Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса - Уильям Уоллер

class="p1">Если бы Луна обращалась вокруг Земли в той же плоскости, в какой Земля совершает оборот вокруг Солнца, то при наступлении новолуния она неизменно затмевала бы Солнце, а в полнолуние всегда бы скрывалась в тени Земли. Но и солнечные, и лунные затмения не настолько часты — а значит, все немного иначе. На самом деле плоскость лунной орбиты отличается от плоскости земной и наклонена к ней примерно на 5°. Как правило, этого хватает, чтобы в новолуние наш спутник прошел выше или ниже Солнца, не закрывая его от наблюдения с Земли. И этого же углового смещения достаточно для того, чтобы земная тень не коснулась полной Луны. Однако лунная орбита все же пересекается с земной, и когда Луна в новолуние или полнолуние оказывается в точке этих пересечений, происходят затмения. Поэтому примерно каждые 1,5 года в новолуние где-то на Земле видно солнечное затмение, а пятнадцать дней спустя, в полнолуние, — затмение лунное (рис. 2.9).

Полное солнечное затмение — одно из самых захватывающих космических явлений, которое можно увидеть с Земли. Поскольку Луна в новолуние проходит точно между Солнцем и Землей, она отбрасывает тень, которая мчится по земной поверхности со скоростью свыше 1500 км/ч. Ширина полосы тени — чуть больше полутора сотен километров, и она затемняет то или иное место на Земле не более чем на семь минут. Но и за эти мимолетные мгновения вы невольно содрогнетесь, когда тьма стремительно окутает весь мир и Солнце скроется во мраке. В этот миг Луна находится на таком расстоянии от Солнца, что затмевает его целиком, и в светлом ореоле, окружающем почерневший диск, предстают границы солнечной короны, обычно скрытой за блистающей поверхностью нашей звезды. За пределами короны, на затемненном небе, видны планеты и самые яркие звезды, а вдоль горизонта, на границе лунной тени, небо озарено цветами вечерних зарниц. Но проходит совсем немного времени, и Луна перемещается настолько, что показывается крошечный отблеск солнечной поверхности и Солнце становится похожим на «кольцо с бриллиантом». Самая темная часть лунной тени уходит, полное затмение завершается, — и наблюдателям остается лишь любоваться фазами частного затмения, пока Солнце снова не засияет в полную силу.

Лунные затмения, по сравнению с солнечными, гораздо спокойнее и лучше подходят для того, чтобы ближе к полуночи устроить вечеринку с коктейлями. По размерам Земля превосходит Луну, и полутень, отбрасываемая нашей планетой во время лунного затмения, намного больше, чем у Луны во время солнечного, поэтому вся сторона Луны, обращенная к Земле, скрывается во тьме и остается в ней дольше. Более того, видеть Луну во время затмения могут все, кто находится на ночной стороне Земли. Незачем тратить огромные деньги и преодолевать огромные расстояния только для того, чтобы оказаться на каком-то особом участке земной поверхности: шансов застать лунное затмение, оставаясь в родном городе, у вас гораздо больше. И, возможно, еще вы увидите, что каждое лунное затмение имеет свои особые черты. Когда солнечный свет проходит через земную атмосферу, его часть рассеивается к затемненной Луне, и если атмосфера полна пыли — скажем, после недавнего извержения вулкана, — то рассеяние будет более выраженным и Луна приобретет красновато-медный цвет. Так перемены в атмосфере Земли меняют у затмеваемой Луны яркость и оттенок.

Рис. 2.9. Слева: геометрическая схема полного солнечного затмения. С участков Земли, попадающих в область тени, видно полное затмение, с тех, что находятся в полутени, — частное. Справа: геометрическая схема полного лунного затмения. Здесь область тени, отбрасываемой Землей, шире Луны. (На основе материалов Paul Derrick’s Stargazer, www.stargazerpaul.com/s_eclips.htm.)

Времена года: оборот, вращение, наклон

О временах года я решил поговорить лишь в самом конце этой главы, поскольку во многом понять их сложнее всего. Задайте кому-нибудь вопрос, как происходит смена сезонов, и вам, возможно, ответят, что это как-то связано с наклоном земной оси. Хорошо, пусть так. Действительно, мы уже упоминали, что земная ось наклонена на 23,5° к плоскости орбиты нашей планеты. Помимо прочего, этот ответ означает, что ваш собеседник отверг идею, согласно которой расстояние от Земли до Солнца меняется настолько сильно, чтобы вызвать смену сезонов. Земная орбита — почти круговая, и перемены в расстоянии до Солнца, на котором оказывается Земля в своем годичном пути, настолько несущественны, что на характер времен года они не влияют. И даже если бы это расстояние изменилось серьезно, это отразилось бы на обоих полушариях, — но все свидетельствует об ином. Большинству людей известно: когда в Северном полушарии зима, в Южном царит лето, и наоборот. Но если мы продолжим задавать вопросы, то выяснится вот что: оказывается, многие часто полагают, что именно из-за наклона оси вращения Земли одно полушарие оказывается значительно ближе к Солнцу и поэтому нагревается сильнее, чем другое. Вот здесь и пригодятся некоторые простые вычисления. Учитывая наклон земной оси в 23,5°, максимальное смещение земной поверхности по направлению к Солнцу или от него составляет всего 2543 км. Сравните это с расстоянием в 150 млн км от Земли до Солнца, и наибольшая величина эффекта, полученная при расчетах, составит 0,01695 %. Видимо, у столь ярко выраженных изменений климата при переходе между зимой и летом все же иная причина.

Рассмотрим ситуацию, представленную на рис. 2.10. Земля находится в той части своей орбиты, где Северное полушарие максимально отклонено от Солнца, а Южное максимально наклонено к нашей звезде. Теперь посмотрите на солнечные лучи, направленные к земной поверхности. В Северном полушарии они падают под малым углом к горизонту, и «северяне», посмотрев на Солнце, увидели бы, что оно располагается низко на южном небе. Если уподобить лучи параллельным световым потокам, то мы увидим, что каждый из них распространится по значительной площади Земли, и поэтому его способность освещать Землю будет соразмерно слабее. Тусклое освещение земной поверхности приводит к наступлению зимы, причем чем севернее широта, тем суровее условия. А на Южное полушарие солнечные лучи падают одновременно, под большими углами к горизонту, и в небе «южан» солнце стоит высоко. И поскольку угол падения солнечных лучей по отношению к горизонту в данном случае больше, их способность освещать земную поверхность гораздо выше, поэтому и возникают условия лета.

В конечном итоге угловая высота Солнца над горизонтом зависит от местной широты и от угла наклона земной оси к Солнцу или от него. В день летнего солнцестояния угловая высота полуденного Солнца высчитывается так: 90° — широта места + 23,5°, а в день зимнего — так: 90° — широта места —