 |
|
 |
|
podstawy astronomii :: ruch księżyca |
|
|
|
|
|
|
| ||
| Rozdział 5 | Podstawy astronomii Ruch Księżyca |
||
|
Księżyc jest najbliższym nam ciałem niebieskim. Krąży wokół Ziemi w kierunku z zachodu na wschód, w odległości średniej 384.4 tys. km. Nieco inną długość, wynoszącą 27.2122 dni ma tzw. miesiąc smoczy, to jest czas po którym Księżyc znajdzie się ponownie w tym samym węźle
Rysunek 21 - objaśnienie: Długość miesiąca gwiazdowego (okres czasu w którym Ziemia pokonuje odcinek Z1 do Z2) i miesiąca synodycznego (okres czasu w którym Ziemia pokonuje odcinek Z1 do Z3). Przerywaną linią zaznaczono kierunek na wybranąa gwiazdę. Obserwując Księżyc łatwo zauważyć, że jest on zawsze zwrócony ku Ziemi tą samą stroną. Odwrotną stronę Księżyca poznaliśmy dopiero dzięki fotografiom wykonanym przez księżycowe sondy kosmiczne. Bardzo często błędnie uważa się w związku z tym, że Księżyc nie obraca się wokół swojej osi. Prawidłowe wyjaśnienie jest takie, że jest to skutek tzw. synchronicznej rotacji Księżyca. Księżyc obraca się wokół własnej osi z tym samym okresem (i w tym samym kierunku) z jakim obiega Ziemię (patrz Rysunek 22). Jest to tak zwany rezonans 1:1 - na jeden obieg Księżyca dookoła Ziemi przypada jeden jego obrót wokół własnej osi). Inną konsekwencją takiej rotacji jest to, że Ziemia z Księżyca widoczna jest zawsze w tym samym miejscu na niebie (albo wcale nie jest widoczna, gdy obserwator znajduje się na jego odwróconej stronie). Astronauci, którzy wylądowali na Księżycu, widzieli Ziemię jako olbrzymi lampion zawieszony nieruchomo nad horyzontem  Rysunek 22: Widok hipotetycznej anteny umieszczonej na Księżycu, gdy Księżyc nie rotuje (rysunek po lewej stronie) i rotuje z okresem równym okresowi jego obiegu wokół Ziemi (rysunek po prawej). Fazy KsiężycaKsiężyc wykazuje zjawisko faz, gdyż nie świeci własnym światem a jedynie odbija światło słoneczne i stąd widoczna jest tylko ta jego część, którą oświetla Słońce. Po nowiu Księżyc zaczyna 'rosnąć', ma kształt coraz grubszego rogala, wschodzi coraz to później rano, zachodzi coraz później wieczorem. Po około tygodniu zobaczymy dokładnie połowę jego tarczy (w kształcie litery D). Jest to pierwsza kwadra. Wschodzi wówczas w południe a zachodzi o północy, gdyż linia Księżyc - Ziemia ustawiona jest wówczas pod kątem 90° do kierunku Ziemia - Słońce. Po kolejnym tygodniu Księżyc znajduje się na niebie po przeciwnej stronie niż Słońce (jednakże, ze względu na nachylenie orbity Księżyca do płaszczyzny ekliptyki Ziemia nie przesłania Księżyca. Widzimy wówczas całą jego tarczę - Księżyc jest w pełni. Wschodzi o zachodzie Słońca, a zachodzi o jego wschodzie. W trzecim tygodniu oświetlona część zaczyna się zmniejszać, aż ponownie oświetlona zostaje tylko jedna jego strona, tym razem lewa. Jest to trzecia kwadra. Księżyc oddalony jest od Słońca tym razem o−90°, czyli wschodzi i zachodzi 6 godzin wcześniej niż Słońce (wschód o północy, zachód w południe). Zaćmienia Księżyca i SłońcaZaćmienia Księżyca lub zaćmienia Słońca mogą się zdarzyć tylko wtedy, gdy wszystkie trzy ciała znajdują się na jednej linii. Zdarza się to wówczas, gdy Księżyc przechodzi przez węzły swojej orbity. Gdy kolejno ustawienie ciał jest Słońce - Księżyc - Ziemia, wówczas tarcza Księżyca przesłania nam tarczę Słońca i mówimy o zaćmieniu Słońca. Gdy Księżyc znajduje się po przeciwnej stronie Ziemi niż Słońce, mówimy o zaćmieniu Księżyca. Zarówno Ziemia jak i Księżyc są z natury ciałami ciemnymi i świecą tylko te ich półkule, które oświetla Słońce. Oświetlone ciała rzucają cień w kształcie wydłużonego stożka, wokoł którego rozpościera się strefa półcienia (stożek przeciwnie odwrócony). Podczas zaćmienia Słońca Księżyc znajduje się w nowiu. Gdy cień Księżyca zakrywa całą tarczę Słońca mówimy o zaćmieniu całkowitym. Cień Księżca przesuwając się po Ziemi tworzy tzw. pas całkowitego zaćmienia, o maksymalnej szerokości 270 km i długości kilku tys. kilometrów. Całkowite zaćmienia Słońca są możliwe dlatego, że widziane z Ziemi rozmiary kątowe Słońca i Księżyca są prawie jednakowe - Księżyc, mimo, że ma średnicę około 400 razy mniejszą niż Słońce jest też około 400 razy bliżej nas.  Rysunek 25: Rodzaje zaćmień Słońca w zależności od tego, czy Ziemia znajduje się w pełnym cieniu Księżyca (całkowite zaćmienie), w półcieniu (częściowe) czy też całkowity cień Księżyca kończy się przed powierzchnią Ziemi (obrączkowe). Bywa też, gdy Księżyc znajduje się w apogeum Zaćmienie Księżyca zdarza się wówczas, gdy Księżyc jest w swojej drugiej kwadrze, czyli w pełni. Gdy przechodzi przez stożek półcienia Ziemi mówimy o półcieniowym zaćmieniu Księżyca, gdy przechodzi przez cień właściwy Ziemi wówczas następuje całkowite zaćmienie Księżyca. Wydaje się, że raz na miesiąc powinno występować jedno zaćmienie Słońca (gdy Księżyc jest w nowiu) i jedno zaćmienie Księżyca (gdy jest w pełni). Tak się jednak nie dzieje, ponieważ orbita Księżyca nie leży w płaszczyźnie orbity Ziemi (ekliptyka) lecz jest nachylona do niej pod kątem około 5°. Ponadto węzły orbity Księżyca nie znajdują się ciągle w tym samym miejscu tylko, jak już wiemy, cofają się po ekliptyce. Tylko kilka razy w roku zdarza się sytuacja taka, że węzły orbity Księżyca leżą na linii Słońce - Ziemia. Wówczas, w zależności od tego przez który z węzłów przechodzi Księżyc (albo między Słońcem a Ziemią, albo po przeciwnej stronie Ziemi niż Słońce), mamy do czynienia z zaćmieniem Słońca lub z zaćmieniem Księżyca. Maksymalnie w ciągu roku może wystąpić 7 zaćmień - 5 słonecznych i 2 księżycowe lub 4 słoneczne i 3 księżycowe. Minimalnie mogą wystąpić dwa, oba słoneczne. Wynika z tego, że zaćmienia Słońca wcale nie są taką rzadkością, jak się powszechnie uważa i zdarzają się znacznie częściej niż zaćmienia Księżyca. Jednak z określonego miejsca na Ziemi mamy dużo większą szansę zaobserwować zaćmienie Księżyca niż Słońca. Jest tak dlatego, że zaćmienie Księżyca widać z całej 'nocnej' półkuli Ziemi, natomiast zaćmienie Słońca widać tylko z wąskiego pasa zaćmienia calkowitego. Przez konkretne miejsce na Ziemi pas taki przechodzi niezmiernie rzadko, raz na kilkaset lat. W Polsce całkowite zaćmienie Słońca będzie można oglądać dopiero w 2200 roku. PływyZjawiska przypływów i odpływów, nazywane ogólnie pływami, na Bałtyku są praktycznie niedostrzegalne, lecz poziom wód oceanów zmienia się 2 razy na dobę nawet o kilkanaście metrów (rekord na wybrzeżach Nowej Szkocji w Kanadzie gdzie różnica między wysoką a niską wodą przekracza 15m). Przyczyną pływów jest grawitacyjne przyciąganie głównie Księżyca, w mniejszym stopniu Słońca. Z prawa powszechnego ciążenia wiemy, że dwa ciała przyciągają się siłą wprost proporcjonalną do iloczynu ich mas, a odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości. Wyobraźmy sobie, że Ziemia na całej powierzchni pokryta jest równomiernie oceanem. Możemy od razu stwierdzić, że wody znajdujące się bliżej Księżyca są najsilniej przyciągane. Tam właśnie powstaje fala przypływu (tzw. wysoka woda). W miarę dobowego obrotu Ziemi fala bedzie się przemieszczała. Gdyby to było pełne wytłumaczenie, to przypływ zdarzałaby się w danym miejscu raz na dobę. Jednak obserwuje się dwie takie fale, dwa przypływy, powtarzające się cykliczne co 12 godzin 25 minut. Skąd ten drugi przypływ? 
Wyobraźmy sobie trzy punkty na Ziemi: A, B i C (rys. 27), gdzie B leży w środku Ziemi, A na oceanie najbliżej Księżyca, a C na oceanie najdalej od Księżyca. Ponieważ przyciąganie grawitacyjne maleje z odleglością, najsilniejsze jest w A, mniejsze w B, a najsłabsze w C. Na rysunku 27 przedstawiono to długością strzałek. Gdyby Księżyc i Ziemia nie krążyły wokół siebie dawno doszłoby do ich zderzenia. Tak więc w punkcie A powstaje fala przypływu, która jest efektem ucieczki wody od Ziemi, a w punkcie C powstaje druga 'wysoka woda', która jest efektem ucieczki Ziemi od tej wody. Dobowe wirowanie Ziemi sprawia, że fale przypływu (A i C) powtarzają sie w rytmie półdobowym. Zdarzałoby się to dokładnie co 12 godzin, gdyby nie fakt, że podczas gdy Ziemia dokonuje jednego pełnego obrotu dookoła własnej osi, to Księżyc, obiegając Ziemię, przesuwa się nieco na swojej orbicie i Ziemia potrzebuje dodatkowo 50 minut aby ten sam punkt znalazł się 'pod' Księżycem. Dlatego przypływy powtarzają się co 12 godzin i 25 minut. Słońce, bardziej oddalone od Ziemi niż Księżyc, ma mniejszy udział w powstawaniu pływów. Jest on silniej zauważalny jedynie podczas nowiu i pełni Księżyca, kiedy pływy słoneczne i księżycowe dodają się, lub gdy Księżyc jest w I albo III kwadrze - wtedy się odejmują. Efekty pływowe przejawiają się nie tylko w przypływach i odpływach, ale powoduja też niewielkie zmiany gęstości astmosfery ziemskiej, oraz odkształcenia w skorupie Ziemi (rzędu kilku cm). Fale pływowe powodują również globalne zmiany w układzie Ziemia - Księżyc, oto ich efekty:
Pośrednim skutkiem tych oddziaływań jest to, że jądro Księżyca jest przesunięte w stronę Ziemi - grubość skorupy Księżycowej po stronie zwróconej ku Ziemi wynosi 60 km, na odwróconej 100 km. Zadania1. Zaćmienie Księżyca wystapiło w pierwszym dniu wiosny. Jaka jest rektascensja i deklinacja Księżyca? Odpowiedź: α = 12h, δ = 0° 2. Zaćmienie Słońca wystąpiło w pierwszym dniu wiosny. Jakie są współrzędne równikowe Księżyca? Odpowiedź: α = 0h, δ = 0°
Autorem opracowania jest dr Iwona Wytrzyszczak Obserwatorium Astronomiczne UAM
Dziękuję za udostępnienie materiałów.  |
|||
orbity. Długość tego miesiąca jest krótsza od gwiazdowego, gdyż węzły orbity Księżyca cofają się po ekliptyce. Jeden pełen obrót węzłów trwa 18.6 lat. Księżyc wcześniej napotka cofający się w jego kierunku węzeł, niż gwiazdę, przy której znajdował się ten węzeł miesiąc temu.
Okres czasu jaki upływa między tymi samymi fazami Księżyca (np. od nowiu do nowiu) trwa średnio 29.5306 doby i nazywany jest miesiącem synodycznym. Jest on dłuższy od miesiąca gwiazdowego, gdyż w tym czasie Księżyc porusza się wraz z Ziemią dookoła Słońca i dopiero po dodatkowych dwóch dniach znajdzie się w tym samym położeniu względem Słońca (patrz Rysunek 21).
Kiedy Księżyc znajduje się pomiędzy Słońcem a Ziemią, wówczas strona zwrócona do Ziemi jest nieoświetlona. Mówimy, że Księżyc jest w nowiu. Wschodzi wraz ze Słońcem i razem z nim zachodzi. Nie można go dostrzec w blasku Słońca.
Ze strefy objętej stożkiem półcienia widoczne jest częściowe zaćmienie Słońca - Księżyc przesłania tylko część tarczy słonecznej, tym większą, im bliżej pasa całkowitego zaćmienia znajduje się obserwator.
| ||||||