Суперлуние и суперзатмение. Что прячется за громкими названиями?

Время от времени в средствах массовой информации появляются заголовки вроде «Сегодня будет cуперлуние!» или «Завтра мы сможем увидеть суперзатмение!» Насколько справедливы эти восклицательные знаки и приставки «супер»? Что на самом деле стоит за этими событиями, стоит ли их бояться, или же наоборот — радоваться им? Попробуем дать ответы на эти вопросы.

Нестабильная орбита

Луна движется вокруг Земли по эллиптической орбите. Почему именно по эллиптической? Вообще-то все объекты, постоянно обращающиеся вокруг более массивных тел, движутся по более или менее вытянутым эллипсам. Степень удлиненности эллипса измеряется эксцентриситетом — отношением максимального отклонения расстояния между телами от среднего значения к собственно среднему значению (в небесной механике оно называется «большая полуось орбиты»). Круговую орбиту можно рассматривать как разновидность эллиптической, у которой эксцентриситет точно равен нулю. Но, во-первых, абсолютная точность в природе встречается крайне редко. А во-вторых, все массивные объекты находятся в постоянном гравитационном взаимодействии, непрерывно изменяя орбитальные элементы друг друга. То есть даже если у кого-то из них эксцентриситет случайно «обнулится», такое состояние продлиться по космологическим меркам очень недолго.

Земля и Луна. Источник: NASA

Хорошей иллюстрацией последнего пункта является система «Земля-Луна». Среднее расстояние между этими телами (точнее, между их центрами масс) составляет 385 тыс. км. Эксцентриситет лунной орбиты составляет 0,0549. Это означает, что в течение каждого своего оборота наш естественный спутник проходит перигей, приближаясь к нам на расстояние 363 230 км. Но такое сближение никто не называет «суперлунием», потому что иначе этот термин мы видели бы в газетных заголовках — правильно, каждый месяц.

На самом же деле огромное влияние на движение нашего спутника оказывает не только Земля, но и Солнце (как ни парадоксально это звучит, оно притягивает Луну почти вдвое сильнее нашей планеты). Поэтому удаленность перигея лунной орбиты может колебаться в пределах от 356 до 370 тыс. км. Здесь было бы уместно добавить «в наши дни», поскольку на более длинных промежутках времени этот интервал оказывается даже большим. Итак, для каждого года можно определить момент, когда Луна подходит к нам ближе всего. В 2023 году «суперлунный» перигей наблюдался 21 января на расстоянии 356 568 км.

Можно ли это заметить невооруженным глазом? Можно, если смотреть очень внимательно. Диаметр лунного диска в «суперперигее» почти на 7% больше среднего значения, и соответственно на 14% больше, чем в «суперапогее» (когда наш спутник находится от нас дальше всего). Существует один технически несложный способ увидеть это наверняка: нужно подобрать такое увеличение астрономического инструмента, чтобы Луна в определенный момент занимала практически все поле зрения. Тогда все вариации ее размеров станут очевидными.

Разница в размерах лунного диска в перигее и апогее. Источник: NASA

Конечно, история не ограничивается одним нынешним годом — даже в не столь далекие времена наш спутник приближался (или будет приближаться) к нам еще сильнее. К примеру, в XXI веке рекордный лунный перигей произойдет 6 декабря 2052 года, когда Луну будет отделять от нас 356 429 км. В прошлом веке случались и более тесные «пролеты»: например, 4 января 1912 года она приблизилась к Земле на 356 375 км. В дальнейшем этот «рекорд близости» будет только расти, поскольку большая полуось лунной орбиты ежегодно увеличивается в среднем на 38 мм. О причине этого увеличения мы расскажем ниже.

Поймай приливную волну!

Еще более интересная ситуация возникает, когда лунный перигей совпадает с фазой новолуния или полнолуния (поскольку, как уже упоминалось, ничего абсолютно точного в природе не бывает, в данном случае «совпадением» считается разница между моментом перигея и соответствующей лунной фазы не более 12 часов) . В последнем случае мы имеем дело с так называемым «суперлунием», когда обращенное к Земле полушарие нашего спутника не только будет в наибольшей степени освещено Солнцем, но и сам он будет находиться к нам ближе всего. А поскольку интенсивность отраженного Луной светового потока, достигающего нашей планеты, обратно пропорциональна квадрату расстояния до «отражателя», такое полнолуние окажется на 16% ярче среднего.

Однако и новолуние в перигее тоже имеет свои особенности, о чем прекрасно знают, например, моряки и работники портов. Дело в том, что сила гравитационного притяжения им противоположных точек земной поверхности («подлунной» и «противолунной») заметно отличается, за счет чего возникает дополнительное растягивающее усилие, направленное вдоль направления на притягивающее тело. Легче всего «отвечают» на это усилие воздушная и водная оболочки Земли, что уже в древности заметили жители прибрежных районов (особенно побережья океанов). Дважды в сутки Луна заставляет уровень воды подниматься и опускаться, вызывая так называемые приливы и отливы, поэтому это ее «гравитационное вмешательство» получило название приливных сил. Они обратно пропорциональны уже не квадрату, а третьей степени расстояния от тела, являющегося их источником, а потому особенно чувствительны к положению нашего спутника на орбите.

Но есть еще одно важное тело Солнечной системы, создающее приливные силы, и мы о нем уже упоминали — это наше дневное светило. Хоть оно и находится от нас примерно в 400 раз дальше Луны, но имеет в 27 млн раз большую массу, поэтому создаваемые им приливные волны в среднем получаются лишь вдвое меньше лунных. Когда Солнце, Земля и Луна располагаются примерно на одной прямой (именно это и происходит в фазах новолуния и полнолуния), солнечные и лунные приливы взаимно усиливаются, а когда наш естественный спутник в это время еще и оказывается в перигее — можно ожидать настоящих суперприливов, почти втрое более мощных, чем средние. Их иногда используют для проводки через неглубокие проливы судов с большой осадкой или для выбрасывания на мель старых кораблей, которые собираются разрезать на металлолом.

Конечно, Земля не остается в долгу, и со своей стороны тоже создает приливы на Луне, которые давно уже остановили ее вращение вокруг собственной оси (точнее, синхронизировали его с орбитальным движением) и заставили ее «смотреть» на нас одной и той же стороной. Интересно, что из-за приливного взаимодействия энергия осевого вращения нашей планеты постепенно передается ее спутнику, «поднимая» его орбиту на уже упомянутые 38 мм в год. А земные сутки благодаря этому ежегодно удлиняются в среднем на 17 микросекунд — точнее, они должны были бы возрастать на 23 μс, но дополнительно «ускоряются» на 6 μс за счет постепенного гравитационного сжатия приэкваториальных областей.

Рекорды лунной тени

До сих пор мы вспоминали главным образом полнолуние и обделяли вниманием новолуние, поскольку эту лунную фазу наблюдать сложнее всего: во время нее «ночное светило» находится на небе вблизи Солнца. Тем не менее, и в такой фазе его иногда можно увидеть — если оно частично или полностью закроет солнечный диск во время затмения. Такие явления случаются не так уж редко (от 2 до 5 раз в год), но каждое из них видно только на ограниченной территории Земли.

Последовательность полного солнечного затмения от начальных частных фаз до «бриллиантового кольца», появления солнечной короны и финальных частных фаз

Земная орбита не настолько вытянута, как лунная (ее эксцентриситет составляет 0,0167), поэтому разница между наибольшим и наименьшим видимым диаметром Солнца для жителей нашей планеты лишь немного превышает 3%. Но если взять средние значения размеров солнечного и лунного дисков, последний окажется меньше (тоже примерно на 3%), и вокруг него даже в максимуме затмения будет сиять ослепительное «солнечное кольцо». Такие затмения называются кольцеобразными. Несложно понять, что они случаются чаще, чем полные. К сожалению, их наблюдения не имеют большой научной ценности: во время них небо остается слишком светлым, что мешает увидеть солнечную корону — внешнюю атмосферу светила, изучение которой дает нам много важной информации о «космической погоде» и солнечно-земных связях..

Собственно, во время кольцеобразных затмений нельзя говорить о лунной тени — все наблюдатели оказываются внутри лунной полутени (penumbra), а для области, где видно «солнечное кольцо», используется специальный латинский термин «antumbra». Простое геометрическое построение позволяет понять, что ее размер тем больше, чем дальше от Земли находится Луна, то есть чем ближе она к своему апогею. Поскольку в апогее скорость орбитального движения нашего спутника наименьшая, при наличии дополнительных «отягчающих обстоятельств» — прохождения Землей перигелия (т.е. как можно большего видимого диаметра Солнца) — мы получаем настоящие рекорды продолжительности затмения.

Например, 15 января 2010 года максимальная продолжительность кольцеобразной фазы составила 11 минут 11 секунд. Она наблюдалась в Индийском океане недалеко от Мальдивских островов. Еще длительнее было затмение 4 января 1992 года — 11 минут 41 секунда (оно достигло максимума в Тихом океане). Этот рекорд «продержится» аж до начала четвертого тысячелетия — точнее, до 3043 года.

Одна из лучших фотографий самого продолжительного полного солнечного затмения XXI века, сделанная сотрудниками Технологического университета города Брно Милославом Друкмюллером и Петером Аниолом 22 июля 2009 года на одном из тихоокеанских архипелагов.

А как насчет полных затмений? Понятно, что во время них Луна должна находиться поближе к перигею своей орбиты. Правда, в этой точке скорость ее движения наибольшая, и лунная тень «пролетает» над наблюдателем быстрее. Но с уменьшением расстояния до нашего спутника диаметр «пятна» его тени (и соответственно ширина полосы полной фазы) растет более ощутимо, чем ее скорость, а если наблюдателю к тому же удалось оказаться где-то недалеко от экватора, он может созерцать затмение еще дольше, так как его собственная скорость, обусловленная вращением Земли вокруг оси, существенно продлит его пребывание в затененной зоне. Следовательно, необходимые условия большой продолжительности полного затмения можно сформулировать так: оно должно происходить в конце июня или первой половине июля (когда Земля находится дальше всего от Солнца и диаметр солнечного диска наименьший), Луна должна проходить перигей своей орбиты, а полоса полной фазы — пролегать недалеко от земного экватора.

На протяжении XXI века столь редкого стечения обстоятельств не будет ни разу. «Ближайшим к идеалу» оказалось затмение 22 июля 2009 года с полной фазой продолжительностью 6 минут 39 секунд. Рекорд прошлого века — заметно больше (20 июня 1955-го, 7 минут 8 секунд). А 16 июля 2186-го над Южной Америкой и Центральной Атлантикой солнечная корона будет сиять 7 минут 29 секунд. Это максимальная продолжительность полного затмения на промежутке времени с 4000 года до нашей эры до 6000 года нашей эры.

Последнее полное солнечное затмение на территории нынешней Украины наблюдалось 15 февраля 1961 года, а следующего нам придется ждать до 20 апреля 2061-го, причем его будет видно низко над горизонтом только на юго-востоке Луганской области. С кольцеобразными затмениями дело обстоит несколько лучше: ближайшее из них состоится в Крыму и на юге Донецкой области утром 1 июня 2030 года. Там Луна закроет 94% диаметра солнечного диска. Жители Киева увидят максимальную частную фазу 82%, Днепра и Одессы — 89%.

Фазы полного лунного затмения

Напоследок следует сделать замечание по поводу лунных затмений. Хоть они и происходят реже солнечных, однако наблюдаются сразу с целого полушария Земли, где наш естественный спутник находится над горизонтом. Несложно понять, что их продолжительность будет наибольшей во время земных афелиев (в июне-июле, когда длина конуса земной тени и диаметр его сечения вблизи орбиты Луны достигают максимума) и лунных апогеев (когда орбитальная скорость нашего спутника наименьшая). Рекордное затмение XXI века состоялось 27 июля 2018 года, когда Луна полностью погрузилась в тень нашей планеты на 103 минуты (1 час 43 минуты). А для затмения 9 июня 2123 года расчеты дают полную фазу длительностью 106 минут. В дальнейшем этот рекорд будет только возрастать.

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!

Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine

Случайная находка подтвердила одну из древних теорий ранней Вселенной
Ученые открыли землеподобную планету на расстоянии 55 световых лет от нас
Телескоп Chandra будет искать жизнь возле ближайших к нам звезд
Возвращение Starliner на Землю задерживается еще на четыре дня
Новый трюк для старого телескопа: Hubble возобновил научные наблюдения
В обломке скалы найден материал из протопланетного диска времен формирования Солнечной системы
Каждый из нас — центр Вселенной: парадокс расширения космоса
Молодые звезды кружатся вокруг черной дыры, как рой пчел
На краю древнего кратера: LRO сфотографировал место посадки миссии «Чанъэ-6»
Астронавт отказался выходить в открытый космос из-за «неудобного скафандра»