Занятие 11. «Лунное затмение»

Что было на занятии

Лунное затмение наступает, когда Луны входит в конус тени от Земли. Чтобы это произошло, должны одновременно выполняться два условия: быть полнолуние и близость Луны к узлу её орбиты. Во время затмения поверхность Луны краснеет. А c Луны в это время можно наблюдать яркое красное кольцо вокруг планеты Земля. Дело в том, что солнечный свет преломляется в земной атмосфере, и, таким образом, частично попадает на затененную поверхность Луны. Голубая часть солнечного спектра рассеивается в земной атмосфере, поэтому на Луну попадает в основном излучение красной части спектра. Этим же объясняется красный цвет заката и рассвета на Земле.

Какую информацию извлек человек из лунного затмения?

Во-первых, во время лунного затмения на поверхности Луны отчетливо видна тень от Земли, и эта тень круглая! Это позволило Аристотелю в IV веке до н.э. выдвинуть идею, что Земля-шар.

Затмения Луны помогли понять природу лунной поверхности при подготовке полетов на Луну. Чтобы прилуниться, нужно знать свойства поверхности - на что сядет лунный корабль — на твердую поверхность или в пылевую трясину. Идея состояла в следующем. С помощью радиотелескопа посылали на Луну сигнал. В основе радиолокации лежит способность радиоволн отражаться от границ между геологическими породами. Сигналы, отраженные от поверхности и от внутренних границ сдвинуты во времени, поэтому их можно разделить. Анализ изменений коэффициента отражения в зависимости от частоты радиоволны и угла падения дает возможность определить характеристики грунта на различных глубинах. Эти характеристики зависят от температуры.

Разрежённость атмосферы приводит к высокому перепаду температур на поверхности Луны. Например, разность температур на освещенной и не освещенной сторонах луны составляет 300 градусов. По динамике изменения температур по глубине во время лунных затмений, сделали выводы о величине коэффициента теплопроводности грунта: он оказался крайне мал и не менялся до глубины нескольких метров. Все эти исследования дали возможность узнать, что лунная поверхность – не пылевая, а твердая.

Нельзя не упомянуть первое определение скорости света по затмениям спутника Ио, которое мы сегодня наблюдали. Затмения и выходы из затмений Ио происходят через каждые 42,5 часа, поэтому это астрономическое явление решили использовать для определения времени на нулевом меридиане и последующего определения долготы в сухопутных и морских экспедициях в средние века (о связи времен и долгот мы подробно говорили на занятии 5). Для этого необходимо было прогнозировать моменты затмений, то есть составить таблицы времени будущих затмений спутников Юпитера для местного времени нулевого меридиана. Впоследствии, проводя наблюдения затмений, Рёмер заметил, что моменты затмений сдвигаются во времени от рассчитанных в зависимости от положения Земли на орбите, а именно, когда Земля находится ближе к Юпитеру, моменты затмений наступают ранее усреднённых на больших интервалах времени средних значений, а когда Земля находится дальше от Юпитера - отстают. Для объяснения этих колебаний Рёмер предположил, что скорость света конечна, а разница во времени наблюдения затмений вызвана изменяющимся расстоянием между планетами. Отсюда, он рассчитал скорость света.

Повторение занятия

Загрузить Стеллариум.

Наблюдение хода лунного затмения в Ростове-на-Дону 27 июля 2018 года.
Открыв программу Stellarium, установить местоположение Ростов-на-Дону, в «Окно настроек неба…», «Обозначения» отметить «Эклиптика(J2000)»; на нижней панели «Земля», «Названия планет» включены; «Атмосфера», «Изображение созвездий», метеорные потоки выключены; поле зрения 160-170 градусов (рис 9.1).

Установить время: год 2018, месяц 7, число 27, время 18 часов.
Включить с удобной скоростью движение небосвода, повернувшись к западу, и пронаблюдать его вращение, заход Солнца и одновременный восход полной Луны. Обратить внимание, что незадолго до кульминации яркость Луны ослабевает, а затем вновь возрастает.
Чтобы рассмотреть подробнее этот момент, устанавливаем время 20
час, центрируем Луну на середину экрана, увеличиваем поле зрения до одного градуса (рис. 9.2).

Включаем удобную скорость хода времени и отмечаем моменты входа Луны в полутень Земли, в тень Земли, выход из тени, выход из полутени.

Рассматриваем тень на Юпитере от его спутников. Изучаем затмение спутника Юпитера – Ио.

Домашнее задание

Объяснить, с какой стороны на Луну находит тень Земли. Почему?
Всегда ли лунное затмение происходит во время полнолуний?
Всегда ли Луна движется по линии эклиптики?
Какие затмения наблюдаются чаще: солнечные или лунные?
Возможно ли наблюдать солнечное или лунное затмение в день проведения занятий?