Что такое сидерический и синодический период обращения луны и чему он равен
Сидерический и синодический периоды обращения объектов по своим орбитам
«Небесная механика», как было принято называть науку о звездах во времена Исаака Ньютона, подчиняется классическим законам движения тел. Одними из важных характеристик этого движения являются различные периоды обращения космических объектов по своим орбитам. В статье пойдет речь о сидерическом и синодическом периодах обращения звезд, планет и их естественных спутников.
Понятие о синодическом и сидерическом временных периодах
Практически каждый из нас знает, что планеты движутся по эллиптическим орбитам вокруг своих звезд. Звезды, в свою очередь, совершают орбитальные движения вокруг друг друга или вокруг центра Галактики. Иными словами, все массивные объекты космоса имеют определенные траектории движения, включая кометы и астероиды.
Важной характеристикой для всякого космического объекта является время, которое он затрачивает, чтобы совершить один полный оборот по своей траектории. Это время принято называть периодом. Чаще всего в астрономии при изучении Солнечной системы пользуются двумя периодами: синодическим и сидерическим.
Главное отличие между сидерическим и синодическим периодами
Формула расчета сидерического периода
Для определения реального периода обращения планеты вокруг своей звезды или естественного спутника вокруг своей планеты, необходимо воспользоваться третьим законом Кеплера, который устанавливает взаимосвязь между реальным орбитальным периодом объекта и полудлиной его большой оси. В общем случае форма орбиты любого космического тела представляет собой эллипс.
Таким образом, зная параметры орбиты любого объекта, а также массу звезды, можно легко вычислить значение реального периода обращения этого объекта по своей орбите.
Расчет синодического временного периода
Как вычислить? Синодический период планеты или ее естественного спутника можно рассчитать, если знать значение реального ее периода обращения вокруг рассматриваемого объекта и реального периода обращения этого объекта вокруг своей звезды.
Знаком «±» в формуле следует пользоваться так: если T > S, тогда формула используется со знаком «+», если же T Понравилась статья? Поделись с друзьями:
Что такое сидерический и синодический период обращения луны и чему он равен
II. Синодический и звездный периоды обращения Луны
Мы видим всегда только одно полушарие Луны. Это иногда воспринимается как отсутствия ее осевого вращения. На самом деле это объясняется равенством периодов вращения Луны вокруг оси и её обращения вокруг Земли.
III. Лунные и Солнечные затмения
Но может случиться и так, что Земля окажется между Луной и Солнцем и тогда Луна попадает в тень Земли. В этом случае происходит лунное затмение, которое может быть лишь в полнолуние. Лунное затмение хорошо видно по всей территории Земли, обращенной в это время к Луне, и т.к. диаметр тени Земли на расстоянии Луны в 2,5 раза больше лунного диаметра, то лунное затмение может длиться более трех часов.
По этой причине не часто Луна, Земля, Солнце оказываются на одной линии и не часто происходит затмение. Чаще всего бывает в году 4 е затмения: два лунных и два солнечных. Еще до нашей эры было сделано важное открытие: затмения повторяются. Ученые вычислили срок повторяемости. Он равен 6585,3 сут. Это число назвали саросом, что в переводе с египетского означает «повторение».
Лунные затмения продолжаются дольше, поэтому есть возможность рассмотреть окраску земной тени. Дело в том, что часть солнечных лучей, преломившись в земной атмосфере, входит внутрь конуса земной тени, поэтому во время полного лунного затмения тень на Луне имеет красно-бурый оттенок.
IV. Луна естественный спутние Земли
Поэтов всегда очаровывала полная Луна. Вспомните знаменитые пушкинские строки:
Первая карта обратной стороны Луны и первый глобус был составлен в XII веке русскими астрономами. В 1959 станция «Луна-3», совершив облет Луны, сфотографировала его обратную сторону. Фотографирование обратной стороны было завершено к 1965 г. Особенно большое значание для понимания природы Луны имела доставка на Землю образцов лунного грунта. Когда американский астронавт Армстронг 20.07.1965 г. впервые ступил на поверхность Луны, он попал в незнакомый, необитаемый мир. Оказалось, что поверхности морей Луны покрыта базальтами или застывшей лавой. Выяснилось, что материковые породы старше морских.
Астрономия
Лучшие условия по продуктам Тинькофф по этой ссылке
Дарим 500 ₽ на баланс сим-карты и 1000 ₽ при сохранении номера
. 500 руб. на счет при заказе сим-карты по этой ссылке
Лучшие условия по продуктам
ТИНЬКОФФ по данной ссылке
План урока:
Сидерический и синодический месяцы
Внешний вид Луны напрямую зависит от взаимного расположения Солнца и Луны. Именно поэтому под понятием «месяц» подразумевают именно синодический месяц. За начало синодического месяца принимается расположение Лунного диска между Земным шаром и Солнцем, когда его сторона, обращенная к Земле, не видна. В этот момент освещается обратная сторона земного спутника.
Движение Луны по небесной сфере
Между временным отрезком вращения Луны вокруг своей оси и вокруг Земного шара можно поставить знак равенства. Это время одинаково и составляет примерно 28 суток. Это и стало причиной того, что, наблюдая за природным спутником, человек видит постоянно только одну его сторону. Луна сильно влияет на планету. Благодаря гравитационной силе на Луне происходит притягивание большого количества водных масс на Земном шаре, что создает эффект прилива. На максимально приближенной к спутнику стороне планеты наблюдаем приливы, а по обоим ее бокам отливы. Приливы также будут на противоположной стороне Земли, но они образуются уже в результате гравитации Солнца. В то время как Земной шар движется вокруг своей оси, приливные волны «следуют» за диском Луны и оказывают воздействие на него. В связи с тем, что расстояние между Землей и Луной постоянно меняется, приливообразующая сила Луны также может изменяться до 40% в течение месяца. Приливообразующая сила Солнца в течение года меняется всего лишь на 10%. Лунные приливы в 2,17 раз сильнее солнечных.
Движение большой массы воды, которая образуется во время приливов и отливов, приводит не только к замедлению движения Земного шара, но и к ускорению и «отталкиванию» Луны от Земли.Ежегодно расстояние, на которое ночное светило удаляется от планеты, составляет 38 мм. Именно из-за приливного ускорения лунная орбита напоминает собой спираль, которая медленно раскручивается.
Также будет интересно знать, что наблюдатели видят с поверхности Земли где-то 55%от всей площади Луны. Причиной этому является эллиптическая форма орбиты и небольшое наклонение оси вращения Луны по отношению к орбитальной плоскости.
Смена лунных фаз
В течение так называемого синодического месяца происходит смена лунных фаз.Он имеет строгие временные рамки и составляет 29.53 суток. Период фаз включает время, за которое происходит смена всех лунных фаз. Каждая основная фаза длится около семи суток, это позволяет определять возраст Луны:
Со сменой возраста Луна меняет свое месторасположение на небе. Зная некоторые особенности, человек с легкостью может определить стороны света и ориентироваться на местности без дополнительных приборов.
В первую четверть около 19:00 Луна будет на южной стороне, а к часу ночи она переместиться на запад. Во время полнолуния в 19:00 она появится на востоке, к часу ночи достигнет южного направления, в 7 часов утра окажется на западе. В последнюю четверть в час ночи Луну можно увидеть на востоке, а уже в 7 часов утра она будет указывать на южное направление. Зная хотя бы одну сторону света, всегда можно определить остальные.
Солнечное затмение
Наблюдать солнечные затмения человечество может только во время новолуния, то есть лунный диск должен расположиться между Солнцем и планетой Земля.
Известно, что Земной шар за сутки совершает один оборот вокруг оси и параллельно движется вокруг Солнца. Чтобы сделать полный круг по орбите вокруг Светила необходим 1 год (примерно 365 суток). Луна в это время также не стоит на месте, она движется вокруг планеты, для полного оборота ей необходимо 29.5 суток.
Расположение небесных тел в системе Земля-Луна-Солнце по отношению друг к другу постоянно меняется. Во время движения Луна в определенные моменты проходит между Солнцем и Землей. Так как земной спутник является темным непрозрачным шаром, он может выполнять функции «большого щита» и закрывать собой Светило, что и приводит к затмению.
Солнце от Земли отдалено примерно на 150 000 000 км, Луна – на 384 000 км. Каждому известно, чем ближе расположен объект, тем большим он будет казаться. Если сравнивать Луну и Солнце, то спутник будет ближе к Земному шару в 400 раз. Кроме этого солнечный диаметр больше лунного также в 400 раз. Земной спутник способен собой целиком закрывать Солнце, потому что видимые размеры этих двух космических объектов практически не отличаются. Ученые-астрономы выделяют разные виды солнечного затмения: полное, частичное, кольцевое.
В связи с тем, что небесные тела вращаются по эллиптическим орбитам расстояние от Земного шара до Светила и Луны постоянно меняется. Соответственно видимые размеры объектов также будут меняться. Когда происходит максимальное отдаление земного спутника от планеты, он не может собой закрыть Солнце целиком. Данное явление получило название кольцеобразное (кольцевое) солнечное затмение.
За один год Луна 12 раз проходит фазу новолуния. Исходя из этого, затмения Солнца должны были бы повторяться каждый месяц. Но фактически такого не бывает. Если бы небесные тела перемещались в одной плоскости, то земной спутник во все новолуния находился бы на прямой между Землей и Солнцем. И тогда бы затмения люди видели регулярно. В Солнечной системе вращение Земного шара и Луны происходит в разных плоскостях, которые не совпадают между собой. В большинстве случаев в новолуние земной спутник находится либо выше, либо ниже Светила.
Видимый путь перемещения диска Луны по небосводу отличается от солнечного.В небесном пространстве существует две точки, в которых происходит пересечение лунной орбиты с эклиптикой. Это узлы лунной орбиты (южный и северный). В них пути небесных тел максимально приближаются друг к другу. Следовательно, если вблизи узлов Луна вступит в фазу новолуния, то земляне станут свидетелями затмения.
Если Светило и земной спутник окажутся практически в точке узла, то произойдет полное или кольцеобразное солнечное затмение. Если же небесные тела будут немного отдалены от этих точек, то наблюдатель увидит частное (частичное) солнечное затмение. Звезда всегда начинает закрываться с западной (правой) стороны, так как земной спутник движется по небосводу с запада на восток.
Лунное затмение
Это природное явление напрямую зависит от того, как земной спутник (Луна) движется вокруг планеты. Именно особенности этого движения приводят к полным или частичным лунным затмениям.
Увидеть их можно, когда ночное светило находится в фазе полнолуния. А система Луна-Земля-Солнце выстаивается водну линию. При этом планета находится посредине, а слева и справа размещаются Солнце и Луна.
Попадая в тень Земного шара, Луна полностью не исчезает. Ее всегда слабо, но видно. Лучи Солнца, которые проходят сквозь атмосферу Земли, преломляются, и проникают внутрь земной тени, а затем попадают на Луну. В атмосфере красные лучи спектра рассеиваются меньше всего. Следовательно, в момент затмения земной спутник может приобрести бурый или красноватый оттенок.
В большинстве случаев наблюдатель видит не полное, а частичное (полутеневое) затмение Луны. Неполное затмение лунного диска происходит вследствие того, что ночное светило попадает в тень Земли не полностью, а частично. Наблюдать такое явление можно на всем полушарии планеты, которое в этот момент обращено к Солнцу.
Так как небесные тела движутся в разных плоскостях и в одну линию выстраиваются только в определенные моменты, лунные, как и солнечные затмения происходят не каждый месяц.
Что такое сарос
За один сарос, как правило, происходит 43 солнечных затмений:
Лунных затмений бывает 28:
Ежегодно в среднем человечество может наблюдать по 4 затмения. Чаще всего лунное и солнечное совпадают друг с другом. Если во время новолуния было солнечное затмение, то через 2 недели (в полнолуние), возможно, будет и лунное.
Время и календарь
Жизнь каждого современного человека в той или иной степени связана со временем и регулируется постоянной сменой дня и ночи, лета, осени, зимы и весны. Считать время научились еще в древние времена. А с развитием человечества методы исчисления только совершенствовались.
Звездное и солнечное время
В современном мире человек живет по солнечному времени. Единицей его измерения принято считать солнечный сутки, в которых 24 часа. Именно столько времени необходимо Земному шару для одного полного оборота вокруг собственной оси. Точкой отсчета считается Солнце. Еще из курса географии известно, что планета и вокруг оси вращается, и вокруг Светила движется. За то время, как Земной шар совершит один полный оборот, он пройдет определенное расстояние по своей орбите. Следовательно, происходит его смещение относительно Солнца. Также стоит учитывать, что планета движется не по круглой орбите, а по эллиптической. Как результат, солнечные сутки – это величина не постоянная, в течение года она то уменьшается, то увеличивается. Поэтому 24 часа – это среднее значение, которое принято использовать в повседневной жизни.
Астрономы в своих расчетах не могут полагаться на средние величины, так как от них зависит, куда и как отправиться космическая ракета. Для этого было введено понятие «звездное время».
Определение звездного времени происходит относительно неподвижных звезд, а не Солнца. Продолжительность звездных суток составляет 23 часа 56 минут 4.1 секунды.
Звездный и тропический год
Период, за который Земной шар, проходит полный круг вокруг Солнца по отношению к звездам, называется звездный, либо же сидерический год Земли. Он составляет 365 дней 6 часов 9 минут. За это время на Земле меняются времена года (сезоны). Вот только полный период смены сезонов никак не совпадают со временем обращения Земли вокруг Светила.
Период смены времен года принято называть тропическим годом. Длится он 365 дней 5 часов 51 минуту. Измеряют его от одного весеннего равноденствия до другого. Разница в 20 минут между периодами тропического и звездного года объясняется прецессией земной оси.
Лунный и солнечный календарь
В лунном календаре сутки считаются относительно фаз Луны, соответственно, образуются синодические месяцы. Один лунный месяц насчитывает 29,5 суток. Чтобы не было путаницы с дробными частями, один месяц в календаре записывают 29 дней, в другой – 30. Полный год также состоит из 12 месяцев. В лунном календаре есть понятие как простого, так и високосного года.
Для отражения тропического года используют солнечный календарь. В его основе заложены времена года. Полный год имеет 365,2 суток. В нем также присутствует и простой, и високосный год.
Большинство древних народов создавало свои первые календари, учитывая смену фаз ночного светила. Человек стал замечать, что Луна, освещающая путь, каждый день принимала другую форму. С определенной периодичностью эти формы повторялись. На основе наблюдений, время начали определять между новолуниями, а данному временному промежутку присвоили название синодический месяц. С появлением лунного календаря началось первое летоисчисление.
Первый лунный календарь
С развитием сельского хозяйства лунный календарь перестал удовлетворять потребности человечества. Нужен был календарь, который бы отображал смену времен года. Это привело к созданию тропического календаря, в котором также стали использовать месяцы. Он помог систематизировать и улучшить земледельческие работы, а также наладить скотоводство. На сегодняшний день оба календарь важны в жизни каждого человека, они имеют и общие черты, и определенные различия:
Благодаря солнечному календарю человек точно знает, когда будет тепло, а когда холодно, когда наступит утро, а когда ночь. По лунному календарю высчитывают, когда лучше растут волосы и ногти, когда благоприятней делать операции, когда лучше сажать растения и т.д.
Юлианский и григорианский календарь
45 год до нашей эры ознаменован созданием юлианского календаря. Имя он получил от славноизвестного Юлия Цезаря, который стоял у власти как раз в это время. За основу взят солнечный календарь, а летоисчисление ориентировалось на время, за которое Солнце проходило все точки равноденствия. На тот момент данная система являлась самой точной. В году насчитывали 365 дней, появилось понятие високосный год, который предусматривал в календаре дополнительный день. Юлианский солнечный календарь активно применялся многими государствами на протяжении 1,5 тысяч лет.
В конце семнадцатого столетия Папой Григорием XIII была предложена другая система летоисчисления, которая получила название григорианский календарь. Количество дней полностью совпадало с юлианским календарем. Но все же вносились некоторые поправки касательно года високосного. По григорианскому календарю год, который заканчивается нулями и при этом не делится на 4, не может считаться високосным. Как пример возьмем 2000 год. Он был високосным, а вот 2100 будет обычным. Папа Григорий XIII утверждал, что праздник Пасхи всегда должен быть в воскресенье, а по юлианскому календарю он каждый год отмечался в разный день недели. Официально григорианский календарь был введен 24 февраля 1582 года.
На сегодняшний день оба календаря продолжают существовать вместе. Большая часть стран пользуется григорианским. В то время как юлианский используют для расчета христианских праздников. Россия по григорианскому календарю живет с 1917 года. После перехода летоисчисление сдвинулось на 14 дней. Именно поэтому в стране дважды отмечают Новый год: 1 января – по григорианскому календарю, а 14 января – по старому стилю, то есть по юлианскому календарю.
Видимое движение и фазы Луны
Сидерический и синодический месяцы
Луна является естественным спутником Земли и ближайшим к ней небесным телом. Она обращается вокруг Земли по эллиптической орбите в том же направлении, что и Земля вокруг Солнца. Среднее расстояние Луны от Земли равно 384 400 км. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости эклиптики на 5°09′.
Наклон орбиты Луны к плоскости эклиптики
Точки пересечения орбиты Луны с эклиптикой называются узлами лунной орбиты. Движение Лупы вокруг Земли для наблюдателя представляется как видимое ее движение по небесной сфере. Видимый путь Луны по небесной сфере называется видимой орбитой Луны.
За сутки Луна перемещается по видимой орбите относительно звезд примерно на 13,2°, а относительно Солнца на 12,2°, так как Солнце за это время тоже перемещается по эклиптике в среднем на 1°. Промежуток времени, в течение которого Луна совершает полный оборот по своей орбите относительно звезд, называется звездным, или сидерическим месяцем. Его продолжительность равна 27,32 средних солнечных суток.
Промежуток времени, в течение которого Луна совершает полный оборот по своей орбите относительно Солнца, называется синодическим месяцем. Он равен 29,53 средних солнечных суток.
Сидерический и синодический месяцы различаются примерно на двое суток за счет движения Земли по своей орбите вокруг Солнца. На рисунке ниже показано, что при нахождении Земли на орбите в точке 1 Луна и Солнце наблюдаются на небесной сфере в одном и том же месте, например на фоне звезды К.
Синодический и сидерический месяцы
Через 27,32 сут, т. е. когда Лупа сделает полный оборот вокруг Земли, она снова будет наблюдаться на фоне той же звезды. Но так как Земля вместе с Луной за это время переместится по своей орбите относительно Солнца примерно на 27° и будет находиться в точке 2, то Луне необходимо еще пройти 27°, чтобы занять прежнее положение относительно Земли и Солнца, на что понадобится около 2 сут. Таким образом, синодический месяц длиннее сидерического на отрезок времени, который нужен Луне, чтобы переместиться на 27°.
Движение Луны на небесной сфере
Период вращения Луны вокруг своей оси равен периоду ее обращения вокруг Земли. Поэтому Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной. Вследствие того, что Луна за одни сутки перемещается по небесной сфере с запада на восток, т. е. в сторону, обратную суточному движению небесной сферы, на 13,2°, ее восход и заход ежесуточно запаздывают примерно на 50 мин.
Это ежедневное запаздывание приводит к тому, что Луна непрерывно меняет свое положение относительно Солнца, но через строго определенный период времени вновь возвращается в исходное положение. В результате движения Луны по видимой орбите происходит непрерывное и быстрое изменение ее экваториальных координат.
В среднем за сутки прямое восхождение Луны изменяется на 13,2°, а склонение — на 4°. Изменение экваториальных координат Луны происходит не только за счет ее быстрого движения по орбите вокруг Земли, но и вследствие необычайной сложности этого движения. На Луну действуют многие силы, имеющие различную величину и период, под влиянием которых все элементы лунной орбиты постоянно изменяются.
Наклон орбиты Луны к эклиптике колеблется в пределах от 4°59′ до 5°19′ за время, несколько меньшее полугода. Изменяются формы и размеры орбиты. Непрерывно с периодом 18,6 года меняется положение орбиты в пространстве, в результате чего происходит перемещение узлов лунной орбиты навстречу движению Луны.
Это приводит к постоянному изменению угла наклона видимой орбиты Луны к небесному экватору от 28°35′ до 18°17′. Поэтому пределы изменения склонения Луны не остаются постоянными. В некоторые периоды оно изменяется в пределах ±28°35′, а в другие — ±18° 17′.
Смена лунных фаз во время движения на небесной сфере
Движение Луны на небесной сфере сопровождается непрерывным изменением ее внешнего вида. Происходит так называемая смена лунных фаз. Фазой Луны называется видимая часть лунной поверхности, освещенная солнечными лучами.
Рассмотрим, вследствие чего происходит изменение лунных фаз. Известно, что Луна светит отраженным солнечным светом- Половина ее поверхности всегда освещена Солнцем. Но вследствие различных взаимных положений Солнца, Луны и Земли освещенная поверхность представляется земному наблюдателю в разных видах. Принято различать четыре фазы Луны: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть.
Положения и фазы
Луны (1 – новолуние, 2 – первая четверть, 3 – полнолуние, 4 – последняя четверть)
Во время новолуния Луна проходит между Солнцем и Землей. В этой фазе Луна обращена к Земле неосвещенной стороной, и поэтому она не видна земному наблюдателю.
В фазе первой четверти Луна находится в таком положении, что наблюдатель видит ее в виде половины освещенного диска.
Во время полнолуния Луна находится в направлении, противоположном направлению на Солнце. Поэтому к Земле обращена вся освещенная сторона Луны и она видна в виде полного диска. После полнолуния видимая с Земли освещенная часть Луны постепенно уменьшается.
Когда Луна достигает фазы последней четверти, она снова видна в виде половины освещенного диска. В Северном полушарии в первой четверти освещена правая половина диска Луны, а в последней — левая.
В промежутке между новолунием и первой четвертью и в промежутке между последней четвертью и новолунием к Земле обращена небольшая часть освещенной Луны, которая наблюдается в виде серпа. В промежутках между первой четвертью и полнолунием, полнолунием и последней четвертью Луна видна в виде ущербленного диска.
Полный цикл смены лунных фаз происходит в течение строго определенного периода времени. Его называют периодом фаз. Он равен синодическому месяцу, т. е. 29,53 сут.
Промежуток времени между основными фазами Луны равен примерно 7 сут. Количество дней, прошедших с момента новолуния, принято называть возрастом Луны. С изменением возраста изменяются и точки восхода и захода Луны.
Движение Луны вокруг Земли является причиной лунных и солнечных затмений – затмения происходят только тогда, когда Солнце и Луна одновременно располагаются вблизи узлов лунной орбиты. Солнечное затмение происходит, когда Луна находится между Солнцем и Землей, т. е. в период новолуния, а лунное — когда Земля находится между Солнцем и Луной, т. е. в период полнолуния.