Лунное затмение, Луна должна противостоять Солнцу, т.е. быть в фазе полнолуния

При наименьшем расстоянии Луны от Земли угловой радиус земной тени составляет 47 " при наибольшем — 38', при среднем (384400 км) — 42" Луна же отходит от эклиптики на угловое рассто­яние до 5°09'. Во многих случаях Луна проходит либо ниже (южнее), либо выше (севернее) земной тени. Лишь при новолунии вблизи лунных узлов Луна частично или полностью погружается в земную тень — происходят частные и полные лунные затмения.

Перед погружением в земную тень Луна проходит сквозь полу­тень Земли, но ослабление лунного света при этом незаметно.

Чем ближе к лунному узлу происходит лунное затмение, тем больше его фаза, определяемая долей лунного диаметра, покрытой земной тенью! Фаза лунного затмения вычисляется аналогично фазе солнечного по формуле:

Смещаясь с запада к востоку, Луна входит в земную тень своим левым краем. Этот же край первым выходит из тени. При частном лунном затмении (рис. VI. 10) его фаза постепенно возрастает до максимума Ф_mах<1, зависящего от степени погружения Луны в зем­ную тень, а затем снова уменьшается.

Полному лунному затмению предшествуют частные фазы, В момент полного погружения Луны в земную тень (рис.VI.11) насту­пает полное затмение (Ф=1), в ходе которого фаза увеличивается до наибольшего значения (Фтах>1) (в середине затмения), а затем убы­вает и к началу выхода Луны из тени снова становится равной единице. Далее идут частные фазы, постепенно уменьшающиеся до нуля.

Наибольшая фаза Ф _mах полного лунного затмения зависит от глубины погружения Луны в земную тень. Если погружение не­значительное, — то фаза немногим более единицы.

В редких случаях, когда центр земной тени совпадает с лунным узлом, Луна проходит сквозь тень по ее диаметру (центральное затмение), в середине затмения бетта=0 и наибольшая фаза

Поскольку минимальное значение R_тени/R_луны =2,6 (Луна в апо­гее, Земля в перигее), а максимальное значение R_тени/R_луны =2,8 (Луна в перигее, Земля в афелии), то наибольшая фаза центрального затмения может быть от 1,8 до 1,9.

Так как Луна реально погружается в земную тень, лунные за­тмения видны со всего ночного полушария Земли, где Луна находится над горизонтом. Начинаются и заканчиваются лунные затмения в разных географических точках Земли одновременно, разумеется, в единой системе отсчета времени — например, по гринвичскому вре­мени.

VI.3.5. Продолжительность лунных затмений и условия их наблюдения с Земли

Продолжительность лунных затмений зависит от их характера. Частное затмение с небольшими фазами продолжается несколько минут. Полное затмение с наибольшей фазой Ф_m = 1 длится одно мгновение. Центральное полное затмение может продолжаться почти 2 часа (точнее 1 час 42 минуты), а вместе с частными фазами — до 3,8 часа.

Вследствие рефракции (преломления) земная атмосфера дейст­вует как фокусирующая линза, преломляя солнечные лучи и частично направляя их в область земной тени, поэтому Луна во время затмения все же бывает видна.

Синий цвет сильнее рассеивается и поглощается атмосферой, чем красный, и в область земной тени в основном проникают красные лучи. Луна во время полного затмения окрашивается в красный цвет. Степень яркости и окраска Луны во время затмения определяются свойствами верхних слоев земной атмосферы, которые, в свою оче­редь, зависят от солнечной активности, вулканической деятель­ности, интенсивности метеорных потоков и других факторов. (Вулканические и метеорные частицы могут месяцами удерживаться в атмосфере, существенно увеличивая поглощение и рассеяние све­та).

Для количественной оценки яркости и цвета Луны в период затмения можно использовать шкалу А Данжона: О баллов: окраска Луны очень темная, в середине затмения Луна почти не видна; 1 балл: цвет Луны темно-серый или коричневый, слабо заметны некоторые детали поверхности Луны; 2 балла: цвет Луны темно-серый с рыже­ватым оттенком, в середине затмения центр более темный, чем внешние области; 3 балла: поверхность Луны кирпично-красная, тень окружена серовато-желтой каймой; 4 балла: поверхность Луны медно-красная, очень яркая, видны основные детали поверхности, кайма — светло-голубоватого цвета.

Установлено, что сила лунного освещения в момент затмения и его цветовые оттенки находятся, казалось бы, в неожиданной связи с шкалом солнечных пятен.

По свидетельству очевидцев, во время лунного затмения они наблюдали на одной стороне неба у горизонта диск Солнца и однов­ременно на другой стороне — затемненный диск Луны. В подобном наблюдении нет ничего невероятного.

То, что Солнце и затемненная Луна видны на небе одновремен­но — явление кажущееся. Оно обусловлено атмосферной реф­ракцией — искривлением лучей света в земной атмосфере. Благодаря ей светила кажутся нам выше своего истинного поло­жения. Когда мы видим Солнце или Луну вблизи самого горизонта, они геометрически находятся ниже горизонта.

По свидетельству Фламмариона, эта странная особенность — одновременная видимость затемненной Луны и Солнца — про­явилась наиболее ярко в 1666, 1668 и 1750 годах. И тем не менее, чтобы увидеть Луну в полном затмении до заката Солнца или после его восхода, надо всего лишь выбрать место на Земле, где Луна на­ходилась бы на горизонте около момента середины затмения.

VI.3.6. Периодичность солнечных и лунных затмений

При новолуниях, происходящих вдали от лунных узлов, солнеч­ные затмения невозможны, так как Луна проходит на небе ниже или выше (севернее) Солнца. Только при новолуниях вблизи лунных узлов наступают частные и полные (или кольцеобразные) солнечные затмения.

Чтобы произошло частное затмение, необходимо видимое ка­сание солнечного и лунного дисков, диаметры которых близки к 0,5° и, казалось бы, угловое расстояние между центрами дисков/? должно составлять 0,5°. Однако вспомним о параллактическом смещении Луны, достигающем 1град. Поэтому из ряда мест земной поверхности касание дисков будет видно даже при истинном расстоянии между центрами дисков Солнца и Луны бетта= 0,5° + 1"= 1,5°.

Расчеты показывают, что для наибольших и наименьших диаметров дисков обоих светил угловые расстояния Солнца от лун­ного узла, при котором может возникнуть затмение, составляют, соответственно, 18° и 16°. Повторим еще раз: частные солнечные затмения могут произойти при новолуниях, наступающих не далее 18* от лунных узлов, а при расстояниях менее 16° солнечные за­тмения происходят обязательно.

При полных и кольцеобразных солнечных затмениях истинное расстояние между центрами дисков светил определяется только параллаксом Луны (1^е), так как видимые центры дисков совпадают.

При наименьших диаметрах такие затмения наступают, если угловое расстояние Солнца от лунного узла 10°, а при наибольших диаметрах — 11,5°. (Чем ближе к узлу происходит затмение, тем больше его фаза и продолжительность.)

Расхожее мнение, что солнечные затмения происходят редко, ошибочно. Дуга эклиптики, называемая зоной солнечных затмений, в пределах которой происходят солнечные затмения, имеет протя­женность в 32-36° (по 16-18° в обе стороны от лунного узла). Смеща­ясь ежесуточно по эклиптике на Г, Солнце проходит эту зону за 32-36 суток, на протяжении которых обязательно наступает хотя бы одно новолуние, а иногда — два (вблизи краев зоны), так как они чередуются через синодический месяц S = 29,53 суток. Следователь­но, в зоне затмений у каждого лунного узла обязательно происходит одно солнечное затмение разного вида, а иногда и по два частных затмения с небольшой фазой.

Зоны солнечных затмений (вблизи лунных узлов) диаметрально противоположны, и Солнце, выйдя из зоны одного лунного узла, приходит в зону второго через полгода (»183 дня). Но из-за сме­щения лунных узлов по эклиптике навстречу Солнцу за полгода на 10° и сама зона затмений также смещается на те же 10°. Луна же движется в прямом направлении, и поэтому солнечные затмения происходят на 5 дней раньше, т.е. через 183 дня -10 дней +5 дней «178 суток.

Если два частных солнечных затмения произошли в первых числах января и февраля, то очередная пара частных затмений может наступить в двадцатых числах июня и июля, а из следующей пары только первое произойдет в середине декабря, а второе придется уже на середину января следующего года. Таким образом, ежегодно происходят обязательно два солнечных затмения любого вида, а в очень редкие годы — до пяти частных солнечных затмений с малыми фазами (например, в 1935 году). В следующий раз пять солнечных затмений будет лишь в 2006 году. По четыре солнечных затмения былоибудетв 1982,2000,2011,2029 и 2047 годах. Чаще всего бывает по 2-3 солнечных затмения в год, причем одно из них, как правило, полное или кольцеобразное.

Как видим, солнечные затмения происходят часто, однако в раз­ные годы лунная тень пробегает по различным местам земной повер­хности, и в каждом конкретном географическом месте солнечные затмения происходят крайне редко. Например, в Москве полные солнечные затмения были 11.08.1124 года; 20.03.1140 года (т.е. через 16 лет); 7.06.1415 года (через 275 лет); 25.02.1476 года (через 61 год) и в окрестностях Москвы — 19.08.1887 года (через 411 лет). Все даты — по современному календарю.

Очередное полное затмение длительностью 7 минут в Москве произойдет 16.10.2126 года.

Далеко не при всех полнолуниях Луна попадает в земную тень, проходя либо ниже (южнее), либо выше (севернее) ее. Частные или полные лунные затмения происходят, если полнолуния наступают вблизи лунных узлов, и Луна частично или полностью погружается в земную тень.

Участок эклиптики, на котором происходят теневые лунные за­тмения, называется зоной лунных затмений. Ее границы определя­ются внешним касанием Луны с земной тенью. (Здесь не надо учитывать параллакс Луны, так как сама Луна и падающая на нее область земной тени находятся на одинаковом геоцентрическом рас­стоянии.)

При средних значениях земной тени 42' и радиусе лунного диска 16' границы зоны частных затмений отходят от лунного узла на 11град. в каждую сторону, а при крайних значениях смещаются в ту или иную сторону на 1 °. Полные лунные затмения могут происходить не далее, чем в 4,5-5,5° от лунного узла. Чем ближе к лунному узлу происходит лунное затмение, тем больше его фаза.

Луна реально погружается в земную тень, и лунные затмения видны со всего полушария Земли, где Луна находится над горизон­том. Начинаются или оканчиваются лунные затмения одновременно в какой-либо определенной системе счета времени.

Как часто происходят лунные затмения? Они могут наступить лишь во время полнолуния в зоне протяженностью около 22° вокруг лунных узлов. Луна в это время перемещается вблизи одного узла, а Солнце — вблизи другого.

Смещаясь по эклиптике ежесуточно на 1 °, Солнце проходит зону затмений за 22-23 суток, на протяжении которых может наступить только одно полнолуние, а может не быть ни одного, так как полно­луния повторяются через синодический месяц S - 29,53 дня. В каждой зоне возможно не более одного лунного затмения (полного или част­ного), а порой их и совсем не бывает. Обе зоны лунных затмений Луна проходит ежемесячно, Солнце же поочередно вступает в каждую зону примерно через 177 суток. Поэтому лунные затмения могут повторяться через 177-178 суток.

Как правило, на протяжении года происходит одно-два лунных затмения, а в некоторые годы их может и не быть (примерно каждый пятый год). Иногда бывает и три затмения, если первое произошло в самом начале года.

На протяжении одного календарного года происходят от 2 до 5 солнечных и от 0 до 3 лунных затмений. Казалось бы, наибольшее число затмений в году равно 8. Но это не так. Пятое солнечное и третье лунное затмение в году происходят из-за смещения лунных узлов навстречу Солнцу и Луне, и поэтому лишь одно из них может произойти в конце текущего календарного года, а второе придется

уже на начало следующего. Таким образом, наибольшее число за­тмений в одном календарном году не превышает семи: либо 5 частных солнечных затмений и 2 полных лунных, либо 4 частных солнечных и 3 полных лунных затмения. Однако такие сочетания крайне редки, и обычно на протяжении года происходят 2-3 солнечных и 1-2 лун­ных, т.е. первые бывают примерно в полтора раза чаще вторых. Наблюдаются же лунные затмения значительно чаще потому, что они видны со всего ночного полушария Земли, в то время как солнеч­ные только из области лунной тени и полутени. '

Наступление солнечных и лунных затмений зависит от трех периодов: это синодический месяц (S = 29,5306 суток), через который повторяются новолуния и полнолуния; драконический год ТРаху ^в 346,62 суток (из-за отступления лунных узлов на 19° в год Солнце возвращается к тому же узлу именно через этот промежуток вре­мени) и драконический месяц SРаху 27,2123 суток — период, через который Луна возвращается к тому же узлу. Повторение каждого конкретного затмения произойдет через период времени, в котором укладывается целое число всех трех периодов:

223 S = 223x29,53 дня - 6585,32 дня;

242 S раху - 242x27,21 дня - 6585,35 дня;

19 Траху= 19x346,62 = 6585,78 дня.

Следовательно, каждое затмение повторяется через период в 6586 суток = 18 лет 11,3 дня (или 10,3 дня, если в этом периоде содержалось пять високосных лет, а не четыре). Этот период называ­ется саросом. На протяжении сароса происходит 70 затмений, в том числе 42 солнечных и 28 лунных.

По истечении сароса каждое затмение повторяется в другие часы дня (примерно на 8 часов позже), так как этот период содержит не целое число суток. Из-за избытка около 1/3 суток сверх 6585 Земля повернется вокруг оси примерно на 120°, поэтому лунная тень про­бежит по земной поверхности примерно в 120° западнее, чем 18 лет назад. Кроме того, сарос не учитывает изменений расстояния Луны от Земли и Земли от Солнца, изменений, которые имеют свою

периодичность. От этих расстояний зависит, будет лисолнечное за­тмение полным или нет. Сарос дает возможность предсказать лишь то, что в определенный день должно случиться затмение, но будет ли оно полным, частным или кольцеобразным, а также можно ли будет наблюдать его в тех же местах, что и в предыдущий раз, утверждать нельзя.

Бывает и так, что незначительное частное затмение Солнца через 18 лет уменьшает свою фазу до нуля, т.е. не наблюдается вовсе. И наоборот, иной раз становятся видимыми небольшие частные за­тмения Солнца, прежде не наблюдавшиеся. Последовательность за­тмений очень медленно, но все же постепенно нарушается.