Наука в діалозі

Скільки часу проходить від молодика до зростаючого місяця і від зростаючого місяця до повного місяця?

Скільки часу проходить від молодика до зростаючого місяця і від зростаючого місяця до повного місяця?

За допомогою “зростаючого місяця” можна описати форму Місяця протягом усього періоду між молодиком і повним місяцем, коли частина Місяця, яка нам видна і освітлена Сонцем, стає більшою. Відповідно, форма місяця між повним місяцем і молодиком називається “спадаючим місяцем”. На півдорозі між молодиком і повним місяцем знаходиться “зростаючий півмісяць”, а посередині між повним місяцем і молодиком – “спадаючий півмісяць”. У цей момент ми бачимо, що місячний диск висвітлюється рівно наполовину.

У молодий місяць Місяць знаходиться точно між Землею і Сонцем і, отже, повністю в темряві. Коли місяць повний, земля знаходиться між сонцем і місяцем, і місяць повністю освітлений сонцем. Оскільки Місяць безперервно рухається навколо Землі, молодик і повний місяць тривають лише мить. Ці фази також зазначені в місячних календарях аж до другої. Однак при спостереженні неозброєним оком місяць виглядає як «повний місяць» протягом півтора днів, залежно від умов видимості.

29 днів, 12 годин 44 хвилини (і 3 секунди, якщо ви дуже обережні) проходять між двома послідовними молодиками. Повний місяць вдвічі зменшує цей період. Тому від молодика до повного місяця потрібно 14 днів, 18 годин 22 хвилини. Напівмісяці лежать посередині, так що між двома послідовними фазами Місяця (молодий місяць до зростаючого півмісяця, зростаючий півмісяць до повного місяця, повний місяць до спадаючого півмісяця, спадаючий півмісяць до нового місяця) є 7 днів, 9 годин 11 хвилин.

Однак ці показники є середніми значеннями, які усереднювались протягом багатьох століть. З одного боку, Місяць обертається навколо Землі на еліптичній орбіті, так що його швидкість іноді трохи вище, іноді трохи нижче. З іншого боку, гравітаційні сили Сонця і планет, які діють на Місяць, призводять до коливань його орбітальної швидкості.

У 21 столітті крайні значення між двома новолуннями на 29 дні, 19 годин 47 хвилин (тобто на 6 годин 36 хвилин вище середнього значення, з 18 грудня 2017 року по 17 січня 2018 року) та на 29 день, 6 годин 35 хвилин ( тобто на 6 годин 9 хвилин нижче середнього, з 16.06.2053 до 15.07.2053).

Деякі ефекти, що викликають коливання швидкості, знову виключають один одного під час повної місячної революції від молодика до молодика. Але вони помітні на відстані між двома послідовними фазами Місяця. Тому ці часи змінюються ще більше. Найбільший інтервал часу між двома фазами Місяця у 21 столітті на 20 годин 29 хвилин вище середнього (спадаючий півмісяць 5 січня 2097 року до молодика 13 січня 2097 року), найменший інтервал – 19 годин 12 хвилин нижче середнього значення 7 днів, 9 годин 11 хвилин (зростаючий півмісяць 23 червня 2003 року до повного місяця 29 червня 2003 року).

Терміни перша і остання чверть також використовуються для зростаючого та спадаючого півмісяця. Якщо вас турбує те, що півмісяця має бути одночасно і чвертю, ця ідея може допомогти: зростаючий півмісяць щойно завершив першу чверть своєї орбіти від молодика до молодика, спадаючий півмісяць тільки починається з останньої чверті.

Повна місячна орбіта від молодика до молодика, тобто час, поки місяць спостерігачеві на землі займає однакову позицію щодо сонця, також відома як синодичний місяць. Існує також сидеральний місяць. Він описує проміжок часу, після якого Місяць (для спостерігача на землі) знову займає те саме положення щодо нерухомої зірки на небі. Оскільки земля рухається навколо Сонця, сидеричний місяць коротший за синодичний і триває приблизно 27,3 дня.

На запитання відповіли Гельмут Бургардт, Volkssternwarte Bonn та Дітмар Фюрст, Archenhold-Sternwarte, Берлін.

4.5: Фази і рухи Місяця

Після Сонця Місяць – найяскравіший і очевидний об’єкт на небі. На відміну від Сонця, він не світить під власною силою, а просто світиться відбитим сонячним світлом. Якби ви стежили за його прогресом на небі протягом місяця, ви спостерігали б цикл фаз (різні прояви), при цьому Місяць починає темно і більше освітлюватися сонячним світлом протягом приблизно двох тижнів. Після того як диск Місяця стає повністю світлим, він починає в’янути, повертаючись в темряву приблизно через два тижні.

Ці зміни зачарували і загадковували багато ранніх культур, які придумали дивовижні історії та легенди, щоб пояснити кругообіг Місяця. Навіть в сучасному світі багато людей не розуміють, що викликає фази, думаючи, що вони так чи інакше пов’язані з тінню Землі. Подивимося, як фази можна пояснити рухом Місяця щодо яскравого джерела світла в Сонячній системі – Сонця.

Місячні фази

Хоча ми знаємо, що Сонце рухається 1/12 свого шляху навколо неба щомісяця, для пояснення фаз можна припустити, що світло Сонця надходить приблизно з одного напрямку протягом чотиритижневого місячного циклу. Місяць, з іншого боку, повністю рухається навколо Землі в той час. Коли ми спостерігаємо за Місяцем з нашої точки зору на Землі, скільки її обличчя ми бачимо освітленим сонячним світлом, залежить від кута, який Сонце робить з Місяцем.

Ось простий експеримент, щоб показати вам, що ми маємо на увазі: встаньте близько 6 футів перед яскравим електричним світлом у абсолютно темній кімнаті (або на відкритому повітрі вночі) і тримайте в руці невеликий круглий предмет, такий як тенісний м’яч або апельсин. Потім ваша голова може представляти Землю, світло представляє Сонце, а куля Місяць. Перемістіть м’яч навколо голови (переконавшись, що ви не викликаєте затемнення, блокуючи світло головою). Ви побачите фази так само, як і на Місяці на кулі. (Ще один хороший спосіб познайомитися з фазами і рухами Місяця – простежити за нашим супутником в небі протягом місяця-двох, записуючи його форму, напрямок від Сонця, а також коли він піднімається і заходить.)

Розглянемо цикл фаз Місяця за допомогою малюнка, на якому зображена поведінка Місяця за весь місяць. Хитрість цієї фігури полягає в тому, що ви повинні уявити себе стоячи на Землі, стикаючись з Місяцем у кожній з її фаз. Отже, для позиції з позначкою «Новий» ви знаходитесь на правій стороні Землі, і це середина дня; для позиції «Повний» ви знаходитесь на лівій стороні Землі посеред ночі. Зверніть увагу, що в кожному положенні на малюнку \(\PageIndex\) Місяць наполовину освітлена і наполовину темна (як повинен бути куля при сонячному світлі). Різниця в кожній позиції пов’язана з тим, яка частина Місяця звернена до Землі.

Малюнок \(\PageIndex\) Фази Місяця. Зовнішній вигляд Місяця змінюється протягом повного місячного циклу. Зображення Місяця на білому колі показують перспективу з космосу, при цьому Сонце вимкнено праворуч у фіксованому положенні. Зовнішні зображення показують, як Місяць постає перед вами на небі з кожної точки орбіти. Уявіть, що ви стоїте на Землі, стикаючись з Місяцем на кожному етапі. У положенні «Новий», наприклад, ви стикаєтеся з Місяцем з правого боку Землі посеред дня. (Зауважте, що відстань Місяця від Землі не повинна масштабуватися на цій діаграмі: Місяць знаходиться приблизно на відстані 30 діаметрів Землі від нас.) (кредит: модифікація роботи НАСА)

Кажуть, що Місяць є новою, коли вона знаходиться в тому ж загальному напрямку на небі, що і Сонце (позиція А). Тут його освітлена (світла) сторона відвернута від нас, а темна сторона повернута до нас. Можна сказати, що Сонце світить на «неправильній» стороні Місяця з нашого погляду. У цій фазі Місяць невидима для нас; її темна, скеляста поверхня не виділяє власного світла. Оскільки молодик знаходиться в тій же частині неба, що і Сонце, він піднімається на сході сонця і заходить на захід сонця.

Але Місяць не залишається в цій фазі довго, оскільки щодня рухається на схід у своєму щомісячному шляху навколо нас. Оскільки на орбіту Землі потрібно близько 30 днів і є 360° в колі, Місяць буде рухатися близько 12° в небі щодня (або приблизно в 24 рази більше власного діаметра). Через день-два після нової фази спочатку з’являється тонкий півмісяць, коли ми починаємо бачити невелику частину освітленої півкулі Місяця. Він перемістився в положення, коли тепер відображає трохи сонячного світла до нас уздовж одного боку. Яскравий півмісяць збільшується в розмірах в наступні дні, коли Місяць рухається все далі і далі навколо неба подалі від напрямку Сонця (положення B). Оскільки Місяць рухається на схід від Сонця, вона піднімається пізніше і пізніше кожного дня (як студент під час літніх канікул).

Приблизно через тиждень Місяць знаходиться на одній чверті шляху навколо своєї орбіти (положення C), і тому ми говоримо, що це на фазі першої чверті. Половина освітленої сторони Місяця видно спостерігачам Землі. Через рух на схід Місяць тепер відстає приблизно на чверть дня позаду Сонця, піднімаючись близько полудня і встановлюючи близько півночі.

Протягом тижня після першої чверті фази ми бачимо все більше і більше освітленої півкулі Місяця (положення D), фази, яка називається восковим (або зростаючим) пухом (від латинського gibbus, що означає горб). Врешті-решт, Місяць приходить в положення Е в нашій фігурі, де вона і Сонце знаходяться один навпроти одного на небі. Сторона Місяця, повернута до Сонця, також повернута до Землі, і ми маємо повну фазу.

Коли Місяць повна, вона знаходиться навпроти Сонця на небі. Місяць робить протилежне тому, що робить Сонце, піднімаючись на заході і захід на сході сонця. Зверніть увагу, що це означає на практиці: повністю освітлена (і, таким чином, дуже помітна) Місяць піднімається так само, як темніє, залишається на небі всю ніч і заходить, як перші промені Сонця видно на світанку. Його освітлення протягом всієї ночі допомагає закоханим на романтичну прогулянку, а студенти знаходять свій шлях назад до своїх гуртожитків після довгої ночі в бібліотеці або вечірки поза кампусом.

А коли повний місяць найвищий на небі і найпомітніший? Опівночі час прославився в поколіннях романів жахів і фільмів. (Зверніть увагу, як поведінка такого вампіра, як Дракула, паралельно з поведінкою повного місяця: Дракула піднімається на заході сонця, робить свої найгірші пустощі опівночі, і повинен повернутися в труну до сходу сонця. Старі легенди були способом уособлення поведінки Місяця, яка була набагато більш драматичною частиною життя людей в дні до електричних вогнів і телебачення.)

Фольклор стверджує, що більш божевільна поведінка спостерігається під час повного місяця (Місяць навіть дає назву божевільній поведінці – «безумство»). Але, насправді, статистичні тести цієї «гіпотези», що включають тисячі записів з лікарняних відділень швидкої допомоги та поліцейських файлів, не виявляють жодної кореляції поведінки людини з фазами Місяця. Наприклад, вбивства відбуваються з тією ж швидкістю під час молодика або півмісяця, що і під час повного місяця. Більшість слідчих вважають, що реальна історія полягає не в тому, що більш божевільна поведінка відбувається ночами з повним місяцем, а скоріше в тому, що ми з більшою ймовірністю помічаємо або запам’ятаємо таку поведінку за допомогою яскравого небесного світла, який прокидається всю ніч.

Протягом двох тижнів, наступних за повним місяцем, Місяць знову проходить ті ж фази в зворотному порядку (точки F, G і H на малюнку \(\PageIndex\) ), повертаючись до нової фази приблизно через 29,5 днів. Приблизно через тиждень після повного місяця, наприклад, Місяць знаходиться в третій чверті, що означає, що це три чверті шляху навколо (не те, що вона освітлена на три чверті – насправді половина видимої сторони Місяця знову темна). На цій фазі Місяць зараз піднімається близько півночі і заходить близько полудня.

Зверніть увагу, що є одна річ, досить оманлива щодо Figure \(\PageIndex\) . Якщо ви подивитеся на Місяць у положенні E, хоча вона сповнена теоретично, вона виглядає так, ніби її освітлення насправді було б перекрито великою жирною Землею, і, отже, ми не побачили б нічого на Місяці, крім тіні Землі. Насправді Місяць знаходиться ніде не так близько до Землі (і її шлях не настільки ідентичний Сонцю в небі), оскільки ця діаграма (і діаграми в більшості підручників) може змусити вас повірити.

Місяць насправді знаходиться на відстані 30 діаметрів Землі від нас; Наука і Всесвіт: Короткий тур містить діаграму, яка показує два об’єкти для масштабування. І, оскільки орбіта Місяця нахилена щодо шляху Сонця на небі, тінь Землі найбільше місяців пропускає Місяць. Саме тому ми регулярно лікуємося до повного місяця. Часи, коли тінь Землі дійсно падає на Місяць, називаються місячними затемненнями і обговорюються в Затемненнях Сонця і Місяця.

астрономія і дні тижня

Тиждень здається незалежним від небесних рухів, хоча його довжина, можливо, базувалася на часі між чвертями фаз Місяця. У західній культурі сім днів тижня названі на честь семи «мандрівників», яких давні бачили на небі: Сонце, Місяць і п’ять планет, видимих неозброєним оком (Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн).

Англійською мовою ми можемо легко розпізнати назви Sun-day (неділя), Moon-day (понеділок) і субот-день (субота), але інші дні названі на честь скандинавських еквівалентів римських богів, які дали свої імена планетам. У мовах, більш безпосередньо пов’язаних з латинською мовою, відповідності чіткіші. Середа, день Меркурія, наприклад, mercoledi на італійській мові, mercredi французькою та miércoles іспанською. Марс дає свою назву до вівторка (мартес іспанською мовою), Юпітер або Йов до четверга (giovedi по-італійськи) та Венера до п’ятниці (vendredi французькою мовою).

Немає жодної причини, що тиждень повинен мати сім днів, а не п’ять або вісім. Цікаво припустити, що якби ми жили в планетарній системі, де було видно більше планет без телескопа, «Бітлз» міг би мати рацію, і ми могли б мати «вісім днів на тиждень».

Перегляньте цю анімацію, щоб побачити фази Місяця, коли вона обертається навколо Землі і як Земля обертається навколо Сонця.

Місячна революція і обертання

Сидеричний період Місяця – тобто період його обертання навколо Землі, виміряний щодо зірок, становить трохи більше 27 днів: сидеричний місяць становить 27.3217 днів, якщо бути точним. Інтервал часу, в якому фази повторюються – скажімо, від повного до повного – це сонячний місяць, 29.5306 днів. Різниця є результатом руху Землі навколо Сонця. Місяць повинен зробити більше, ніж повний поворот навколо рухомої Землі, щоб повернутися до тієї ж фази щодо Сонця. Як ми бачили, Місяць досить стрімко змінює своє положення на небесній сфері: навіть протягом одного вечора Місяць помітно повзе на схід серед зірок, подорожуючи своєю шириною трохи менше ніж за 1 годину. Затримка сходу сонця від одного дня до іншого, викликана цим рухом на схід, становить в середньому близько 50 хвилин.

Місяць обертається навколо своєї осі точно в той же час, який потрібно, щоб обертатися навколо Землі. Як наслідок, Місяць завжди тримає одне і те ж обличчя, повернене до Землі (рис. \(\PageIndex\) ). Ви можете змоделювати це самостійно, «обертаючись» своїм сусідом по кімнаті або іншим волонтером. Почніть з зіткнення з сусідом по кімнаті. Якщо ви зробите одне обертання (обертання) плечима в той самий час, коли ви обертаєтеся навколо нього або її, ви будете продовжувати стикатися зі своїм сусідом по кімнаті протягом всієї «орбіти». Як ми побачимо в наступних розділах, наша Місяць – не єдиний світ, який проявляє таку поведінку, яку вчені називають синхронним обертанням.

\(\PageIndex\) Малюнок Місяць без і з Обертанням. На цьому малюнку ми встромили білу стрілку в нерухому точку на Місяці, Щоб відстежувати її сторони. (а) Якби Місяць не обертався, коли вона оберталася навколо Землі, вона б представляла всі її сторони на наш погляд; отже, біла стрілка вказувала б безпосередньо на Землю лише в нижньому положенні на діаграмі. (b) Насправді Місяць обертається в той же період, що і обертається, тому ми завжди бачимо одну і ту ж сторону (біла стрілка продовжує вказувати на Землю).

Відмінності в зовнішності Місяця від однієї ночі до іншої обумовлені зміною освітленості Сонцем, а не власним обертанням. Іноді ви чуєте зворотну сторону Місяця (ту сторону, яку ми ніколи не бачимо), яку називають «темною стороною». Це нерозуміння реальної ситуації: яка сторона світла, а яка темна змінюється, коли Місяць рухається навколо Землі. Тильна сторона темна не частіше, ніж лицьова сторона. Оскільки Місяць обертається, Сонце сходить і заходить з усіх боків Місяця. З вибаченнями перед Пінк Флойд, регулярної «Темної сторони Місяця» просто немає.

Ключові поняття та резюме

Місячний цикл фаз Місяця є результатом зміни кута її освітлення Сонцем. Повний місяць видно на небі лише вночі; вдень видно і інші фази. Оскільки його період революції такий же, як і період обертання, Місяць завжди тримає однакове обличчя до Землі.

Глосарій

фази Місяця різний вигляд світла і темряви на Місяці, як видно з Землі під час її місячного циклу, від молодика до повного місяця і назад до молодика сидеричний місяць період обертання Місяця про Землю вимірюється по відношенню до зірок сонячний місяць проміжок часу, в якому фази повторюються – скажімо, від повної до повної фази синхронне обертання коли тіло (наприклад, Місяць) обертається з тією ж швидкістю, що і обертається навколо іншого тіла