В один вечер виден тонкий серп, а в другой восходит круглая Луна. Это не означает, что сама Луна обрезается и вырастает заново. Изменение её видимой формы, вызванное тем, какая доля освещённой Солнцем поверхности видна с Земли, называют лунными фазами. Если объяснять обычное убывание Луны тенью Земли, фазы смешиваются с лунным затмением.
Для понимания фаз нужно одновременно учитывать свет, падающий на лунную поверхность, и направление взгляда на неё. Это другой вопрос, чем образование кратеров или траектория лунного аппарата. Последовательно рассмотрим положение Луны относительно Солнца и то, на что опирается наблюдатель, записывая её вид.
1. Освещённое полушарие и видимая с Земли часть — разные вещи
Лунный свет — главным образом солнечный свет, отражённый поверхностью Луны. В обычной ситуации без затмения, если упростить Луну до шара, Солнце освещает примерно половину. При движении Луны вокруг Земли эта освещённая половина не сужается внезапно до серпа. Как поясняет NASA о лунных фазах, меняется то, сколько освещённого полушария мы видим с Земли. Границу света и тени также не следует понимать как след закрывания Луны другим небесным телом.
Представьте белый мяч, освещённый в помещении неподвижной лампой с одной стороны. Пусть голова наблюдателя соответствует Земле, а мяч — Луне: при перемещении мяча меняется видимая освещённая доля. Если мяч попал в тень головы, это соответствует затмению, а не обычной фазе. Такая модель помогает рассмотреть связь освещения и взгляда, но не воспроизводит размеры Земли и Луны, расстояния и наклоны в едином масштабе.
2. Первая и последняя четверти обе выглядят половиной диска, но занимают разное место в цикле
В новолуние Луна находится с точки зрения Земли близко к направлению на Солнце, в полнолуние — почти в противоположном направлении. Вблизи новолуния обращённая к Земле сторона преимущественно темна, а близость к Солнцу затрудняет наблюдение. Затем появляется серп, видимая освещённая доля растёт, проходит первую четверть и выпуклую фазу и достигает полнолуния. После полнолуния она уменьшается, проходит последнюю четверть и убывающий серп и снова приходит к новолунию. Изменение непрерывно, а не разбито на восемь неподвижных картинок.
В первой и последней четвертях освещено примерно полдиска, но первая четверть относится к росту перед полнолунием, а последняя — к убыванию после него. Записывайте не только форму половины диска: сравнивайте с предыдущими наблюдениями, чтобы определить этап. Таблица показывает примерные тенденции наблюдения в средних широтах. Реальное время восхода и захода зависит от сезона, широты и горизонта, поэтому это не точное расписание.
| Основная фаза | Освещённая часть, видимая с Земли | Примерная тенденция времени наблюдения |
|---|---|---|
| Новолуние | Почти не видна | Наблюдать трудно из-за близости к направлению на Солнце |
| Первая четверть | Около половины, затем растёт | Удобно наблюдать вечером после захода Солнца |
| Полнолуние | Почти круглый диск | Обычно восходит около заката и видна ночью |
| Последняя четверть | Около половины, затем убывает | Удобно наблюдать с поздней ночи до утра |
3. Длина месяца зависит от того, относительно чего считать оборот
В среднем Луне требуется около 27.3 суток, чтобы обойти Землю относительно далёких звёзд: это сидерический месяц. Но среднее время от новолуния до следующего новолуния, то есть до той же фазы, составляет около 29.5 суток и называется синодическим месяцем. Это не одна величина, округлённая по-разному. Возвращение положения относительно звёзд и возвращение расположения относительно Солнца — разные вопросы.
За это время Земля вместе с Луной движется вокруг Солнца. Когда Луна завершает оборот относительно звёзд, направление на Солнце с Земли уже изменилось, и для той же фазы ей нужно продвинуться ещё немного. Поэтому синодический месяц длиннее сидерического. Числа описывают средние периоды, а не одинаковую точную длину каждого синодического месяца. Нельзя также точно предсказать следующее полнолуние, просто закрепив в календаре интервал в 29 или 30 суток.
4. Лунное затмение требует иного выравнивания, чем смена фаз
Затмение происходит, когда вблизи полнолуния Солнце, Земля и Луна располагаются так, что Луна входит в земную тень. Это не означает, что обычная тёмная часть серпа или половины Луны — тень Земли. Руководство NASA по затмениям различает полное затмение, когда Луна целиком входит в земную умбру, частичное — когда входит лишь её часть, и полутеневое — при прохождении внешней полутени. Изменение яркости при полутеневом затмении может быть трудно заметить; не при каждом затмении Луна исчезает полностью.
Плоскость лунной орбиты наклонена примерно на 5 градусов к плоскости обращения Земли вокруг Солнца. Поэтому даже в полнолуние Луна обычно проходит выше или ниже земной тени. Для затмения должны совместиться полнолуние и прохождение Луны близ линии пересечения этих плоскостей. Если из рисунка, где Солнце, Земля и Луна показаны в одной плоскости, заключить, что затмение бывает ежемесячно, ограничение схемы без наклона будет ошибочно принято за реальное явление.
5. Отдельно проверяем сторону освещения и календарную дату
В один и тот же момент фаза практически почти одинакова по всей Земле, но ориентация Луны зависит от места наблюдения. В Северном и Южном полушариях привычная форма может выглядеть перевёрнутой, а даже на одном месте наклон относительно горизонта меняется. Поэтому правило «свет справа всегда означает растущую Луну» нельзя применять ко всем местам и снимкам. Проверяйте поворот фотографии и переворот изображения оптическим прибором; полезно также выяснить, росла или уменьшалась освещённая доля за несколько дней.
Время полнолуния в эфемеридах — конкретный момент, тогда как почти круглая Луна может быть видна несколько ночей до и после него. При записи этого момента местной датой из-за часовых поясов может измениться и дата. Например, вымышленное время 18:00 UTC некоторого дня соответствует 03:00 следующего дня в UTC+9. Это пример перевода времени, а не прогноз реального полнолуния. Задание JPL с лунным календарём также указывает часовой пояс и область применения таблицы. Используя рисунок или календарь другой страны, сначала проверьте год, пояс и место наблюдения.
6. Раздельно записываем наблюдавшееся и ожидавшуюся форму
Понаблюдайте Луну около месяца, записывая дату, местное время, место, направление на небе и вид освещённой части. Можно начать с одного места после захода Солнца, но на протяжении цикла Луна не всегда видна в одно время. В дни без наблюдения отмечайте облака, перекрытие зданиями и уместность выбранного времени. Пустая клетка не является немедленным доказательством новолуния. Не направляйте бинокль или телескоп к Солнцу в поисках близкой к нему Луны.
Допустим, в вымышленной записи A говорится о тонкой Луне на западе одним вечером и более толстой спустя несколько дней в то же время. Это согласуется с ростом освещённой доли, но не является измерением точной длительности синодического месяца. Если запись B сообщает, что Луну не видели день, а на следующий увидели, нельзя заключить, что в пропущенный день исчезла сама Луна. Обе записи — вымышленные упражнения для осмысления условий, а не результаты реальных наблюдений неба.
Как в задании JPL с дневником Луны, последовательное сравнение рисунков за несколько дней помогает различить повторяющиеся изменения и пробелы наблюдений. Если пропущенную форму позже дописали по эфемеридам, наблюдение и прогноз отмечают разными знаками. Различайте затемнение снимка из-за экспозиции или облаков и сокращение освещённой площади. Одна только последовательность фаз не позволяет определить расстояние до Луны или точное время затмения.