Частота наступления солнечного затмения на определенной территории. Стационарные наблюдения. Затмения Солнца и Луны

По сути, солнечное затмение – это тень от Луны, которая падает на земную поверхность. В диаметре она составляет примерно 200 км, то есть во много-много раз меньше, чем диаметр нашей планеты. Именно поэтому явление наблюдается только в конкретной полосе, по которой и проходит лунная тень.

В случае, если человек находится в зоне тени, он наблюдает полное солнечное затмение, когда Луна скрывает Солнце полностью. Небо при этом темнеет, на нём могут показаться звёзды. Как и вечером, становится прохладней, а животные и птицы замолкают, испуганные внезапной темнотой. Некоторые растения даже сворачивают листья.

Если же наблюдатели пребывают вблизи полосы такого затмения, то могут увидеть частное солнечное затмение. В этом случае Луна закрывает солнечный диск не полностью, а только его часть. Небо уже не такое темное, звезд не видно. Обычно частное затмение наблюдается на расстоянии около двух тысяч км от зоны затмения полного.

Время солнечного затмения

Это явление происходит в новолуние. Спутник не виден, потому как та его сторона, которая «смотрит» на Землю, не освещается Солнцем. Из-за этого создается впечатление, будто огненный шар закрывает черное пятно, возникшее из неоткуда.

Тень, которую отбрасывает Луна в сторону нашей планеты, похожа на резко сходящийся конус. Его острие находится несколько дальше Земли. И когда тень падает на поверхность планеты, то представляет собой черное пятно, диаметром 150–270 км, а не точку. Следуя за спутником, это пятно двигается по поверхности планеты, перемещаясь со скоростью одного километра в секунду.

Из-за своей большой скорости, тень не может закрыть надолго какое-то место на земном шаре. При полном затмении максимально возможная длительность мрака 7,5 мин. При частном затмении - около двух часов.

Частота солнечных затмений

На Земле ежегодно происходит от 2 до 5 затмений, при этом только два из них полные или кольцеобразны. За сто лет случается 237 солнечных затмений, 160 из них - частичные, 63 - полные, а кольцеобразных 14. В некоторых точках земной поверхности солнечные затмения в крупной фазе происходят очень редко, а полные затмения – совершенная редкость. Например, на территории Москвы в период с XI по XVIII в.в. наблюдалось всего 159 солнечных затмений, из которых полных было всего лишь 3. Это за 700-то лет!

Обычно полные солнечные затмения наблюдаются в странах Запада, но совершенно точно известно, когда Луна полностью закроет диск на территории России. Произойдет это только через 13 лет в 2026 году 12 августа, а после этой даты еще через 7 лет – в 2033 году. Напомним, что ближайшее прошедшее затмение состоялось 1 августа 2008 года.

Смотреть солнечное затмение на кадрах видео- и фотосъемки можно в интернете.

Луна видна на небе благодаря тому, что Солнце освещает ее. Фазы Луны зависят от положения ночного светила относительно Земли и Солнца. В полнолуние Солнце, Земля и ее спутник находятся на одной линии. При этом Луна занимает самое далекое от Солнца положение, и когда дневное светило , ночное - начинает закатываться.

Наоборот, в новолуние Луна «всходит» и «садится» за вместе с Солнцем. При этом невооруженным глазом она не видна, так как полностью закрыта тенью Земли.

Земная ось наклонена относительно орбиты планеты на 23,5 градуса. При движении вокруг Солнца в течение года планета поворачивается к светилу то одной, то другой стороной. Это, в свою очередь, порождает смену времен года, и во время каждого сезона Солнце меняет траекторию своего движения по небосклону.

Поскольку со сменой сезонов Солнце меняет свое положение и движение на небе относительно линии горизонта, то и Луна будет появляться на куполе неба и исчезать с него в разное время и в разных местах.

При этом следует учитывать разницу времен года в северном и .

Как предсказать закат Луны

Предсказать, где будет наблюдаться лунный закат, можно, ориентируясь по Солнцу. Каждый день Луна отстает от Солнца на 12 градусов, скользя по небосводу также в восточном направлении. Это , что время ее отставания от Солнца составляет 50 минут в сутки.

Земля вертится с запада на восток, по часовой стрелке. Поэтому все, что вы наблюдаете на небе, движется по нему в обратном направлении, с востока на запад: звезды, Солнце, Луна и планеты.

Если в новолуние Луна заходит за горизонт в том же месте, что и Солнце, а также одновременно с ним, то в другие фазы место и время лунного заката будут отличаться от солнечного, в зависимости от степени отставания Луны.

На молодом тонкий рожок Луны виден над горизонтом, когда Солнце уже зашло. Первая четверть Луны совпадает с положением ночного светила на 90 градусов левее Солнца. Тогда, если Солнце закатилось на юго-западе, то Луна зайдет за горизонт на западе. Так бывает в северном полушарии зимой, а в южном – летом.

Место захода Луны относительно горизонта зависит также от градуса широты.

Полная Луна находится на 180 градусов левее Солнца и отстает от него на 12 часов. Во время солнечного заката наступает лунный восход. И если в северном полушарии зимнее Солнце закатится на юго-западе, то Луна исчезнет за линию горизонта на северо-западе.
Стареющая Луна в последней четверти находится в 270 градусах левее Солнца и появляется на небе на 18 часов позднее. Ее закат совпадет с полднем. Зимой и летом в северном полушарии он случится на западе, весной – на юго-западе, а осенью – на северо-западе.

Для того, чтобы произошло затмение, не важно, лунное или солнечное, и Луна, и Солнце, и Земля должны находиться на одной линии. Так, во время солнечного затмения, между Землей и Солнцем проходит Луна, и она, как-будто, скрывает Солнце из поля зрения, закрывает его. А вот во время лунного затмения, Луна закрывается уже тенью Земли, которая отбрасывается от планеты, освещенной Солнцем.

Различают полные, частичные и полутеневые лунные затмения. При полном лунном затмении, Луна полностью «закрывается» земной тень, при частичном - Луна погружается в тень только наполовину, при этом, максимально возможное затемнение составляет половину диска Луны. А при полутеневом затмении, Луна проходит только через полутень Земли. Лунные затмения происходят только при полной Луне. Но полнолуние бывает каждый месяц, однако же, мы, почему-то, не замечаем таких частых лунных затмений. С чем же это связано? А вот с чем: для того, чтобы такая дружная компания в лице Солнца, Луны и Земли, радовала нас лунными затмениями каждую ночь с участием полной Луны, они должны «дружить» совсем по-другому. И вот как должна выглядеть эта «дружба»: Луна должна вращаться вокруг Земли в той же плоскости, в какой Земля вращается вокруг Солнца. Но этого не происходит, ведь плоскость лунной орбиты чуть-чуть, совсем немного, наклонена по отношению к плоскости обращения Земли вокруг Солнца (по-научному эта плоскость называется плоскость эклиптики). Таким образом, получается, что затмение происходит только тогда, когда Луна расположена вблизи узлов собственной орбиты. Длина фазы лунного затмения определяется по тому, насколько близко располагается затмение к лунному узлу. Так, чем оно ближе к нему тем длиннее будет фаза. Так как во время затмения, Луна закрывается тенью Земли, то, по логике вещей, она должна полностью исчезнуть из вида. Однако, как мы знаем, этого никогда не происходит. А все потому, что земная атмосфера, просто-напросто, рассеивает лучи Солнца, а они, в свою очередь, падают на затемненную земной тенью Луну. Чаще всего, затемненная Луна имеет красноватый цвет. Это связано с тем, что красные и оранжевые лучи лучше всего проходят через атмосферу нашей планеты.

Это был краткий экскурс в основы астрономии и лунного затмения. Но ведь мы так и не ответили, как часто случается такое явление, как лунное затмение. Точнее ответили, но осветили некоторую часть этого явления. То есть, теперь мы знаем, что лунное затмение возможно только при полной Луне. Но так и не ясно, сколько же раз, например, в год бывают лунные затмения? Но еще древние астрономы рассчитали частоту лунных затмений в год. Так, они вывели такое понятие, как «сарос». Сарос длится ровно 18 лет, 11 дней и 8 часов. И во время этого временного промежутка происходит 43 солнечных и 28 лунных затмения. Таким образом, в год возможно, как минимум, два лунных затмения, иногда число затмений увеличивается еще на одно, а бывают и годы, вообще, без затмений. Но эта частота лунных затмений рассчитана на всю Землю. А если рассматривать отдельные области Земного шара, то их частота будет неодинакова. В определенных местах, затмения будут видны чаще, чем в других.

В конце хотелось бы заметить, что как лунное, так и солнечное затмение - это красивейшие явления, которыми одарила нас природа. И это достаточно частое явление, но нам может вполне показаться, что они случаются не чаще, чем раз в десятилетие, именно тогда в средствах массовой информации нам сообщают об очередном крупном затмении.

Лунное затмение наступает, когда Луна (в фазе полнолуния) входит в конус тени, отбрасываемой Землёй. Диаметр пятна тени Земли на расстоянии 363 000 км (минимальное расстояние Луны от Земли) составляет около 2,5 диаметров Луны, поэтому Луна может быть затенена целиком. Лунное затмение может наблюдаться на половине территории Земли (там, где на момент затмения Луна находится над горизонтом). Вид затенённой Луны с любой точки наблюдения одинаков. Максимальная теоретически возможная продолжительность полной фазы лунного затмения составляет 108 минут; такими были, например, лунные затмения 13 августа 1859 года, 16 июля 2000 года.

В каждый момент затмения степень покрытия диска Луны земной тенью выражается фазой затмения Ф. Величина фазы определяется расстоянием 0 от центра Луны до центра тени. В астрономических календарях приводятся величины Ф и 0 для разных моментов затмения.

Если Луна попадает в полную тень Земли только частично, наблюдается частное затмение . При нём часть Луны является тёмной, а часть, даже в максимальной фазе, остаётся в полутени и освещается солнечными лучами.

Вокруг конуса тени Земли имеется полутень - область пространства, в которой Земля заслоняет Солнце лишь частично. Если Луна проходит область полутени, но не входит в тень, происходит полутеневое затмение . При нём яркость Луны уменьшается, но незначительно: такое уменьшение практически незаметно невооружённым глазом и фиксируется только приборами. Лишь когда Луна в полутеневом затмении проходит вблизи конуса полной тени, при ясном небе можно заметить незначительное потемнение с одного края лунного диска.

Затмеваемая Луна мерцает в небе над памятником Спасителю мира в Сан-Сальвадоре, Сальвадор, 21 декабря 2010 года.

(Jose CABEZAS/AFP/Getty Images)

При наступлении полного затмения Луна приобретает красноватый или коричневатый оттенок. Цвет затмения зависит от состояния верхних слоев земной атмосферы, поскольку только прошедший сквозь нее свет освещает Луну во время полного затмения. Если сравнить снимки полных лунных затмений разных лет, то легко увидеть разницу в цвете. Например, затмение 6 июля 1982 года было красноватым, а затмение 20 января 2000 года имело коричневый оттенок. Такие цвета Луна приобретает во время затмений благодаря тому, что земная атмосфера больше рассеивает красные лучи, поэтому никогда нельзя наблюдать, скажем, синего или зеленого лунного затмения. Но полные затмения различаются не только цветом, но и яркостью. Да, именно, яркостью, и существует специальная шкала для определения яркости полного затмения, называемая шкалой Данжона (в честь французского астронома Андре Данжона, 1890–1967).

Градация шкалы Данжона имеет 5 пунктов. 0 - затмение очень темное (Луна еле угадывается на небе), 1 - затмение темно-серое (на Луне заметны детали), 2 - затмение серое с коричневым оттенком, 3 - светлое красно-коричневое затмение, 4 - очень светлое медно-красное затмение (Луна видна отчетливо, и различимы все основные детали поверхности).

Если бы плоскость лунной орбиты лежала в плоскости эклиптики, то лунные (как и солнечные) затмения происходили бы ежемесячно. Но большую часть времени Луна проводит либо выше, либо ниже плоскости земной орбиты ввиду того, что плоскость лунной орбиты имеет пятиградусный наклон к плоскости орбиты Земли. Как следствие, естественный спутник Земли попадает в ее тень лишь два раза в году, то есть в то время, когда узлы лунной орбиты (точки ее пересечения с плоскостью эклиптики) находятся на линии Солнце-Земля. Тогда в новолуние происходит солнечное затмение, а в полнолуние - лунное.

Каждый год происходят как минимум два лунных затмения, однако в связи с несовпадением плоскостей лунной и земной орбит, их фазы отличаются. Затмения повторяются в прежнем порядке каждые 6585⅓ дней (или 18 лет 11 дней и ~8 часов - период, называемый сарос); зная, где и когда наблюдалось полное лунное затмение, можно точно определить время последующих и предыдущих затмений, хорошо просматриваемых в этой местности. Эта цикличность часто помогает точно датировать события, описываемые в исторических летописях. История лунных затмений уходит далеко в прошлое. Первое полное лунное затмение зарегистрировано в древнекитайских летописях. С помощью расчетов удалось вычислить, что оно произошло 29 января 1136 г. до н. э. Еще три полных лунных затмения зафиксированы в «Альмагесте» Клавдия Птолемея (19 марта 721 г. до н. э., 8 марта и 1 сентября 720 г. до н. э.). В истории часто описываются лунные затмения, что очень помогает установить точную дату того или иного исторического события. Например, военачальник афинской армии Никий испугался начавшегося полного лунного затмения, в армии началась паника, что привело к гибели афинян. Благодаря астрономическим расчетам удалось установить, что это произошло 27 августа 413 г. до н. э.

В средние века полное лунное затмение оказало Христофору Колумбу большую услугу. Его очередная экспедиция на острове Ямайке оказалась в тяжелом положении, продукты питания и питьевая вода были на исходе, и людям грозила голодная смерть. Попытки Колумба получить пищу у местных индейцев окончились безрезультатно. Но Колумб знал, что 1 марта 1504 г. должно произойти полное лунное затмение, и под вечер он предупредил вождей живших на острове племен, что он похитит у них Луну, если они не доставят на корабль продукты и воду. Индейцы лишь посмеялись и ушли. Но, как только началось затмение, индейцев охватил неописуемый ужас. Продукты и вода были немедленно доставлены, а вожди на коленях умоляли Колумба вернуть им Луну. Колумб, естественно, не мог «отказать» в этой просьбе, и вскоре Луна, к восторгу индейцев, снова засияла на небе. Как видим, обычное астрономическое явление может быть весьма полезным, а знание астрономии просто необходимо путешественникам.

Наблюдения лунных затмений могут принести некоторую научную пользу, так как дают материал для изучения структуры земной тени и состояния верхних слоев атмосферы Земли. Любительские наблюдения частных лунных затмений сводятся к точной регистрации моментов контактов, фотографированию, зарисовкам и описанию изменений яркости Луны и лунных объектов в затмившейся части Луны. Моменты касания лунного диска с земной тенью и схождения с нее фиксируются (с возможно большей точностью) по часам, выверенным по сигналам точного времени. Необходимо отмечать и контакты земной тени с крупными объектами на Луне. Наблюдения можно проводить невооруженным глазом, в бинокль или телескоп. Точность наблюдений, естественным образом, увеличивается при наблюдении в телескоп. Для регистрации контактов затмения необходимо установить на телескопе максимальное для него увеличение и направить его на соответствующие точки касания диска Луны с земной тенью за несколько минут до предсказанного момента. Все записи заносятся в тетрадь (журнал наблюдений затмения).

Если в распоряжении любителя астрономии имеется фотоэкспонометр (прибор, измеряющий яркость объекта), то с его помощью можно построить график изменения яркости лунного диска в течение затмения. Для этого надо установить экспонометр так, чтобы его чувствительный элемент был направлен точно на диск Луны. Показания прибора снимаются через каждые 2-5 минут, и записываются в таблицу тремя столбцами: номер замера яркости, время и яркость Луны. По окончании затмения, используя данные таблицы, можно будет вывести график изменения яркости Луны во время этого астрономического явления. В качестве экспонометра можно использовать любой фотоаппарат, где имеется система автоматического экспонирования со шкалой экспозиций.

Фотографирование явления можно производить любым фотоаппаратом, имеющим съемный объектив. При съемке затмения объектив из фотоаппарата удаляется, а корпус аппарата прилаживается к окулярной части телескопа при помощи переходника. Это будет съемка с окулярным увеличением. Если объектив вашего фотоаппарата несъемный, то можно просто приставить аппарат к окуляру телескопа, но качество такого снимка будет хуже. При наличии у вашего фотоаппарата или видеокамеры функции Zoom необходимость в дополнительных увеличительных средствах, как правило, отпадает, т.к. размеры Луны при максимальном увеличении такой камеры достаточны для съемок.

Тем не менее, лучшее качество снимков получается при фотографировании Луны в прямом фокусе телескопа. В такой оптической системе объектив телескопа автоматически становится объективом фотоаппарата, только с большим фокусным расстоянием.

Тема урока: Движение и фазы Луны.

Затмения Солнца и Луны

Цели урока

Личностные : организовывать самостоятельную познавательную деятельность.

Метапредметные : графически пояснять условия возникновения лунных и солнечных затмений.

Предметные : формулировать понятия и определения «синодический период», «сидерический период»; объяснять наблюдаемое движение и фазы Луны, причины затмений Луны и Солнца; описывать порядок смены лунных фаз.

Основной материал

Анализ модели взаимодействия Земли и Луны. Сравнительная характеристика физических свойств Земли и Луны. Анализ явлений солнечного и лунного затмений, условия их наступления и наблюдения на различных широтах Земли.

Методические акценты урока. Для введения в урок представленные вопросы, упражнение 5 и задания 7-10 позволят организовать деятельность учащихся по актуализации знаний о характере суточного и годичного движения Солнца.

Несмотря на кажущуюся простоту введения данной темы, важно учитывать, что навыки проведения мысленного эксперимента у обучающихся недостаточны, а рассмотрение разных процессов в различных системах отсчета традиционно является сложным учебным действием для обучающихся. Истинное понимание астрофизических основ данной темы в представлении обучающихся может подменяться поверхностным знанием отдельных фактов. Поэтому при анализе движения Луны необходимо наряду с виртуальным наблюдением использовать возможности реальной модели: укрепленный на стержне непрозрачный шар, размещенный на определенном отдалении от глобуса, освещают широким пучком света. При этом обращают внимание, что из разных точек класса наблюдается различная освещенность шара.

Взаимовлияние Земли и Луны вызвано сходными физическими свойствами небесных тел (сравнимый радиус, масса). Следствием данного взаимовлияния Земли и Луны выступает равенство периодов собственного обращения Луны вокруг собственной оси и вокруг Земли. Данное положение следует проиллюстрировать с использованием модели: сделав на шаре отметку, можно наглядно показать вращение Луны относительно Земли. Вводится понятие «сидерический месяц». Далее анализируется динамика наступления различных фаз Луны и анализируются причины возникновения наблюдаемых лунных фаз: видимая часть Луны освещается Солнцем, и Луна имеет форму шара. Вводится понятие «синодический месяц». Важно остановиться на относительности всех систем отсчета и показать, что для наблюдателя на Луне (такими «наблюдателями» выступали космонавты, высаживавшиеся на поверхность спутника, а также исследовательские космические аппараты, в том числе и советские) Земля также будет иметь фазы, сходные с лунными.

Так как обучающиеся из курса физики и географии имеют общее представление о солнечных и лунных затмениях, изучение данных вопросов можно представить для самостоятельной индивидуальной работы с последующим обсуждением. При этом желательно сравнить по одним и тем же характеристикам солнечные и лунные затмения и представить результаты в виде таблицы.

Характеристика солнечных и лунных затмений

Параметры характеристики	Солнечное затмение	Лунное затмение
Графическое изображение процесса затмения
Астрономические условия наступления
Вид затмения
Максимальная продолжительность
Средняя частота наступления в течение года
Частота наблюдения на определенной территории
Сарос (период повторения последовательности затмений) и его причины
Использование явлений в научных целях

После выполнения данной работы необходимо обсудить результаты, обратив внимание на кольцеобразное солнечное затмение, свидетельствующее об изменении расстояний видимого углового диаметра Луны в зависимости от взаимных расстояний Солнца, Земли и Луны. Возвратившись к демонстрации модели движения Луны вокруг Земли относительно Солнца, необходимо проиллюстрировать теоретические рассуждения обучающихся: удаляя и приближая шар к источнику света, можно наблюдать изменение характера видимости самого источника. Далее иллюстрируется тот факт, что плоскость орбиты Луны относительно Земли имеет наклон к плоскости эклиптики, составляющий 5 0 , что и препятствует возникновению в каждое новолуние и полнолуние солнечного и лунного затмений.

Размещенные в сети Интернет иллюстрации наблюдавшихся на территории России солнечных и лунных затмений активизирует интерес обучающихся и обсуждение темно-красного оттенка лунного диска, который остается видимым во время лунных затмений: преломляясь в земной атмосфере, длинноволновое солнечное излучение попадает в конус земной тени и освещает Луну.

Итогом занятия являются ответы на вопросы к § 7 и § 8 учебника и упражнений 6, 7 учебника, что позволит еще раз проанализировать изученные явления.

Домашнее задание. § 7, 8; практические задания.

В течение недели наблюдайте положение Луны водно и то же время. Выберите удаленные объекты, относительно которых можно сравнивать положение лунного диска. По результатам наблюдений заполните таблицу.

Дата наблюдения
Графическое изображение наблюдений фазы Луны
Название фазы
Цвет Луны
Характер смещения Луны относительно выбранных ориентиров

Темы проектов

О чем может рассказать цвет лунного диска.

Описания солнечных и лунных затмений в ли-

тературных и музыкальных произведениях.

Интернет-ресурсы

http://school-collection.edu.ru/catalog/rubr/c670 3457-4971-944b-5e84-05dc4d96d915/45363/?interfa ce=catalog&class=47&subject=39 - Единая коллек-ция цифровых образовательных ресурсов. Статиче-ская графика «Лунные затмения», «Полные солнеч-ные затмения», «Солнечные затмения».