Введение
Луна вращается вокруг Земли орбита объекта вокруг Луны. Перигей. (км) Апогей. (км) Средняя эксцентричность. (км) Луна покрывает расстояние приблизительно ее диаметр, или около половины градуса на небесной сфере, каждый час. Луна отличается от большинства обычных спутников других планет тем, что ее орбита ближе к плоскости эклиптики, а не к ее первичной (в данном случае, Земли) экваториальной плоскости. Орбитальная плоскость Луны наклонена примерно на 5,1° относительно плоскости эклиптики, тогда как экваториальная плоскость Земли наклонена примерно на 23° относительно плоскости эклиптики.
the orbit of an object around the Moon
| data3 =
| label4 = Perigee
| data4 = , (– km)
| label5 = Apogee
| data5 = , (– km)
| label6 = Mean eccentricity
| data6 = 0.0549006(0.026–0.077) the Moon covers a distance approximately its diameter, or about half a degree on the celestial sphere, each hour. The Moon differs from most regular satellites of other planets in that its orbit is closer to the ecliptic plane instead of its primary's (in this case, Earth's) equatorial plane. The Moon's orbital plane is inclined by about 5.1° with respect to the ecliptic plane, whereas Earth's equatorial plane is tilted by about 23° with respect to the ecliptic plane.
Свойства
Свойства орбиты, описанные в этом разделе, являются приближениями. Орбита Луны вокруг Земли имеет много вариаций (перебоев) из-за гравитационного притяжения Солнца и планет, изучение которых (лунная теория) имеет долгую историю. Для создания нынешнего наклона 5° к эклиптике потребуется наклон этой предыдущей орбиты примерно на 10° к экватору. Считается, что изначально наклон к экватору был близко к нулю, но он мог быть увеличен до 10° благодаря влиянию планетезималей, проходящих рядом с Луной, падая на Землю. Если бы этого не произошло, Луна сейчас лежала бы гораздо ближе к эклиптике, и затмения были бы гораздо чаще. Осе вращения Луны не перпендикулярно ее орбитальной плоскости, поэтому лунный экватор не находится в плоскости ее орбиты, но наклонен к ней постоянным значением 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 находится на 180° вне фазы (см. Законы Кассини). Поэтому угол между эклиптикой и лунным экватором всегда равен 1,543°, даже если ось вращения Луны не фиксируется относительно звезд. Это также означает, что когда Луна находится на самом северном конце эклиптики, центр части, видимой с Земли, находится примерно на 6,7° к югу от лунного экватора, и видится южный полюс, тогда как когда Луна находится на самом южном конце эклиптики, центр видимой части находится на 6,7° к северу от экватора, и видится северный полюс. Это называется либрацией в широте.
Узлы
Узлы - это точки, в которых орбита Луны пересекает эклиптику. Луна пересекает один и тот же узел каждые 27.2122 дня, интервал называется драконовским месяцем или драконовитным месяцем. Линия узлов, пересечение между двумя соответствующими плоскостями, имеет ретроградное движение: для наблюдателя на Земле она вращается на запад вдоль эклиптики с периодом 18,6 лет или 19,3549° в год. Если смотреть с северной стороны, то узлы движутся по часовой стрелке вокруг Земли, противоположно вращению Земли и её вращению вокруг Солнца. Затмение Луны или Солнца может произойти, когда узлы выровняются с Солнцем примерно каждые 173,3 дня. Наклон лунной орбиты также определяет затмения; тени пересекаются, когда узлы совпадают с полной и новой луной, когда Солнце, Земля и Луна выровняются в трех измерениях. Это означает, что "тропический год" на Луне длится всего 347 дней. Это называется драконовским годом или годом затмения. "Сезонные" периоды на Луне соответствуют этому периоду. Примерно в течение половины этого драконовского года Солнце находится к северу от лунного экватора (но максимум 1,543°), а в течение другой половины - к югу от лунного экватора. Однако влияние этих времен года незначительно по сравнению с разницей между лунной ночью и лунным днем. На полюсах Луны вместо обычных лунных дней и ночей, длительных около 15 земных дней, Солнце будет "вверх" в течение 173 дней, поскольку оно будет "вниз"; полярный восход и закат занимает 18 дней в год. "Вверх" 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 была рядом со своим нисходящим узлом, а Солнце было рядом с точкой на небе, где экватор Луны пересекает эклиптику. Когда Солнце достигает этой точки, центр Солнца садится на северном полюсе Луны и поднимается на южном полюсе Луны. Солнечное затмение 1 сентября того же года, Луна была рядом с восходящим узлом, а Солнце было рядом с точкой на небе, где экватор Луны пересекает эклиптику. Когда Солнце достигает этой точки, центр Солнца поднимается на северном полюсе Луны и заходит на южном полюсе Луны.
Наклон к экватору и лунный застой
Каждые 18,6 лет угол между орбитой Луны и экватором Земли достигает максимум 28°36′, сумма экваториального наклона Земли (23°27′) и орбитального наклона Луны (5°09′) к эклиптике. Это называется крупным лунным застоям. Примерно в это время, деклинация Луны будет варьироваться от -28°36′ до +28°36′. И наоборот, через 9,3 года угол между орбитой Луны и экватором Земли достигает минимума 18°20'. Это называется незначительным лунным застоям. Последняя остановка Луны была незначительной в октябре 2015 года. В то время нисходящий узел был выровнен с равноденствием (точка на небе с нулевым правом восхождением и нулевым упадком). Узлы движутся на запад примерно на 19° в год. Солнце пересекает данный узел примерно на 20 дней раньше каждый год. Когда наклон орбиты Луны к экватору Земли составляет минимум 18°20′, центр лунного диска будет находиться над горизонтом каждый день с широт менее 70°43' (90° - 18°20' 57' параллакс) на север или юг. Когда наклон достигает максимума 28°36', центр лунного диска будет над горизонтом каждый день только с широт менее 60°27' (90° - 28°36' 57' параллакс) на север или юг. На более высоких широтах будет период по крайней мере одного дня в месяц, когда Луна не поднимается, но также будет период по крайней мере одного дня в 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 видна, когда она находится примерно в 34 минутах дуги ниже горизонта, из-за атмосферного преломления. Из-за наклона орбиты Луны относительно экватора Земли, Луна находится над горизонтом на Северном и Южном полюсах почти две недели каждый месяц, хотя Солнце находится ниже горизонта в течение шести месяцев. Период от восхода луны до восхода луны на полюсах - тропический месяц, около 27,3 дней, довольно близкий к звездному периоду. Когда Солнце находится в самом дальнем углу горизонта (зимнее солнцестояние), Луна будет полной, когда она будет на самом высоком месте. Когда Луна будет в Близнецах, она будет над горизонтом на Северном полюсе, а когда она будет в Стрельце, она будет на Южном полюсе. Луновой свет используется зоопланктоном в Арктике, когда Солнце находится под горизонтом в течение нескольких месяцев, и, должно быть, был полезен животным, которые жили в Арктике и Антарктике, когда климат был теплее.
История наблюдений и измерений
Около 1000 года до н.э. вавилоняне были первой человеческой цивилизацией, которая, как известно, вела последовательный учет лунных наблюдений. На глиняных табличках того периода, найденных на территории современного Ирака, в клинописной письменности записаны время и дата восхода и захода Луны, звезды, мимо которых проходит Луна, а также разница во времени между восходом и заходом Солнца и Луны во время полнолуния. Вавилонская астрономия обнаружила три основных периода движения Луны и использовала анализ данных для построения лунных календарей, которые простирались далеко в будущее. Это использование подробных, систематических наблюдений для прогнозирования на основе экспериментальных данных можно классифицировать как первое научное исследование в истории человечества. Однако вавилоняне, похоже, не имели никакой геометрической или физической интерпретации своих данных, и они не могли предсказать будущие лунные затмения (хотя "предупреждения" были выпущены до вероятного времени затмения). Древнегреческие астрономы первыми ввели и проанализировали математические модели движения небесных тел. Птолемей описал лунное движение, используя хорошо определенную геометрическую модель эпициклов и эвекции. Сидерный месяц - это время, необходимое для совершения одной полной орбиты вокруг Земли относительно неподвижных звезд. Это около 27,32 дней. Синодический месяц - это время, которое требуется Луне, чтобы достичь той же визуальной фазы. Это значительно варьируется в течение года, но в среднем около 29,53 дней. Синодический период длиннее звездного периода, потому что система Земля-Луна движется по своей орбите вокруг Солнца в течение каждого звездного месяца, поэтому для достижения аналогичного выравнивания Земли, Солнца и Луны требуется более длительный период. Аномалистический месяц - это время между перигеями и составляет около 27,55 дней. Разделение Земли и Луны определяет силу лунной приливной силы. Драконовый месяц - это время от восходящего узла до восходящего узла. Время между двумя последовательными проходами одной и той же долготы эклиптики называется тропическим месяцем. Последние периоды немного отличаются от сидерного месяца. Средняя продолжительность календарного месяца (двенадцатая часть года) составляет около 30,4 дней. Это не лунный период, хотя календарный месяц исторически связан с видимой лунной фазой.
Эволюция прилива и отлива
Гравитационное притяжение, которое Луна оказывает на Землю, является причиной приливов как в океане, так и на твердой Земле; Солнце имеет меньшее приливное влияние. Твердая Земля быстро реагирует на любое изменение приливного воздействия, искажение принимает форму эллипсоида с высокими точками примерно под Луной и на противоположной стороне Земли. Это результат высокой скорости сейсмических волн внутри твердой Земли. Однако скорость сейсмических волн не бесконечна, и вместе с эффектом потери энергии внутри Земли это вызывает небольшую задержку между прохождением максимального воздействия из-за Луны и максимального земного прилива. Поскольку Земля вращается быстрее, чем Луна, этот маленький угол создает гравитационный момент, который замедляет Землю и ускоряет Луну на своей орбите. В случае с приливными волнами, скорость приливных волн в океане намного медленнее, чем скорость приливного воздействия Луны. В результате океан никогда не находится в равновесии с приливным воздействием. Вместо этого, это воздействие создает длинные океанские волны, которые распространяются вокруг океанских бассейнов, пока в конечном итоге не потеряют свою энергию в результате турбулентности, либо в глубоком океане, либо на мелких континентальных шельфах. Хотя реакция океана является более сложной из двух, можно разделить приливы океана на небольшой эллипсоидный термин, который влияет на Луну, плюс второй термин, который не имеет никакого эффекта. Эллипсоидный термин океана также замедляет Землю и ускоряет Луну, но поскольку океан рассеивает столько приливной энергии, нынешние океанские приливы имеют порядок большего эффекта, чем приливы твердой Земли. Из-за приливного крутящего момента, вызванного эллипсоидами, часть углового (или вращательного) импульса Земли постепенно переносится на вращение пары Земля-Луна вокруг их общего центра массы, называемого барицентром. Более подробное описание приводного ускорения. Этот немного больший орбитальный угловой момент заставляет расстояние Земля-Луна увеличиваться 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 24 микросекунды каждый год (за исключением ледникового отскока). Обе цифры применимы только к текущей конфигурации континентов. Приливные ритмы 620 миллионов лет назад показывают, что в течение сотен миллионов лет Луна отступала со средней скоростью в год (2200 км или 0,56% или расстояние Земли от Луны за сто миллионов лет), а день удлинялся со средней скоростью 12 микросекунд в год (или 20 минут за сто миллионов лет), оба примерно в половине от их текущих значений. Нынешняя высокая частота может быть связана с близким резонансом между естественными частотами океана и приливными частотами. Другое объяснение заключается в том, что в прошлом Земля вращалась намного быстрее, день, возможно, длился всего 9 часов на ранней Земле. Полученные приливные волны в океане тогда были бы намного короче, и длинноволновым приливным воздействиям было бы сложнее возбуждать коротковолновые приливы. Луна постепенно отступает от Земли на более высокую орбиту, и расчеты показывают, что это будет продолжаться около 50 миллиардов лет. К этому времени Земля и Луна будут находиться в взаимном спин-орбитальном резонансе или приливном блокировании, в котором Луна будет вращаться вокруг Земли примерно за 47 дней (в настоящее время 27 дней), и Луна и Земля будут вращаться вокруг своих осей в одно и то же время, всегда обращенные 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 продлилось до месяца, прежде чем другие эффекты изменят ситуацию: примерно через 2,3 миллиарда лет увеличение солнечного излучения приведет к испарению океанов Земли, устранив основную часть приливного трения и ускорения.
Либрация
Луна находится в синхронном вращении, что означает, что она всегда держит одно и то же лицо по отношению к Земле. Это синхронное вращение верно только в среднем, потому что орбита Луны имеет определенную эксцентричность. В результате угловая скорость Луны меняется по мере того, как она вращается вокруг Земли, и поэтому не всегда равна скорости вращения Луны, которая является более постоянной. Когда Луна находится в перигее, ее орбитальное движение быстрее, чем ее вращение. В это время Луна немного опережает в своей орбите по отношению к своему вращению вокруг своей оси, и это создает эффект перспективы, который позволяет нам видеть до восьми градусов долготы ее восточной (правой) дальней стороны. И наоборот, когда Луна достигает апогея, ее орбитальное движение медленнее, чем ее вращение, раскрывая восемь градусов долготы ее западной (левой) стороны. Это называется оптической либерацией в долготе. Ося вращения Луны наклонена в общей сложности на 6,7° относительно нормальной плоскости эклиптики. Это приводит к аналогичному перспективному эффекту в направлении север-юг, которое называется оптической либрацией в широте, что позволяет видеть почти 7° широты за полюсом на обратной стороне. Наконец, поскольку Луна находится всего в 60 земных радиусов от центра массы Земли, наблюдатель на экваторе, наблюдающий за Луной в течение ночи, движется в сторону на один земной диаметр. Это приводит к суточной либрации, которая позволяет увидеть дополнительную величину лунной долготы. По той же причине наблюдатели на обоих географических полюсах Земли смогут увидеть один дополнительный градус либрации в широте. Кроме этих "оптических либраций", вызванных изменением перспективы для наблюдателя на Земле, есть также "физические либрации", которые являются фактическими ощущениями направления полюса вращения Луны в космосе: но они очень малы.
Путь Земли и Луны вокруг Солнца
[[Файл:Лунная траектория1. svg Icyogacyumbyacyocyanuryo=1.8 icyogacyicyacyanuryo cy'isi n'ukwezi mu rugendo rwo kuzenguruka izuba, cyangwa 73.3% радиуса земли от центра земли. Этот центр тяжести остается на линии между центрами Земли и Луны, поскольку Земля завершает свой дневной оборот. Путь системы Земля-Луна на своей солнечной орбите определяется как движение этого взаимного центра тяжести вокруг Солнца. Следовательно, центр Земли поворачивается внутри и за пределами солнечной орбиты в течение каждого синодического месяца, когда Луна движется по своей орбите вокруг общего центра тяжести. (как видно при взгляде на Солнце на всю систему Солнца-Земли-Луны с большого расстояния за пределами солнечной орбиты Земли-Луны), и нигде не является комодным (с той же перспективы) или петлевым. То есть область, окруженная орбитой Луны вокруг Солнца, является выпуклым множеством.