ТАКАЯ РАЗНАЯ ЛУНА

Луна бывает разной –
обычной, жёлтой, красной.
И круглой, и овальной,
То меньше – то большой.
Что на Луну находит,
когда так происходит –
Об этом будет
сказ очередной.

муз. В. Шаинский,
сл. Е. Парфенов

Луна на нашем небе постоянно меняет свой облик несмотря на то, что всегда повёрнута к Земле одной и той же стороной, а на самой Луне уже давно практически ничего не происходит. Некоторые из этих изменений вызваны меняющимися условиями наблюдений, другие объясняютсясвойствами атмосферы Земли. Но иногда название какого-то состояния Луны не имеет под собой никаких физических причин. Теперь обо всём подробнее.

Итак, первое, что мы можем заметить, проводя регулярные наблюдения Луны, – это изменение её фазы (фаза показывает, какая часть видимого с Земли полушария объекта освещена Солнцем). Основные фазы Луны — новолуние, полнолуние, первая и последняя четверти. В новолуние фаза равна нулю, т. е. сторона Луны, обращённая к Земле, не получает солнечный. В полнолуние напротив, видимое полушарие Луны полностью освещено — фаза равна единице. В первую и последнюю четверти свет попадает на половину лунного диска, в первую четверть — на западную сторону, в последнюю — на восточную (рис. 1).

Часто для определения фазы Луны предлагается правило букв “Р” и “С” (“Р” означает растущую Луну, “С” — убывающую). Но это правило работает не всегда и не везде. Посмотрите на Луну осенью под утро за 2-3 дня до новолуния — увидите тонкий серп-лодочку. Его “рога” будут направлены практически вверх. Аналогичная картина наблюдается весной вечером через 2-3 дня после новолуния. А на дневном небе достаточно часто можно увидеть Луну в фазе около первой или последней четверти с наклоном “рогов” вниз более чем на 45 градусов. На других широтах всё меняется ещё радикальнее. Около экватора Луна почти всегда видна “рогами” вниз или вверх, а в южном полушарии вообще всё наоборот — “Р” означает убывающую Луну, а “С” — растущую.

Можно предложить другое (более универсальное) правило. Луна смещается среди звёзд в ту же сторону (с запада на восток), что и Солнце, но гораздо быстрее (Солнце совершает один оборот за год, Луна примерно за месяц).

В новолуние Луна на небе находится около Солнца, всходит и заходит примерно в одно с ним время, поэтому не видна. С увеличением фазы Луна смещается от Солнца на восток. А так как суточное вращение неба происходит с востока на запад, Луна всходит и заходит позже, чем Солнце. Поэтому растущую Луну видно с вечера, но не до утра.

В первой четверти Луна отстоит от Солнца примерно на 90 градусов к востоку, всходит около полудня, во время захода Солнца поднимается максимально высоко, а около полуночи заходит. При дальнейшем увеличении фазы Луну видно уже почти всю ночь, но всё так же — наблюдается она с самого вечера, но к утру успевает зайти за горизонт.

В полнолуние Луна на небе напротив Солнца. Всходит она вечером, видна всю ночь, заходит утром. При уменьшении фазы Луна вновь начинает приближаться к Солнцу, но теперь — с западной стороны. Она уже не успевает появиться над горизонтом засветло, всходит ночью, но остаётся видимой до самого утра.

Около последней четверти Луна расположена в 90 градусах западнее Солнца. Она всходит примерно в полночь, утром поднимается максимально высоко, а заходит к полудню. Перед
новолунием Луну можно заметить только под утро низко над горизонтом и в первой половине дня уже на светлом небе.

Также достаточно часто можно увидеть, что Луна меняет свой цвет на жёлтый, оранжевый, а иногда даже на красный. Эти изменения вызваны свойствами атмосферы Земли, а именно Рэлеевским рассеянием света в воздухе. Дело в том, что атмосфера не является абсолютно прозрачной. Часть проходящего через неё света поглощается и рассеивается. В результате все объекты, которые мы видим через слой воздуха, светят нам не так ярко, как мы бы это видели в открытом Космосе. Кроме этого, не весь свет поглощается и рассеивается в одинаковой степени. Сильнее задерживается в воздухе коротковолновое излучение (голубой, синий, фиолетовый цвета), а лучше проходит через атмосферу длинноволновая часть спектра (жёлтый, оранжевый, красный цвета). Поэтому цвет космических объектов, когда мы их видим с Земли, изменён в краснуюсторону. Эти эффекты многократно усиливаются около горизонта, ведь свет от объектов, находящихся на небольшой высоте, проходит по воздуху путь примерно в 10 раз больший, чем от объектов, расположенных высоко (рис. 2, рис. 3).

Ещё сильнее это влияние атмосферы проявляется в ходе полного лунного затмения (рис. 4). В это время Луна получает свет только от ночной стороны Земли, куда тот может попасть, только пройдя через атмосферу. Затем свет, уже изрядно ослабленный и покрасневший, отразившись от поверхности Земли, либо от нижних слоёв атмосферы, направляется к Луне, вновь преодолев слой воздуха. А уже отразившись от Луны и снова пройдя через атмосферу, свет показывает нам Луну в полной фазе затмения. Понятно, что такая Луна светит слабо, а в спектре её свечения не остаётся ничего, кроме красного цвета. Но в начале и в конце полной фазы затмения, когда мы видим на фонелунного диска край земной тени, можно заметить голубую каёмку на границе света и тени. Это происходит потому, что на краю тени свет попадает на Луну, пройдя почти по касательной лишь через верхние слои атмосферы Земли, а там как раз и собрана рассеянная по воздуху голубо-сине-фиолетовая часть спектра солнечного света.

Луна (как и Солнце) может приобрести другой, более необычный цвет вплоть до лилового и голубого при наличии в атмосфере твёрдых частиц сажи и пыли (рис. 5).

Следующие изменения внешнего вида Луны, которые можно заметить и невооружённым глазом, — это искажение формы её диска, когда Луна находится низко над горизонтом. Оно обусловлено рефракцией — преломлением света при его прохождении через атмосферу Земли.Воздух слегка меняет направление света, немного приподнимая изображение. Поэтому мы  видим космические объекты расположенными немного выше, чем они находятся на самом деле. Рефракция заметна только на небольших высотах и существенно увеличивается при приближении к горизонту. Из-за этого самые большие по видимому размеру объекты (Солнце и Луна) становятся овальными, “сплющиваясь” по вертикали. При этом размер диска по горизонтали не меняется (рис. 6). На данном рисунке – 2 снимка Солнца, полученные одним и тем же фотоаппаратом с одним и тем же увеличением в один и тот же день. Слева — Солнце в дневное время, справа — перед заходом. Изменением расстояния Земли от Солнца за время, прошедшее между моментами съёмки, можно пренебречь, так как оно меняется всего на 1.7% в большую или меньшую сторону, и эти изменения происходят в течение полугода, а никак не за несколько часов. На правом кадре явно видно изменение формы солнечного диска. Может показаться, что Солнце при этом стало “шире”, но это не так — размер по горизонтали остаётся неизменным. Это легко проверяется наложением правого кадра на левый, либо измерением размера диска Солнца на каждом из снимков.

Аналогичные изменения происходят и с Луной. Это может быть одним из объяснений так называемой “большой Луны” (кажущегося увеличения её размера, когда Луна находится около горизонта).

Видимый размер Луны действительно меняется — из-за изменения расстояния Луны от Земли. Орбита Луны не является круговой, она слегка (на 5.5%) вытянута. Поэтому на каждом обороте Луна бывает то немного ближе к нам, то немного дальше. Ближайшая к Земле точка орбиты Луны называется “перигей”, а самая удалённая — “апогей”. Но различие размеров Луны из-за изменения расстояния заметить непросто — их можно увидеть, например, при сравнении снимков, сделанных в одном масштабе в дни прохождения Луной перигея и апогея (рис. 7). Здесь приведены 2 снимка полной Луны, сделанные в разные месяцы, но в одном масштабе. Указано расстояние до Луны в момент съёмки.

Период обращения Луны вокруг Земли равен периоду её осевого вращения. Но из-за вытянутости орбиты Луна обращается неравномерно — быстрее движется при приближении к Земле и замедляется при удалении от неё. При этом скорость осевого вращения практически постоянна. Кроме того, ось вращения Луны наклонена на 7 градусов к плоскости её орбиты. Оба фактора приводят к так называемым “либрациям” — небольшим колебаниям Луны около своего среднего положения. Изменения скорости движения по орбите приводят к либрациям по долготе. Поэтому мы иногда можем видеть пограничные с видимой стороной районы обратного полушария Луны — то восточный край, то западный. А наклон оси вращения позволяет наблюдать приполярные области обратной стороны Луны. Из-за либраций мы можем видеть с Земли до 59% всей поверхности Луны. На рисунке 8 видно, что на левом кадре от нас скрыта восточная граница видимого полушария нашего спутника, а на правом видна и она, и, возможно, некоторая часть обратной стороны. Изменение вида Луны вследствие либраций незаметны для невооружённого глаза. При угловом размере Луны около 0.5 градуса смещение на величину либрации (поворот не больше, чем на 8 градусов) соответствует сдвигу на небе примерно на 40 угловых секунд, что меньше разрешающей способности глаза. Поэтому заметны либрации только при наблюдении в телескоп, либо на фотографиях Луны.

Во время своего движения вокруг Земли Луна меняет фазы, а также меняется расстояние от Луны до Земли. Но периоды этих изменений не совпадают. Один оборот вокруг Земли (и вокруг своей оси) Луна совершает за 27.32 суток, а на цикл фаз требуется 29.53 суток. Причина в том, что для повторения фазы должно вернуться к прежнему взаимное расположение Луны, Земли и Солнца, а не только её положение на орбите. Через 27.32 суток Луна завершит оборот вокруг Земли, но за это время сама Земля сдвинется по своей орбите вокруг Солнца. Чтобы скомпенсировать смещение Земли и занять прежнее положение относительно и Земли, и Солнца Луне требуется ещё два дня. Так что в разные месяцы Луна, например, проходит перигей, находясь в разных фазах и наоборот — одна и та же фаза в разные месяцы наступает на разных расстояниях Луны от Земли.

Иногда Луна находится ближе всего к Земле около полнолуния. Такое совпадение называется “суперлуние”. В это время полная Луна выглядит ярче и крупнее, чем в другие месяцы. Но это событие интересно только при наблюдении невооружённым глазом, либо в бинокль/подзорную трубу. У наблюдателя с телескопом, как правило, есть возможность менять увеличение. Кроме того, полная Луна смотрится слишком ярко, к тому же в полнолуние снижается контраст изображения Луны — заметны далеко не все объекты, которые можно увидеть при других фазах. Это наглядно видно из рис. 8, где приведены два снимка Луны: слева — в фазе чуть больше первой четверти, справа — в полнолуние. Когда терминатор (граница света и тени) проходит по видимому полушарию Луны — возле него Солнце на Луне расположено около горизонта. Поэтому все неровности рельефа около терминатора очень контрастны — на горы уже светит Солнце, в низины — ещё нет, от гор отходят длинные тени. В полнолуние же почти на всей видимой стороне Луны Солнце находится достаточно высоко, из-за чего теней почти нет — и на горы, и в низины попадает солнечный свет. Так что в полнолуние Луну видно всю, но на ней видно не всё. У крупных телескопов даже применяются специальные фильтры, уменьшающие яркость Луны во время полнолуния.

Понятно, что абсолютно точного совпадения моментов полнолуния и прохождения Луной перигея не будет никогда. Поэтому то, как часто происходят суперлуния, зависит от того, какое различие этих моментов считать допустимым. При разнице в пределах суток будет 1-2 суперлуния в год. Если же усилить требование до одного часа, суперлуния станут большой редкостью и будут происходить далеко не в каждый год. Противоположная суперлунию ситуация, когда Луна проходит полнолуние на максимальном от Земли расстоянии, называется “микролуние”.

Напомню — период изменения фаз Луны равен 29.53 суток. Но продолжительность календарного месяца составляет в среднем 30 сут. 10 часов в обычном году и 30 сут. 12 часов — в високосном. Поэтому иногда в течение одного месяца (любого, кроме февраля) успевает произойти два полнолуния. С недавних пор второе полнолуние из этих двух называют “Голубой Луной”. Раньше смысл этого названия был немного другим. У североамериканских фермеров началом года считалось зимнее солнцестояние, и все времена года начинались в моменты равноденствий и солнцестояний. Каждый сезон длился примерно по три месяца. И иногда за эти три месяца успевало произойти 4 полнолуния. В этом случае третье полнолуние из четырёх и называли “Голубой Луной”. Это название не имеет никакого физического смысла, такое полнолуние выглядит абсолютно так же, как и любое другое. А название возникло из выражения “Once in a Blue Moon” (однажды при голубой Луне), что эквивалентно нашему выражению “После дождичка в четверг” (т. е. очень редко, либо никогда). В таблице приведены моменты полнолуний и прохождения Луной перигея и апогея на несколько ближайших лет. Все моменты указаны по томскому времени.

Таблица 1. Моменты полнолуний, прохождения Луной перигея и апогея

19-го августа 2024 года все с нетерпением ждали так называемую “Осетровую Луну”. Я так и не понял, что люди хотели увидеть на небе — Луну в форме осетра, Луну характерного для осетра цвета или что-то другое? На самом деле произошло обычное полнолуние. А название “Осетровая Луна” означает только полнолуние, произошедшее в августе. Пришло это название от индейцев, которые нарекли полнолуние каждого месяца в честь того, чем они занимались в этом месяце, либо в честь того, что происходило в это время в природе. В таблице 2 приведены некоторые названия полнолуний, происходящих в разные месяцы года.

Таблица 2. Названия полнолуний, происходящих в разные месяцы

Так что — смотрите на небо, но не ждите чего-то сверхъестественного, и без этого вокруг происходит много интересного. Так, 08.09.2025 случится очередное полное лунное затмение, когда мы сможем вновь оценить состояние атмосферы Земли по виду Луны во время полной фазы. А 01.06.2030 увидим кольцеобразное солнечное затмение. Это — единственная возможность посмотреть на Луну прямо в момент новолуния. В ночь 13-14.04.2029 проследим за пролётом мимо Земли астероида Апофис, а в самое ближайшее время (по прогнозам — не позже сентября-2024) попробуем заметить вспышку звезды T Северной Короны. В момент максимальной яркости она должна быть хорошо видна невооружённым глазом, тогда как в обычном состоянии её не видно даже в небольшой телескоп. Предыдущая вспышка этой звезды наблюдалась в 1946 году.

И пусть нам повезёт с погодой.

Литература:
1. Куликовский Пётр Григорьевич. Справочник любителя астрономии. Москва, 1971 год.
2. Левитан Ефрем Павлович. Астрономия: Учебное пособие для средних проф.-тех. училищ.
2-е издание. Москва, 1983 год.
3. Ru.wikipedia.org.