Войти
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Схема орбиты Луны относительно Земли.. Углы и относительные размеры должны масштабироваться, а расстояния - нет. | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Луна орбиты Земли в продвинуть направление и совершить один оборот относительно звезд в примерно 27,32 дня (сидерический месяц ) и один оборот относительно Солнца примерно за 29,53 дня (синодический месяц ). Земля и Луна вращаются вокруг своего барицентра (общий центр масс ), который находится примерно в 4600 км (2900 миль) от центра Земли (около 72% ее радиуса). В среднем расстояние до Луны составляет около 385 000 км (239 000 миль) от центра Земли, что соответствует примерно 60 земным радиусам или 1,282 световой секунде.
При средней орбитальной скорости 1,022 км / с (0,635 миль / с) Луна покрывает расстояние примерно своего диаметра, или примерно полградуса на небесная сфера, каждый час. Луна отличается от большинства спутников других планет тем, что ее орбита близка к плоскости эклиптики вместо орбиты ее первичной ( в данном случае земная) экваториальная плоскость. Плоскость орбиты Луны наклонена на примерно на 5,1 ° по отношению к плоскости эклиптики, тогда как экваториальная плоскость Луны наклонена всего на 1,5 °.
Свойства орбиты, описанные в этом разделе, являются приблизительными. Орбита Луны вокруг Земли имеет множество нарушений (возмущений ), изучение которых (лунная теория ) имеет долгую историю.
Орбита Луны и размеры Земли и Луны в масштабе. 
Сравнение видимого размера Луны в перигее - апогее Орбита Луны представляет собой почти круглый эллипс о Земле (большая и малая полуоси составляют 384 400 км и 383 800 км соответственно: разница всего 0,16%). Уравнение эллипса дает эксцентриситет 0,0549 и расстояния перигея и апогея 362 600 км и 405 400 км соответственно (разница 12%).
Поскольку более близкие объекты кажутся больше, видимый размер Луны изменяется по мере того, как она приближается к наблюдателю на Земле и удаляется от него. Событие, называемое «суперлуной », происходит, когда полная Луна находится ближе всего к Земле (перигей). Максимально возможный видимый диаметр Луны на те же 12% больше (в зависимости от расстояния до апогея и перигея), чем самый маленький; видимая площадь на 25% больше, равно как и количество света, отражаемого в сторону Земли.
Разница в орбитальном расстоянии Луны соответствует изменениям ее тангенциальной и угловой скорости, как указано во втором законе Кеплера. Среднее угловое перемещение относительно воображаемого наблюдателя в барицентре Земля – Луна составляет 13,176 ° в сутки на восток (J2000.0 эпоха).
Минимальное, среднее и максимальное расстояния Луны от Земли с ее угловым диаметром, если смотреть с поверхности Земли, в масштабе удлинение Луны - это ее угловое расстояние на восток Солнца в любое время. В новолуние оно равно нулю, и считается, что Луна находится в соединении. В полнолуние удлинение составляет 180 °, и говорят, что оно находится в оппозиции. В обоих случаях Луна находится в сизигии, то есть Солнце, Луна и Земля почти выровнены. Когда удлинение составляет 90 ° или 270 °, считается, что Луна находится в квадратуре.
Апсидальная прецессия - большая ось эллиптической орбиты Луны совершает один полный оборот каждые 8,85 лет.. На этом изображении эллиптическая форма орбиты Луны сильно преувеличена по сравнению с ее почти круглой формой, чтобы сделать прецессию видимой. 
Наклонение орбиты - орбита Луны наклонена на 5,14 ° к эклиптике.
Анимация орбиты Луны вокруг Земли. Луна ·Земля. Вверху: Полярный вид; Внизу: Экваториальный вид 
Возмущения лунной орбиты Земли Ориентация орбиты не фиксируется в пространстве, а вращается во времени. Эта орбитальная прецессия также называется апсидальной прецессией и представляет собой вращение орбиты Луны в пределах орбитальной плоскости, то есть оси эллипса меняют направление. Большая ось Луны - самый длинный диаметр орбиты, соединяющая ее ближайшую и самую дальнюю точки, перигей и апогей соответственно - совершает один полный оборот за 8,85 Земных лет, или 3232,6054 дня, так как она медленно вращается в том же направлении, что и сама Луна (прямое движение). Апсидальная прецессия Луны отличается от узловой прецессии ее орбитальной плоскости и осевой прецессии самой Луны.
Среднее наклонение лунной орбиты к плоскости эклиптики составляет 5,145 °. Теоретические соображения показывают, что нынешний наклон относительно плоскости эклиптики возник в результате приливной эволюции с более ранней околоземной орбиты с довольно постоянным наклоном относительно земного экватора. Потребуется наклон этой предыдущей орбиты примерно на 10 ° к экватору, чтобы получить нынешнее наклонение к эклиптике в 5 °. Считается, что первоначально наклон к экватору был близок к нулю, но он мог быть увеличен до 10 ° за счет влияния планетезималей, проходящих вблизи Луны при падении на Землю. Если бы этого не произошло, Луна теперь лежала бы намного ближе к эклиптике, и затмения были бы гораздо более частыми.
Ось вращения Луны не перпендикулярна ее орбитальной плоскости, поэтому лунный экватор не в плоскости своей орбиты, но наклонен к ней на постоянное значение 6,688 ° (это наклон ). Как было обнаружено Жаком Кассини в 1722 году, ось вращения Луны прецессирует с той же скоростью, что и ее орбитальная плоскость, но сдвинута по фазе на 180 ° (см. Законы Кассини ). Следовательно, угол между эклиптикой и лунным экватором всегда составляет 1,543 °, даже если ось вращения Луны не фиксирована относительно звезд.
Узлы являются точками на котором орбита Луны пересекает эклиптику. Луна пересекает один и тот же узел каждые 27,2122 дня, интервал, называемый драконьим месяцем или драконическим месяцем. Линия узлов, пересечение двух соответствующих плоскостей, имеет ретроградное движение : для наблюдателя на Земле она вращается на запад вдоль эклиптики с периодом 18,6 года или 19,3549 ° в год. Если смотреть с небесного севера, узлы движутся вокруг Земли по часовой стрелке, противоположно вращению Земли и ее вращению вокруг Солнца. Лунные и солнечные затмения могут происходить, когда узлы совпадают с Солнцем, примерно каждые 173,3 дня. Наклонение лунной орбиты также определяет затмения; тени пересекаются, когда узлы совпадают с полнолунием и новолунием, когда Солнце, Земля и Луна выравниваются в трех измерениях.
Фактически это означает, что «тропический год » на Луне длится всего 347 дней. Это называется годом дракона или годом затмения. В этот период укладываются «сезоны» на Луне. Примерно половину этого драконьего года Солнце находится к северу от лунного экватора (но не более 1,543 °), а вторую половину - к югу от лунного экватора. Очевидно, что влияние этих сезонов незначительно по сравнению с разницей между лунной ночью и лунным днем. На полюсах Луны, вместо обычных лунных дней и ночей продолжительностью около 15 земных дней, Солнце будет «вверх» в течение 173 дней, так как оно будет «вниз»; полярный восход и закат занимает 18 дней в году. «Вверху» здесь означает, что центр Солнца находится над горизонтом. Лунные полярные восходы и закаты происходят во время затмений (солнечных или лунных). Например, во время солнечного затмения 9 марта 2016 года Луна находилась около своего нисходящего узла, а Солнце - около точки на небе, где экватор Луны пересекает эклиптику. Когда Солнце достигает этой точки, центр Солнца заходит на северный полюс Луны и восходит на южном полюсе Луны.
Каждые 18,6 лет угол между орбитой Луны и экватором Земли достигает максимума 28 ° 36 ′, что является суммой Экваториальный наклон Земли (23 ° 27 ′) и наклонение орбиты Луны (5 ° 09 ′) к эклиптике. Это называется серьезным покоем Луны. Примерно в это время склонение Луны будет изменяться от −28 ° 36 ′ до + 28 ° 36 ′. И наоборот, 9,3 года спустя угол между орбитой Луны и экватором Земли достигает минимума в 18 ° 20 ′. Это называется малой остановкой Луны. Последняя лунная остановка была незначительной в октябре 2015 года. В то время нисходящий узел был выровнен с равноденствием (точка в небе, имеющая прямое восхождение ноль и склонение ноль). Узлы перемещаются на запад примерно на 19 ° в год. Солнце ежегодно пересекает данный узел примерно на 20 дней раньше.
Когда угол наклона орбиты Луны к экватору Земли составляет минимум 18 ° 20 ′, центр диска Луны будет находиться над горизонтом каждый день с широт меньше чем 71 ° 40 '(90 ° - 18 ° 20') к северу или югу. При максимальном наклоне 28 ° 36 'центр диска Луны будет находиться над горизонтом каждый день только с широт менее 61 ° 24' (90 ° - 28 ° 36 ') северной или южной широты.
На высоких широтах будет период не менее одного дня в месяц, когда Луна не восходит, но также будет период не менее одного дня каждый месяц, когда Луна не заходит. Это похоже на сезонное поведение Солнца, но с периодом 27,2 дня вместо 365 дней. Обратите внимание, что точка на Луне может быть фактически видна, когда она находится примерно на 34 угловых минут ниже горизонта из-за атмосферной рефракции.
из-за наклона орбиты Луны по отношению к На экваторе Земли Луна находится над горизонтом на Северном и Южном полюсе почти две недели каждый месяц, даже если Солнце находится ниже горизонта в течение шести месяцев. Период от восхода луны до восхода луны на полюсах - это тропический месяц, около 27,3 дня, что довольно близко к сидерическому периоду. Когда Солнце находится дальше всего от горизонта (зимнее солнцестояние ), Луна будет полной, когда находится в своей наивысшей точке. Когда Луна находится в Близнецах, она будет над горизонтом на Северном полюсе, а когда она будет в Стрельце, она будет вверху на Южном полюсе.
Свет Луны используется зоопланктоном в Арктике, когда Солнце находится за горизонтом в течение нескольких месяцев, и, должно быть, помогал животным, которые жили в арктических и антарктических регионах, когда климат был теплее.
Масштабная модель системы Земля – Луна: размеры и расстояния указаны в масштабе. Он представляет собой среднее расстояние орбиты и средний радиус обоих тел.
Кажущаяся траектория Луны в небе, видимая с Земли каждую ночь, похожа на широкий эллипс, хотя путь зависит от времени года и широты.Около 1000 г. до н.э., вавилоняне были первой человеческой цивилизацией, которая, как известно, вела постоянные записи лунных наблюдений. На глиняных табличках того периода, которые были найдены на территории современного Ирака, начертаны клинописи письменами, на которых записано время и даты восходов и заходов луны, звезд, мимо которых проходила Луна, и разница во времени между восходом и заходом Солнца и Луны во время полнолуния. Вавилонская астрономия открыла три основных периода движения Луны и использовала анализ данных для построения лунных календарей, которые простираются далеко в будущее. Такое использование подробных систематических наблюдений для прогнозирования, основанного на экспериментальных данных, можно классифицировать как первое научное исследование в истории человечества. Однако вавилонянам, похоже, не хватало какой-либо геометрической или физической интерпретации своих данных, и они не могли предсказать будущие лунные затмения (хотя «предупреждения» были сделаны перед вероятным временем затмения).
Древнегреческие астрономы были первыми, кто представил и проанализировал математические модели движения объектов в небе. Птолемей описал движение Луны с помощью четко определенной геометрической модели эпициклов и эвекции.
Сэр Исаак Ньютон был первым, кто разработал полную теорию движения, механика. Наблюдения за движением Луны были главной проверкой его теории.
| Имя | Значение (дни) | Определение |
|---|---|---|
| Сидерический месяц | 27,321662 | относительно далеких звезд (13,36874634 пасса на орбиту вокруг Солнца) |
| синодический месяц | 29,530589 | относительно Солнца (фазы Луны, 12,36874634 прохода за орбита Солнца) |
| Тропический месяц | 27.321582 | относительно весенней точки (прецессии ~ 26000 лет) |
| Аномалистический месяц | 27.554550 | по отношению к перигею (прецессы в 3232,6054 дня = 8,850578 лет) |
| Драконий месяц | 27,212221 | по отношению к восходящему узлу (прецессы в 6793,4765 дней = 18,5996 лет) |
Есть несколько разных периодов, связанных с лунной орбитой. звездный месяц - это время, необходимое для того, чтобы сделать один полный оборот вокруг Земли относительно неподвижных звезд. Это примерно 27,32 дня. синодический месяц - это время, за которое Луна достигает той же визуальной фазы. Это заметно варьируется в течение года, но в среднем составляет около 29,53 дня. Синодический период длиннее сидерического периода, потому что система Земля-Луна движется по своей орбите вокруг Солнца в течение каждого сидерического месяца, следовательно, требуется более длительный период для достижения аналогичного выравнивания Земли, Солнца, и Луна. Аномалистический месяц - это время между перигеями и составляет около 27,55 дней. Разделение Земли и Луны определяет силу подъемной силы лунного прилива.
драконий месяц - это время от восходящего узла до восходящего узла. Время между двумя последовательными прохождениями одной и той же долготы эклиптики называется тропическим месяцем. Последние три периода немного отличаются от сидерического месяца.
Средняя продолжительность календарного месяца (двенадцатая часть года) составляет около 30,4 дня. Это не лунный период, хотя календарный месяц исторически связан с видимой фазой Луны.
Расстояние Луны от Земли и Фазы Луны в 2014 году.. Фазы Луны: 0 (1) - новолуние, 0,25 - первая четверть, 0,5 - полнолуние, 0,75 - последняя четверть гравитационное притяжение, которое Луна оказывает на Землю, является причиной приливов в море; Солнце имеет меньшее приливное влияние. Если бы Земля имела глобальный океан одинаковой глубины, Луна деформировала бы как твердую Землю (на небольшую величину), так и океан в форме эллипсоида с высокими точками примерно под Луной и на противоположной стороне Земли.. Однако из-за наличия континентов, гораздо более быстрого вращения Земли и меняющейся глубины океана такой упрощенной визуализации не происходит. Хотя период приливного потока обычно синхронизируется с орбитой Луны вокруг Земли, его относительное время сильно варьируется. В некоторых местах на Земле бывает только один прилив в день, тогда как в других, таких как Саутгемптон, бывает четыре, хотя это довольно редко.
Условные приливные выпуклости переносятся континентами вперед относительно ориентации Земли и Луны в результате вращения Земли. Эксцентрическая масса каждой выпуклости оказывает небольшое гравитационное притяжение на Луну, при этом выпуклость на стороне Земли, ближайшей к Луне, тянется в направлении немного вперед по орбите Луны (потому что вращение Земли перенесло выпуклость вперед). Выпуклость на стороне, наиболее удаленной от Луны, имеет противоположный эффект, но поскольку гравитационное притяжение изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния, эффект сильнее для выпуклости на ближней стороне. В результате часть углового (или вращательного) момента Земли постепенно передается во вращение пары Земля-Луна вокруг их общего центра масс, называемого барицентром. Этот немного больший орбитальный угловой момент приводит к увеличению расстояния Земля-Луна примерно на 38 миллиметров в год. Сохранение углового момента означает, что осевое вращение Земли постепенно замедляется, и из-за этого ее день удлиняется примерно на 23 микросекунды каждый год (исключая отскок ледника ). Обе цифры действительны только для текущей конфигурации континентов. Приливные ритмы 620 миллионов лет назад показывают, что за сотни миллионов лет Луна отступала со средней скоростью 22 мм (0,87 дюйма) в год (2200 км или 0,56% или Земля-Луна. расстояние за сто миллионов лет), а день удлинялся со средней скоростью 12 микросекунд в год (или 20 минут за сто миллионов лет), что составляет примерно половину их текущих значений. Нынешняя высокая скорость может быть вызвана почти резонансом между естественными частотами океана и частотами приливов. См. Также приливное ускорение для более подробного описания.
Луна постепенно удаляется от Земли на более высокую орбиту, и расчеты показывают, что это будет продолжаться примерно 50 миллиардов лет. К тому времени Земля и Луна будут находиться во взаимном спин-орбитальном резонансе или приливной блокировке, при которой Луна будет вращаться вокруг Земли примерно за 47 дней (в настоящее время 27 дней), а Луна и Земля будут вращаться вокруг своих осей одновременно, всегда обращаясь друг к другу с одной и той же стороны. Это уже произошло с Луной - та же сторона всегда обращена к Земле - и также медленно происходит с Землей. Однако замедление вращения Земли происходит недостаточно быстро, чтобы вращение удлинялось до месяца, прежде чем другие эффекты изменят ситуацию: примерно через 2,3 миллиарда лет с этого момента увеличение излучения Солнца вызовет Землю океаны испаряться, устраняя приливное трение и ускорение.
Анимация Луны, циклически меняющая свои фазы. Кажущееся колебание Луны известно как либрация.. Луна находится в синхронном вращении, что означает, что она всегда обращена лицом к Земле. Это синхронное вращение верно только в среднем, потому что орбита Луны имеет определенный эксцентриситет. В результате угловая скорость Луны изменяется при ее вращении вокруг Земли и, следовательно, не всегда равна скорости вращения Луны. Когда Луна находится в перигее, ее орбитальное движение быстрее, чем ее вращение, и это позволяет нам видеть до восьми градусов долготы ее восточной (правой) обратной стороны. И наоборот, когда Луна достигает своего апогея, ее орбитальное движение медленнее, чем ее вращение, показывая восемь градусов долготы ее западной (левой) обратной стороны. Это называется продольной либрацией.
Поскольку лунная орбита также наклонена к плоскости эклиптики Земли на 5,1 °, ось вращения Луны, кажется, вращается по направлению к Земле и от нее в течение одной полной орбиты. Это называется широтной либрацией, которая позволяет видеть почти 7 ° широты за полюсом на дальней стороне. Наконец, поскольку Луна находится всего в 60 земных радиусах от центра масс Земли, наблюдатель на экваторе, наблюдающий Луну всю ночь, перемещается в сторону на один диаметр Земли. Это приводит к дневной либрации, которая позволяет видеть лунную долготу на дополнительный градус. По той же причине наблюдатели на обоих географических полюсах Земли смогут увидеть либрацию на один дополнительный градус по широте.
Сечение траекторий Земли и Луны вокруг Солнца Если смотреть с севера полюс неба (т.е. с приблизительного направления звезда Полярная звезда ) Луна вращается вокруг Земли против часовой стрелки, а Земля вращается вокруг Солнца против часовой стрелки, а Луна и Земля вращаются вокруг своих собственных осей против часовой стрелки.
Правило правой руки может использоваться для указания направления угловой скорости. Если большой палец правой руки указывает на северный полюс мира, его пальцы изгибаются в направлении, в котором Луна вращается вокруг Земли, Земля вращается вокруг Солнца, а Луна и Земля вращаются вокруг своих собственных осей.
В изображениях Солнечной системы принято рисовать траекторию Земли с точки зрения Солнца, а траекторию Луны - с точки зрения Земли.. Это может создать впечатление, что Луна вращается вокруг Земли таким образом, что иногда она движется назад, если смотреть с точки зрения Солнца. Однако, поскольку орбитальная скорость Луны вокруг Земли (1 км / с) мала по сравнению с орбитальной скоростью Земли вокруг Солнца (30 км / с), этого никогда не происходит. На солнечной орбите Луны нет обратных петель.
Если рассматривать систему Земля-Луна как двойную планету, ее центр тяжести находится внутри Земли, примерно в 4624 км (2873 мили) или 72,6% радиуса Земли от центра Земля. Этот центр тяжести остается на линии между центрами Земли и Луны, когда Земля завершает свое суточное вращение. Путь системы Земля – Луна по ее солнечной орбите определяется как движение этого общего центра тяжести вокруг Солнца. Следовательно, центр Земли поворачивает внутрь и за пределы солнечной орбитальной траектории в течение каждого синодического месяца, когда Луна движется по своей орбите вокруг общего центра тяжести.
Гравитационное воздействие Солнца на Луну более чем в два раза больше, чем у Земли. на Луне; следовательно, траектория Луны всегда выпуклая (как видно, если смотреть на Солнце на всю систему Солнце-Земля-Луна с большого расстояния за пределами солнечной орбиты Земля-Луна) и нигде не является вогнутой (с той же точки зрения) или петлей. То есть область, ограниченная орбитой Луны и Солнца, представляет собой выпуклое множество.
Портал Солнечной системы 