Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

С Луной связано множество мифов и преданий. Например, древние китайцы верили, что на ней живет нефритовый заяц, толкущий в ступе снадобье бессмертия. Ей посвящали стихи поэты, а Бетховен под действием ее чар написал знаменитую «Лунную сонату». Спутники остальных планет Солнечной системы не видны невооруженным глазом с Земли; быть может, поэтому так долго гелиоцентрическая система мира Птолемея властвовала над умами людей…

В результате 400 лет изучения Луны в телескоп и 50 лет автоматических и пилотируемых экспедиций составлены подробнейшие карты лунной поверхности, изучен состав лунного грунта, температурный режим поверхности, получены сейсмические данные о ее недрах. Огромный объем научных данных о Луне вызывает чувство восхищения перед интеллектуальными возможностями человечества и гордость за совершенство созданной им техники. А что можно узнать о Луне, если вести наблюдения невооруженным глазом или с помощью скромного телескопа?

Любительские наблюдения Луны. Фазы Луны

При наблюдениях Луны невооруженным глазом, прежде всего, заметна смена лунных фаз. Луна движется по небу относительно звезд быстрее других естественных светил, со скоростью 13° в сутки. Для сравнения, Солнце за сутки перемещается лишь на 1°. Когда положения Луны и Солнца на небе сближаются, к Земле повернута темная, неосвещенная Солнцем сторона Луны, и нам она практически не видна; это новолуние. По мере того, как Луна отходит от положения новолуния, солнечные лучи освещают все большую часть ее видимой стороны.

Спустя несколько дней после новолуния вечером на западе виден яркий лунный серп; но, приглядевшись, можно заметить и слабое свечение темной части лунного диска, так называемый пепельный свет Луны. Это солнечный свет, отраженный дневным полушарием Земли, слабо освещает темную сторону Луны. День ото дня растет толщина лунного серпа. Через неделю после новолуния наступает фаза первой четверти, когда Солнцем освещена половина диска Луны. В эти дни Луна видна с вечера до полуночи. Еще через неделю лунный диск полностью освещен, наступило полнолуние. В этой фазе Луна видна всю ночь, а Земля занимает положение в пространстве между Солнцем и Луной. Затем в течение двух недель освещенная часть лунного диска уменьшается: в фазе последней четверти освещена восточная половина лунного диска; у Луны наступает период утренней видимости. После новолуния все фазы Луны повторяются в том же порядке.

Полный цикл смены лунных фаз называют синодическим месяцем; его продолжительность (29,53 сут.) немного больше периода обращения Луны вокруг Земли (сидерический месяц, 27,32 сут.), поскольку сама система Земля-Луна обращается вокруг Солнца. Период вращения Луны вокруг оси равен периоду ее обращения вокруг Земли, поэтому Луна всегда повернута к Земле одной стороной. Но земной наблюдатель в течение месяца может увидеть почти 60% площади лунного шара из-за явления либрации — кажущегося покачивания Луны, вызванного ее движением по эллиптической орбите, а также суточным движением самого наблюдателя.

В течение года высота Луны над горизонтом в наших средних широтах заметно меняется: зимой она поднимается значительно выше, чем летом. Вызвано это тем, что Луна перемещается вблизи эклиптики, наклоненной к небесному экватору на 23,4°. Поэтому в фазе полнолуния, когда положения на небе Луны и Солнца противоположны, Луна видна на 23,4° выше экватора зимой и на столько же ниже него — летом.

Наблюдения Луны в небольшой телескоп

При наблюдении с Земли угловой диаметр Луны составляет около 30', что в 20 раз превышает разрешающую способность человеческого глаза. Поэтому даже без помощи оптических приборов легко можно заметить темные и светлые образования на лунном диске. Темные пятна издавна называют морями, хотя, как выяснилось, в них нет ни капли воды. Светлые области лунной поверхности называют материками. Любопытно, что измерения высот на Луне показали, что моря действительно лежат заметно ниже материков, хотя эти названия возникли задолго до рождения лунной топографии. Различие между материками и морями наблюдается также в составе пород: материковые породы лучше отражают солнечный свет, чем морские, поэтому лунные моря выглядят темнее.

Изумительное зрелище представляет лунный пейзаж для наблюдателя, имеющего даже небольшой телескоп. На третий день после новолуния можно заметить часть Моря Кризисов и несколько крупных кратеров Лангрен, Венделин и Петавий. На четвертый день Море Кризисов становится более рельефным, а к югу от него выступает Море Изобилия. На пятый день очень интересно наблюдать как бы сросшиеся вместе кратеры Кирилл, Теофил и Катарина. Кольцевой вал Теофила врезался в соседний Кирилл и частично разрушил его. Очевидно, Теофил образовался позже Кирилла. Возраст лунных кратеров оценивают, изучая степень их сохранности и подсчитывая количество небольших кратеров внутри более крупных. Легко заметить, что на материках кратеров намного больше, чем на поверхности морей. Следовательно, моря образовались позже материков.

На шестой день после новолуния во всем своем величии появляется Море Ясности. Если в это время провести несколько часов у телескопа, то можно заметить, как Солнце начинает освещать вершины гор, лежащих в тени за линией терминатора. Сначала они кажутся светлыми точками, оторванными от освещенной части Луны. Наблюдая, замечаешь, как увеличивается освещенная часть горы по мере того, как солнечные лучи опускаются к ее подножью. На седьмой день, когда Луна в фазе первой четверти, терминатор проходит через Море Паров; в это время трудно не обратить внимание на прекрасное трио кратеров — Птолемей, Альфонс и Арзахель. На восьмой день можно изучать систему светлых лучей кратера Тихо и центральную горку этого кратера. Ученые до сих пор ведут споры о природе системы светлых лучей, но ясно, что кратеры с лучами — наиболее молодые среди лунных кратеров. На девятый день появляется Коперник, один из интереснейших лунных цирков, лежащий южнее выступающего из темноты Моря Дождей. На следующую ночь у терминатора появляется молодой кратер Кеплер и кратер Гассенди с центральной горкой. В последующие ночи наблюдения менее интересны, так как солнечные лучи падают отвесно, тени почти исчезают, контраст лунных деталей падает, а яркость лунной поверхности настолько возрастает, что изображение слепит глаза.

Лунные затмения

Фаза полнолуния представляет интерес совсем иного рода: в этот момент может наступить полное лунное затмение, если Луна на своем пути войдет в тень Земли. Это одно из впечатляющих астрономических явлений, конкурировать с которым могут только полные солнечные затмения, яркие кометы и огнедышащие болиды. Античные и средневековые астрономы по форме земной тени на лунном диске доказывали шарообразность Земли и даже определяли соотношение размеров Земли и Луны.

Начальный, полутеневой этап лунного затмения почти невозможно заметить невооруженным глазом. Когда полная тень Земли касается лунной поверхности, начинается теневое затмение. Луна перемещается относительно звезд с запада на восток, поэтому тень надвигается на лунный диск с восточной стороны. В начале затмения накрытая тенью часть Луны кажется совершенно черной по контрасту с освещенной Солнцем поверхностью. Но к моменту наступления полной фазы затмения становится заметной окраска теневой зоны. В зависимости от состояния земной атмосферы цвет тени может меняться от бурого до вишнево-красного. Во время затмения блеск Луны значительно уменьшается, небо темнеет, становятся видны слабые звезды 4—5^m. Любопытно проследить за изменением блеска Луны во время затмения, сравнивая яркость лунного блика на полированном металлическом шарике (от подшипника) с блеском ярких звезд. Таким методом можно установить, что бывают как очень темные затмения, когда Луну почти не видно, так и более светлые. Вероятно, это зависит от состояния земной атмосферы, преломляясь в которой, солнечные лучи попадают в область тени.

В тот момент, когда земной наблюдатель видит лунное затмение, наблюдатель на Луне должен видеть затмение Солнца. Никому еще не приходилось наблюдать полное солнечное затмение с Луны; представить это явление попытался Константин Эдуардович Циолковский (1857—1935) в фантастической повести «На Луне»:

«Вот как будто кто-то с одной стороны светила приплюснул гигантским пальцем его светящуюся массу. Вот уже видна только половина Солнца. Наконец исчезла последняя его частица… Мы видим месяц и множество звезд. Это не тот месяц — серп; этот имеет форму темного круга, охваченного великолепным багровым сиянием, особенно ярким, хотя и бледным с той стороны, где пропал остаток Солнца… И окрестности залиты багрянцем, как бы кровью… Красный венок становился равномернее и красивее… Вот одна сторона его, противоположная той, где скрылось Солнце, побледнела и посветлела… Вот она делается все блестящее и принимает вид бриллианта, вставленного в красный перстень. Бриллиант превратился в кусочек Солнца — и венец невидим…».

Поражает прозорливость Циолковского: в повести «На Луне», написанной в 1887 г., он высказал предположения, которые были доказаны лишь много десятилетий спустя. Так, он весьма точно описал нагрев и охлаждение поверхности Луны, хотя достоверные сведения о температуре лунной поверхности были получены только в 1920-е гг.

Фотографирование Луны

Помимо визуальных наблюдений Луны можно проводить и фотографическое изучение ее поверхности. Благодаря большой яркости и значительным угловым размерам Луна является наиболее удобным для начинающих любителей астрономии объектом фотографирования. Для этой цели желательно иметь зеркальный фотоаппарат и объектив с фокусным расстоянием 200—500 мм. Светочувствительности цифровой камеры будет вполне достаточно, а для пленочной нужна фотопленка чувствительностью 100—400 единиц ГОСТ или ASA. Яркость лунного диска велика, поэтому можно применять короткие экспозиции. В полнолуние попробуйте выдержку 1/60—1/30с. при диафрагме 5,6—8. Во время лунного затмения применяйте выдержку в десятки секунд. При меньшей диафрагме изображение Луны может получиться недостаточно резким. Фотографируя молодую Луну, используйте более длительные выдержки, так как яркость лунной поверхности значительно возрастает к полнолунию. Размеры изображения Луны на фотопленке примерно в 100 раз меньше фокусного расстояния объектива. Следовательно, размер лунного диска на негативе, полученном с помощью 500-мм. объектива, будет около 5мм., а десятикратное увеличение при печати позволит получить фотографию Луны диаметром 50мм. Желательно установить фотоаппарат на надежном штативе, чтобы изображение Луны не «смазалось» от дрожания камеры.