Узлы лунной орбиты и их влияние на затмения

Введение

Место, где орбита Луны пересекает эклиптику Земли.

Лунным узлом называется любой из двух орбитальных узлов Луны, то есть две точки, в которых орбита Луны пересекает эклиптику. Восходящий (или северный) узел – это точка, где Луна переходит в северное полушарие эклиптики, а нисходящий (или южный) узел – точка, где Луна переходит в южное полушарие эклиптики.

Предложение

Луна пересекает один и тот же узел каждые 27,2122 дня, этот интервал называется драконическим месяцем (или драконическим периодом). Линия узлов, точка пересечения двух соответствующих плоскостей, совершает ретроградное движение: для наблюдателя на Земле она вращается в западном направлении вдоль эклиптики с периодом в 18,6 лет или 19,3549° в год. Если смотреть с северного полюса мира, узлы движутся по часовой стрелке вокруг Земли, в направлении, противоположном вращению Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Поскольку орбитальная плоскость Луны прецессирует в пространстве, лунные узлы также прецессируют вокруг эклиптики, совершая один полный оборот (называемый драконическим периодом или периодом узлов) за… (Это не то же самое, что сарос.) Тот же цикл, измеренный относительно инерциальной системы отсчета, такой как Международная небесная система отсчета (ICRS) – системы координат относительно неподвижных звезд, – составляет 18,599525 лет.

Затмения

Лунное затмение может произойти только тогда, когда полная Луна находится вблизи одного из лунных узлов (в пределах 11° 38' эклиптической долготы), а солнечное затмение – только когда новолуние находится вблизи одного из лунных узлов (в пределах 17° 25'). Оба солнечных затмения июля 2000 года (1-го и 31-го числа) произошли примерно в тот момент, когда Луна находилась в своем восходящем узле. Затмения, происходящие в восходящем узле, повторяются в среднем через один драконический год, который составляет около 0,94901 григорианского года, как и затмения в нисходящем узле. Затмение Луны или Солнца может произойти, когда узлы выравниваются с Солнцем примерно каждые 173,3 дня. Наклон лунной орбиты также определяет возможность затмений; тени пересекаются, когда узлы совпадают с полнолунием и новолунием, когда Солнце, Земля и Луна выстраиваются в трехмерном пространстве. Фактически, это означает, что "тропический год" на Луне длится всего 347 дней. Это называется драконическим годом (или годом затмений). "Сезоны" на Луне укладываются в этот период. Примерно половину драконического года Солнце находится к северу от лунного экватора (но не более чем на 1,543°), а другую 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 суток, Солнце находится "над горизонтом" в течение 173 дней, и "под горизонтом" столько же; полярный восход и закат занимают по 18 дней в год. "Над горизонтом" здесь означает, что центр Солнца находится выше горизонта. Лунные полярные восходы и закаты происходят примерно во время затмений (солнечных или лунных). Например, во время солнечного затмения 9 марта 2016 года Луна находилась вблизи своего нисходящего узла, а Солнце – вблизи точки на небе, где экватор Луны пересекает эклиптику. Когда Солнце достигает этой точки, центр Солнца заходит на северном полюсе Луны и восходит на южном полюсе Луны.

Названия и символы

В разных культурах мира узлы называются по-разному. В средневековых арабских текстах, наряду с семью классическими планетами, считалось, что восьмая псевдопланета была причиной солнечных и лунных затмений, называемая аль-Тиннин (Дракон) или аль-Джаузахр (от классического персидского Гаузахр). Эта планета была разделена на две части, представляющие лунные узлы, именуемые головой (ra’s) и хвостом (dhanab) мифологического дракона. Аналогично, узлы называются rosh ha teli u zenavo (ראש התלי וזנבו) на иврите и caput draconis (голова дракона) или cauda draconis (хвост дракона) на латыни. Восходящий узел называется головой дракона и обозначается астрономическим или астрологическим символом ☊, а нисходящий узел известен как хвост дракона и обозначается символом ☋. В индуистской астрономии узлы рассматриваются вместе с семью планетами среди девяти Наваграх; восходящий узел ☊ называется Раху, а нисходящий узел ☋ называется Кету. В тибетской астрологии (частично основанной на Калачакре Тантре) эти узлы называются соответственно Раху и Калагни.

Крайности наклона

Каждые 18,6 лет угол между орбитой Луны и экватором Земли достигает максимума 28°36′, что является суммой экваториального наклона Земли (23°27′) и орбитальной инклинации Луны (5°09′) к эклиптике. Это явление называется главным лунным застоями. Примерно в это время, склонение Луны будет изменяться 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 малым лунным застоями. Последний лунный застой был малым и произошел в октябре 2015 года. В то время нисходящий узел совпал с равноденствием (точка на небе с нулевым прямым восхождением и нулевым склонением). Узлы смещаются на запад примерно на 19° в год. Солнце пересекает данный узел примерно на 20 дней раньше каждый год. Когда инклинация орбиты Луны к экватору Земли составляет минимум 18°20′, центр лунного диска будет находиться над горизонтом ежедневно с широт, меньших 70°43′ (90° − 18°20′ – 57′ параллакс), как на север, так и на юг. Когда инклинация достигает максимума 28°36′, центр лунного диска будет над горизонтом ежедневно только с широт, меньших 60°27′ (90° − 28°36′ – 57′ параллакс), как на север, так и на юг. На более высоких широтах будет период, по крайней мере, одного дня в месяц, когда Луна не восходит, но также будет период, по крайней мере, одного дня в месяц, когда Луна не заходит. Это аналогично сезонному поведению Солнца, но с периодом 27,2 дня вместо 365 дней. Следует отметить, что точка на Луне может быть видна, даже когда она находится примерно в 34 угловых минутах ниже горизонта, из-за атмосферной рефракции. Из-за инклинации 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 соответствует тропическому месяцу, около 27,3 дней, что довольно близко к сидерическому периоду. Когда Солнце находится в самой низкой точке горизонта (зимнее солнцестояние), Луна будет полной, находясь в самой высокой точке. Когда Луна находится в созвездии Близнецов, она будет над горизонтом на Северном полюсе, а когда она находится в Стрельце, она будет видна на Южном полюсе. Свет Луны используется зоопланктоном в Арктике, когда Солнце находится под горизонтом в течение нескольких месяцев, и, вероятно, был полезен животным, обитавшим в Арктике и Антарктике, когда климат был теплее.

Every 18.6 years, the angle between the Moon's orbit and Earth's equator reaches a maximum of 28°36′, the sum of Earth's equatorial tilt (23°27′) and the Moon's orbital inclination (5°09′) to the ecliptic. This is called major lunar standstill. Around this time, the Moon's declination will vary from −28°36′ to +28°36′. Conversely, 9.3 years later, the angle between the Moon's orbit and Earth's equator reaches its minimum of 18°20′. This is called a minor lunar standstill. The last lunar standstill was a minor standstill in October 2015. At that time the descending node was lined up with the equinox (the point in the sky having right ascension zero and declination zero). The nodes are moving west by about 19° per year. The Sun crosses a given node about 20 days earlier each year. When the inclination of the Moon's orbit to the Earth's equator is at its minimum of 18°20′, the centre of the Moon's disk will be above the horizon every day from latitudes less than 70°43' (90° − 18°20' – 57' parallax) north or south. When the inclination is at its maximum of 28°36', the centre of the Moon's disk will be above the horizon every day only from latitudes less than 60°27' (90° − 28°36' – 57' parallax) north or south. At higher latitudes, there will be a period of at least one day each month when the Moon does not rise, but there will also be a period of at least one day each month when the Moon does not set. This is similar to the seasonal behaviour of the Sun, but with a period of 27.2 days instead of 365 days. Note that a point on the Moon can actually be visible when it is about 34 arc minutes below the horizon, due to atmospheric refraction. Because of the inclination of the Moon's orbit with respect to the Earth's equator, the Moon is above the horizon at the North and South Pole for almost two weeks every month, even though the Sun is below the horizon for six months at a time. The period from moonrise to moonrise at the poles is a tropical month, about 27.3 days, quite close to the sidereal period. When the Sun is the furthest below the horizon (winter solstice), the Moon will be full when it is at its highest point. When the Moon is in Gemini it will be above the horizon at the North Pole, and when it is in Sagittarius it will be up at the South Pole. The Moon's light is used by zooplankton in the Arctic when the Sun is below the horizon for months and must have been helpful to the animals that lived in Arctic and Antarctic regions when the climate was warmer.

Крайности деклинации

Орбита Луны наклонена примерно на 5,14° к эклиптике, поэтому Луна может находиться на расстоянии до 5° к северу или к югу от эклиптики. Эклиптика наклонена примерно на 23,44° к небесному экватору, плоскость которого перпендикулярна оси вращения Земли. В результате, один раз за 18,6-летний узельный период (когда восходящий узел орбиты Луны совпадает с весенним равноденствием) склонение Луны достигает максимального и минимального значений (северной и южной крайности): около 28,6° от небесного экватора. Следовательно, азимут восхода или захода Луны достигает своих самых северных и южных точек на горизонте; Луна в кульминации имеет свою минимальную и максимальную высоту (когда небесное тело проходит через меридиан); а первые наблюдения новолуния потенциально происходят в самое позднее время. Более того, оккультации Плеяд, звездного скопления, расположенного более чем в 4° к северу от эклиптики, происходят в течение сравнительно короткого периода один раз за каждый узельный период.

Влияние на приливы и отливы

Прецессия лунных узлов оказывает небольшое влияние на приливы Земли – атмосферные, океанические или приливные деформации земной коры. Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) определяет средний минимальный уровень воды (MLLW) в конкретной точке, усредняя высоту самого низкого прилива, зафиксированного в этой точке ежедневно в течение 19-летнего периода наблюдений, известного как Национальная приливная эпоха. Этот 19-летний период наблюдений соответствует ближайшему полному количеству лет к 18,6-летнему циклу лунных узлов. Наряду с повышением уровня моря, вызванным глобальным потеплением, прогнозируется, что прецессия лунных узлов приведет к резкому увеличению частоты прибрежных затоплений в 2030-х годах.