Причины солнечных затмений

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 Луне, 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. 
 
 
Солнечные затмения 

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.

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). 

Луна  движется с запада на восток, поэтому  солнечное затмение начинается с  западного края солнечного диска. Степень  покрытия Солнца Луной называется фазой солнечного затмения.

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.

Хотя  солнечные затмения происходят чаще лунных, в каждом отдельном месте Земли солнечные затмения наблюдаются гораздо реже лунных. 
 
Предсказание

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 (синодический месяц) повторяются в среднем через 29,53 суток. 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.

Смена времен года

Правильное понимание  наблюдаемых небесных явлений и  места Земли в Солнечной системе  складывалось веками. Окончательно сломил представление о неподвижности  Земли Николай Коперник.

Коперник показал, что именно вращением Земли вокруг Солнца можно объяснить видимые  петлеобразные движения планет. Центром  планетной системы является Солнце.

Ось вращения Земли  отклонена от оси орбиты на угол, равный примерно 23,5°. Если бы не было этого  наклона, смены времен года не существовало бы. Регулярная смена времен года –  следствие движения Земли вокруг Солнца и наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты.

В северном полушарии  Земли наступает лето, когда северный полюс Земли освещается Солнцем, а южный полюс планеты располагается  в ее тени. При этом в южном  полушарии наступает зима. Когда  в северном полушарии весна, то в  южном – осень. Когда в северном полушарии осень, в южном – весна. Времена года в южном и северном полушариях всегда противоположны.

Примерно 21 марта и 23 сентября во всем мире день и ночь продолжаются 12 часов. Эти дни называются днями весеннего и осеннего равноденствия. Летом продолжительность светлого времени суток больше, чем зимой, следовательно, северное полушарие Земли в течение весны и лета с 21 марта по 23 сентября получает гораздо больше тепла, чем осенью и зимой с 23 сентября по 21 марта.

В соответствии со вторым законом Кеплера, орбитальная  скорость обратно пропорциональна  радиус-вектору. Поэтому скорость движения Земли по орбите также не постоянна, а изменяется от 29,5 км/с в афелии (июль) до 30,3 км/с в перигелии (январь). Соответственно, и расстояние от осеннего до весеннего равноденствия на орбите Земля проходит быстрее, чем противоположную, летнюю часть, а весна и лето в Северном полушарии на 6 суток продолжительнее осени и зимы.

Земля движется вокруг Солнца не по круговой, а по эллиптической  орбите с эксцентриситетом (т.е. смещением  фокуса относительно центра орбиты) е = 0,017. Например, Земля проходила точку перигелия, ближайшую к Солнцу, в 1998 году 04 января в 21 часов 15 минут 1 секунду всемирного времени UT. При этом ее расстояние от Солнца составляло 147099552 км. Противоположную точку орбиты, афелий, Земля проходила 3 июля 1998 года в 23 часа 50 минут 11 секунд всемирного времени UT. При этом Земля была от Солнца на расстоянии 152095605 км, т.е. на 5 миллионов километров больше. Это изменение расстояния до Солнца также хорошо заметно по изменению его видимого углового размера, который от 32?34" в январе уменьшается до 31?30" в июле.

Поток энергии  от Солнца, падающий на Землю, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния. Поэтому зимы в северном полушарии менее суровые, чем в южном, а лето в северном полушарии более прохладное. 
 
 

Видемое движения планет

Поскольку при  наблюдениях с Земли на движение планет вокруг Солнца накладывается  еще и движение Земли по своей  орбите, планеты перемещаются по небосводу  то с востока на запад (прямое движение), то с запада на восток (попятное движение). Моменты смены направления называются стояниями. Если нанести этот путь на карту, получится петля. Размеры петли тем меньше, чем больше расстояние между планетой и Землей. Планеты описывают петли, а не просто движутся туда-сюда по одной линии исключительно из-за того, что плоскости их орбит не совпадают с плоскостью эклиптики.

Планеты делятся  на две группы: нижние (внутренние) – Меркурий и Венера – и верхние (внешние) – остальные шесть планет. Характер движения планеты зависит от того, к какой группе она принадлежит.

Наибольшее угловое  удаление планеты от Солнца называется элонгацией. Наибольшая элонгация у Меркурия – 28°, у Венеры – 48°. При восточной элонгации внутренняя планета видна на западе, в лучах вечерней зари, вскоре после захода Солнца. При западной элонгации внутренняя планета видна на востоке, в лучах утренней зари, незадолго до восхода Солнца. Внешние же планеты могут находиться на любом угловом расстоянии от Солнца.

Угол фазы Меркурия и Венеры изменяется в пределах от 0° до 180°, поэтому Меркурий и Венера сменяют фазы так же, как и Луна. Около нижнего соединения обе  планеты имеют наибольшие угловые  размеры, но выглядят, как узкие серпы. При угле фазы Ф = 90°, освещается половина диска планет, фаза Ф = 0,5. В верхнем соединении нижние планеты освещены полностью, но плохо видны с Земли, так как находятся за Солнцем.

Фазы  Луны

Фазы Луны. Видимое  движение Луны на фоне звезд отражает действительное движение Луны вокруг Земли, которое сопровождается изменением внешнего вида нашего спутника. Видимый  край диска Луны называется лимбом. Линия, разделяющая освещенную и  неосвещенную Солнцем части диска  Луны, называется терминатором. Отношение  площади освещенной части видимого диска Луны ко всей его площади  называется фазой Луны. Различают  четыре основных фазы Луны: новолуние, первая четверть,

полнолуние и  последняя четверть. В новолуние  ф = 0, в первую четверть ф = 0,5, в полнолуние фаза равна ф = 1,0, а в последнюю  четверть снова ф = 0,5.