Лунные затмения: от мистики до науки

На протяжении тысячелетий люди наблюдают в ясном ночном небе одно из самых завораживающих зрелищ. Луна, обычно холодная, серебряная, вдруг начинает «таять» на глазах, а потом приобретает зловещий багровый цвет. У наших далеких предков лунные затмения, как правило, вызывали мистический трепет, но отдельные пытливые умы еще в глубокой древности изучали это астрономическое явление, тщательно фиксируя все его закономерности. В результате современная наука очень хорошо понимает и принципы небесной механики, объясняющие затмения, и условия, в которых мы можем видеть естественный спутник Земли в столь необычных цветах. Об этих и некоторых других особенностях лунных затмений вы можете узнать из нашего материала.

Почему происходит лунное затмение

Чтобы произошло лунное затмение, три небесных тела должны расположиться точно, или почти точно, на одной прямой в таком порядке: Солнце, Земля и Луна. Когда солнечные лучи падают на нашу планету, она, будучи непрозрачной, преграждает им путь. Из-за этого в космическом пространстве образуется темная область, в которую и заходит Луна. Это явление возможно исключительно в фазу полнолуния, когда Луна находится относительно земного наблюдателя на противоположной от Солнца стороне, и вся ее видимая часть освещается.

В отличие от солнечных затмений, у лунных есть интересная особенность — их можно наблюдать из любой точки Земли, где Луна находится над горизонтом, а во время полнолуния это справедливо для всего ночного полушария. Кроме того, лунное затмение длится достаточно долго: Луна может оставаться в тени до нескольких часов.

Как Земля отбрасывает тень на Луну

Чтобы понять, как именно Земля отбрасывает тень на Луну, давайте используем простую аналогию. Представьте себе мощный прожектор, который светит на футбольный мяч. Позади мяча образуется темная область, в которую свет не попадает напрямую, а вокруг нее — еще одна, более светлая, куда свет проникает частично. Астрономы, наблюдающие затмения, для обозначения этих областей пользуются двумя терминами.

Умбра — полная тень. Центральный конус, образующийся там, где Земля полностью закрывает собой Солнце. По мере удаления от нашей планеты эта конусообразная область сужается, но на расстоянии лунной орбиты она все еще достаточно широка, чтобы полностью закрыть спутник. Пенумбра — полутень. Окружающая конус область, куда проникает лишь часть солнечных лучей. Когда Луна входит в пенумбру, ее видимый с Земли блеск заметно тускнеет, что свидетельствует о начале полутеневого затмения.

Какие бывают виды лунных затмений

Лунные затмения происходят неодинаково. Они делятся на виды в зависимости от того, через какие части земной тени проходит Луна. Наш спутник может полностью погрузиться в умбру, задеть ее край или же вовсе не выйти за пределы пенумбры. Таким образом, в общей классификации астрономы выделяют три вида лунных затмений.

Полное затмение. Вся видимая часть Луны оказывается закрыта центральным конусом умбры, что приводит к самому зрелищному среди всех лунных затмений. Земная тень медленно наползает на лунный диск, постепенно закрывая его. Когда вся Луна оказывается внутри умбры, она не исчезает с неба, а приобретает характерный темно-красный оттенок (прим. ред.: о причинах этого визуального эффекта мы поговорим в следующем разделе). Явление, которое часто называют «Кровавой Луной», может длиться немногим менее двух часов. А весь процесс, от первого касания тени до полного выхода из нее, занимает до четырех часов. Частное затмение. Такое затмение происходит в ходе неидеального выравнивания небесных тел. Луна движется по орбите так, что одна часть ее диска погружается в глубокую тень, а другая остается в полутени. С Земли мы можем видеть четкую темную дугу — это и есть округлая тень нашей планеты. В зависимости от того, насколько большая часть Луны оказывается внутри умбры, частное затмение может длиться от нескольких десятков минут до пары часов. Полутеневое затмение. Затмения этого вида происходят чаще всего, но при этом они совершенно неприметны. Когда Луна проходит через пенумбру, на нее падает меньше, но все еще достаточно много солнечного света. С Земли заметить незначительное потускнение диска сложно, и обычно его фиксируют только астрономические приборы. В зависимости от степени попадания Луны в полутень выделяют полные и частные полутеневые затмения.

Почему Луна становится красной во время затмения

«Кровавая Луна» — одно из самых красивых астрономических явлений среди тех, которые можно наблюдать невооруженным глазом. Многие задаются вопросом, почему мы вообще можем видеть свой спутник, который полностью скрыт в глубокой тени, и уж тем более — в таком необычном цвете. Причина этого эффекта кроется в физических свойствах света, проходящего через земную атмосферу.

Рассеяние света. Мы видим солнечный свет белым, но на самом деле он состоит из всего нескольких цветов, каждый из которых имеет свою длину волны. Всякий раз, когда лучи проходят через атмосферу, свет рассеивается. Сильнее всему этому подвержены короткие волны, соответствующие синему цвету (прим. ред.: именно поэтому днем мы видим голубое небо). В то же время длинные волны красного спектра преодолевают толщу воздуха, рассеиваясь гораздо слабее. Преломление лучей. Помимо того, что атмосфера Земли «отфильтровывает» оттенки синего, она еще и работает как гигантская линза, преломляя оставшиеся красные лучи. Плотность воздуха падает по мере увеличения высоты, и из-за этого градиента свет «загибается» внутрь. В результате лучи, проходящие по самому краю Земли, перенаправляются в затененную область, подсвечивая Луну и отражаясь от нее. Почему лунные затмения происходят не каждый месяц

Казалось бы, лунные затмения должны происходить регулярно. В среднем каждые 29,5 суток начинается новый синодический месяц, то есть проходит полный цикл смены лунных фаз. И если Луна примерно раз в четыре недели оказывается напротив Солнца в фазе полнолуния, то и затмения должны происходить ежемесячно. Однако мы этого не наблюдаем, и причина тому — особая геометрия космических орбит.

Орбита, по которой Луна обращается вокруг Земли, не совпадает с плоскостью эклиптики, то есть орбиты Земли вокруг Солнца. Плоскость лунной орбиты смещена не так уж сильно — всего на 5°. Но именно из-за этого наклона наш спутник чаще всего проходит либо выше, либо ниже конуса земной тени. Соответственно, солнечные лучи доходят до него беспрепятственно, и вместо затмения мы видим обычное яркое полнолуние.

Чтобы это было проще представить, давайте мысленно перенесемся из космоса на обычный стол, символизирующий плоскость эклиптики. А теперь представим орбиту Луны в виде обруча. Его нужно немного приподнять так, чтобы одна часть была чуть выше стола, а другая — немного ниже. Как можно видеть, в основном обруч находится вне плоскости стола, однако он все же пересекает ее в двух местах. В астрономии такие точки пересечения лунной орбиты с плоскостью эклиптики называют узлами. Только когда Луна находится вблизи одного из узлов, происходит затмение.

Как часто происходят лунные затмения

Возвращаясь к сравнению с солнечными затмениями, можно сказать, что лунные происходят не так уж редко. Чаще всего за один календарный год их случается ровно два — в ходе «путешествия» нашей планеты вокруг Солнца ее тень точно попадает на узел лунной орбиты каждые полгода. При этом самые зрелищные явления «Кровавой Луны» можно наблюдать раз в 1,5 – 2 года. Календарный год с двумя затмениями — это стандартный, базовый сценарий, который выполняется почти в 70% случаев. Однако иногда орбиты выстраиваются так, что затмений становится больше.

3 затмения в год. Это довольно привычное отклонение от нормы, которое случается раз в 4 – 5 лет. Первое затмение происходит в январе, а второе — в июне или июле. При этом «затменный год», который также называют драконическим, длится меньше календарного почти на 20 суток. Это происходит потому, что на лунную орбиту влияет гравитация не только Земли, но и Солнца, и узлы постоянно смещаются в сторону нашей звезды. Из-за этой небольшой разницы дополнительное лунное затмение иногда можно увидеть в декабре. 4 затмения в год. Гораздо реже, всего несколько раз в столетие, сразу две фазы полнолуния выпадают на время одного пересечения узла орбиты — астрономы называют его сезоном затмений. В результате два затмения происходят с разницей в месяц, а затем ситуация повторяется спустя полгода. В прошлый раз такое случалось в 2020 году, а следующим годом с 4 затмениями будет 2038. 5 затмений в год. Такой сценарий является абсолютной астрономической аномалией, и на него приходится около 0,6% случаев. Первое затмение происходит в самом начале года, это финал прошлогоднего сезона затмений. Затем «сдвоенные» полнолуния, когда Луна пересекает плоскость эклиптики, происходят еще дважды — в июне и июле, а также в ноябре и декабре. В последний раз такое было в 1879 году, а в следующий раз случится только в 2132.

Самые известные лунные затмения в истории

История знает немало случаев, когда лунные затмения способствовали совершению научных открытий, меняли ход войн, а иногда они даже спасали жизни.

«Затмения Аристотеля» (IV век до н. э.). Древнегреческий философ Аристотель наблюдал не одно лунное затмение, и именно эти наблюдения дали ему весомый аргумент в спорах о форме нашей планеты. Ученый заметил, что наползающий на Луну край тени всегда имеет идеально скругленную форму. Тогда он логически рассудил, что единственная геометрическая фигура, которая отбрасывает такую тень под любым углом и при любом повороте, — это шар. Так, задолго до Николая Коперника, Аристотель привел убедительное доказательство шарообразной формы Земли. «Затмение Константинополя» (22 мая 1453 года). В Византии существовало древнее суеверие, согласно которому Константинополь не падет, пока Луна растет или остается полной. В один из дней осады города турецким султаном Мехмедом II было яркое полнолуние, после которого Луна должна была пойти на убывание, то есть город, согласно поверью, вот-вот должен был стать уязвимым. Однако реальность оказалась еще страшнее — Луна окрасилась в кроваво-красный цвет, после чего в Константинополе началась паника. Моральный дух защитников города рухнул, они были убеждены в том, что бог оставил их. А в лагере османов, напротив, воцарилось ликование — турки восприняли «Кровавую Луну» как предзнаменование скорого поражения христиан. Спустя неделю после затмения, 29 мая 1453 года, армия Мехмеда II окончательно сломила сопротивление византийцев и вошла в Константинополь, тем самым положив конец блистательной истории древней Византии. «Затмение Колумба» (1 марта 1504 года). Во время четвертой экспедиции Христофора Колумба моллюски так сильно попортили дерево, из которого были сделаны суда, что продолжать плавание было невозможно, и команда надолго застряла на Ямайке. Местные жители поначалу кормили европейцев, но вскоре им это надоело. У Колумба были с собой астрономические таблицы, по которым он узнал, что в определенную ночь произойдет полное лунное затмение. Собрав накануне местных вождей, он заявил, что христианский бог разгневан таким отношением к своим слугам и этой ночью он заберет у них Луну, окрасив ее своей кровью. Когда Луна действительно стала багровой, индейцы были в ужасе. Однако Колумб помолился, «вернул» спутнику привычный вид, и вся его команда была обеспечена едой до самого отплытия в Испанию. Как наблюдать лунное затмение

Наблюдение за лунным затмением — это одно из самых увлекательных занятий для астрономов-любителей. В отличие от солнечного, оно абсолютно безопасно для глаз и не требует использования дорогого оборудования. Видимый размер Луны на небе достаточно велик, поэтому весь процесс, от появления тени до изменения цвета, хорошо различим невооруженным глазом. Чтобы усилить впечатления, можно использовать обычный туристический бинокль — его будет достаточно, чтобы увидеть, как земная тень медленно ползет по лунным морям и крупным кратерам. Ну а любительский телескоп с малым увеличением обеспечит потрясающую объемную картинку с насыщенным красным цветом и детализированным лунным рельефом.

Критически важным фактором для успешного наблюдения является чистое небо. Тонкие облака или дымка в небе будут работать как матовое стекло, рассеивая и без того не самое сильное красное свечение. Поэтому перед наблюдением не лишним будет свериться с прогнозом погоды. При этом, в отличие от наблюдений звездного неба, лунное затмение можно отлично рассмотреть прямо в городе, в условиях сильной засветки. Главное — выбрать место, в котором обзор не будут закрывать многоэтажные дома.

Можно ли предсказать лунное затмение

Лунные затмения умели предсказывать еще древние астрономы, в том числе вавилоняне, греки, китайцы и майя. Год за годом они записывали даты каждого затмения, в результате чего независимо друг от друга пришли к одному и тому же открытию. Примерно каждые 18 лет и 11 дней затмения начинают повторяться в такой же последовательности. В науку этот циклический период вошел под названием Сарос. В византийской энциклопедии XI века этим словом был обозначен период в 222 лунных месяца, что достаточно близко к реальному циклу затмений. Изучая архивы, английский астроном Эдмунд Галлей увидел это определение, и с тех пор Сарос стал традиционным обозначением периода.

Ученым XXI века больше не нужно сверяться с древними текстами, ведь предсказания лунных затмений строятся на законах физики и принципах математического моделирования. Астрономы точно знают траектории и скорость движения Земли и Луны с учетом влияния гравитации, как друг друга, так и Солнца и других планет. Понимание того, как меняется взаимное расположение небесных тел в трехмерном пространстве, позволяет с точностью до доли секунды вычислить, в какой миг Луна войдет в полутень, когда полностью погрузится в тень и выйдет из нее.

Проблема заключается в том, что космические процессы накладывают серьезное ограничение на долгосрочное прогнозирование затмений. Луна постепенно отдаляется от Земли, замедляя нашу планету, однако происходит это неравномерно. Помимо того, на оба небесных тела влияют слабые гравитационные возмущения, исходящие от Солнца и планет-гигантов. В масштабах столетий эта разница не будет ощутима, но через тысячи лет наши «земные» хронометры разойдутся с «космическими» уже на часы и сутки, а полоса видимости затмений сильно сместится. Таким образом, точный расчет с привязкой к географии справедлив для всех предсказанных лунных затмений примерно до 4000 года. Если же точное время и место наблюдения не важны, спрогнозировать «Кровавые Луны» можно на 100 000 лет вперед.

Интересные факты о лунных затмениях Особенно завораживающе лунные затмения выглядят при наблюдении с земной орбиты. Например, космонавты Международной космической станции, благодаря отсутствию атмосферных помех и облаков, видят Луну гораздо ярче и четче, чем люди на Земле. Правда, из-за конструктивных особенностей МКС и расположения иллюминаторов насладиться этим зрелищем удается всего несколько минут за один виток вокруг Земли — в короткие промежутки между восходом и заходом Луны. Интересно, что в эти мгновения многие космонавты, по их собственному признанию, больше любят смотреть не на Луну, а на Землю. Темный силуэт нашей планеты обрамляет яркая «огненная» дуга, вобравшая в себя отсветы всех земных рассветов и закатов одновременно. Для оценки цвета и яркости Луны во время максимальной фазы полного затмения используется пятибалльная шкала Данжона (прим. ред.: предложена французским астрономом Андре-Луи Данжоном в 1921 году). Оценка в 0 баллов соответствует очень темному, неразличимому затмению, например, когда воздух наполнен пеплом и не пропускает свет. А при 4 баллах Луна сияет очень ярко, медно-красным или оранжевым цветом, что свидетельствует о кристально чистой атмосфере. Поэтому, глядя на «Кровавую Луну», вы можете самостоятельно оценить прозрачность воздуха в месте наблюдения. В обычных условиях день и ночь на Луне сменяют друг друга постепенно, в течение примерно двух недель, из-за чего лунный грунт нагревается и остывает медленно. Но во время полного затмения наш спутник испытывает самый настоящий температурный шок. Всего за пару часов его поверхность стремительно остывает с +130 до –100 °C, после чего так же быстро нагревается обратно. В условиях столь быстрых и сильных перепадов породы на Луне испытывают колоссальное внутреннее давление и трескаются. Отдельные камни не выдерживают напряжения и разлетаются на кусочки, превращаясь в мелкую пыль. Для будущих лунных колонистов этот фактор может стать гораздо более серьезным испытанием, чем затяжная лунная ночь или экстремально жаркий лунный день. Лунное затмение в вопросах и ответах 1. Что такое лунное затмение?

Лунное затмение — это астрономическое явление, при котором Земля полностью или частично закрывает собой Луну от Солнца.

2. Почему происходит лунное затмение?

Оно происходит из-за того, что Солнце, Земля и Луна выстраиваются на одной прямой в трехмерном пространстве.

3. Какие бывают виды лунных затмений?

Лунные затмения бывают полными, когда Луна полностью погружается в глубокую тень Земли; частными, когда это происходит лишь частично; и полутеневыми, при которых Луна проходит исключительно через полутень.

4. Почему Луна становится красной во время затмения?

Солнечные лучи проходят через земную атмосферу, которая рассеивает волны синего спектра и одновременно преломляет волны красного спектра. В результате Луна отражает эти преломленные красные лучи.

5. Почему лунные затмения происходят реже полнолуний?

Орбита Луны вокруг Земли немного наклонена по отношению к орбите Земли вокруг Солнца. Лунное затмение возможно только во время полнолуния, но при условии, что Луна в этот момент пересекает плоскость земной орбиты.

6. Как долго длится лунное затмение?

Весь процесс лунного затмения занимает до 4 часов, а самая красивая фаза «Кровавой Луны» продолжается от 30 минут до 1 часа 45 минут.

7. Когда будет ближайшее лунное затмение?

На момент подготовки материала ближайшее лунное затмение ожидается в ночь с 20 на 21 февраля 2027 года, оно будет полутеневым. Следующее полное лунное затмение состоится в новогоднюю ночь — 31 декабря 2028 года. Актуальную информацию можно найти на специализированных астрономических интернет-порталах.

8. Можно ли смотреть на лунное затмение без специальных приборов?

Да, это абсолютно безопасно. В отличие от Солнца, Луна не излучает собственный свет, а лишь отражает рассеянные лучи.

9. В чем разница между солнечным и лунным затмением?

При солнечном затмении Луна оказывается между Землей и Солнцем, закрывая собой светило. А при лунном затмении между Луной и Солнцем встает Земля.

10. Почему лунное затмение видно сразу из многих стран?

Земля отбрасывает в космос настолько большую тень, что Луна помещается в нее целиком. Поэтому астрономическое событие можно наблюдать из всего ночного полушария нашей планеты.

11. Как древние люди объясняли лунные затмения?

Древние культуры нередко связывали лунные затмения с мифическими чудовищами. Например, в Китае верили, что Луну пожирает дракон. Люди били в барабаны и громко кричали, чтобы отпугнуть его.

12. Как ученые используют лунные затмения для исследований?

Лунные затмения выглядят по-разному в зависимости от чистоты атмосферы Земли. Используя шкалу Данжона, ученые могут сделать выводы об этом показателе.

13. Можно ли увидеть лунное затмение с Луны?

Находясь на Луне, во время лунного затмения можно увидеть полное солнечное затмение. Земля повернется к наблюдателю своей ночной стороной и полностью закроет собой Солнце, а вокруг ее темного диска вспыхнет яркое огненно-красное кольцо атмосферы.

Автор текста Иван Стефанов

Изображение на обложке: Magnific