Слайд 8Либрации Между вращением Луны вокруг собственной оси и её обращением вокруг
Земли существует различие: вокруг Земли Луна вращается по закону Кеплера (неравномерно, то есть близ перигея быстрее, близ апогея медленнее). Однако вращение спутника вокруг собственной оси равномерно. Именно благодаря этому возможно взглянуть на обратную сторону Луны с запада или с востока. Такое явление колебания называется оптической либрацией по долготе. В связи же с наклоном оси Луны относительно плоскости Земли возможно заглянуть на обратную сторону с севера или с юга. Это также оптическая либрация, но по широте. Эти либрации суммарно позволяют наблюдать около 59 % лунной поверхности. Данное явление оптической либрации было открыто Галилео Галилеем в 1635 году, когда он был осуждён Инквизицией.Также существует физическая либрация, обусловленная колебанием спутника вокруг положения равновесия в связи со смещённым центром тяжести, а также под действием приливных сил со стороны Земли. Эти колебания составляют т. н. физическую либрацию, которая составляет 0,02° по долготе с периодом 1 год и 0,04° по широте с периодом 6 лет.
Движение Солнца по эклиптике
Мы будем рассматривать движение Солнца, каким оно выглядит для наблюдателя с Земли. Если мы будем наблюдать движение Солнца, находясь в Северном полушарии, то скажем, что оно движется слева направо. Переместимся в Южное полушарие — и теперь Солнце для нас движется справа налево. Ученым понадобились новые понятия и инструменты, чтобы описать и объяснить это движение.
Наблюдая за перемещениями Солнца в течение года, ученые выдвинули новые понятия — эклиптика и звездный год (рисунок 1).
Рисунок 1. Движение Солнца по эклиптике
На рисунке 1 также изображен небесный экватор. Это воображаемая окружность, чья плоскость совпадает с плоскостью земного экватора.
Как она может совпадать с плоскостью экватора? Ведь плоскости эклиптики и небесного экватора пересекаются друг с другом, что видно из рисунка 1. Здесь необходимо помнить, что Земля находится на собственной орбите под некоторым углом. Этот угол сохраняется для любого положения Земли на орбите. Поэтому плоскости небесного и земного экватора параллельны. Из рисунка видно, что этот угол равен $23.5 \degree$.
Эклиптика и небесный экватор служат для определения координат различных небесных тел в пространстве. Мы можем представить их, как своеобразный аналог привычных для нас осей координат Ox и Oy.
Эклиптика и небесный экватор выбраны не случайным образом. Они проходят через определенные созвездия.
Теперь давайте разберемся в этих понятиях подробнее. Эклиптика — это воображаемая линия, по которой происходит движение Солнца для наблюдателя с Земли. Ее плоскость совпадает с плоскостью земной орбиты.
Взгляните еще раз на рисунок 1. Выберите какое-либо положение Земли. Данная точка соединяется линией с Солнцем (на рисунке оно находится в центре земной орбиты). Продолжим эту линию до пересечения с эклиптикой. Мы получили положение Солнца на эклиптике. Что это означает? Что мы видим Солнце на фоне созвездий, которые соответствуют данному участку эклиптики. Эклиптика — инструмент для определения положения Солнца, а не реальные точки его положения.
Для наглядности представьте себе следующую ситуацию. На вашей парте лежит учебник. Если вы будете перемещаться вокруг него, то каждый раз будете его видеть на разном фоне. Теперь мысленно замените учебник на Солнце, а себя на нашу планету. Окружающее вас помещение, на фоне которого вы видите учебник, и будет своеобразной эклиптикой.
Расстояние от Земли до Луны
Яркость Луны зависит от ее близости к нам. Во всем небе найдется очень немного доступных нашему зрению тел меньше. Но Луна имеет то большое преимущество, что она много ближе к нам, чем какое-либо другое тело. Расстояние до неё от Земли равняется только 384 467 километров. Это меньше, чем десять раз взятая окружность Земли. Сравнительно с расстоянием от Солнца или Марса это, конечно, очень немного. Оно дает нам то большое преимущество, что мы можем с помощью наших телескопов изучать предмет нашего интереса более подробно, чем какое-либо иное тело на небе.
Сравнение строения Луны и планет земной группы
Популярные темы сообщений
-
Личность Хрущева
Времена с 1953 года по 1964 год в истории России называют хрущевским периодом, самым важным политике и управлении государства. Данный промежуток связан с именем Н.С.Хрущева. Некоторое время существовал запрет на разговор об этих
-
Творчество Виктора Розова
Виктор Сергеевич Розов является известным русским писателем, произведения которого принадлежат к направлению реализм. В трудах Розова отражается жизнь простых людей без каких-либо приукрашений
-
Наука в современном обществе
Наука – это неотъемлемая часть развития человечества, да и само понятие общества не может существовать без науки. Наука очень важна для нас, всегда и везде. Вся школа – это, по сути, место сборища множества наук.
-
Музей путешествий
Каждый из нас, отправляясь в тот или иной город, обязательно захочет посмотреть на его прекрасные места. Одним из интересных туристических объектов можно назвать город Альметьевск, который по праву назван столицей нефтяного края.
-
Олимпийские чемпионы
Человек, который занимается спортом на протяжении долгого времени, в конце концов достигает успеха. Он уже своего рода — чемпион. Существуют также Олимпийские чемпионы — это люди, которые занимаясь любимым делом,
Далёкое будущее Земли (поглощение Солнцем, потеря воздуха, воды…)
Раньше считалось, что катастрофическая потеря воды произойдет примерно через 5 миллиардов лет,
однако по современным прогнозам уже через 1.2 миллиарда лет Земля потеряет все свои океаны и превратится в высушенную пустыню.
По другим прогнозам, гибель жизни наступит раньше — уже через 500 млн лет,
т.к. весь углекислый гах растворится в океанах и растения погибнут .
Также подсчитано, что ежегодно в космос уходит около 60 тыс. тонн кислорода.
Если темпы улетучивания атмосферы сохранятся на нынешнем уровне,
то планета потеряет свою атмосферу через 2 миллирда лет,
и, соответственно, станет непригодной для жизни.
Следующая по времени катастрофа — от Солнца, которое будет дважды угрожать Земле.
Впервые — через 7,7 миллиардов лет. Тогда оно станет больше нынешних своих размеров в 120 раз
и поглотит Меркурий и Венеру.
Через 100 миллионов лет Солнце во второй раз будет иметь возможность уничтожить Землю, но вновь безуспешно.
Когда Солнце станет «белым карликом» в 10 тысяч миль диаметром, орбита Земли изменит траекторию.
Прогнозы возможных катастроф и стихийных бедствий
на Земле смотрите на странице прогнозов.
На правах рекламы (см.
условия):
|
Алфавитный перечень страниц (Alt-Shift-): А | 0-9 | |
|
|
На русском языке: Исследование планеты Земля как космического объекта, система Земля-Луна, точки Лагранжа, Селена, На английском языке: Earth. |
«Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005.
Автор и владелец — Игорь Константинович Гаршин
(см. резюме).
Пишите письма
().
Страница обновлена 29.09.2022
Прецессия земной оси
Круговое покачивание оси вращения твердого тела физики называют прецессией. Прецессия земной оси вызывается притяжением Солнца и Луны, которые стремятся повернуть ее, а Земля этому сопротивляется и прецессирует. Земля совершает 365 оборотов в год и прецессионный тур за 26 тыс. лет. При этом ее ось описывает среди созвездий окружность радиусом 23,5° с центром в полюсе эклиптики, который находится в созвездии Дракон. Цикл прецессии земной оси издавна назывался платоническим годом (тем самым древние астрономы отдали дань уважения Платону, который еще в IV в. до н. э. утверждал, что «существуют кроме земного другие годы»). За такой год полюс мира прогуливается по шести созвездиям: Малой Медведице, Цефею, Лебедю, Лире, Геркулесу и Дракону, «выбирая» из дюжины попутных звезд на должность очередной полярной ту или иную звезду, желательно поярче. Например, к концу XIII тысячелетия до новой эры полярной звездой уже в пятый раз была Вега (по пять раз становились полярными α Малой Медведицы и Денеб), а в шестой раз на памяти «человека разумного» Вега станет полярной в 13 000 г.
Если полюс мира «гуляет» по созвездиям, значит, вместе с ним изменяют свое положение среди звезд и небесный экватор, и точка весеннего равноденствия, от которой астрономы отсчитывают небесные координаты. Во II в. до н. э. Гиппарх измерил координаты около 900 звезд, составил звездный каталог, а потом сличил свои наблюдения с каталогом столетней давности. Гиппарх обнаружил, что координаты звезд немного поменялись, словно все небо съехало набок. Так была открыта прецессия.
Поделиться ссылкой
Почему Луна всегда разная?
Луна — это первый небесный объект, привлекающий внимание человека. Все знают о фазах Луны, меняющейся в течение месяца — но что именно вызывает эти изменения?
Фазы Луны. Orion 8
Сама Луна сияет, отражая солнечный свет. Относительно нашей планеты, за исключением Солнца, из всех небесных объектов Луна обладает самым большим угловым размером — полная Луна в 30 раз больше и более чем в 1300 раз ярче Венеры.
Интересно, что фазы Луны можно увидеть прямо у себя дома — проведя небольшой эксперимент. Все, что понадобится — теннисный мяч, который обладает грубой структурой. Нужно выйти на улицу и держать мяч, ориентируясь на Солнце. Если Луна также видна на небосводе, то следует удерживать мяч на расстоянии вытянутой руки по направлению к ней. Если угловое расстояние между мячом, который выступает в роли Луны, и Солнцем будет таким же, как между настоящей Луной и Солнцем, то и Луна и мяч будут находиться в одной и той же фазе. Конечно, если переместить мяч в другое положение, его фаза изменится из-за изменения угла свечения. Можно переместить мяч таким образом, что он окажется полностью освещенным (полнолуние), либо освещенным только наполовину (четверть).
NASA
Лунные фазы связаны с положением Луны на земной орбите. Спутник проходит через весь цикл фаз за 29,53 дня — от одной фазы новолуния (когда Луна не видна) до другой. В этой фазе, с точки зрения наблюдателя на Земле, Луна оказывается в том же положении на небе, что и Солнце. Следовательно, мы не можем увидеть «новую» Луну, если только она не проходит прямо перед Солнцем — тогда происходит солнечное затмение. Половину Луны (фаза первой четверти) мы видим, когда она проходит первую четверть цикла — примерно через 7,4 дня после новолуния. На данном этапе она восходит на 6 часов позже Солнца, как правило, около полудня.
Фаза полнолуния наступает через 14,8 дня после новолуния, Луна находится прямо напротив Солнца, ее диск полностью освещен. Она восходит на закате, ее высшая точка на небосводе — в полночь, а садится на рассвете.
Последняя четверть (когда освещена другая половина Луны) наступает через 22,1 дня после новолуния. В этой фазе Луна восходит за 6 часов до Солнца — около полуночи.
Измерения расстояния до Солнца в древней Греции
Именно древние греки считаются основоположниками современной астрономии. И их вычисления расстояния от Земли до Солнца постоянно совершенствовались.
В древней Греции утвердилась геометрия – как наука о внешнем мире и о формах и фигурах.
Предположения Аристарха Самосского
Одним из первых кто задался вопросом космических расстояний был Аристарх Самосский, живший в III веке до н.э. Он изучал Луну и Солнце, а также вычислял размер нашей планеты.
Ученый проводил наблюдения за фазами Луны, особенно за Лунными и Солнечными затмениями.
Взяв прямоугольный треугольник, в вершины которого он поместил Солнце, Луну и Землю, с помощью теоремы Пифагора Аристарху Самосскому удалось вычислить, что Солнце должно находится на расстоянии в 20 раз превышающим расстояние от Земли до Луны.
Древнегреческий астроном ошибся на несколько порядков. Но эта его работа внесла огромный вклад в дальнейшее изучение космоса и небесных тел.
Измерения Гиппарха Никейского
Во II веке до н.э. Гиппарх Никейский внес огромный вклад в астрономию того времени. Он первый ввел тригонометрические методы при наблюдениях за звездами. Начал использовать секстант и квадрант – специальные приборы для более точных измерений углов. Собрал все звезды в первый каталог звезд и разделил все звезды по звездным величинам. Первый рассчитал и предсказала прецессию равноденствий. Ввел теорию о затмениях.
Благодаря этому, у Гиппарха Никейского получилось рассчитать расстояние от Луны до Земли, оно получилось 71 радиуса Земли. Использую те же принципы, он вычислил расстояние до Солнца и получил результат в 490-2550 радиуса Земли. Такое большое расхождения получилось из-за малой точности приборов измерения.
Исследование Солнца
Небесное Светило уже на протяжении многих тысячелетий вызывает восторг и интерес у человечества. У предков оно было главным объектом мифов и сказаний, о нем складывали легенды. Древние народы называли Солнце – Сол, Сурья, Сольвенел, Уту, Ра, Шамас, некоторые изображали его в виде восходящей к небу колесницы. Звезде поклонялись, а майя, ацтеки и инки считали, что она нуждается в человеческих жертвах.
В честь Солнца возводили дворцы и строили храмы. До сих пор в Англии, Ирландии, Мальте и Египте сохранились каменные мегалиты, с помощью которых определяли дни летнего и зимнего солнцестояния. Первобытные методы исследования Солнца давали мало достоверной информации о звезде, так как объект ассоциировался с божеством.
Каменные мегалиты в Англии
Первые научные работы стали появляться лишь в I тыс. до н.э. – вавилонские мудрецы отметили, что небесное светило перемещается по эклиптике неодинаково.
В V столетии до н.э. утверждали, что Солнце представляет собой огненный шар, а его свет отражается от лунного диска. Спустя два века Эратосфен вычислил расстояние от Земли до Светила — 148-153 млн. км.
Существенный перелом в астрономии произошел, когда Николай Коперник предложил гелиоцентрическую модель мира, в которой Солнце являлось центром Вселенной. А в XVII веке, после появления телескопа, удалось отобразить первые детали звезды.
Активное изучение Светила началось лишь в ХХ веке с приходом технического прогресса. В середине ушедшего столетия в космос были запущены спутники Пионеры – 5, 6, 7, 8, 9. Именно с их помощью были получены первые представления о магнитных полях на звезде и солнечном ветре. В 70-е годы имеющиеся данные уточнили благодаря Гелиос 1 и 2, которые смогли достичь орбиты Меркурия.
В 80-е годы ХХ века занялись изучением рентгеновских, гамма и УФ-лучей. В 1991-2001 г спутник Yohkoh наблюдал за солнечными вспышками. В 1995 году начала функционировать космическая обсерватория – SOHO, в 2010 ее сменила SDO.
Исследования Светила на этом не заканчиваются, так как от его активности зависит дальнейшее будущее человечества. Ни для кого уже не секрет, что активность Солнца, так или иначе, влияет на Землю. Звезда является мощным источником радиации, от которой нас спасает только магнитное поле нашей планеты. В ближайшем будущем планируется запуск зондов, которые будут отслеживать и фиксировать все перемены на Светиле, а также измерять частички и энергию солнечной короны.
Исследования новейшего времени
Современные технологии позволяют не только измерять расстояние с необычайной точностью, но и слетать к объекту измерений. НАСА запустила специальный зонд для изучения солнечных явлений. Он приблизится к светилу максимально близко – 6 млн км.
Метод радиолокации
С изобретением радио, его стали применять и в освоении космоса. Этот метод основан на получении сигнала отраженной волны от объекта.
Так как Солнце является очень мощным источником электромагнитных волн, то этот метод требовал определенной энергозатраты – необходимо было сгенерировать мощную волну, чтобы она не потерялась на фоне Солнца.
Так в 1961 году был получен результат в 149 599 300 км, но погрешность метода составила 2 тыс км. Тогда эксперимент повторил через год, и результат уже был 149 598 100 км, погрешность «всего лишь» 750 км.
Определение дистанции лазером
В настоящее время лазерные дальномеры – одни из самых точных приборов для измерения расстояний.
С помощью уголковых отражателей на Луне, астрономам удалось получить максимально точный результат с погрешностью в несколько сантиметров, который и считается верным на настоящее время.
Причина устойчивости Солнечной системы
Итак, согласно модели Большого Взрыва, пространство Вселенной расширяется
на всех масштабах. Это расширение описывается законом Хаббла v=HR. Пространство
поглощается массивными объектами, согласно упрощенной модели
Вечно Молодая Вселенная, предложенной здесь,
или предметы расширяются на координатной сетке, как в модели «Жук на
ниточке».
Так вот, первый процесс глобального расширения координатной сетки
дает отрицательное ускорение планетам, а второй процесс дает локальное
поглощение координатной сетки и положительное ускорение, описанное выше.
Поскольку метрика пространство искривлена у Солнца, координатная
сетка, деформирована, то мы можем указать лишь приближенный результат,
поскольку о сокращении или удлинении радиальных и тангенциальных масштабов
можно говорить лишь с большой долей приближения, тем не менее, полученный
результат оказывается показательным.
Положительное ускорение вынуждает двигаться по воронке пространства-времени,
описывая некоторую расходящуюся спираль, шаг которой дается ускоряющей
силой, а отрицательное ускорение, описываемое законом Хаббла, дает сходящуюся
спираль на воронке пространства-времени, образованной массивным объектом.
Предположим, что эти два процесса компенсируют друг друга, и мы не наблюдаем
ни расширения координатной сетки воронки, ни её втягивания в массивные
объёкты.
Пускай планета массы m вращается по окружности
радиуса r со скоростью v, а Солнце массой М вращается по окружности
R со скоростью V вокруг общего центра масс C.
Силы, ускоряющие Землю и Солнце соответственно
равны:
FSun = Fv/c; FEarth
= FV/c.
Мощность, расходуемая на ускорение, равна произведению
силы на скорость:
PSun = FvV/c; PEarth
= FVv/c.
Подставим в эти формулы выражения для силы и скорости Земли и Солнца,
которые соответственно равны:
v =sqr(rF/m); V=sqr(RF/M); F=GMm/(r+R)2;
и получим для мощности выражение:
P = GMm/(r+R)2 * sqr(rF/m) * sqr(RF/M)
/ c.
P = G2M3/2m3/2/(r+R)4
* sqr(rR)/c.
Рассмотрим два частных случая: когда массы объектов равны, и когда
масса одного значительно больше второго:
1. m=M; r=R,
P=G2M3/(2R)4*R/c=G2M3/(16R3c).
2. Масса планеты m значительно меньше массы звезды M, следовательно,
её радиус обращения r значительно больше радиуса обращения звезды R,
и приближенно равен расстоянию между планетой и звездой, R = r(m/M);
r~R+r.
P = G2M3/2m3/2/(r+R)4
* sqr(rR)/c = G2M3/2m3/2/r4
* sqr(r2m/M)/c = G2Mm2/r3/c.
Итак, каждая планета Солнечной системы потребляет мощность:
PLaplas =
G2Mm2/(r3c).
Подойдем теперь к этому вопросу с другой стороны.
Пространство Вселенной расширяется повсеместно по закону
n = Hr. При этом должна возрастать потенциальная
энергия системы каждой пары взаимодействующих тел на величину:
dE = GMm/r — GMm/(r+dr).
В этом случае спутник должен «улетать по спирали». Поскольку этого
не наблюдается, будем считать, что воронка пространства времени мобильна,
втягивается в массивный объект, а воображаемый след на воронке как раз
и будет этой спиралью. Разделив dE на dt получим мощность, потребляемую
объектом массы m.
PHubble =
dE/dt = GMmdr/r2/dt = GMmdr/r2/dt = GMmn/r2
= GMmHr/r2 = GMmH/r.
Подставив в последнее выражение значение для мощности, мы получим
значение постоянной Хаббла:
PHubble =
PLaplas,
GMmH/r = G2Mm2/(r3c).
H = Gm/(r2c).
Зная постоянную Хаббла и массу планеты, попытаемся найти радиус,
где данная планета находится в состоянии устойчивого равновесия.
r = sqr(Gm/(Hc))
Ниже приведена Таблица наблюдаемых расстояний до Солнца, и отношений
вычисленных к наблюдаемым. Данные по расстояниям и массам планет взяты
из сайта:
.
Другая полезная информация о планетах и их спутниках размещена на сайтах:
Как наблюдать солнечные затмения
Поскольку во время затмения требуется смотреть в сторону Солнца, неподготовленный человек при наблюдении рискует повредить глаза. Чтобы избежать этого, следует следить за явлением с помощью специального оборудования. Уже давно существует несколько безопасных способов наблюдения за солнечным затмением.
Даже когда Луна оказывается полностью на территории Солнца, светило испускает на Землю большое количество лучей. Для сравнения, обычная яркость спутника составляет лишь 1% от этого параметра у звезды при кольцевом затмении
Именно поэтому важно в первую очередь подумать о безопасности глаз, особенно если при наблюдении будет использоваться увеличительный прибор
Некоторые могут ошибочно подумать, что для наблюдения за данным явлением можно надеть обычные солнечные очки, и будут неправы. Стекла аксессуара действительно помогают смотреть за происходящим на улице в ясный день, но они не являются светофильтрами. Из-за этого очки не в состоянии защитить сетчатку глаза должным образом.
В современном мире существует несколько способов, позволяющих наблюдать солнечное затмение без вреда для глаз.
Метод точечной проекции
Во время данного способа необходимо воспользоваться импровизированной камерой-обскура. Нужно взять две плотные картонки, и на одной из них проделать отверстие. После этого ее нужно надеть на телескоп или другой предмет, который будет использоваться для наблюдения. Целая картонка устанавливается таким образом, чтобы лучи света, проходящие сквозь телескоп, падали перпендикулярно на ее поверхность.
После того, как конструкция готова, прибор для наблюдения направляется точно на Солнце. Когда лучи света пройдут через все линзы, на картонке появится яркий круг, являющийся перевернутой проекцией звезды. И пока Луна будет закрывать собой светило, человек сможет наблюдать данный процесс, не вредя своим глазам.
Светофильтры
Защитить глаза при наблюдении солнечного затмения способны специальные светофильтры, изготовленные из черного и алюминированного полиэфира. Как правило, они встраиваются в специальные очки.
При наблюдении за Солнцем полиэфир поглощает большинство лучей, позволяя рассмотреть звезду и увидеть ее контуры
Благодаря этому светофильтры прекрасно подходят для просмотра затмения, но важно выбирать модель с плотностью материала не ниже 5, иначе яркости звезды все равно будет достаточно, чтобы повредить глаз
Не стоит забывать и о технике безопасности. Даже если в руках у человека оказалась нужная модель светофильтра, не следует смотреть на Солнце слишком долго.
Наблюдение с помощью телескопа и бинокля
Солнечное затмение можно наблюдать с помощью телескопа или бинокля. Смотреть через увеличительные линзы на звезду нельзя, т.к. можно повредить глаза. Однако уже давно выпускаются специальные светофильтры, позволяющие поглядеть на это явление без какого-либо вреда.
Также установка определенных моделей помогает получить картинку в разных цветах. Например, можно наблюдать за Солнцем в желтых, синих и других тонах. Каждый фильтр хорош в индивидуальных ситуациях. Например, на полное затмение лучше смотреть при оранжевых оттенках, а на кольцевое при голубых.
Борьба между Солнцем и Луной в притяжении Земли
Припомним простые факты относительно наиболее известных нам приливов. Зависимость земных приливов от Луны была известна тысячу лет тому назад. Хотя закон тяготения был тогда, конечно, еще не открыт. Теперь мы понимаем, что при вращении Земли вокруг оси на нее действует притяжение естественного спутника. Ближайшая к Луне вода на Земле притягивается Луною сильнее твердой центральной части Земли и поднимается, образуя волну прилива. Точно так же и центральная твердая часть земного шара притягивается сильнее, чем вода противоположной стороны земного шара.
Земля оттягивается от задней своей воды. Она образует на противоположной стороне земного шара прилив так же, как и на ближайшей к Луне стороне его. А между обоими приливами, то есть в областях Земли, находящихся между этими двумя пунктами, происходят отливы. Потому что вода не может быть в одно и то же время в двух местах,
Солнце влияет совершенно так же, как н Луна, только с гораздо меньшей силой. Так как Солнце гораздо дальше от Земли. Притяжение Солнца и притяжение Луны должны быть на одной и той же линии во время новолуния и во время полнолуния. В другое же время притяжения Солнца и Луны находятся под некоторыми углами друг к другу.
Когда бывает новолуние или полнолуние, то приливы у нас бывают гораздо выше, а отливы ниже, чем в другое время. Эти высокие приливы так и называются большими приливами, а низкие отливы — большими отливами. Большие приливы происходят оттого, что Солнце и Луна помогают друг другу. А малые приливы — оттого, что они действуют противоположно друг другу. Луна находится гораздо ближе к Земле и поэтому действует сильнее и одерживает победу в этой великой борьбе.
