Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости эклиптики под углом 5°09′; точки пересечения орбиты с эклиптикой называются узлами, а прямая, их соединяющая, — линией узлов. Линия узлов перемещается навстречу движению Луны, совершая полный оборот за 6793 суток, что составляет около 18,6 лет.
Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел называется драконическим месяцем; его продолжительность равна 27,21 средних солнечных суток (см. § 5).
Поскольку линия узлов не остается на месте, Луна по истечении месяца не возвращается точно к своему первоначальному положению на орбите и каждое следующее обращение ее происходит по несколько иному пути.
По отношению к звездам полный оборот по своей орбите вокруг Земли [12] Луна совершает за 27,32 средних солнечных суток. Этот промежуток времени называется сидерическим (иначе звездным; sidus — по-латыни «звезда») месяцем; по прошествии этого месяца Луна возвращается к одной и той же звезде.
Обращаясь вокруг Земли, Луна занимает различные положения относительно Солнца, и поскольку она представляет собой темное тело и светит лишь благодаря отражаемым ею солнечным лучам, то при разных положениях Луны относительно Солнца мы видим ее в разных фазах.
Рис. 3. Фазы Луны
Схематически лунные фазы показаны на рис. 3. На орбите изображена Луна (освещенная Солнцем наполовину) в различных положениях относительно Земли, а снаружи от орбиты показаны разные фазы Луны, как они видны с Земли.
Когда Луна при своем движении вокруг Земли окажется между Солнцем и Землей (положение 1), то к Земле будет обращена ее неосвещенная часть и в этом случае с Земли она не будет видна. Такая фаза Луны называется новолунием. Если Луна окажется в положении прямо противоположном Солнцу (положение 5), то часть ее, обращенная к Земле, будет полностью освещаться Солнцем, и Луна будет видна с Земли в виде полного диска. Эта фаза Луны называется полнолунием. Когда Луна окажется в положении 3 или 7, то в это время направления на Солнце и Луну составят угол в 90° и поэтому с Земли будет видна только половина ее освещенного диска. Эти фазы Луны называются соответственно первой четвертью и последней четвертью.
Через два-три дня после новолуния Луна окажется в положении 2, и тогда по вечерам при заходе Солнца будет видна освещенная часть лунного диска в виде узкого серпа. После первой четверти, по мере приближения Луны к полнолунию, которое наступает примерно через 15 суток после новолуния, освещенная часть ее с каждым днем будет увеличиваться, а после полнолуния размер освещенной части Луны, наоборот, будет постепенно уменьшаться, вплоть до следующего новолуния, когда она опять окажется полностью невидимой.
Для практических целей часто пользуются периодом повторения лунных фаз (например, от новолуния до новолуния). Этот период времени, называемый синодическим месяцем, составляет в среднем около 29,5 средних солнечных суток. Периодическую смену фаз Луны люди и использовали как вторую меру времени (после суток — периода оборота Земли вокруг своей оси), а именно месяц.
В своем видимом суточном движении по небесной сфере любое небесное тело оказывается в высшей или низшей точке своего пути. Эти моменты называются кульминациями — соответственно верхней и нижней (про небесное тело говорят, что оно кульминирует). В момент кульминации светило пересекает небесный меридиан — большой круг небесной сферы ZPVQZ'P'WQ' (рис. 1), плоскость которого проходит через ось мира РР' и отвесную линию.
Луна в течение месяца кульминирует в разные часы. В новолуние это происходит в 12 часов, в первой четверти — около 18 часов, в полнолуние — в 0 часов, а в последней четверти — в 6 часов.
Глава 2
СУТКИ, ЧАСЫ, МИНУТЫ, СЕКУНДЫ
Для измерения малых и больших промежутков времени пользуются естественными единицами времени, которые связаны с основными астрономическими явлениями. Малые промежутки времени — сутки, час, минута, секунда — связаны с вращением Земли вокруг своей оси, а большие — с обращением Земли вокруг Солнца. В основе счета больших промежутков времени лежит тропический год — промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра диска Солнца через точку весеннего равноденствия.
Из астрономических наблюдений установлено, что тропический год равняется 365 дням 5 часам 48 минутам 46 секундам. Продолжительность его не остается постоянной, но ее изменение весьма незначительно: за несколько тысячелетий всего лишь па единицы секунд.
Непостоянна и скорость движения Земли по орбите. Одну половину своего пути, с 21 марта по 23 сентября (летнее «полугодие»), Земля проходит за 186, а вторую, с 23 сентября по 21 марта (зимнее. «полугодие»), за 179 дней [13].
Повторяющееся ежегодно движение нашей планеты вокруг Солнца называется годичным движением Земли; его следствием и является смена времен года.
Так, например, в северном полушарии астрономическое лето наступает 21 или 22 июня — в день летнего солнцестояния, когда восход и заход Солнца на горизонте и его высота в полдень почти не меняются в течение нескольких дней, близких к этой дате; в это время продолжительность дня самая большая в году. Астрономическая зима наступает 22 или 23 декабря; продолжительность дня наименьшая в году. В южном полушарии — наоборот: 21–22 июня наступает астрономическая зима, а 22–23 декабря — лето.
§ 5. Звездные сутки и звездное время
При решении астрономических задач пользуются звездными сутками. Звездные сутки — это промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями на одном и том же географическом меридиане одной и той же звезды или точки весеннего равноденствия. Звездные сутки делятся на 24 звездных часа, каждый час — на 60 звездных минут, а каждая минута — на 60 звездных секунд. Из звездных суток складывается звездный год. Тропический год короче звездного — истинного периода обращения Земли вокруг Солнца — на 1224 секунды, или на 20,4 минуты. За начало звездных суток для точек каждого меридиана принимают момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия.
Самой близкой звездой к северному полюсу мира является сравнительно яркая Полярная звезда из созвездия Малой Медведицы, которая для невооруженного глаза кажется всегда находящейся на одном месте и почти точно над точкой севера, а все остальные звезды описывают вокруг Полярной (точнее, вокруг полюса мира) круги разного радиуса. Чем дальше удалена звезда от полюса мира, тем больше описываемый ею круг. Звезды, находящиеся на небесном экваторе, описывают самые большие круги. Для измерения звездного времени пользуются звездными часами, находящимися в астрономических обсерваториях и отрегулированных так, что они ежесуточно уходят вперед против обыкновенных часов да 3 минуты 56 секунд (см. с. 18).
§ 6. Истинное солнечное и среднее солнечное (гражданское) время. Уравнение времени
Промежуток времени между двумя последовательными одноименными (верхними или нижними) — кульминациями центра солнечного диска называется истинными солнечными сутками. Пользоваться этой, единицей времени неудобно по двум причинам. Видимое движение Солнца происходит не по небесному экватору, а по эклиптике, наклоненной к нему на 23°27′, и это движение неравномерно, так как орбита Земли имеет эллиптическую форму, из-за чего скорость ее движения в разное время года неодинакова. Поэтому продолжительность истинных солнечных суток ото дня ко дню несколько меняется.
В практической жизни (в науке, технике и производстве) за основную единицу измерения времени принимают средние солнечные сутки.
При установлении продолжительности средних солнечных суток вместо центра истинного Солнца пользуются точкой, которая равномерно перемещается по небесному экватору, совершая полный оборот в течение года. Такую воображаемую точку называют средним солнцем. За средние солнечные сутки принимают промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями среднего солнца; их длина всегда одинакова и равна 24 средним часам, составляя приблизительно 1/365,24 часть года. Солнце — одна из самых обычных звезд, составляющих нашу Галактику. Ее отличие от всех остальных звезд состоит в том, что она измеримо ближе к нам. Поэтому из-за движения Земли за одни сутки Солнце смещается на фоне остальных, «неподвижных» звезд, и Земле нужно еще довернуться, чтобы Солнце «пришло» на тот же самый меридиан. Вследствие этого средние солнечные сутки длиннее звездных на 3 минуты 56 секунд!(звезда возвращается на тот же меридиан раньше Солнца). Так же, как и в звездных сутках, каждый час средних солнечных суток делится на 60 минут, а минута — на 60 секунд.
