowicie lub częściowo przesłania Słońce. Pozorne średnice Słońca i Księżyca są prawie takie same, więc Księżyc całkowicie zasłania Słońce. Ale jest to widoczne z Ziemi w pełnym paśmie fazowym. Częściowe zaćmienie Słońca obserwuje się po obu stronach całkowitego pasma fazowego.
Szerokość pasma całkowitej fazy zaćmienia Słońca i czas jego trwania zależą od wzajemnych odległości Słońca, Ziemi i Księżyca. W wyniku zmian odległości zmienia się także pozorna średnica kątowa Księżyca. Gdy jest nieco większe niż zaćmienie Słońca, całkowite zaćmienie może trwać do 7,5 minuty, gdy jest równe, a następnie jedną chwilę; jeśli jest mniejsze, Księżyc nie zakrywa całkowicie Słońca. W tym drugim przypadku następuje zaćmienie obrączkowe: wokół ciemnego dysku Księżyca widoczny jest wąski, jasny pierścień słoneczny.
Podczas całkowitego zaćmienia Słońca Słońce pojawia się jako czarny dysk otoczony promieniowaniem (koroną). Światło dzienne jest tak słabe, że czasami widać gwiazdy na niebie.
Całkowite zaćmienie Księżyca ma miejsce, gdy Księżyc wchodzi w cień Ziemi.
Całkowite zaćmienie Księżyca może trwać 1,5–2 godziny. Można go obserwować z całej nocnej półkuli Ziemi, gdzie w momencie zaćmienia Księżyc znajdował się nad horyzontem. Dlatego na tym obszarze całkowite zaćmienia Księżyca można obserwować znacznie częściej niż zaćmienia Słońca.
Podczas całkowitego zaćmienia Księżyca dysk księżycowy pozostaje widoczny, ale przybiera ciemnoczerwony odcień.
Zaćmienie Słońca następuje w czasie nowiu, a zaćmienie Księżyca podczas pełni. Najczęściej w ciągu roku występują dwa zaćmienia Księżyca i dwa zaćmienia Słońca. Maksymalna możliwa liczba zaćmień wynosi siedem. Po pewnym czasie zaćmienia Księżyca i Słońca powtarzają się w tej samej kolejności. Przerwę tę nazwano saros, co w tłumaczeniu z języka egipskiego oznacza powtarzanie. Saros ma około 18 lat i 11 dni. Podczas każdego Saros występuje 70 zaćmień, z czego 42 to zaćmienia Słońca, a 28 to Księżyc. Całkowite zaćmienia Słońca na danym obszarze obserwuje się rzadziej niż zaćmienia Księżyca, raz na 200-300 lat.
WARUNKI ZAĆMIENIA SŁOŃCA
Podczas zaćmienia Słońca Księżyc przechodzi między nami a Słońcem i ukrywa go przed nami. Rozważmy bardziej szczegółowo warunki, w których może wystąpić zaćmienie słońca.
Nasza planeta Ziemia, obracając się wokół własnej osi w ciągu dnia, jednocześnie porusza się wokół Słońca i dokonuje pełnego obrotu w ciągu roku. Ziemia ma satelitę - Księżyc. Księżyc krąży wokół Ziemi i wykonuje pełny obrót w ciągu 29 i pół dnia.
Względne położenie tych trzech ciał niebieskich cały czas się zmienia. Podczas swojego ruchu wokół Ziemi Księżyc w pewnych momentach znajduje się pomiędzy Ziemią a Słońcem. Ale Księżyc jest ciemną, nieprzezroczystą kulą. Znajdując się pomiędzy Ziemią a Słońcem, niczym ogromna kurtyna zakrywa Słońce. W tym czasie strona Księżyca zwrócona w stronę Ziemi okazuje się ciemna i nieoświetlona. Dlatego zaćmienie słońca może nastąpić tylko podczas nowiu księżyca. Podczas pełni Księżyc oddala się od Ziemi w kierunku przeciwnym do Słońca i może wpaść w cień rzucany przez kulę ziemską. Wtedy będziemy obserwować zaćmienie Księżyca.
Średnia odległość Ziemi od Słońca wynosi 149,5 mln km, a średnia odległość Ziemi od Księżyca 384 tys. km.
Im bliżej znajduje się obiekt, tym wydaje nam się większy. Księżyc w porównaniu do Słońca jest prawie 400 razy bliżej nas, a jednocześnie jego średnica jest również około 400 razy mniejsza od średnicy Słońca. Dlatego pozorne rozmiary Księżyca i Słońca są prawie takie same. Księżyc może w ten sposób zasłonić przed nami Słońce.
Jednak odległości Słońca i Księżyca od Ziemi nie pozostają stałe, lecz nieznacznie się zmieniają. Dzieje się tak, ponieważ droga Ziemi wokół Słońca i droga Księżyca wokół Ziemi nie są okręgami, ale elipsami. Wraz ze zmianą odległości między tymi ciałami zmieniają się także ich pozorne rozmiary.
Jeśli w momencie zaćmienia Słońca Księżyc znajdzie się w najmniejszej odległości od Ziemi, wówczas dysk księżycowy będzie nieco większy od słonecznego. Księżyc całkowicie zakryje Słońce, a zaćmienie będzie całkowite. Jeśli podczas zaćmienia Księżyc znajdzie się w największej odległości od Ziemi, wówczas będzie miał nieco mniejszy pozorny rozmiar i nie będzie w stanie całkowicie zasłonić Słońca. Jasna obwódka Słońca pozostanie odkryta, co podczas zaćmienia będzie widoczne jako jasny, cienki pierścień wokół czarnego dysku Księżyca. Ten typ zaćmienia nazywany jest zaćmieniem obrączkowym.
Wydawać by się mogło, że zaćmienia Słońca powinny pojawiać się co miesiąc, podczas każdego nowiu księżyca. Jednak tak się nie dzieje. Gdyby Ziemia i Księżyc poruszały się w widocznej płaszczyźnie, wówczas podczas każdego nowiu Księżyc faktycznie znajdowałby się dokładnie w linii prostej łączącej Ziemię i Słońce i nastąpiłoby zaćmienie. W rzeczywistości Ziemia porusza się wokół Słońca w jednej płaszczyźnie, a Księżyc wokół Ziemi w innej. Te samoloty nie pokrywają się. Dlatego często podczas nowiu Księżyc wschodzi albo wyżej od Słońca, albo niżej.
Pozorna droga Księżyca na niebie nie pokrywa się z drogą, po której porusza się Słońce. Ścieżki te przecinają się w dwóch przeciwległych punktach, które nazywane są węzłami orbity księżycowej. W pobliżu tych punktów ścieżki Słońca i Księżyca zbliżają się do siebie. I tylko wtedy, gdy nów księżyca pojawia się w pobliżu węzła, towarzyszy mu zaćmienie.
Zaćmienie będzie całkowite lub pierścieniowe, jeśli Słońce i Księżyc znajdą się prawie w węźle podczas nowiu. Jeśli Słońce w momencie nowiu znajdzie się w pewnej odległości od węzła, wówczas środki dysków księżycowych i słonecznych nie będą się pokrywać, a Księżyc tylko częściowo zakryje Słońce. Takie zaćmienie nazywa się zaćmieniem częściowym.
Księżyc porusza się wśród gwiazd z zachodu na wschód. Dlatego zakrycie Słońca przez Księżyc zaczyna się od jego zachodniej, czyli prawej krawędzi. Stopień zamknięcia nazywany jest przez astronomów fazą zaćmienia.
Wokół miejsca cienia Księżyca znajduje się obszar półcienia, w którym następuje częściowe zaćmienie. Średnica obszaru półcienia wynosi około 6-7 tysięcy km. Dla obserwatora znajdującego się blisko krawędzi tego obszaru, tylko niewielka część dysku słonecznego będzie zasłonięta przez Księżyc. Takie zaćmienie może w ogóle pozostać niezauważone.
Czy można dokładnie przewidzieć wystąpienie zaćmienia? Naukowcy w starożytności ustalili, że po 6585 dniach i 8 godzinach, czyli 18 lat 11 dni 8 godzin, zaćmienia się powtarzają. Dzieje się tak dlatego, że po takim czasie powtarza się położenie w przestrzeni Księżyca, Ziemi i Słońca. Ten odstęp nazwano saros, co oznacza powtórzenie.
Podczas jednego Saros występują średnio 43 zaćmienia słońca, z czego 15 to częściowe, 15 pierścieniowe i 13 całkowite. Dodając 18 lat, 11 dni i 8 godzin do dat zaćmień obserwowanych podczas jednego saros, możemy przewidzieć wystąpienie zaćmień w przyszłości.
W tym samym miejscu na Ziemi całkowite zaćmienie Słońca obserwuje się raz na 250 – 300 lat.
Astronomowie obliczyli warunki widoczności zaćmień Słońca z wieloletnim wyprzedzeniem.
ZAĆMIENIE KSIĘŻYCA
Do „niezwykłych” zjawisk niebieskich zaliczają się także zaćmienia Księżyca. Tak się właśnie dzieje. Pełny jasny krąg Księżyca zaczyna ciemnieć na swojej lewej krawędzi, na dysku Księżyca pojawia się okrągły brązowy cień, przesuwa się coraz dalej i po około godzinie pokrywa cały Księżyc. Księżyc blednie i zmienia kolor na czerwono-brązowy.
Średnica Ziemi jest prawie 4 razy większa niż średnica Księżyca, a cień Ziemi, nawet w odległości Księżyca od Ziemi, jest ponad 2 1/2 razy większy od Księżyca. Dlatego Księżyc może być całkowicie zanurzony w cieniu Ziemi. Całkowite zaćmienie Księżyca jest znacznie dłuższe niż zaćmienie Słońca: może trwać 1 godzinę i 40 minut.
Z tego samego powodu, dla którego zaćmienia słońca nie występują podczas każdego nowiu, zaćmienia Księżyca nie występują podczas każdej pełni księżyca. Największa liczba zaćmień Księżyca w ciągu roku wynosi 3, ale są lata bez żadnych zaćmień; Tak było na przykład w 1951 r.
Zaćmienia Księżyca powtarzają się po tym samym czasie, co zaćmienia Słońca. W tym okresie, w ciągu 18 lat, 11 dni i 8 godzin (saros), następuje 28 zaćmień Księżyca, z czego 15 jest częściowych, a 13 całkowitych. Jak widać, liczba zaćmień Księżyca w Saros jest znacznie mniejsza niż zaćmień Słońca, a jednak zaćmienia Księżyca można obserwować częściej niż zaćmienia Słońca. Wyjaśnia to fakt, że Księżyc, pogrążając się w cieniu Ziemi, przestaje być widoczny na całej połowie Ziemi nieoświetlonej przez Słońce. Oznacza to, że każde zaćmienie Księżyca jest widoczne na znacznie większym obszarze niż jakiekolwiek zaćmienie Słońca.
Zaćmiony Księżyc nie znika całkowicie, jak Słońce podczas zaćmienia Słońca, ale jest słabo widoczny. Dzieje się tak, ponieważ część promieni słonecznych przechodzi przez atmosferę ziemską, załamuje się w niej, wchodzi w cień ziemi i uderza w Księżyc. Ponieważ czerwone promienie widma są najmniej rozproszone i osłabione w atmosferze. Podczas zaćmienia księżyc przybiera miedzianoczerwony lub brązowy odcień.
WNIOSEK
Trudno sobie wyobrazić, że zaćmienia słońca zdarzają się tak często: w końcu każdy z nas musi obserwować zaćmienia niezwykle rzadko. Wyjaśnia to fakt, że podczas zaćmienia słońca cień Księżyca nie pada na całą Ziemię. Padający cień ma kształt niemal okrągłej plamy, której średnica może sięgać co najwyżej 270 km. Miejsce to obejmie jedynie znikomy ułamek powierzchni Ziemi. W tej chwili tylko w tej części Ziemi nastąpi całkowite zaćmienie Słońca.
Księżyc porusza się po swojej orbicie z prędkością około 1 km/s, czyli szybciej niż pocisk armatni. W rezultacie jego cień porusza się z dużą prędkością po powierzchni Ziemi i przez długi czas nie może pokryć żadnego miejsca na kuli ziemskiej. Dlatego całkowite zaćmienie słońca nigdy nie może trwać dłużej niż 8 minut.
Zatem cień Księżyca poruszający się po Ziemi opisuje wąski, ale długi pas, w którym sukcesywnie obserwuje się całkowite zaćmienie Słońca. Długość całkowitego zaćmienia słońca sięga kilku tysięcy kilometrów. A jednak obszar objęty cieniem okazuje się znikomy w porównaniu z całą powierzchnią Ziemi. Ponadto oceany, pustynie i słabo zaludnione obszary Ziemi często znajdują się w strefie całkowitego zaćmienia.
Sekwencja zaćmień powtarza się niemal dokładnie w tej samej kolejności przez okres zwany saros (saros to egipskie słowo oznaczające „powtórzenie”). Saros, znany w starożytności, ma 18 lat i 11,3 dnia. Rzeczywiście, zaćmienia będą się powtarzać w tej samej kolejności (po każdym zaćmieniu początkowym) po tak długim czasie, jaki jest niezbędny, aby ta sama faza Księżyca wystąpiła w tej samej odległości Księżyca od węzła jego orbity, co podczas początkowego zaćmienia .
Podczas każdego Saros występuje 70 zaćmień, z czego 41 to zaćmienia Słońca, a 29 to Księżyc. Zatem zaćmienia Słońca zdarzają się częściej niż zaćmienia Księżyca, jednak w danym punkcie powierzchni Ziemi zaćmienia Księżyca można obserwować częściej, gdyż są one widoczne na całej półkuli Ziemi, natomiast zaćmienia Słońca widoczne są jedynie w stosunkowo wąskie pasmo. Całkowite zaćmienia Słońca są szczególnie rzadkie, choć podczas każdego Saros zdarza się ich około 10.
Nr 8 Ziemia jest jak kula, elipsoida obrotu, elipsoida 3-osiowa, geoida.
Założenia o kulistym kształcie Ziemi pojawiły się w VI wieku p.n.e., a od IV wieku p.n.e. wyrażono część znanych nam dowodów na to, że Ziemia ma kształt kulisty (Pitagoras, Eratostenes). Starożytni naukowcy udowodnili kulistość Ziemi na podstawie następujących zjawisk:
- okrągły widok horyzontu na otwartych przestrzeniach, równinach, morzach itp.;
- okrągły cień Ziemi na powierzchni Księżyca podczas zaćmień Księżyca;
- zmiana wysokości gwiazd podczas przemieszczania się z północy (N) na południe (S) i z powrotem, ze względu na wypukłość linii południa itp. W swoim eseju „Na niebie” wskazał Arystoteles (384 – 322 p.n.e.) że Ziemia ma nie tylko kulisty kształt, ale także skończone wymiary; Archimedes (287 - 212 p.n.e.) udowodnił, że powierzchnia wody w stanie spokojnym jest powierzchnią kulistą. Wprowadzili także koncepcję sferoidy Ziemi jako figury geometrycznej zbliżonej kształtem do kuli.
Nowoczesna teoria badania figury Ziemi wywodzi się od Newtona (1643 - 1727), który odkrył prawo powszechnego ciążenia i zastosował je do badania figury Ziemi.
Już pod koniec lat 80. XVII w. znane były prawa ruchu planet wokół Słońca, bardzo dokładne wymiary globu określone przez Picarda na podstawie pomiarów stopniowych (1670 r.), fakt, że przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni Ziemi maleje z północy (N) na południe (S ), prawa mechaniki Galileusza i badania Huygensa nad ruchem ciał po krzywoliniowej trajektorii. Uogólnienie tych zjawisk i faktów doprowadziło naukowców do uzasadnionego poglądu na temat sferoidalności Ziemi, tj. jego odkształcenie w kierunku biegunów (płaskość).
Słynne dzieło Newtona „Matematyczne zasady filozofii naturalnej” (1867) przedstawia nową doktrynę dotyczącą kształtu Ziemi. Newton doszedł do wniosku, że figura Ziemi powinna mieć kształt elipsoidy obrotu z lekkim zaciśnięciem biegunowym (fakt ten uzasadniał zmniejszaniem długości drugiego wahadła wraz ze zmniejszaniem się szerokości geograficznej i zmniejszaniem się grawitacji od bieguna do równika na skutek fakt, że „Ziemia nieco wyżej na równiku”).
Opierając się na hipotezie, że Ziemia składa się z jednorodnej masy o gęstości, Newton teoretycznie wyznaczył kompresję polarną Ziemi (α) w pierwszym przybliżeniu na około 1:230. W rzeczywistości Ziemia jest niejednorodna: skorupa ma gęstość wynosi 2,6 g/cm3, podczas gdy średnia gęstość Ziemi wynosi 5,52 g/cm3. Nierównomierny rozkład mas Ziemi powoduje powstawanie rozległych, delikatnych wypukłości i wklęsłości, które łączą się, tworząc wzgórza, zagłębienia, zagłębienia i inne kształty. Należy pamiętać, że poszczególne wzniesienia nad Ziemią osiągają wysokość ponad 8000 metrów nad powierzchnią oceanu. Wiadomo, że powierzchnia Oceanu Światowego (MO) zajmuje 71%, ląd – 29%; średnia głębokość Oceanu Światowego wynosi 3800 m, a średnia wysokość lądu wynosi 875 m Całkowita powierzchnia powierzchni Ziemi wynosi 510 x 106 km2. Z podanych danych wynika, że większość Ziemi pokryta jest wodą, co pozwala przyjąć ją jako powierzchnię płaską (LS) i ostatecznie jako ogólną figurę Ziemi. Figurę Ziemi można przedstawić wyobrażając sobie powierzchnię, w każdym punkcie której siła grawitacji jest skierowana prostopadle do niej (wzdłuż linii pionu).
Złożoną figurę Ziemi, ograniczoną płaską powierzchnią, która jest początkiem raportu wysokości, nazywa się zwykle geoidą. W przeciwnym razie powierzchnia geoidy, jako powierzchnia ekwipotencjalna, jest unieruchomiona przez powierzchnię oceanów i mórz znajdujących się w spokojnym stanie. W przypadku kontynentów powierzchnię geoidy definiuje się jako powierzchnię prostopadłą do linii pola (Rysunek 3-1).
P.S. Nazwę figury Ziemi – geoidę – zaproponował niemiecki fizyk I.B. Listiga (1808 – 1882). Podczas mapowania powierzchni Ziemi, w oparciu o wieloletnie badania naukowców, złożoną figurę geoidy, bez utraty dokładności, zastępuje się matematycznie prostszą - elipsoida obrotu. Elipsoida rewolucji– bryła geometryczna powstała w wyniku obrotu elipsy wokół małej osi.
Elipsoida obrotu zbliża się do korpusu geoidy (odchylenie w niektórych miejscach nie przekracza 150 metrów). Wymiary elipsoidy Ziemi zostały określone przez wielu naukowców na całym świecie.
Podstawowe badania kształtu Ziemi, przeprowadzone przez rosyjskich naukowców F.N. Krasowski i A.A. Izotowa, umożliwiły opracowanie idei trójosiowej elipsoidy Ziemi, biorąc pod uwagę duże fale geoidy, w wyniku czego uzyskano jej główne parametry.
W ostatnich latach (koniec XX i początek XXI w.) parametry figury Ziemi i zewnętrznego potencjału grawitacyjnego wyznaczano za pomocą obiektów kosmicznych oraz wykorzystując metody badań astronomicznych, geodezyjnych i grawimetrycznych na tyle wiarygodnie, że obecnie mówimy o ocenie ich pomiarów w samą porę.
Trójosiowa elipsoida ziemska, charakteryzująca figurę Ziemi, dzieli się na elipsoidę ogólną ziemską (planetarną), odpowiednią do rozwiązywania globalnych problemów kartografii i geodezji oraz elipsoidę odniesienia, która jest stosowana w poszczególnych regionach, krajach świata i ich części. Elipsoida obrotowa (sferoida) to powierzchnia obrotowa w przestrzeni trójwymiarowej, utworzona przez obrót elipsy wokół jednej z jej głównych osi. Elipsoida obrotowa to bryła geometryczna powstała w wyniku obrotu elipsy wokół małej osi.
Geoida- figura Ziemi, ograniczona płaską powierzchnią potencjału grawitacyjnego, która w oceanach pokrywa się ze średnim poziomem oceanów i rozciąga się pod kontynentami (kontynentami i wyspami) tak, że powierzchnia ta jest wszędzie prostopadła do kierunku grawitacji . Powierzchnia geoidy jest gładsza niż fizyczna powierzchnia Ziemi.
Kształt geoidy nie ma dokładnego wyrażenia matematycznego, a do konstruowania rzutów kartograficznych wybiera się prawidłową figurę geometryczną, która niewiele różni się od geoidy. Najlepszym przybliżeniem geoidy jest figura uzyskana poprzez obrót elipsy wokół krótkiej osi (elipsoida)
Termin „geoida” został ukuty w 1873 roku przez niemieckiego matematyka Johanna Benedicta Listinga w odniesieniu do figury geometrycznej, dokładniej niż elipsoida obrotowa, która odzwierciedla unikalny kształt planety Ziemia.
Niezwykle złożoną figurą jest geoida. Istnieje tylko teoretycznie, ale w praktyce nie można go dotknąć ani zobaczyć. Możesz sobie wyobrazić geoidę jako powierzchnię, której siła ciężkości w każdym punkcie jest skierowana ściśle pionowo. Gdyby nasza planeta była regularną kulą wypełnioną równomiernie jakąś substancją, wówczas pion w dowolnym punkcie wskazywałby środek kuli. Ale sytuację komplikuje fakt, że gęstość naszej planety jest niejednorodna. W niektórych miejscach znajdują się ciężkie skały, w innych puste przestrzenie, góry i zagłębienia są rozsiane po całej powierzchni, a równiny i morza są również nierównomiernie rozmieszczone. Wszystko to zmienia potencjał grawitacyjny w każdym konkretnym punkcie. Fakt, że kula ma kształt geoidy, jest również przyczyną eterycznego wiatru, który wieje na naszą planetę z północy.
Witajcie drodzy czytelnicy strony! Jeszcze 4 lata temu, patrząc na Księżyc w zimowe noce, doszedłem do wniosku, że dość zabawnie porusza się on po niebie. Wtedy nie byłem zaznajomiony z mechaniką nieba i nie miałem pojęcia, że jego orbita jest nachylona do ekliptyki o 5,6 stopnia, a w ogóle astronomia była zaliczana do fizyki w cienkim liceum i dostawała 4 godziny. Ale nawet wtedy stało się jasne, że ruch orbitalny Księżyca wcale nie przebiega po okręgu, jak sobie po prostu wyobrażamy. Później byłem zszokowany zdjęciami z łazików księżycowych, aż w końcu zmusiły mnie do zwrócenia uwagi na temat Księżyca. Teraz już uczę się, aby zostać planetologiem, jednocześnie pochłaniając mnóstwo powiązanych informacji. Chciałbym podzielić się z czytelnikiem kilkoma bardzo interesującymi informacjami na temat mechaniki niebieskiej, w szczególności naszego satelity Księżyca. Współcześni astronomowie mają tendencję do uważania układu Ziemia-Księżyc za pojedynczy konglomerat i istnieje uzasadniona opinia, że układ ten jest planetą podwójną. Całkiem rozsądnie nie można rozpatrywać ruchu i interakcji z przestrzenią i innymi ciałami niebieskimi kochanki nocy oddzielnie od jej kochanki Ziemi. Aby lepiej zrozumieć pytanie, podam diagramy ruchu Księżyca wokół Ziemi, ruchu układu wokół Słońca, a także krótko opiszę 13 ruchów Ziemi, w których uczestniczy Księżyc, oraz powód niektóre z nich to jest to.
Istnieje ponad 13 ruchów ziemi, w tym pytaniu nawet nie dotkniemy wszystkich 13. Pierwszą rzeczą, którą powinieneś wiedzieć, jest to, że okresy obrotu Księżyca wokół własnej osi i okres obrotu wokół Ziemi są zsynchronizowane i zawsze widzimy jedną stronę Księżyca. Po drugie, ściśle rzecz biorąc, środek masy krąży wokół Słońca na orbicie układu Ziemia-Księżyc, a podmioty układu krążą wokół niego.
Zatem ruchy Ziemi są w porządku, a Księżyc również bierze w nich udział. W takim czy innym stopniu wszystkie czynniki obu podmiotów układu Ziemia-Księżyc są wzajemnie odzwierciedlane. 1) Pierwszym ruchem Ziemi jest obrót planety wokół własnej osi
2) Drugi ruch Ziemi – obrót planety na orbicie wokół Słońca 3) Trzeci ruch Ziemi – precesja 4) Czwarty ruch Ziemi – nutacja 5) Piąty ruch Ziemi – zmiana w nachyleniu ekliptyki 6) Szósty ruch Ziemi – zmiana mimośrodu orbity Ziemi 7) Siódmy ruch Ziemi – świecka zmiana peryhelium 8) Ósmy ruch Ziemi – paralaktyczna nierówność Słońca 9) Dziewiąty ruch Ziemi – „parada planet” 10) Dziesiąty ruch Ziemi – skutki przyciągania planet: „zakłócenia” lub „zakłócenia” 11) Jedenasty ruch Ziemi – spowodowany ruchem translacyjnym Słońca w stronę Wegi 12) Dwunasty ruch Ziemi to ruch wokół jądra galaktyki 13) Trzynasty ruch Ziemi to ruch względem centrum gromady pobliskich galaktyk. Oczywiście poruszymy tylko najbardziej widoczne aspekty wpływające na trudny ruch na orbicie. Astronomowie znają tzw. 13 ruchów Ziemi i uwzględniają je przy wyznaczaniu orbity Księżyca. Przypomnę, że współczesna nauka uważa ruch układu Księżyc-Ziemia na orbicie za jedną całość. Księżyc pod wpływem okoliczności uczestniczy we wszystkich 13 ruchach Ziemi, będąc przyczyną niektórych z nich, ale Ziemia zmusza także Księżyc do „tańczenia w jego rytm”. Co dokładnie on i Słońce powodują, że Księżyc na swojej orbicie libruje, przyspiesza w kierunku perygeum i zwalnia w kierunku apogeum. Zmień położenie półosi wielkiej orbity Księżyca względem Słońca, co zmienia jakość zaćmień – całkowitych i obrączkowych. Jeśli w momencie zaćmienia Księżyc znajduje się w perygeum, wówczas całkowite zaćmienie widzimy w środku jego cienia. I odwrotnie, gdy Księżyc będzie bliżej aphelium w węzłach swojej orbity, a stożek jego cienia nie dotknie Ziemi, w środku półcienia zobaczymy zaćmienie obrączkowe. Orbita Księżyca nie jest ściśle okrągła, ma niewielkie mimośrody, które powodują zmiany prędkości orbitalnej i superksiężyce. Takie przyspieszenia i opóźnienia na orbicie są przyczyną libracji fizycznych i optycznych, dzięki którym widzimy 59% powierzchni Księżyca. Libacje rozróżnia się na podstawie szerokości i długości geograficznej; Księżyc w rzeczywistości kołysze się, gdy krąży w przestrzeni. Gdyby oczy zewnętrznego obserwatora znajdowały się na płaszczyźnie ekliptyki, dostrzegłby dziwny „pijany” taniec Księżyca i Ziemi. Stara Dama Ziemia kołysała się dziwnie w tym walcu, podczas gdy jej blada przyjaciółka tworzyła wokół niej nieregularne ósemki. Huśtanie się i przyspieszanie w małej pętli ósemkowej i zwalnianie w dużej. Środek ósemki dokładnie pokrywa się z węzłami orbity księżycowej. Węzły orbitalne to punkty, w których orbita Księżyca przechodzi przez płaszczyznę ekliptyki. Jeśli obserwator spojrzy na przykład z bieguna północnego, zobaczy równie dziwny obraz. Konwencjonalna elipsa orbity zostanie narysowana jako nieco falista linia zygzakowata z wygładzonymi falami w perygeum i wyraźnymi w apogeum, a figura opisana przez Księżyc będzie przypominać nieco gruszkę, gdzie szersza część owocu jest apogeum orbity. Figura będzie jednak miała cechy zależne od tego, czy punkt perygeum przypada na np. nów czy pełnię; słońce swoją grawitacją doda opisywanej figurze dziwności. Wszystko we wszechświecie jest w ciągłym ruchu i wszystko jest ze sobą powiązane, na wzór orbity Księżyca będą miały wpływ także takie ruchy jak parada planet w połączeniu z położeniem względem Słońca. To samo dotyczy perygeum i aphelium orbity Ziemi względem Słońca oraz wielu opisanych tutaj kombinacji. Mam nadzieję, że czytelnikowi spodoba się ten astronomiczny szkic.