Использование лунного затмения в научных целях кратко

Обновлено: 02.07.2024

Олнечные затмения интересуют учёных потому, что их наблюдение и изучение результатов наблюдений проливает свет на важнейшие вопросы о природе Солнца. А так как Солнце представляет собой одну из звёзд, то тем самым мы получаем возможность глубже понять многие проблемы, относящиеся к природе звёзд.

Мы уже говорили о том, что во время полных солнечных затмений создаются очень благоприятные условия для изучения ряда явлений, с трудом наблюдаемых при обычных условиях. Многие вопросы, связанные с изучением солнечной атмосферы, могут быть разрешены при изучении затмений.

Солнечные затмения дают нам также возможность уточнять движение Луны вокруг Земли. Хотя Луна находится от Земли недалеко, всего на расстоянии 400 ООО километров, тем не менее её движение оказывается очень трудным для изучения.

Солнце на движение Луны оказывает самые разнообразные и трудно уловимые влияния, называемые возмущением.

На основе теории движения Луны производится предварительное вычисление моментов наступления и определение места видимости затмения Солнца. Эти предвычи - сления оправдываются с большой точностью. Ничтожные отклонения теоретических расчётов от данных наблюдения позволяют пересмотреть теорию и внести в неё уточнения. Одновременно с этим, как выяснилось, мы получаем также возможность изучить очень важный вопрос о характере вращения Земли вокруг своей оси.

Нам кажется, что суточное вращение Земли происходит совершенно равномерно, и мы его вовсе не ощущаем.

Между тем, строго говоря, это не так. Наша Земля вращается вокруг своей оси отнюдь не с постоянной скоростью, хотя изменения этой скорости совершенно ничтожны. Но легко понять, что всякое нарушение равномерной скорости вращения нашей планеты должно отразиться на времени наступления затмения и месте его видимости, так как от того, как вращается Земля, будет зависеть вопрос о том, какая сторона Земли окажется закрытой лунной тенью.

Если допустить, что за известный период времени Земля в своём вращении вокруг оси незначительно отстала или убежала вперёд, то это должно отразиться на ходе затмения.

Изучение солнечных затмений, происшедших в далеком прошлом, помогает историкам. Нередко устанавливают подлинную дату того или иного исторического события, если оно совпало по времени с каким-нибудь затмением.

Таким образом, мы видим, что наблюдения затмений имеют очень большое и разностороннее научное значение.

Поэтому понятно, почему советские учёные всесторонне изучают солнечные затмения. Благодаря большой заботе Советского правительства наблюдения затмений в нашей стране приняли невиданный размах и плановость. Так, в наблюдении солнечного затмения 19 июня 1936 года приняло участие около 30 экспедиций от разных советских научных учреждений. Эти экспедиции раскинулись вдоль всей полосы затмения, охватив пространство от Чёрного моря до Тихого океана.

В 1947 году советские учёные были в Бразилии для наблюдения полного солнечного затмения.

Много ценных научных наблюдений было сделано во время последнего затмения, наблюдавшегося у нас 25 февраля 1952 года. Советским учёным удалось получить такое обилие научных данных, что для изучения их потребуется несколько лет.

Во время большинства лунных затмений за частичным затмением начинается тёмно-красная полоса, накрывающая Луну с одного края, но при этом одна её часть всегда остаётся ярче и белее другой. Частичные фазы вместе с видимым угловым размером Луны позволяют нам определить относительные размеры Земли и Луны, расстояние между ними, и в итоге выводят нас на расстояние от Земли до Солнца и до звёзд

Просто глядя на небо, мы можем наблюдать видимые угловые размеры Солнца и Луны.

Солнце и Луна имеют угловой размер примерно в полградуса при наблюдении с Земли, с небольшими изменениями, происходящими из-за эллиптической формы орбит Земли и Луны. Луна больше меняется между апогеем и перигеем, чем Солнце между афелием и перигелием, что говорит о том, что орбита Луны вокруг Земли имеет более вытянутую форму, чем орбита Земли вокруг Солнца.

Но когда Солнце, Земля и Луна выравниваются, создавая полное затмение, оно может сообщить нам реальные астрономические расстояния.

Проходя через большую толщину атмосферы, волны света ближе к голубой части спектра в основном рассеиваются, а красный свет проходит насквозь и оказывается на поверхности Луны во время полного затмения, поэтому Луну мы видим – но красную и тусклую.

Во время лунного затмения тень от Земли падает на Луну; из неё видно, что Земля практически идеально круглая.

Глядя на кривизну тени Земли, падающей на Луну, можно оценить размер Луны относительно теневого конуса Земли, что позволит нам геометрически рассчитать расстояние между Землёй и Луной.

Наземные измерения кривизны Земли и её радиуса позволяют определить, что наша планета представляет собой сферу радиусом порядка 6400 км.

Во время фаз частичного лунного затмения тень Земли можно увидеть на поверхности Луны, из чего довольно ясно следует, что Земля отбрасывает примерно круглую тень. Зная размер Земли, мы можем определить размеры Луны и Солнца, а также и расстояния до них.

Геометрия расскажет нам об отношении углового размера тени Земли к Луне.

Составив коллаж из изображений во время лунного затмения, произошедшего 27 июля 2018 года, Том Харрадин смог продемонстрировать относительные размеры тени от Земли на Луне и самой Луны в апогее. Радиус тени от Земли составляет примерно 260% от радиуса Луны.

Самое последнее из затмений от 27 июля дало нам размер тени от Земли в 260% от видимого диаметра Луны.

Относительные размеры и расстояние от Земли до Луны в масштабе. Именно так выглядит Луна, находящаяся на расстоянии 60 радиусов Земли от нас; это первое из измеренных астрономических расстояний, его определили более 2000 лет назад.

Это соответствует расстоянию от Земли до Луны, равному примерно 64 радиусам Земли: 400 000 км в апогее.

Даже современным космическим миссиям, орбита которых почти выровнена с линией Земля-Солнце, должны учитывать длину теневого конуса Земли, которую с удивительной точностью вычислили через измерения во время затмений, задолго до изобретения телескопа.

Также это позволяет нам вычислить длину теневого конуса Земли: 220 радиусов Земли, или 1 400 000 км.

Среднее расстояние от Земли до Солнца примерно в 400 раз больше среднего расстояния от Земли до Луны. Измерения, проводимые, когда Луна находится в апогее, немного увеличат полученный результат для расстояния до Солнца.

Из всех измерений и наблюдений мы можем вывести и расстояние от Земли до Солнца, и сегодня известно, что оно составляет 23 000 радиусов Земли: 150 000 000 км.

Метод параллакса, используемый с момента появления достаточно качественных телескопов в XVIII веке, включает в себя измерение изменения видимого положения звезды, расположенной ближе к нам, относительно более далёких.

Затем расстояние от Земли до Солнца можно использовать вместе с параллаксом или измерением относительной яркости.

Зависимость яркости от расстояния, и то, как яркость света уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Если мы узнаем, как соотносится собственная яркость звезды с яркостью Солнца, мы можем узнать расстояние до неё, просто измерив её видимую яркость.

И просто измерив Землю, Луну и Солнце, люди смогли определить расстояния до звёзд.

Расстояния от Солнца до многих ближайших звёзд здесь показаны верно, но для их определения необходимо откалибровать расстояние от Земли до Солнца. А это можно вычислить из одного лишь затмения.

Введение

Лунные затмения являются одним из самых значительных астрономических явлений, наблюдавшихся людьми с древнейших времен. По масштабности они уступают только полным солнечным затмениям. При этом каждое лунное затмение видно со значительной части поверхности Земли, и потому в любой отдельно взятой точке нашей планеты лунные затмения наблюдаются чаще даже частных солнечных затмений, не говоря уже о полных. Это обусловило большое количество упоминаний о лунных затмениях в исторических документах и летописях.

Вид Луны во время затмения бывает непредсказуемым уже при частных фазах. В этом состоит ещё одно отличие от солнечных затмений, где картину нельзя в точности описать заранее лишь в короткие мгновения полной фазы. Резкие вариации яркости Луны и ее красная окраска при погружении в земную тень становились причиной панического страха людей, связывающих затмения с войнами, эпидемиями, катаклизмами. Считалось, что Луна во время затмения обливается кровью.

Лунные затмения имеют более сложную геометрию и оптическую схему по сравнению с солнечными. Даже в древние времена было несложно понять, что Солнце затмевается Луной. А для восстановления правильно схемы лунного затмения было необходимо установить, что Луна светит лишь отраженным солнечным светом, а тажке то, что Земля имеет шарообразную форму, отбрасывая в пространство конус тени. Еще более сложным являлся вопрос о причинах нечеткой границы тени и свечения Луны даже в полной фазе затмения. Ответ на этот вопрос был дан всего несколько веков назад с развитием атмосферной оптики.

Многообразие оптических эффектов, наблюдающихся во время лунного затмения, и связь этих эффектов с атмосферой Земли указывают на возможность исследования самой атмосферы на основе анализа лунных затмений. Геометрия затмения во многом схожа со схемой космических миссий по изучению атмосферы, роль космического аппарата при этом играет Луна, а роль источника излучения — Солнце. До начала космической эпохи лунные затмения были единственным средством изучения различных слоев атмосферы на расстоянии в несколько тысяч километров от пункта наблюдения. Все это предопределило большое внимание ученых к данным явлениям на протяжении многих веков.

Изучение оптических явлений, наблюдаемых при полном лунном затмение.

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Лунное затмение - интереснейшее явление природы, знакомое человеку с древнейших времен.

Актуальность проблемы

Луна – единственный спутник нашей планеты. Она оказывает сильное влияние на Землю, вызывая приливы и отливы в водной оболочке Земли, тормозит ее вращение, управляет биоритмами растений, животных и человека. Луна дарит нам два удивительных, редких явлений природы – солнечное и лунное затмение. Так как цвет лунного затмения зависит от состояния верхних слоев земной атмосферы, поскольку только прошедший сквозь нее свет освещает Луну во время полного затмения, то исследования окраски Луны во время полного лунного затмения дают материал для изучения структуры земной тени и состояния верхних слоев атмосферы Земли. Поэтому наблюдение и изучение полных лунных затмений очень актуальны в наше время.

Цель
изучение оптических явлений, происходящих при полном лунном затмении

Изучить информацию по следующим вопросам:

Что такое лунное затмение?

Виды лунных затмений?

Где бывает лунное затмение?

Как люди наблюдали за лунным затмением в древности?

Провести наблюдения полного лунного затмения

Изучить оптические явления при полном лунном затмении

Предмет исследования – оптические явления, наблюдаемые во время Лунного затмения.

Объект исследования – Земля, Луна

Методы исследования: наблюдение, беседа, сбор, анализ, систематизация и обобщение информации, полученной из информационных данных.

Практическая значимость исследования: данное исследование возможно использовать на уроках астрономии и физики, на школьных конференциях.

Теоретическая часть

Лунные затмения являются одним из самых значительных астрономических явлений, наблюдавшихся людьми с древнейших времен. По масштабности они уступают только полным солнечным затмениям. Еще до н.э. люди начали наблюдать и изучать лунные затмения. Это позволило древним ученым сделать ряд открытий, например: форма края земной тени при лунных затмениях послужила древнегреческому философу и ученому Аристотелю одним из веских доказательств шарообразности Земли. А философы Древней Греции подсчитали, что Земля примерно втрое больше Луны, просто исходя из продолжительности затмений (точная величина этого коэффициента 3,66).

Но как мы знаем наука, в те временна была не так популярна, как сейчас. И большая часть людей была не образованна. Поэтому с лунными, как и с солнечными затмениями, связано множество древних суеверий, они возникли на почве страха и невежества. Древние люди пытались объяснить непонятные для них явления с помощью примет, деянием духов и богов.

Норманнам же представлялось, что красный волк Мангарм опять осмелел и напал на Луну (Рис. 2). Отважные воины, конечно, понимали, что не могут причинить вреда небесному хищнику, но, зная, что волки не выносят шума, кричали, свистели, били в барабаны. Шумовая атака продолжалась иной раз два, а то и три часа без перерыва.

В Центральной Азии затмение проходило в полной тишине. Люди безучастно глядели, как злой дух Раху проглатывает Луну (Рис. 3). Никто не шумел и не махал руками. Ведь всякому известно, что добрый дух Очирвани когда-то отсёк демону полтуловища и Луна, пройдя сквозь Раху, как через рукав, засветит вновь.

Общие сведения о лунном затмении

Что же такое Лунное затмение? Это — затмение, которое наступает, когда Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землёй. Диаметр пятна тени Земли на расстоянии 363 000 км (минимальное расстояние Луны от Земли) составляет около 2,6 диаметра Луны, поэтому Луна может быть затенена целиком.

Типы лунных затмений

Частное затмение наблюдается тогда, когда Луна попадает в полную тень Земли только частично. При частном затмении часть Луны является тёмной, а часть, даже в максимальной фазе, остаётся в полутени и освещается солнечными лучами диска Луны. Вокруг конуса тени Земли имеется полутень — область пространства, в которой Земля заслоняет Солнце лишь частично. Если Луна проходит область полутени, но не входит в тень, происходит полутеневое затмение.

Полутеневое затмение . Вокруг конуса земной тени есть пространство, где Земля только частично заслоняет Солнце. В том случае, если Луна пересекает область полутени, но не погружается в тень, отмечается полутеневое затмение. В этот момент блеск Луны незначительно слабеет. Заметить это невооруженным глазом практически невозможно. И только в тот период, когда Луна приближается к конусу полной тени в условиях чистого неба можно увидеть небольшое потемнение с одного края Луны.

Полное лунное затмение наблюдается тогда, когда Луна входит в конус тени отбрасываемой Луной.

Лунное затмение может наблюдаться почти на все территории Земли (там, где на момент затмения Луна находится над горизонтом). Вид затенённой Луны с любой точки наблюдения одинаков. Максимальная теоретически возможная продолжительность полной фазы лунного затмения составляет 108 минут; такими были, например, лунные затмения 13 августа 1859 года, 16 июля 2000 года.

Наблюдение полного лунного затмения 27 июля 2018 года

27 июля 2018 года с 21:24 до 01:19 по московскому времени произошло очень интересное природное явление - полное затмение Луны, видимое практически на всей территории России. Луна прошла через центр земной тени. Это было первое центральное лунное затмение с 15 июня 2011 года. Оно происходило вблизи апогея, когда диск Луны минимален, поэтому затмение стало самым продолжительным в XXI веке. По редчайшему совпадению Марс в день затмения проходил точку великого противостояния с Солнцем. Оба светила во время затмения располагались недалеко друг от друга на юго-восточном горизонте.

Именно поэтому данное затмение было особенным:

Его продолжительность составляло 3 часа 56 минут, а полная фаза затмения продлилась 1 час 43 минуты. Это было самое долгое лунное затмение 21-го столетия

В момент затмения Луна находилась вблизи соединения с Марсом , причём на это время пришлось великое противостояние Марса, достаточно редкое событие, повторяющееся с периодичностью 15—17 лет . Совпадение настолько длительного полного лунного затмения с великим противостоянием Марса происходит лишь раз в 25 тысяч лет

Ход затмения 27 июля 2018 года:

Наблюдение проводилось 27 июля 2018 на территории Крымской Астрофизической Обсерватории в п.Научный. Во время наблюдения были сделаны снимки с помощью фотоаппарата Canon 300 (выдержка 50 и ISO (чувствительность) 1600) и телескопа SW 150/750 f/5 к которому подключалась камера ZWO Asi178MM.

20:15 Луна коснулась земной полутени — в это время началось полутеневое затмение. Полутеневое затмение плохо различимо невооруженным глазом, особенно при малых фазах, но по мере приближения к краю земной тени, потемнение становилось все более заметным.

В 21:24 Луна полностью погрузилась в земную полутень и коснулась земной тени — начиналось частное затмения; в это время уже хорошо было видно потемнение восточного лунного лимба. Луна начала погружение в тень Земли.

В 22:30 Луна полностью погрузилась в земную тень — в это время началось полное затмение.

В 23:22 наступила максимальная фаза полного затмения — треть диска Луны оказалась ниже центра земной тени; в этот момент потемнение покраснение спутника максимально. Луна находилась в земной тени 103 минуты.

В 00:13 Луна начала выходить из земной тени — конец полного затмения и начало его частных фаз. Постепенно становясь все ярче, лунный диск принимает фазы, похожие на фазы Луны в течение месяца, но только меняются они гораздо быстрее.

В 01:19 Луна полностью вышла из земной тени — конец частной фазы и начало полутеневого затмения.

В 02:29 Луна полностью вышла из земной полутени. Конец затмения. Ночное светило снова засияло в полную силу.

Оптические явления, наблюдаемые при полном лунном затмении

Во время Лунных затмений мы можем наблюдать очень интересные оптическими явлениями. Мы поставили перед собой ряд вопросов, связанных с наблюдаемыми оптическими явлениями, для того чтобы найти объяснение этим явлениям.

1. Почему во время затмения луна вообще видна, ведь она полностью закрыта от Солнца Землёй?

Во время затмения (даже полного) Луна не исчезает полностью, а становится тёмно-красной (Рис.4). Этот факт объясняется тем, что Луна даже в фазе полного затмения продолжает освещаться. Солнечные лучи, проходящие по касательной к земной поверхности, рассеиваются в атмосфере Земли и за счёт этого рассеяния частично достигают Луны, поэтому во время затмения луна видна.

2. Почему луна красная во время полного затмения?

Это явление можно объяснить тем, что поскольку земная атмосфера наиболее прозрачна для лучей красно-оранжевой части спектра, именно эти лучи в большей мере достигают поверхности Луны при полном затмении, что и объясняет окраску лунного диска (Рис.5). По сути, это тот же эффект, что и оранжево-красное свечение неба у горизонта (заря) перед восходом или сразу после заката.

3. Почему во время окончания затмения осветлённая часть луны выглядит более объёмной?

Оказывается, когда мы рассматриваем светлую поверхность на темном фоне, вследствие несовершенства хрусталика как бы раздвигаются границы этой поверхности, и эта поверхность кажется нам больше своих истинных геометрических размеров. Поэтому создается впечатление, что белая часть выглядит больше, чем черная (Рис. 6). С этим явлением мы часто встречаемся в жизни вот пример: Темные предметы всегда кажутся меньшими светлых предметов того же размера. Если рассматривать одновременно черный круг и белую окружность одинаковых размеров на светлом фоне, то площадь белой окружности будет нам казаться на 20% больше площади круга (Рис. 7).

Собрана информация о физическом явлении – Лунное затмение.

Изучена история наблюдений Лунных затмений.

Проведено наблюдение полного Лунного затмения 27 июля 2018 года.

Изучены оптические явления, наблюдаемые во время полного лунного затмения

Список литературы

1. Карпенков С.Х. Концепция современного естествознания: Учебник для вузов/М.: Академический проспект, 2001.

2. Мур П. Астрономия с Патриком Муром. Пер. с англ. К. Савельева/М.: ФАИР-ПРЕСС, 2001.

3. Эйнштейн А. Эволюция физики/М.: Устойчивый мир, 2001

5. Дагаев М.М. Солнечные и лунные затмения. - М.: Наука, 1978. - C. 579.

6. Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. - М.: Наука, 1977. - C. 543.

Читайте также: