При своем движении вокруг Земли Луна все время обращена к Земле одной стороной, так как период вращения Луны вокруг своей оси равняется периоду ее обращения вокруг Земли.
В зависимости от положения Луны относительно Солнца и Земли мы наблюдаем меньшую или большую часть освещенного лунного диска, т. е. наблюдаем различные фазы Луны.
Рис. 7. Фазы Луны
Когда Луна находится между Солнцем и Землей, к нам обращена неосвещенная часть Луны, и мы ее не видим. Эта фаза называется новолунием. Когда же Луна находится с противоположной стороны от Солнца, т. е. когда Земля находится между Солнцем и Луной, все обращенное к нам полушарие Луны ярко освещено. Эта фаза называется полнолунием. В промежуточных положениях нам видна та или другая часть освещенной Луны, поэтому она имеет вид полудиска или серпа (рис. 7).
Основных фаз Луны четыре: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть; следовательно, промежуток времени между фазами Луны немного больше 7 суток.
Возрастом Луны называется промежуток времени, протекший от новолуния. Например, возраст Луны в первой четверти примерно 7 суток, а в полнолуние 15 суток.
При определенных взаимных положениях Солнца, Земли и Луны происходят лунные и солнечные затмения. Когда Луна попадает в тень Земли, происходит лунное затмение, когда же Луна находится между Солнцем и Землей и загораживает собой Солнце, происходит солнечное затмение.
Если бы плоскость лунной орбиты точно совпадала с плоскостью эклиптики, в которой происходит видимое годовое перемещение Солнца, то затмения Солнца и Луны происходили бы ежемесячно: во время новолуния — солнечные затмения, а во время полнолуния — лунные затмения. Но этого не происходит, так как лунная орбита наклонена относительно эклиптики на 5°08'. Луна в новолуние ив полнолуние чаще всего проходит выше или ниже эклиптики, и затмения не происходит. В году бывает не менее двух солнечных и максимум два лунных затмения. Но бывают годы совсем без лунных затмений.
Лунное затмение, полное и частное, когда только часть Луны попадает в тень Земли, можно наблюдать одновременно на всем полушарии, обращенном в это время к Луне.
Солнечное затмение наблюдается только внутри сравнительно небольшого пространства, которое образуется лунной тенью на поверхности Земли. Ввиду того что Луна движется вокруг Земли, вращающейся вокруг своей оси, тень Луны перемещается по поверхности Земли со скоростью 1 км/сек, и солнечное затмение наблюдается последовательно на различных участках земной поверхности.
15 февраля 1961 г. на территории Советского Союза наблюдалось полное затмение Солнца. Это интереснейшее явление природы было последним в XX веке над Европейской частью нашей страны.
Картина полного солнечного затмения весьма эффектна. Когда последний узкий серп Солнца закрывается Луной, 2—3 мин бывает темно. Вместо Солнца виден черный диск Луны, окруженный сиянием серебристой солнечной короны и красноватыми выступами раскаленных протуберанцев. На темном небе становятся видимыми яркие звезды и планеты.
Наблюдение солнечных затмений имеет большое научное значение. В это время можно изучать внешние слои Солнца, невидимые с Земли в обычных условиях. Как известно, пятна, вспышки и другие проявления деятельности Солнца вызывают на Земле магнитные бури, полярные сияния и другие явления. Наблюдая затмения Солнца, астрономы уточняют также данные о его строении, о физических и химических процессах, происходящих на его поверхности, исследуют различные излучения.
В одном и том же пункте полные затмения Солнца бывают примерно один раз в 400 лет. Москвичи, например, ближайшим полным солнечным затмением могут любоваться только 16 октября 2126 года в 10 ч 58 мин.
Движение Луны вызывает еще одно интересное явление на Земле — приливы и отливы. Природу этого явления и регулярность повторения разъяснил в XVII веке великий английский ученый Ньютон.
Луна притягивает к себе все точки земного шара по-разному: более близкие—сильнее, более далекие — слабее. Поэтому тела на той части земной поверхности, которая обращена к Луне, притягиваются сильнее, чем тела, находящиеся внутри Земли или на противоположной стороне ее поверхности.
Приливная волна возникает не только на той стороне Земли, которая обращена к Луне, но и на прямо противоположной в результате проявления центробежной силы, равной силе притяжения Луны, но обратной по направлению. Поэтому в течение суток (точнее, за 24 ч 50 мин) на берегах открытых морей и океанов бывает по два прилива и два отлива, чередующихся примерно через 6 ч.
Приливные силы действуют также на твердую оболочку Земли, вызывая ее деформацию. Эти «приливы» были замерены с помощью чувствительных гравиметров (прибор для определения силы тяжести). Например, в Москве они достигают 30—35 см.
Приливы в атмосфере выражаются в незначительных колебаниях атмосферного давления, а также в периодических изменениях некоторых свойств верхних слоев атмосферы.
Приливы вызывает не только Луна, но и Солнце своим притяжением. Но его приливное действие слабее, потому что Солнце почти в 400 раз дальше от Земли, чем Луна.
Небесные светила кажутся нам отстоящими от Земли на очень большом, но одинаковом расстоянии; в действительности же они находятся на различных расстояниях от нас.
Эти расстояния так велики, что их выражают не в километрах, а в единицах времени, за которое луч света пройдет это расстояние. Если от Луны до Земли луч идет 174 сек, от Солнца 8 мин, от самой далекой планеты, Плутона, около 5 ч, то от ближайшей звезды — а Центавра более 4 лет. Она удалена от земли в 271 000 раз дальше, чем Солнце. Понадобилось бы 5 млн. лет, чтобы самолет, летя без посадки со скоростью 920 км/час, добрался до этой звезды. Но и ее расстояние от Земли ничтожно сравнительно с расстоянием дальних звезд Млечного Пути.
Невооруженный глаз не воспринимает различия в расстояниях до разных звезд. Звездное небо представляется нам в виде купола, на сферической поверхности которого расположены все звезды.
Воображаемая сфера произвольного радиуса, предназначенная для облегчения решения различных задач астрономии, называется небесной сферой. Центр ее обычно располагается в какой-либо точке пространства в зависимости от условий задачи.
На небесную сферу проектируются небесные светила. Для определения положения их проекций на небесной сфере и служат системы небесных координат, характеризуемых основными кругами и точками небесной сферы (рис. 8). Дадим их определения.
Точка, расположенная по вертикали (по отвесной линии) над головой наблюдателя, называется зенитом (Z), а точка, расположенная в противоположном направлении от зенита, — надиром (Z').
Рис. 8. Основные точки и круги на небесной сфере
Горизонтальная плоскость, проведенная через центр сферы, при пересечении с небесной сферой образует большой круг, называемый истинным горизонтом (круг СВЮЗ). Плоскость истинного горизонта делит небесную сферу на две части: надгоризонтную полусферу, в которой расположен зенит, и подгоризонтную полусферу, в которой расположен надир.
Прямая линия, проходящая по оси вращения Земли (или параллельно ей), называется осью мира, а точки ее пересечения с небесной сферой— полюсами мира: Р — северный, Р' — южный.
Большой круг на небесной сфере, плоскость которого перпендикулярна к оси мира, называется небесным экватором. Плоскость небесного экватора делит небесную сферу на северную полусферу, в которой расположен северный полюс мира, и южную полусферу, в которой расположен южный полюс мира. Пересечение небесного экватора с истинным горизонтом образует точку востока (В) и точку запада (З).
Любая вертикальная плоскость, проходящая через зенит и надир, перпендикулярна к плоскости истинного горизонта, а пересечение ее с небесной сферой дает дугу большого) круга. Большой круг небесной сферы, проходящий через зенит, надир и светило, называется вертикалом светила, причем вертикал, проходящий через точки востока и запада, называется первым. Любой круг небесной сферы,, плоскость которого проходит через ось мира и светило, называется часовым кругом светила или его кругом склонения. Все часовые круги проходят через полюс мира и перпендикулярны к небесному экватору.
Круг склонения, проходящий через зенит, называется небесным меридианом.
Пересечение небесного меридиана с истинным горизонтом образует точку севера (С) и точку юга (Ю). Как видно из рис. 8, небесный меридиан является в то же время и вертикалом.
Прямая линия, соединяющая точку севера и точку юга, называется полуденной линией: в полдень (12 ч по местному времени) тень от предметов падает по этой линии.
