Час від часу в засобах масової інформації з’являються заголовки на кшталт «Сьогодні буде cупер-Місяць!» або «Завтра ми зможемо побачити суперповню!» Наскільки справедливі ці знаки оклику та префікси «супер»? Що насправді стоїть за цими подіями, чи варто їх боятися, чи навпаки — радіти їм? Спробуємо дати відповіді на ці питання
Нестабільна орбіта
Місяць рухається навколо Землі по еліптичній орбіті. Чому саме по еліптичній? Взагалі-то всі об’єкти, які постійно обертаються навколо більш масивних тіл, рухаються по більш або менш витягнутих еліпсах. Ступінь видовженості еліпса вимірюється ексцентриситетом — відношенням максимального відхилення відстані між тілами від середнього значення до власне цього середнього значення (в небесній механіці воно має назву «велика піввісь орбіти»). Колову орбіту можна розглядати як різновид еліптичної, у якої ексцентриситет точно дорівнює нулю. Але, по-перше, абсолютна точність у природі трапляється вкрай рідко. А по-друге, всі масивні об’єкти перебувають у постійній гравітаційній взаємодії, безперервно змінюючи орбітальні елементи один одного. Тобто навіть якщо у когось із них ексцентриситет випадково «обнулиться», такий стан протриває за космологічними мірками дуже недовго.
Гарною ілюстрацією останнього пункту є система «Земля-Місяць». Середня відстань між цими тілами (точніше, між їхніми центрами мас) становить 385 тис. км. Ексцентриситет місячної орбіти складає 0,0549. Це означає, що протягом кожного свого оберту наш природний супутник проходить перигей, наближаючись до нас на відстань 363 230 км. Але таке наближення ніхто не називає «супер-Місяцем», бо інакше цей термін ми бачили би в газетних заголовках — правильно, щомісяця.
Насправді ж величезний вплив на рух нашого супутника чинить не лише Земля, але й Сонце (як це не парадоксально звучить, але воно притягує Місяць майже вдвічі сильніше, ніж наша планета). Тому віддаленість перигею місячної орбіти може коливатися в межах від 356 до 370 тис. км. Тут було б доречно додати «в наші дні», бо на довших проміжках часу цей інтервал виявляється навіть більшим. Отже, щороку можна визначити момент, коли Місяць підходить до нас найближче. У 2023 році «супермісячний» перигей спостерігався 21 січня на відстані 356 568 км.
Чи можна це було помітити неозброєним оком? Можна, якщо дивитися дуже уважно. Діаметр місячного диска в «суперперигеї» майже на 7% більший від середнього значення, і відповідно на 14% більший, ніж у «суперапогеї» (коли наш супутник перебуває від нас найдалі). Є один технічно нескладний спосіб побачити це напевно: треба підібрати таке збільшення астрономічного інструмента, щоб Місяць у певний момент займав практично все поле зору. Тоді всі варіації його розмірів стануть очевидними.
Звичайно, історія не обмежується одним нинішнім роком — упродовж навіть не таких уже далеких часів наш супутник наближався (чи наближатиметься) до нас ще сильніше. Наприклад, у XXI столітті рекордний місячний перигей станеться 6 грудня 2052 року, коли Місяць відділятиме від нас 356 429 км. У минулому столітті траплялися й тісніші «прольоти»: наприклад, 4 січня 1912 року він наблизився до Землі на 356 375 км. У майбутньому цей «рекорд близькості» буде лише зростати, оскільки велика піввісь місячної орбіти щороку збільшується в середньому на 38 мм. Про причину цього збільшення розповімо нижче.
Спіймай припливну хвилю!
Ще цікавіша ситуація виникає, коли місячний перигей збігається з фазою нового чи повного Місяця (оскільки, як уже згадувалося, нічого абсолютно точного в природі не буває, в даному разі «збігом» вважається різниця між моментом перигею та відповідної місячної фази не більше 12 годин). В останньому випадку ми матимемо справу з так званою суперповнею, коли обернена до Землі півкуля нашого супутника не лише буде в найбільшій мірі освітлена Сонцем, але й сам він перебуватиме до нас найближче. А оскільки інтенсивність відбитого Місяцем світлового потоку, що досягає нашої планети, зворотно пропорційна квадрату відстані «відбивача», така повня виявиться на 16% яскравішою за середню.
Однак і новий Місяць у перигеї теж має свої особливості, про що чудово знають, наприклад, моряки та працівники портів. Річ у тім, що сила гравітаційного притягання ним протилежних точок земної поверхні («підмісячної» та «протимісячної») помітно відрізняється, за рахунок чого виникає додаткове розтягувальне зусилля, спрямоване вздовж напрямку на притягуюче тіло. Найлегше «відповідають» на ці зусилля повітряна та водна оболонки Землі, що вже в давнину помітили мешканці прибережних районів (особливо узбережжя океанів). Двічі за добу Місяць змушує рівень води підійматися й опускатися, викликаючи так звані припливи та відпливи, тому це його «гравітаційне втручання» отримало назву припливних сил. Вони зворотно пропорційні вже не квадрату, а третьому ступеню відстані від тіла, що є їхнім джерелом, а тому особливо чутливі до положення нашого супутника на орбіті.
Але є ще одне важливе тіло Сонячної системи, що створює припливні сили, й ми про нього вже згадували — це наше денне світило. Хоч воно й перебуває від нас приблизно в 400 разів далі за Місяць, але має у 27 млн разів більшу масу, тому створювані ним припливні хвилі в середньому виходять лише удвічі меншими за місячні. Коли Сонце, Земля та Місяць розташовуються приблизно на одній прямій (саме це й трапляється у фазах нового Місяця та повні), сонячні та місячні припливи взаємно підсилюються, а коли наш природний супутник у цей час ще й опиняється у перигеї — можна очікувати справжніх суперприпливів, майже втричі потужніших за середні. Їх іноді використовують для проходження неглибоких проток судами з великою осадкою або для викидання на мілину старих кораблів, які збираються розрізати на брухт.
Звичайно, Земля не лишається в боргу, і зі свого боку теж створює припливи на Місяці, які давно вже зупинили його обертання навколо власної осі (точніше, синхронізували його з орбітальним рухом) і змусили його «дивитися» на нас одним і тим самим боком. Цікаво, що через припливну взаємодію енергія осьового обертання нашої планети поступово передається її супутнику, «підіймаючи» його орбіту на вже згадані 38 мм на рік. А земна доба завдяки цьому щорічно збільшується в середньому на 17 мікросекунд — точніше, вона мала би зростати на 23 μс, але додатково «прискорюється» на 6 μс за рахунок поступового гравітаційного стиснення приекваторіальних областей.
Рекорди місячної тіні
Досі ми згадували головним чином повний Місяць і обходили увагою новий, бо цю його фазу спостерігати найважче: під час неї «нічне світило» перебуває на небі поблизу Сонця. Втім, і в такій фазі його час від часу можна побачити — якщо воно частково чи повністю закриє сонячний диск під час затемнення. Такі явища трапляються не так уже й рідко (від 2 до 5 разів на рік), але кожне з них видно лише на обмеженій території Землі.
Земна орбіта не настільки видовжена, як місячна (її ексцентриситет складає 0,0167), тому різниця між найбільшим і найменшим видимим діаметром Сонця для мешканців нашої планети лише трохи перевищує 3%. Але якщо взяти середні значення розмірів сонячного та місячного дисків, останній виявиться меншим (теж приблизно на 3%), і навколо нього навіть у максимумі затемнення сяятиме сліпуче «сонячне кільце». Такі затемнення називаються кільцеподібними. Неважко зрозуміти, що вони трапляються частіше, ніж повні. На жаль, їхні спостереження не мають великої наукової цінності: під час них небо лишається занадто світлим, що заважає побачити сонячну корону — зовнішню атмосферу світила, вивчення якої дає нам багато важливої інформації про «космічну погоду» та сонячно-земні зв’язки.
Власне, під час кільцеподібних затемнень не можна говорити про місячну тінь — усі спостерігачі опиняються всередині місячної півтіні (penumbra), але для області, де видно «сонячне кільце», використовується спеціальний латинський термін «antumbra». Проста геометрична побудова дозволяє зрозуміти, що її розмір тим більший, чим далі від Землі перебуває Місяць, тобто чим ближче він до свого апогею. Оскільки в апогеї швидкість орбітального руху нашого супутника найменша, за наявності додаткових «обтяжувальних обставин» — проходження Землею перигелію (тобто якомога більшого видимого діаметра Сонця) — ми отримуємо справжні рекорди тривалості затемнення.
Наприклад, 15 січня 2010 року максимальна тривалість кільцеподібної фази склала 11 хвилин 11 секунд. Вона спостерігалася в Індійському океані неподалік Мальдівських островів. Ще довшим було затемнення 4 січня 1992 року — 11 хвилин 41 секунда (воно досягло максимуму в Тихому океані). Цей рекорд «протримається» аж до початку четвертого тисячоліття — точніше, до 3043 року.
А як щодо повних затемнень? Зрозуміло, що під час них Місяць має перебувати якомога ближче до перигею своєї орбіти. Щоправда, в цій точці швидкість його руху є найбільшою, і місячна тінь «пролітає» над спостерігачем швидше. Але зі зменшенням відстані до нашого супутника діаметр «плями» його тіні (й відповідно ширина смуги повної фази) зростає більш відчутно, ніж її швидкість, а якщо спостерігачеві до того ж пощастило опинитися десь недалеко від екватора, він може споглядати затемнення ще довше, бо його власна швидкість, зумовлена обертанням Землі навколо осі, суттєво продовжить його перебування у затіненій зоні. Отже, необхідні умови великої тривалості повного затемнення можна сформулювати так: воно має відбуватися в кінці червня чи першій половині липня (коли Земля перебуває найдалі від Сонця і діаметр сонячного диска найменший), Місяць має проходити перигей своєї орбіти, а смуга повної фази — пролягати недалеко від земного екватора.
Протягом XXI століття такого рідкісного збігу обставин не буде жодного разу. «Найближчим до ідеалу» виявилося затемнення 22 липня 2009 року з повною фазою тривалістю 6 хвилин 39 секунд. Рекорд минулого століття — помітно більший (20 червня 1955-го, 7 хвилин 8 секунд). А 16 липня 2186-го над Південною Америкою та Центральною Атлантикою сонячна корона сяятиме 7 хвилин 29 секунд. Це найбільша тривалість повного затемнення на проміжку часу від 4000 року до нашої ери до 6000 року нашої ери.
Останнє повне сонячне затемнення на території нинішньої України спостерігалося 15 лютого 1961 року, а наступного нам доведеться чекати аж до 20 квітня 2061-го, причому його буде видно низько над горизонтом лише на південному сході Луганської області. З кільцеподібними затемненнями справа трохи краща: найближче з них відбудеться в Криму та на півдні Донецької області вранці 1 червня 2030 року. Там Місяць закриє 94% діаметра сонячного диска. Мешканці Києва побачать максимальну часткову фазу 82%, Дніпра й Одеси — 89%.
Наостанок варто зробити зауваження стосовно місячних затемнень. Хоч вони й відбуваються рідше за сонячні, однак спостерігаються відразу з цілої півкулі Землі, де наш природний супутник перебуває над горизонтом. Неважко зрозуміти, що їхня тривалість буде найбільшою під час земних афеліїв (у червні-липні, коли довжина конуса земної тіні та діаметр його перерізу біля орбіти Місяця сягають максимуму) та місячних апогеїв (коли орбітальна швидкість нашого супутника найменша). Рекордне затемнення XXI століття відбулося 27 липня 2018 року, коли Місяць повністю занурився у тінь нашої планети на 103 хвилини (1 годину 43 хвилини). А для затемнення 9 червня 2123 року розрахунки дають повну фазу тривалістю 106 хвилин. У майбутньому цей рекорд лише зростатиме.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t. me/ustmagazine
