Луна движется вокруг Земли в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси. Отображением этого движения, как мы знаем, является видимое перемещение Луны на фоне звезд навстречу вращению неба. Каждые сутки Луна смещается к востоку относительно звезд примерно на 13°, а через 27,3 сут возвращается к тем же звездам, описав на небесной сфере полный круг.
Период обращения Луны вокруг Земли относительно звезд (в инерциальной системе отсчета) называется звездным или сидерическим (от лат. sidus - звезда) месяцем . Он составляет 27,3 сут.
Видимое движение Луны сопровождается непрерывным изменением ее вида - сменой фаз . Происходит это оттого, что Луна занимает различные положения относительно освещающего ее Солнца и Земли. Схема, поясняющая смену фаз Луны, показана на рисунке 20.
Когда Луна видна нам как узкий серп, остальная часть ее диска тоже слегка светится. Это явление называется пепельным светом и объясняется тем, что Земля освещает ночную сторону Луны отраженным солнечным светом.
Промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны называется синодическим месяцем (от греч. synodos - соединение); это период обращения Луны вокруг Земли относительно Солнца. Он равен (как показывают наблюдения) 29,5 сут.
Таким образом, синодический месяц длиннее сидерического. Это легко понять, зная, что одинаковые фазы Луны наступают при одинаковых ее положениях относительно Земли и Солнца. На рисунке 21 взаимное расположение Земли Т и Луны L соответствует моменту новолуния. Луна L через 27,3 сут, сделав полный оборот, займет прежнее положение относительно звезд. Земля Т за это время вместе с Луной пройдет по своей орбите относительно Солнца дугу ТТ 1 , равную почти 27°, так как каждые сутки она смещается примерно на 1°. Чтобы Луна L 1 заняла прежнее положение относительно Солнца и Земли Т 1 (пришла в новолуние), потребуется еще двое суток. Действительно, Луна проходит за сутки 360°:27,3 сут = 13°/сут, чтобы пройти дугу в 27°, ей необходимо. 27°: 13°/сут=2 сут. Так и получается, что синодический месяц Луны составляет около 29,5 земных суток.
Мы видим всегда только одно полушарие Луны. Это иногда воспринимается как отсутствие ее осевого вращения. На самом деле это объясняется равенством периодов вращения Луны вокруг оси и ее обращения вокруг Земли.
Проверьте это, обводя вокруг себя предмет и одновременно o поворачивая его вокруг оси с периодом, равным периоду обвода.
Вращаясь вокруг оси, Луна попеременно обращает к Солнцу разные свои стороны. Следовательно, на Луне происходит смена дня и ночи, и солнечные сутки равны синодическому периоду (ее обороту относительно Солнца). Таким образом, на Луне продолжительность дня равна двум земным неделям и две наши недели составляют там ночь.
Легко понять что фазы Земли и Луны взаимно противоположны. Когда Луна почти полная, Земля с Луны видна как узкий серп. На рисунке 42 представлена фотография неба и лунного горизонта с Землей, у которой видна лишь ее освещенная часть - меньше полукруга.
Упражнение 5
1. Серп Луны вечером обращен выпуклостью вправо и близок к горизонту. В какой стороне горизонта он находится?
2. Сегодня верхняя кульминация Луны произошла в полночь. Когда наступит следующая верхняя кульминация Луны?
3. Через какие промежутки времени звезды кульминируют на Луне?
2. Лунные и солнечные затмения
Земля и Луна, освещенные Солнцем (рис. 22), отбрасывают конусы тени (сходящиеся) и конусы полутени (расходящиеся). Когда Луна попадает в тень Земли полностью или частично, происходит полное или частное затмение Луны . С Земли оно видно одновременно отовсюду, где Луна над горизонтом. Фаза полного затмения Луны продолжается, пока Луна не начнет выходить из земной тени, и может длиться до 1 ч 40 мин. Солнечные лучи, преломляясь в атмосфере Земли, попадают в конус земной тени. При этом атмосфера сильно поглощает голубые и соседние с ними лучи (см. рис. 40), а пропускает внутрь конуса преимущественно красные, которые поглощаются слабее. Вот почему Луна при большой фазе затмения окрашивается в красноватый цвет, а не пропадает совсем. В старину затмения Луны боялись как страшного предзнаменования, считали, что "месяц обливается кровью". Лунные затмения бывают до трех раз в году, разделенные почти полугодовыми промежутками, и, конечно, лишь в полнолуние.
Солнечное затмение как полное видно только там, где на Землю падает пятно лунной тени . Диаметр пятна не превышает 250 км, и поэтому одновременно полное затмение Солнца видно лишь на малом участке Земли. Когда Луна перемещается по своей орбите, ее тень движется по Земле с запада на восток, вычерчивая последовательно узкую полосу полного затмения (рис. 23).
Там, где на Землю падает полутень Луны, наблюдается частное затмение Солнца (рис. 24).
Вследствие небольшого изменения расстояний Земли от Луны и Солнца видимый угловой диаметр Луны бывает то немного больше, то немного меньше солнечного, то равен ему. В первом случае полное затмение Солнца длится до 7 мин 40 с, в третьем - только одно мгновение, а во втором случае Луна вообще не закрывает Солнца целиком, наблюдается кольцеобразное затмение . Тогда вокруг темного диска Луны виден сияющий ободок солнечного диска.
На основе точного знания законов движения Земли и Луны вычислены на сотни лет вперед моменты затмений и то, где и как они будут видны. Составлены карты, на которых показаны полоса полного затмения, линии (изофазы), где затмение будет видно в одинаковой фазе, и линии, относительно которых для каждой местности можно отсчитать моменты начала, конца и середины затмения.
Солнечных затмений в году для Земли может быть от двух до пяти, в последнем случае непременно частных. В среднем в одном и том же месте полное солнечное затмение бывает видно чрезвычайно редко - лишь однажды в течение 200-300 лет.
Особый интерес для науки представляют полные затмения Солнца, наводившие ранее суеверный ужас на невежественных людей. Такие затмения считали предзнаменованием войны, конца света.
Астрономы предпринимают экспедиции в полосу полного затмения, чтобы в течение секунд, редко минут полной фазы изучать внешние разреженные оболочки Солнца, невидимые непосредственно вне затмения. Во время полного солнечного затмения небо темнеет, вдоль горизонта горит заревое кольцо - свечение атмосферы, освещенной лучами Солнца в местностях, где затмение неполное, вокруг черного солнечного диска простираются жемчужные лучи так называемой солнечной короны (см. рис. 69).
Если бы плоскость лунной орбиты совпадала с плоскостью, эклиптики, то в каждое новолуние происходило бы солнечное, а в каждое полнолуние - лунное затмение. Но плоскость лунной орбиты пересекает плоскость эклиптики под углом 5°9". Поэтому Луна обычно проходит севернее или южнее плоскости эклиптики, и затмений не происходит. Лишь в течение двух периодов в году, разделенных почти полугодом, когда в полнолунии и новолунии Луна находится вблизи эклиптики, возможно наступление затмения.
Плоскость лунной орбиты вращается в пространстве (это один из видов возмущений в движении Луны, производимых притяжением Солнца) * и за 18 лет делает полный поворот. Поэтому периоды возможных затмений смещаются по датам года. Ученые древности подметили периодичность в затмениях, связанную с этим 18-летним периодом, и могли поэтому приближенно предсказывать наступление затмений. Сейчас ошибки предвычисления моментов затмения составляют менее 1 с.
Сведения о предстоящих затмениях и об условиях их видимости даются в "Школьном астрономическом календаре".
Упражнение 6
1. Вчера было полнолуние. Может ли быть затмение Солнца завтра? через неделю?
2. Послезавтра будет солнечное затмение. Будет ли сегодня лунная ночь?
3. Можно ли с Северного полюса Земли наблюдать солнечное затмение 15 ноября? 15 апреля? Ответ пояснить.
4. Можно ли с Северного полюса Земли видеть лунные затмения, происходящие в июне и ноябре? Ответ пояснить.
5. Как отличить фазу затмения Луны от одной из ее обычных фаз?
6. Какова продолжительность солнечных затмений на Луне по сравнению с продолжительностью их на Земле?
Затмением принято называть астрономическую ситуацию, в ходе которой одно небесное тело полностью перекрывает свет другого небесного тела. Наибольшей известностью пользуются затмения Луны и Солнца. Затмения считаются интересными природными явлениями, знакомыми человечеству с древних времен. Происходят они относительно часто, но видны не с каждой точки земли. По этой причине многим затмения кажутся редким фактором. Как всем известно, планеты и их спутники не стоят на одном месте. Земля совершает обороты вокруг Солнца, а Луна перемещается вокруг Земли. Периодически возникают моменты, когда Луна в полной мере или частично перекрывает Солнце. Итак, почему происходят солнечные и лунные затмения?
Лунное затмение
В период своей полной фазы луна выглядит медно-красной, особенно в тот момент, когда она подходит к центру области тени. Такой оттенок обусловлен тем, что лучи солнца, касательные к поверхности земли, проходя через атмосферу, рассеиваются и попадают в тень Земли через толстый слой воздуха. Лучше всего это получается у лучей красного и оранжевого оттенков. Поэтому только они окрашивают лунный диск в такой цвет, исходя из состояния земной атмосферы.
Затмение солнца
Солнечное затмение – это лунная тень на поверхности Земли. Диаметр теневого пятна составляет около двухсот километров, что в несколько раз меньше земли. По этой причине затмение солнца можно увидеть только в узкой полоске на пути тени от луны. Затмение Солнца случается, когда Луна попадает между наблюдающим за ней и Солнцем, загораживая его при этом.
Так как Луна накануне затмения повернута к нам стороной, на которую не попадает свет, то накануне затмения Солнца всегда случается новолуние. Проще говоря, Луна становится невидна. Возникает впечатление, что Солнце прикрыто диском черного цвета.
Почему происходят солнечные и лунные затмения
Явления солнечного и лунного затмения хорошо наблюдаются через . Наблюдатели смогли достичь больших достижений, подтверждая эффект воздействия гравитации больших объектов космоса на световые лучи.
Подробности Категория: Солнце Опубликовано 04.10.2012 16:24 Просмотров: 9947
Солнечные и лунные затмения – это астрономические явления. Солнечное затмение заключается в том, что Луна полностью или частично закрывает (затмевает) Солнце от наблюдателя на Земле. При лунном затмении Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землёй.
Солнечное затмение
Солнечные затмения упоминаются уже в античных источниках.
Солнечное затмение возможно только в новолуние
, когда сторона Луны, обращенная к Земле, не освещена, и сама Луна не видна. Затмения возможны только в том случае, если новолуние происходит вблизи одного из двух лунных узлов
(точки пересечения видимых орбит Луны и Солнца), не далее чем примерно в 12 градусах от одного из них.
Тень Луны на земной поверхности не превышает в диаметре 270 км, поэтому солнечное затмение наблюдается только в узкой полосе на пути тени. Если наблюдатель находится в полосе тени, он видит полное солнечное затмение
, при котором Луна полностью скрывает Солнце, небо темнеет, и на нём могут появиться планеты и яркие звёзды. Вокруг скрытого Луной солнечного диска можно наблюдать солнечную корону
, которая при обычном ярком свете Солнца не видна. Для земного наблюдателя полная фаза затмения длится не более нескольких минут. Минимальная скорость движения лунной тени по земной поверхности составляет чуть более 1 км/с.
Наблюдатели, которые находятся вблизи полосы полного затмения, могут видеть частное солнечное затмение
. При частном затмении Луна проходит по диску Солнца не точно по центру, скрывая только его часть. При этом небо темнеет гораздо слабее, звёзды не появляются. Частное затмение может наблюдаться на расстоянии порядка двух тысяч километров от зоны полного затмения.
Астрономические характеристики солнечных затмений
Полным
называется такое затмение, если оно может наблюдаться как полное хотя бы где-то на поверхности Земли.
Когда наблюдатель находится в тени от Луны, он наблюдает полное солнечное затмение. Когда он находится в области полутени, он может наблюдать частное солнечное затмение
. Помимо полных и частных солнечных затмений, бывают кольцеобразные затмения
. Кольцеобразное затмение происходит, когда в момент затмения Луна находится на большем удалении от Земли, чем во время полного затмения, и конус тени проходит над земной поверхностью, не достигая её. При кольцеобразном затмении Луна проходит по диску Солнца, но оказывается меньше Солнца в диаметре, поэтому не может скрыть его полностью. В максимальной фазе затмения Солнце закрывается Луной, но вокруг Луны видно яркое кольцо незакрытой части солнечного диска. Небо при кольцеобразном затмении остаётся светлым, звёзды не появляются, наблюдать корону Солнца невозможно. Одно и то же затмение может быть видно в разных частях полосы затмения как полное или кольцеобразное. Такое затмение иногда называют полным кольцеобразным (или гибридным).
Солнечные затмения можно предсказать
. Учеными давно уже просчитаны затмения на много лет вперед. В год на Земле может происходить от 2 до 5 солнечных затмений, из них не более двух - полные или кольцеобразные. В среднем за сто лет происходит 237 солнечных затмений разного типа. Например, в Москве с XI по XVIII вв. полных солнечных затмений было всего 3. В 1887 г. также было полное затмение. Очень сильное затмение с фазой 0,96 произошло 9 июля 1945 года. Следующее полное солнечное затмение ожидается в Москве 16 октября 2126 года.
Как наблюдать солнечное затмение
Особое внимание при наблюдении солнечного затмения нужно уделить защите глаз от солнечного света. Для этого рекомендуется использовать специальные светофильтры, покрытые тонким слоем металла. Можно применить один-два слоя качественной чёрно-белой фотоплёнки, покрытой серебром. Полное солнечное затмение можно наблюдать через оптические приборы даже без затемняющих экранов, но при малейших признаках окончания затмения нужно немедленно прекратить наблюдение. Даже тоненькая полоска света, многократно усиленная через бинокль, может нанести непоправимый вред сетчатке глаза, а потому специалисты настоятельно рекомендуют использовать затемняющие светофильтры.
Лунное затмение
Лунное затмение наступает, когда Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землёй. Это хорошо видно на представленной схеме. Диаметр пятна тени 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. Когда Луна во время затмения полностью входит в тень Земли, затмение называется полным лунным затмением, когда частично - частным затмением. Два необходимых и достаточных условия наступления лунного затмения - полнолуние и близость Земли к лунному узлу (точка пересечения орбиты Луны с эклиптикой).
Наблюдение лунных затмений
Полное
Может наблюдаться на половине территории Земли там, где на момент затмения Луна находится над горизонтом. Вид затемнённой Луны с любой точки наблюдения почти одинаков. Максимальная возможная продолжительность полной фазы лунного затмения составляет 108 минут (например, 16 июля 2000 г.) Но во время даже полного затмения Луна не исчезает полностью, а становится тёмно-красной. Это объясняется тем, что Луна даже в фазе полного затмения продолжает освещаться. Солнечные лучи, проходящие по касательной к земной поверхности, рассеиваются в атмосфере Земли и за счёт этого рассеяния частично достигают Луны. Земная атмосфера наиболее прозрачна для лучей красно-оранжевой части спектра, поэтому именно эти лучи в большей мере достигают поверхности Луны при затмении. А вот если бы в момент затмения Луны (полного или частичного) наблюдатель находился на Луне, то он смог бы увидеть полное солнечное затмение (затмение Солнца Землей).
Частное
Если Луна попадает в полную тень Земли только частично, то наблюдается частное затмение. При нём часть Луны является тёмной, а часть даже в максимальной фазе остаётся в полутени и освещается солнечными лучами.
Полутеневое
Полутень - область пространства, в которой Земля заслоняет Солнце лишь частично. Если Луна проходит область полутени, но не входит в тень, происходит полутеневое затмение. При нём яркость Луны уменьшается, но незначительно: такое уменьшение практически незаметно невооружённым глазом и фиксируется только приборами.
Лунные затмения можно предсказать
. Каждый год происходят как минимум два лунных затмения, однако в связи с несовпадением плоскостей лунной и земной орбит, их фазы отличаются. Затмения повторяются в прежнем порядке каждые 6585⅓ дней (или 18 лет 11 дней и ~8 часов - это период называется сарос). Зная, где и когда наблюдалось полное лунное затмение, можно точно определить время последующих и предыдущих затмений, хорошо просматриваемых в этой местности. Эта цикличность часто помогает точно датировать события, описываемые в исторических летописях.
Методика проведения 6
урока
"Солнечные и лунные затмения"
Цель урока: формирование понятий о космических и небесных явлениях, связанных с обращением Луны вокруг Земли и видимым движением других космических тел.
Задачи обучения:
Общеобразовательные:
1) систематизация понятий о небесных явлениях: затмениях, прохождениях и покрытиях, наблюдающихся в результате взаимного перемещения и расположения небесных светил относительно земного наблюдателя и о космических явлениях – причинах вышеперечисленных небесных явлений;
2) подробное рассмотрение причин
и характеристик соответствующих
космических и небесных явлений:
- космического явления обращения Луны
вокруг Земли и его следствиях - небесных
явлениях: солнечных (полных, частных,
кольцеобразных) и лунных (теневых и
полутеневых) затмениях и о покрытиях звезд
и планет Луной;
- космического явления обращения планет
Солнечной системы вокруг Солнца и его
следствиях – небесных явлениях
прохождения Венеры и Меркурия по диску
Солнца;
- космического явления обращения спутников
планет вокруг планет-гигантов и его
следствий - небесных явлений в системах
планет-гигантов, аналогичных небесным
явлениям в системах Земля-Луна и планеты -
Солнце;
- изменения блеска затменно-переменных
звезд.
Воспитательные: формирование научного мировоззрения в ходе знакомства с историей человеческого познания и объяснения повседневно наблюдаемых небесных явлений; борьба с религиозными предрассудками; эстетическое воспитание в ходе демонстрации цветных диапозитивов и фотографий, иллюстрирующих материал урока.
Развивающие: формирование умений: формирование умений выполнять упражнения на применение основных формул сферической астрономии при решении соответствующих расчетных задач и применять подвижную карту звездного неба, звездные атласы, справочники, Астрономический календарь для определения положения и условий видимости небесных светил и протекания небесных явлений.
Ученики должны знать :
Причины и основные
характеристики небесных явлений,
порожденных обращением Луны вокруг Земли и
планет вокруг Солнца (солнечных и лунных
затмений; покрытий звезд и планет Луной;
прохождений Венеры и Меркурия по диску
Солнца; явлений в системах планет-гигантов;
изменения блеска затменно-переменных звезд)
и общие сведения об их периодичности;
- основы классификации космических и
небесных явлений и соответствующие
геометрические схемы;
- о применении знаний, приобретаемых в
результате исследования вышеперечисленных
небесных явлений.
- понятия сферической астрономии: фаза
затмения; конус тени (тень); конус полутени (полутень);
орбита Луны; узел лунной орбиты;
драконические год и месяц; сарос; период
повторения сароса.
- астрономические величины: угол наклона
плоскости лунной орбиты к эклиптике.
Ученики должны уметь :
Использовать обобщенный план
для изучения космических и небесных
явлений;
- использовать Астрономические календари,
справочники и подвижную карту звездного
неба для определения условий протекания
вышеперечисленных небесных явлений.
Наглядные пособия и демонстрации:
Фрагменты слайд-фильма
"Необыкновенные
небесные явления" (о затмениях).
Кинофильмы и кинофрагменты:
"Полное
солнечное затмение" ("Почему и как
происходят затмения Солнца"); "Двойные
звезды"; "Переменные звезды".
Фрагмент диафильма:
"Видимое
движение небесных светил".
Таблицы
: "Луна" и "Солнечные и
лунные затмения"
Приборы и инструменты
: подвижные карты
звездного неба (у каждого ученика);
Астрономический календарь на данный год;
теллурий; глобус; прибор для демонстрации
причин солнечных и лунных затмений.
Задание на дом:
1) Изучить материала учебников:
- Б.А. Воронцов-Вельяминова
: § 6(2);
упражнение 6.
- Е.П. Левитана
: § 12 (3, 4); вопросы-задания
1, 2, 7-9.
- А.В. Засова, Э.В. Кононовича
: § 5;
вопросы.
2) Выполнить задания из сборника задач Воронцова-Вельяминова Б.А. : 115, 144.
- Выполнить задания из сборника олимпиадных задач В.Г. Сурдина : 3.41.
План урока
|
Этапы урока |
Методы изложения |
Время, мин |
|
|
Проверка знаний и актуализация |
Фронтальный опрос, беседа |
||
|
Формирование понятий об основах классификации космических и небесных явлений |
Лекция, беседа |
||
|
Формирование понятий о небесных явлениях: солнечных и лунных затмениях; покрытиях звезд и планет Луной; прохождениях Венеры и Меркурия по диску Солнца; явлениях в системах планет-гигантов; изменениях блеска затменно-переменных звезд |
Лекция |
15-17 |
|
|
Решение задач |
Работа у доски, самостоятельное решение задач в тетради |
12-15 |
|
|
Обобщение пройденного материала, подведение итогов урока, домашнее задание |
|||
Методика изложения материала
В начале урока следует провести проверку знаний, приобретенных на прошлом и предыдущих уроках, актуализируя предназначенный к изучению материал вопросами и заданиями в ходе фронтального опроса. Часть учеников работает у доски, а часть выполняет письменные задания, решая задачи, связанные с применением подвижной карты звездного неба (аналогичные основным задачам упражнений 1-4). Дополнительными вопросами являются:
1. Какие небесные явления происходят в результате: вращения Земли вокруг своей оси; обращения Луны вокруг Земли; обращения Земли вокруг Солнца. Ответы учеников строятся на основе обобщенного плана для изучения космических и небесных явлений.
2. Что такое время? Какие единицы и способы измерения времени вы знаете?
3. Какова связь продолжительности отдельных космических и небесных явлений с единицами и способами измерения, счета и хранения времени и календарями?
4. Какие инструменты и способы измерения времени вы знаете? Дайте описание основных типов часов, кратко охарактеризуйте их принцип действия.
5. Какие типы календарей вы знаете? Сообщите их главные характеристики. Какой календарь мы используем в повседневной жизни? Насколько он точен? Каковы его положительные и отрицательные стороны?
6. Какие системы летоисчисления вам знакомы? Сообщите их главные характеристики. Какой системой летоисчисления мы пользуемся?
7. Как ориентироваться на местности по Солнцу? По Луне? По Полярной звезде?
8. Как определить географические координаты местности из астрономических наблюдений?
1. Сборник задач Г.П. Субботина ,
задания NN 76-78.
2. Сборник задач Е.П. Разбитной ,
задания NN 5-8 (I-III).
3. Страут Е.К. :
проверочная работа N 3 темы "Практические
основы астрономии" (варианты 1-5,
преобразованные учителем в
программированные задания).
Первый этап урока посвящен продолжению формирования системы понятий о космических и небесных явлениях. Напомнив (обсудив с учениками) определения понятий "космические явления", "небесные явления" и связь между ними, знакомим школьников с простейшими геометрическими интерпретациями ряда небесных явлений.
На втором этапе урока излагается обширный материал о солнечных и лунных затмениях, покрытиях звезд и планет Луной, прохождениях Венеры и Меркурия по диску Солнца, изменению блеска затменно-переменных звезд и других небесных явлениях. Важную роль в формировании данных понятий играет элемент наглядности: все они должны быть проиллюстрированы с помощью геометрических схем и сопровождаться демонстрациями рисунков, фотографий, диапозитивов и т.д. Помимо теллурия, объяснить особенности движение компонентов системы "Земля – Луна" и причины затмений поможет самодельный прибор Н.Д. Гамаюнова .
Затмения, прохождения и покрытия небесных светил
В ходе затмений, покрытий и прохождений одно небесное тело частично или полностью перекрывает световой поток, исходящий от поверхности другого небесного тела вдоль прямой, проходящей через центры этих светил.
1) Если А - Земля, В - Луна, С - Солнце, то на Земле наблюдается солнечное затмение (рис. 38).
Солнечные затмения происходят в новолуние, когда тень Луны падает на Землю; лунные затмения происходят в полнолуние, когда Луна входит в тень Земли. Угловые размеры Солнца и Луны почти совпадают (31њ 31¢ £ d ¤ £ 32њ 36¢ ; 29њ 20¢ £ d ¦ £ 33њ 32¢ ), и при расположении центров Земли, Луны и Солнца на одной линии затмения Солнца будут полными (d ¤ £ d m ) или кольцеобразными (d ¤ > d m ).
Рис. 38. Схема полного солнечного затмения
Лунная тень перемещается по поверхности Земли со скоростью 500-1000 м/с с запада на восток, образуя полосу затмения шириной от 40 до 200 км и длиной несколько тысяч километров, по обе стороны от которой в широкой зоне лунной полутени наблюдается частное солнечное затмение, в котором диск Луны закрывает от наблюдателя лишь часть солнечного диска.
Максимальная продолжительность полного солнечного затмения не превышает 7 минут 31 секунды.
2) Если А - Луна, В - Земля, С - Солнце, то на Земле наблюдается лунное затмение (рис. 39).
Рис. 39. Схема полного лунного затмения
Диаметр земной тени на расстоянии лунной орбиты втрое превышает диаметр Луны и полные лунные затмения продолжаются до 1 часа 40 минут, наблюдаясь практически на всей территории ночного полушария Земли. Когда Луна скрывается в тени Земли близ ее края, лунное затмение будет частным; когда Луна скрывается в полутени Земли, затмение будет полутеневым (невидимым невооруженным глазом).
Если бы Луна вращалась вокруг Земли в плоскости эклиптики, то солнечные затмения происходили бы каждое новолуние, а лунные в каждое полнолуние - 29,53 суток. Но плоскость лунной орбиты имеет наклон: i = 5њ 09¢ к плоскости эклиптики и затмения могут происходить лишь тогда, когда Луна пересекает плоскость эклиптики вблизи своего полнолуния или новолуния (проходит один из узлов своей орбиты) (рис. 40).
Промежуток времени в 27,2122... сут., за который Луна возвращается к тому же узлу своей орбиты, называется драконическим месяцем .
Он короче сидерического периода Луны и поэтому каждые 27,2122 суток Луна пересекает эклиптику в 1,5њ западнее предыдущей: узлы лунной орбиты непрерывно перемещаются по эклиптике навстречу Солнцу (рис. 41).
Рис. 41. Схема наступления солнечных затмений
Промежуток времени, за который центр диска Солнца проходит через один и тот же узел лунной орбиты, называется драконическим годом . T d = 346,62 cуток.
Солнечные затмения периодически повторяются, их наступление зависит от трех периодов: сидерического лунного месяца, драконического месяца и драконического года.
Сарос - промежуток времени, включающий целое число сидерических месяцев, драконических месяцев и драконических лет, равный 18 годам 11,3 суткам (10,3 сут.). Все затмения периодически повторяются через сарос, но поскольку он не содержит целого числа суток, каждое затмение повторяется при несколько иных условиях: путь лунной тени по земной поверхности смещается на 120њ .
Располагая данными об обстоятельствах предшествовавших затмений и саросе, можно путем относительно несложных вычислений предсказывать солнечные и лунные затмения на любой промежуток времени.
В результате расчетов было установлено, что ежегодно может произойти не менее 2 и не более 5 солнечных и не более 3 лунных затмений. На протяжении сароса происходит 41-43 солнечных и 26-29 лунных затмений.
Наблюдения солнечных затмений представляют большой интерес для науки: часто для наблюдений полных затмений снаряжаются экспедиции ученых разных стран мира. Важнейшими задачами наблюдений являются: уточнение теорий движения Земли и Луны, всестороннее изучение атмосферы Солнца, структуры и физических характеристик солнечной короны.
Наблюдения лунных затмений позволяют уточнить характеристики движения Луны и Земли, исследовать некоторые свойства земной атмосферы.
В первой половине ХХI века на территории России будут наблюдаться лишь три полных и кольцеобразных солнечных затмения:
Таблица 7
В первом десятилетии ХХI века на территории России будут наблюдаться следующие полные лунные затмения:
Таблица 8
|
Дата |
Районы видимости в РФ |
|
9. 11. 2003 г. |
Европейская часть, северо-запад Сибири |
|
4. 05. 2004 г. |
Европейская часть, запад, центр и юг Сибири |
|
28. 10. 2004 г. |
Европейская часть России |
|
3. 03. 2007 г. |
Европейская часть, запад и центр Сибири |
|
28. 08. 2007 г. |
Дальний Восток |
|
21. 02. 2008 г. |
Европейская часть России |
|
21. 12. 2010 г. |
Север Европейской части, север и восток Сибири |
Затмения происходят в системах тесных двойных звезд, при условии:
3) Если А - земля, В и С - звезды, образующие двойную систему и вращающиеся вокруг общего центра тяжести в плоскости, параллельной к лучу зрения земного наблюдателя. Вследствие точечных угловых размеров светил затмения в системах звезд наблюдаются в виде периодических изменений блеска системы: звезда на небе периодически то становится ярче, то слегка "гаснет" (рис. 42).
Рис. 42. График изменения блеска
затменно-переменной звезды b
Персея
(если звезда А ярче звезды В, то наблюдается
вторичный, слабый минимум блеска;
если звезда В ярче А, наблюдается основной
минимум блеска. При А>В (по размерам)
наблюдается кольцеобразное затмение, при A £
В наблюдается полное затмение
в системе звезд А и В)
Типичный представитель этого класса переменных , изменяющих свой блеск звезд -Алголь, b Персея, с периодом изменения блеска от 3,5 m до 2,3 m за 68 часов 49 минут. В переводе с арабского Алголь - "дьявол" или "глаз дьявола": арабские астрономы открыли (но не смогли объяснить) ее переменность около 2000 лет назад.
В настоящее время известно более 4000 затменно-переменных звезд .
Наблюдения затменно-переменных звезд позволяют определить размеры, массу, характеристики орбит звезд и получить ряд сведений об их физической природе.
Покрытия небесных светил наблюдаются при условии, когда видимые угловые размеры одного светила значительно превосходят угловые размеры другого светила:
4) Если А - Земля, В - Луна, С - звезда или планета, то на Земле наблюдается покрытие Луной этой звезды или планеты: светило скрывается за восточным краем Луны, чтобы спустя некоторое время вынырнуть из-за ее западного края (рис. 43). Наблюдения покрытий Луной звезд и планет помогают уточнить теорию движения Земли и Луны, в последнее время эти наблюдения стали привлекаться для прямых измерений размеров звезд.
Покрытия происходят также в системах планет-гигантов:
5) Если А - Земля, В - планета-гигант, С - звезда.
Эти явления происходят довольно редко и позволяют уточнить характеристики орбит планет. В 1976 году при наблюдении покрытия Ураном звезды были открыты кольца планеты.
Прохождениями одного небесного светила по диску другого называются явления, при которых одно светило проецируется на диск другого, имеющего большие угловые размеры:
6) Если А - Земля, В - Меркурий или Венера, С - Солнце, то на Земле наблюдается прохождение Меркурия или Венеры по диску Солнца. Крохотный кружочек - диск планеты проползает по солнечному диску от восточного к западному его краю (рис. 44).
Прохождения происходят и в системах планет-гигантов и в системах затменно-переменных (двойных звезд).
Наблюдения прохождений позволяют уточнить характеристики движения космических тел. При наблюдениях прохождения Венеры по диску Солнца в 1761 году М. В. Ломоносов открыл атмосферу Венеры.
Прохождения Меркурия по диску Солнца происходят раз в 10,3; 13 и 7 лет, прохождения Венеры наблюдаются гораздо реже - раз в 121,5; 105,2 и 7 лет (циклами).
Ученики самостоятельно дополняют табл. 6 сведениями об изученных на уроке космических и небесных явлениях. На это отводится до 5 минут, затем учитель проверяет и корректирует работу школьников.
|
Космические явления |
Небесные явления, возникающие вследствие данных космических явлений |
|
Вращение Луны вокруг Земли |
Отображения истинного
обращения Луны вокруг Земли: |
|
Обращение планет Солнечной системы вокруг Солнца |
1. Покрытия звезд дисками
планет (планетных тел). |
|
Вращение компонент двойных звезд вокруг центра систем |
Изменение блеска системы вследствие затмения (или покрытия) одной из звезд вторым компонентом системы |
Изученный материал закрепляется в ходе решения задач. Желательно для повторения и обобщения пройденного материала предлагать ученикам комплексные задачи, условия и способы решения которых требуют применения всех или значительной части знаний, приобретенных при изучении раздела "Основы астрометрии":
Упражнение 5:
1. Задачи, предложенные Н.Е. Шатовской :
Какая из последовательностей лунных фаз соответствует действительности? Рис.45
Рис.
45
2. Какой из рисунков может быть иллюстрацией к отрывку из стихотворения В.Я. Брюсова: Рис.46
Рис. 46
"… Снова ночи обнаженные
Заглядятся в воды сонные,
Чтоб зардеться на заре.
Тучка легкая привесится
К золотому рогу месяца,
Будет таять в серебре…"
2. Может ли произойти покрытие Луной звезды Альтаир, a Орла?
3. Нарисуйте, как выглядело звездное небо в окрестностях Солнца в момент полного солнечного затмения 31 июля 1981 года, если экваториальные координаты планет: Меркурия: a = 7 h 53 m ; d = + 21њ 42¢ ; Венеры: a = 10 h 39 m ; d = + 9њ 55¢ ; Марса: a = 6 h 37 m ; d = +23њ 27¢ .
4. В какое время нужно выходить на улицу для наблюдений полного лунного затмения 9 января 2001 года, если начало частных фаз теневого затмения 18 h 42 m , а начало полного теневого затмения 19 h 50 m по Всемирному времени. Можно ли что-то заметить невооруженным взглядом в 20 h 50 m по московскому времени?
5. Какую картину будет видеть космонавт на Луне, когда на Земле наблюдается лунное затмение? Солнечное затмение?
6. Изготовление модели теллурия.
Наглядное пособие - прибор теллурий позволяет демонстрировать причины ряда небесных явлений, связанных с вращением Земли вокруг оси, обращением Луны вокруг Земли и обращением Земли вокруг Солнца:
1. Смену дня и ночи.
2. Зависимость освещенности северного и
южного полушарий Земли от угла наклона
земной оси к плоскости эклиптики.
3. Смену времен года.
4. Солнечные и лунные затмения.
Эти прибор выпускается для школьных кабинетов физики и географии, используется на уроках природоведения и "Ознакомления с окружающим миром". К сожалению, в настоящее время он есть уже не в каждой школе, а покупка нового прибора часто затруднительна. Однако вы можете сделать для своих и школьных нужд самодельный теллурий. Для этого вам потребуется: карманный фонарик, работающий на круглых батарейках, немного тонкой и прочной проволоки, разноцветный пластилин, акварельные краски и бумага.
Снимите с фонарика футляр со стеклом и отражателем, а лампочку покрасьте желтой краской - она будет изображать Солнце. Разрежьте проволоку на две части длиной в 10-15 см и 2-3 см, согните её так, как показано на рис. 47. Из пластилина слепите шарики размерами 2 см и 5 мм - модели Земли и Луны. Соберите установку так, как показано на рис. 47. "Луна" и "Земля" должны свободно вращаться вокруг своей оси и вокруг Солнца. Расчерченную на 12 ровных частей - "месяцев в году" полоску бумаги наклейте вокруг корпуса фонарика. Напишите на ней названия месяцев.
Рис. 47. Модель теллурия
| << Предыдущая |
В древности солнечные и лунные затмения вызывали у людей суеверный ужас. Считалось, что затмения предвещают войны, голод, разорение, массовые болезни. Покрытие Солнца Луной называется солнечным затмением. Это очень красивое и редкое явление. Солнечное затмение наступает, если в момент новолуния Луна пересекает плоскость эклиптики.
Солнечное затмение.
Кольцеобразное солнечное затмение. Если диск Солнца полностью закрывается диском Луны, то затмение называют полным. В перигее Луна бывает ближе к Земле на 21 000 км от среднего расстояния, в апогее - дальше на 21 000 км. От этого изменяется угловые размеры Луны. Если угловой диаметр диска Луны (около 0,5°) оказывается немного меньше углового диаметра диска Солнца (около 0,5°), то в момент максимальной фазы затмения от Солнца остается видимым яркое узкое кольцо. Такое затмение называется кольцеобразным. И, наконец, Солнце может не полностью скрываться за диском Луны из-за несовпадения их центров на небе. Такое затмение называется частным. Наблюдать такое красивое образование, как солнечная корона, можно лишь во время полных затмений. Такие наблюдения даже в наше время многое могут дать науке, поэтому наблюдать в ту страну, где будет солнечное затмение, приезжают астрономы из многих стран.
Солнечное затмение начинается с восходом Солнца в западных районах земной поверхности и заканчивается в восточных районах при заходе Солнца. Обычно полное солнечное затмение длится несколько минут (наибольшая продолжительность полного солнечного затмения 7 мин 29 сек будет 16 июля 2186 года).
На Луне тоже бывают солнечные затмения. На Земле в это время происходят лунные затмения. Луна движется с запада на восток, поэтому солнечное затмение начинается с западного края солнечного диска. Степень покрытия Солнца Луной называется фазой солнечного затмения. Полные солнечные затмения можно видеть только в тех областях Земли, по которым проходит полоса тени Луны. Диаметр тени не превышает 270 км, поэтому полное затмение Солнца видно лишь на малом участке земной поверхности. Полное солнечное затмение 7 марта 1970 года.
На поверхности Земли хорошо заметна лунная тень. Хотя солнечные затмения происходят чаще лунных, в каждом отдельном месте Земли солнечные затмения наблюдаются гораздо реже лунных.
Причины солнечных затмений.
Плоскость лунной орбиты в пересечении с небом образует большой круг - лунный путь. Плоскость земной орбиты пересекается с небесной сферой по эклиптике. Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики под углом 5°09?. Период обращения Луны вокруг Земли (звездный, или сидерический период) Р = 27,32166 земных суток или 27 сут 7 час 43 мин.
Плоскость эклиптики и лунный путь пересекаются друг с другом по прямой линии, называемой линией узлов. Точки пересечения линии узлов с эклиптикой называются восходящим и нисходящим узлами лунной орбиты. Лунные узлы непрерывно перемещаются навстречу движению самой Луны, то есть к западу, совершая полный оборот за 18,6 года. Ежегодно долгота восходящего узла уменьшается примерно на 20°. Так как плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики под углом в 5°09?, Луна во время новолуния или полнолуния может находиться далеко от плоскости эклиптики, и диск Луны пройдет выше или ниже диска Солнца. При этом затмения не происходит. Чтобы произошло солнечное или лунное затмение, необходимо, чтобы Луна во время новолуния или полнолуния находилась вблизи восходящего или нисходящего узла своей орбиты, т.е. недалеко от эклиптики. В астрономии сохранились многие знаки, введенные в глубокой древности. Символ восходящего узла означает голову дракона Раху, набрасывающегося на Солнце и вызывающего, по индийским легендам, его затмение.
Лунные затмения.
Во время полного лунного затмения Луна полностью уходит в тень Земли. Полная фаза лунного затмения продолжается гораздо дольше, нежели полная фаза солнечного затмения. Форма края земной тени при лунных затмениях послужила древнегреческому философу и ученому Аристотелю одним из веских доказательств шарообразности Земли. Философы Древней Греции подсчитали, что Земля примерно втрое больше Луны, просто исходя из продолжительности затмений (точная величина этого коэффициента 3,66).
Луна в момент полного лунного затмения в действительности лишается солнечного света, поэтому полное лунное затмение видно из любой точки полушария Земли. Затмение начинается и заканчивается одновременно для всех географических точек. Однако местное время этого явления будет разное. Так как Луна движется с запада на восток, то первым входит в земную тень левый край Луны. Затмение может быть полным или частным в зависимости от того, входит Луна в земную тень полностью или проходит вблизи ее края. Чем ближе к лунному узлу происходит лунное затмение, тем больше его фаза. Наконец, когда диск Луны накрывает не тень, а полутень, случаются полутеневые затмения. Невооруженным глазом заметить их трудно. Во время затмения Луна прячется в тень Земли и, казалось бы, каждый раз должна исчезать из виду, т.к. Земля непрозрачна. Однако земная атмосфера рассеивает солнечные лучи, которые попадают на затмевающуюся поверхность Луны "в обход" Земли. Красноватый цвет диска обусловлен тем, что сквозь атмосферу лучше всего проходят красные и оранжевые лучи.
Красноватый цвет диска во время полного лунного затмения обусловлен рассеиванием солнечных лучей а атмосфере Земли.
Каждое лунное затмение различно по распределению яркости и цвета в земной тени. Цвет затмившейся Луны часто оценивается по специальной шкале, предложенной французским астрономом Андре Данжоном:
0 баллов - затмение очень темное, в середине затмения Луна почти или совсем не видна.
1 балл - затмение темное, серое, детали поверхности Луны совершенно не видны.
2 балла - затмение темно-красное или рыжеватое, около центра тени наблюдается более темная часть.
3 балла - затмение красно-кирпичного цвета, тень окружена сероватой или желтоватой каймой.
4 балла - затмение медно-красного цвета, очень яркое, внешняя зона светлая, голубоватая.
Если бы плоскость орбиты Луны совпадала бы с плоскостью эклиптики, то лунные затмения повторялись бы каждый месяц. Но угол между этими плоскостями составляет 5° и Луна дважды в месяц лишь пересекает эклиптику в двух точках, называемых узлами лунной орбиты. Об этих узлах знали еще древние астрономы, называя их Головой и Хвостом Дракона (Раху и Кету). Для того, чтобы произошло лунное затмение, Луна в полнолуние должна находится вблизи узла своей орбиты. За год обычно происходит 1-2 лунных затмения. В некоторые годы их может не быть вовсе, а иногда происходит и третье. В редчайших случаях бывает и четвертое затмение, но лишь частное полутеневое.
Предсказание затмений.
Промежуток времени, через который Луна возвращается к своему узлу, называется драконическим месяцем, который равен 27,21 суток. Через такое время Луна пересекает эклиптику в точке, смещенной по отношению к предыдущему пересечению на 1,5° к западу. Фазы Луны повторяются в среднем через 29,53 суток (синодический месяц). Промежуток времени в 346,62 суток, за который центр диска Солнца проходит через один и тот же узел лунной орбиты, называется драконическим годом. Период повторяемости затмений - сарос - будет равен промежутку времени, по истечении которого начала этих трех периодов будут совпадать. Сарос на древнеегипетском означает "повторение". Задолго до нашей эры, еще в древности, установили, что сарос продолжается 18 лет 11 суток 7 часов. Сарос включает в себя: 242 драконических месяца или 223 синодических месяца или 19 драконических лет. В течение каждого сароса происходит 70 до 85 затмений; из них обычно бывает около 43 солнечных и 28 лунных. На протяжении года может произойти самое большое семь затмений - либо пять солнечных и два лунных, либо четыре солнечных и три лунных. Минимальное число затмений в году - два солнечных затмения. Солнечные затмения происходят чаще лунных, но наблюдаются в одной и той же местности они редко, так как эти затмения видны только в узкой полосе тени Луны. В какой-нибудь определенной точке поверхности полное солнечное затмение наблюдается в среднем 1 раз в 200-300 лет.