Как работают лунные фазы: наука лунного цикла

Луна не производит собственный свет. То, что люди на Земле называют лунным светом, — это солнечный свет, отраженный от лунной поверхности, согласно Science Mission Directorate NASA. В любой момент времени Солнце освещает ровно половину Луны, точно так же, как оно освещает половину Земли. Часть этой освещенной половины, видимая с Земли, постоянно изменяется по мере движения Луны по ее орбите, и это меняющееся представление создает последовательность, известную как лунные фазы.

Почему Луна кажется меняющей форму

Согласно NASA, причина лунных фаз — простая геометрия: относительные положения Солнца, Земли и Луны меняются каждый день по мере движения Луны вокруг Земли. Когда Луна находится между Землей и Солнцем, ее освещенная сторона обращена в сторону от нас, создавая новолуние. Примерно две недели спустя, когда Земля находится между Солнцем и Луной, вся освещенная сторона обращена к Земле, создавая полнолуние. Каждая фаза между ними отражает другой угол обзора той же половины, освещенной сферы.

NASA также отмечает, что Луна приливно заблокирована к Земле: она вращается вокруг своей оси почти в точно то же время, которое требуется для орбиты Земли, поэтому одно и то же полушарие Луны всегда обращено к нашей планете. Приливная блокировка объясняет, почему люди на Земле никогда не видят дальнюю сторону Луны, но это отдельное явление от геометрии Солнце-Земля-Луна, которая создает фазы.

Восемь признанных фаз

NASA описывает лунный месяц как содержащий восемь названных фаз, разделенных на четыре основные фазы и четыре промежуточные. Основные фазы — новолуние, первая четверть, полнолуние и третья (или последняя) четверть — происходят в конкретный, рассчитываемый момент. Промежуточные фазы описывают постепенные переходы между ними.

• Новолуние — Луна находится между Землей и Солнцем; ближняя сторона не освещена.
• Растущий серп — тонкий луч света растет на правой стороне (вид Северного полушария).
• Первая четверть — половина видимого диска освещена; Луна находится под углом 90° от Солнца в небе.
• Растущая луна — более чем половина освещена, освещенная площадь продолжает расти.
• Полнолуние — Земля находится примерно между Солнцем и Луной; вся ближняя сторона освещена.
• Убывающая луна — более чем половина освещена, освещенная площадь сокращается.
• Третья (последняя) четверть — другая половина диска освещена.
• Убывающий серп — тонкий луч остается перед следующим новолунием.

Термины «растущий» и «убывающий» просто описывают направление: растущий означает, что освещенная часть растет, от новолуния к полнолунию, в то время как убывающий означает, что она сокращается, от полнолуния обратно к новолунию, согласно описанию NASA.

Почему цикл длится 29,5 дней, а не 27,3

Два разных числа описывают движение Луны, и их смешивание является общим источником путаницы. Сидерический месяц — 27,32166 дней, или 27 дней, 7 часов, 43 минуты и 12 секунд — это время, которое требуется Луне для завершения одного оборота относительно неподвижных звезд, согласно веб-сайту затмений NASA в Центре космических полетов Goddard. Синодический месяц — 29,53059 дней, или 29 дней, 12 часов, 44 минуты и 3 секунды — это время, необходимое для повторного появления той же фазы (например, новолуние на новолуние).

Синодический месяц длительнее, потому что сама Земля движется вокруг Солнца, пока Луна вращается вокруг Земли. После завершения одного полного оборота на 360° относительно звезд, Луна должна преодолеть дополнительное расстояние — примерно на 2,2 дополнительных дня стоимости — чтобы догнать то же самое выравнивание Солнце-Земля-Луна, с которого она начала, объясняет веб-сайт затмений NASA. Этот синодический месяц продолжительностью 29,5 дней является основой для календарных «месяцев» во многих культурах и для общепринятого сокращения, что лунный цикл длится около 29,5 дней.

Орбита Луны — это не идеальный круг

Путь Луны вокруг Земли — это эллипс со средней эксцентриситетом 0,0549, согласно веб-сайту затмений NASA, что означает, что расстояние между Землей и Луной варьируется на протяжении каждой орбиты. Перигей, ближайшая точка, варьировалась примерно между 356 355 и 370 399 км в течение последних пяти тысячелетий, в то время как апогей, самая дальняя точка, варьировалась примерно между 404 042 и 406 725 км за тот же период. Отдельный орбитальный период — аномалистический месяц, в среднем 27,55455 дней — измеряет время от одного перигея до следующего.

Орбитальная плоскость Луны также наклонена примерно на 5,145° относительно орбитальной плоскости Земли вокруг Солнца (эклиптика), согласно тому же источнику NASA. Этот наклон — это причина того, что солнечные и лунные затмения не происходят каждый месяц, несмотря на то, что новолуния и полнолуния происходят: Луна обычно проходит немного выше или ниже линии Солнце-Земля. Затмения возможны только в течение двух «сезонов затмений» в год, когда новолуние или полнолуние совпадает с пересечением Луной плоскости эклиптики, объясняет страница геометрии затмений NASA.

Фазы и приливы океана

Лунные фазы также соответствуют предсказуемому приливному паттерну. Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) объясняет, что в течение новолуний и полнолуний — когда Солнце, Земля и Луна почти выровнены — гравитационные силы Солнца и Луны усиливают друг друга, создавая «сизигийные приливы» с более высокими приливами и более низкими отливами. Во время первой и третьей четвертей фаз, когда притяжение Солнца к океану частично отменяет притяжение Луны, результат — это меньший диапазон «квадратурных приливов». Как сизигийные, так и квадратурные приливы происходят дважды в каждый лунный месяц, отмечает NOAA.

Что считается «голубой луной»

Поскольку синодический месяц (около 29,5 дней) короче, чем большинство календарных месяцев, два полнолуния иногда попадают в один и тот же календарный месяц. Сайт научной коммуникации EarthSky, управляемый астрономом Deborah Byrd, описывает это как современное, популярное определение «голубой луны». Второе, более старое определение — третье полнолуние в сезоне, который содержит четыре полнолуния вместо обычных трех — происходит из Maine Farmers' Almanac 1937 года. EarthSky прослеживает теперь распространенную версию «второго полнолуния в месяце» статье 1946 года журнала Sky & Telescope астронома-любителя James Hugh Pruett, который неправильно прочитал сезонное правило альманаха. Ежемесячные голубые луны повторяются примерно семь раз в течение 19 лет, или примерно каждые два-три года, согласно EarthSky.