4.11 Периоды обращения Луны

Промежуток времени между двумя последовательными одноименными фазами Луны (например, между двумя полнолуниями) называется синодическим месяцем. Из наблюдений установлено, что синодический месяц в среднем равен 29,53 средних солнечных суток. Таким образом, синодический месяц длиннее сидерического. Это легко понять из рис. 28. на котором положение 1 соответствует взаимному расположению Луны, Земли и Солнца в момент полнолуния. Через 27,32 суток, т.е. через сидерический месяц, Луна, сделав полный оборот по своей орбите, займет прежнее положение относительно звезд, но так как Земля за это время переместится в положение 2, то полнолуния еще не будет. Оно наступит спустя некоторое время когда Земля займет положение 3. Математическая связь синодического и сидерического обращения Луны та же, что и для внутренних планет.

Кроме сидерического и синодического периодов обращений в движении Луны различают еще три периода: аномалистический месяц – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями луны через перигей,(27,55 средних суток); драконический месяц – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел своей орбиты(27,21 средних суток); тропический месяц – промежуток времени, в течение которого долгота Луны увеличивается на 360⁰. Вследствие прецессии тропический месяц короче сидерического месяца приблизительно на семь секунд. Драконический месяц короче сидерического из-за движения узлов лунной орбиты навстречу движению Луны, а аномалистический месяц длиннее сидерического потому, что перигей лунной орбиты движется в ту же сторону, что и сама Луна.

4.12 Вращение и либрации Луны

Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной, одним и тем же полушарием, так как она вращается вокруг своей оси с тем же периодом (и в том же направлении), с каким она обращается вокруг Земли, т.е. «звездные сутки» на Луне составляют 27,32 суток. Ось вращения Луны наклонена к плоскости лунной орбиты на угол 83⁰19^’.

Таким образом, плоскость лунного экватора с плоскостью лунной орбиты составляет угол 6⁰41^’, а с плоскостью эклиптики 1⁰3^’. При этом плоскость эклиптики лежит между плоскостями лунного экватора и орбиты Луны и все три плоскости пересекаются по одной прямой. Последнее замечательное обстоятельство было обнаружено Кассини в 1721 г. и называется законом Кассини.

В каждый данный момент с Земли видна ровно половина поверхности Луны, но продолжительные наблюдения позволяют изучать почти 60% ее поверхности. Это возможно благодаря явлениям, носящим общее название либраций (качаний) Луны.

Оптические, или видимые, либрации, при которых Луна в действительности никаких «колебаний» не совершает, бывают трех видов: по долготе, по широте и параллактическая.

Либрация по долготе вызывается тем, что Луна вращается вокруг оси равномерно, а ее движение по орбите, согласно второму закону Кеплера, вблизи перигея быстрее, а вблизи апогея медленнее. Поэтому за четверть месяца после прохождения перигея П (рис.4.11) Луна пройдет путь больше четверти всей орбиты, а вокруг оси повернется ровно на 90⁰. Точка а, которая ранее была в центре лунного диска, теперь сместится к востоку. В том же направлении сместиться и точка b, которая раньше была видна на западном краю диска, и, следовательно, станет видимой часть поверхности Луны за западным краем ее диска. В апогее А будет видна та же поверхность Луны, что и в перигее, но за четверть месяца после прохождения апогея Луна пройдет меньше четверти всей орбиты, а вокруг оси снова повернется ровно на 90⁰, и теперь уже будет видна часть поверхности Луны за восточным краем диска. Период либрации по долготе равен аномалистическому месяцу, а наибольшее возможное ее значение 7⁰54^’.

Рис.4.11 Либрации по долготе

Либрация по широте возникает от наклона оси вращения Луны к плоскости ее орбиты и сохранения направления оси в пространстве при движении Луны (рис 4.12). В результате с Земли попеременно видна то часть поверхности Луны, расположенная вокруг ее южного полюса, то, наоборот, вокруг северного полюса. Период либрации по широте равен драконическому месяцу, ее величина достигает 6⁰50^’.

Рис.4.12 Либрации по широте

Суточная, или параллактическая, либрация возникает вследствие сравнительной близости Луны к Земле. Поэтому из разных точек Земли поверхность Луны видна неодинаково. Два наблюдателя, находящиеся в двух противоположных точках земного экватора, в один и тот же момент видят несколько различные области лунной поверхности. Так, наблюдатель, для которого Луна только еще восходит, видит часть поверхности Луны за ее западным краем диска, а второй наблюдатель, для которого Луна в этот момент уже заходит, этой части поверхности Луны не видит, но зато видит часть поверхности за восточным краем диска. Параллактическая либрация составляет около 1⁰.

Физическая либрация, т.е. действительное «качание» Луны, происходит от того, что большая полуось лунного эллипсоида периодически отклоняется от направления на Землю, а притяжение Земли стремится вернуть ее в это положение. Величина физической либрации очень мала – около 2^’.