Расширяя границы Вселенной: история астрономии в задачах - Евгений Гусев

4.73. Причина векового ускорения Луны анализировалась многими астрономами в течение трёх столетий. Парижская академия наук в 1770 г. даже объявила конкурс на лучшее объяснение этого явления. Его изучение, продолжающееся до сих пор, оказало сильное влияние на развитие всей небесной механики (Бронштэн, 1990). Частичное объяснение векового ускорения Луны было найдено в 1783 г. Лапласом: оно связано с вековым изменением эксцентриситета земной орбиты под действием возмущений от планет. Но главная причина была найдена в 1865 г. французским астрономом Шарлем Делоне (1816–1872), предположившим, что «ускорение Луны» лишь кажущееся и вызвано замедлением вращения Земли, которая до недавнего времени служила в астрономии точнейшими часами. Подобные лунным ускорения в движениях Солнца, Меркурия, Венеры и Марса, обнаруженные в XIX веке, подтвердили идею Делоне. Как он и предполагал, причиной замедления вращения Земли оказалось приливное трение, вызванное в основном воздействием на Землю самой же Луны.

4.74. Причиной физической либрации Луны служит её вытянутость вдоль направления к Земле. Из‑за оптической либрации по долготе, имеющей чисто кинематическое происхождение (равномерное вращение вокруг оси и неравномерное обращение по эллиптической орбите), большая ось фигуры Луны не направлена постоянно на центр Земли. Поэтому со стороны Земли на выступы лунной поверхности действует момент силы, в одних положениях — тормозящий, а в других — ускоряющий вращение Луны.

4.75. Терминатор Луны представляется нам дугой эллипса, а в первой и последней четвертях — прямой линией. Форма терминатора в виде полуэллипса однозначно свидетельствует о шарообразности Луны.

4.76. Галилей сделал вывод о том, что поверхность Луны покрыта мелкими неровностями. Однако задолго до Галилея, основываясь на физическом эксперименте, к такому же выводу пришёл Плутарх (начало II в. н. э.).

4.77. Араго рассуждал так: поскольку общий цвет Луны желтоватый, то менее яркие пространства морей, очевидно, должны казаться зеленоватыми. Максимум чувствительности человеческого зрения при слабом освещении смещается в коротковолновую часть спектра.

4.78. Галилей указал, что при наблюдении вдоль поверхности горные гряды проецируются друг на друга, поэтому видимая зазубренность края лунного диска мала. Тем не менее, неровности края Луны можно обнаружить в телескоп.

4.79. В 1937 г. советский физик К. П. Станюкович доказал, что в момент удара метеорита о поверхность твёрдого космического тела происходит центрально — симметричный взрыв, поэтому форма образовавшегося кратера получается круглой. Американский астроном Р. Болдуин в 1949 г. также указал, что соотношение «диаметр— глубина» для воронок от бомб и снарядов, а также метеоритных и лунных кратеров подчиняется одному закону. Космические исследования подтвердили отсутствие активной вулканической деятельности на планетах и спутниках (кроме спутника Юпитера Ио) при обилии кратеров на них.

4.80. Причина эффекта Барабашова — Маркова заключается в изрытости лунной поверхности и наличии на ней множества камней, что и было подтверждено снимками Луны с космических аппаратов и прямыми исследованиями на лунной поверхности. В полнолуние тени от деталей рельефа не видны земному наблюдателю.

4.81. Приведённые Кеплером сведения практически верны. На лунном небе Земля почти неподвижна. Для наблюдателя на большей части лунной поверхности Земля не восходит и не заходит. Солнечные сутки на Луне (равные 29,5 земных суток) почти поровну делятся между днём и ночью, как на Земле в дни равноденствий, поскольку угол между плоскостью лунного экватора и плоскостью эклиптики составляет всего 1°30′.

4.82. Расчёт Кеплера верен: невидимость полной Луны действительно возможна в Исландии в летнее время, когда та часть эклиптики, вблизи которой проходит Луна в полнолуние, лежит южнее небесного экватора на 23,5°. Кроме того, для этого узлы лунной орбиты должны быть расположены так, чтобы в полнолуние Луна была на 5° ниже эклиптики.

4.83. Галилей безусловно прав в том, что, будь планеты зеркальными шарами, мы не увидели бы их дисков, а заметили бы только отражённое ими изображение Солнца. Однако суммарный блеск планеты от этого почти не изменился бы. Рассмотрев отражение параллельного пучка света от зеркального шара, мы увидим, что рассеянный свет равномерно распределяется в полном телесном угле 4π. А шар с шероховатой поверхностью большую часть света отбрасывает в направлении источника. Именно поэтому Луна особенно ярка вблизи полнолуния. Однако и «зеркальная Луна» светила бы не намного слабее, хотя выглядела бы не как диск, а как очень яркая звезда с угловым размером всего 4'' (детальный расчёт см.: Сурдин, 1995, задача 7.40).

4.84. Характерный размер неровностей на Луне существенно больше длины световых волн, но меньше длины радиоволн.

4.85. Восход Солнца на видимом полушарии Луны (появление терминатора) начинается с её правого края, который для наблюдателя на поверхности Луны естественно называть восточной частью горизонта. В эпоху полётов человека на Луну это стало актуально.

4.86. Естественно, Кеплер не мог знать, что Луна необитаема. Но, полагая, что её жители разумны, он должен был придерживаться в своих фантазиях критерия целесообразности. Круглый кратер обеспечивает тень в полярных областях Луны (весьма вероятно, что на постоянно затенённой внутренней поверхности полярных кратеров Луны действительно так холодно, что там сохраняется замёрзшая вода!). Но в экваториальных областях нет смысла возводить стенки, параллельные экватору: они не дают тени. Там уберечь от Солнца могут лишь узкие траншеи, перпендикулярные экватору. Но форма лунных кратеров не зависит от широты. Следовательно, они естественного происхождения.

4.87. Пепла на Луне не найдено. Но исследования на лунной поверхности подтвердили наличие там рыхлого материала — реголита. Считается, что он образовался вследствие больших перепадов температуры и ударов метеоритов.

4.88. Наблюдения Ильсмура доказали наличие у поверхности Луны электронного газа с концентрацией 1000 частиц в кубическом сантиметре, что соответствует плотности лунной атмосферы 4×10–17 от плотности приземного слоя воздуха.

4.89. Некоторые полагают, что краевые части лунного диска во время полной фазы затмения подсвечиваются солнечной короной; попробуйте сами оценить такую возможность. Не исключено, что ощущение объёмности Луны возникает из‑за эффекта иррадиации, связанного с физиологией нашего зрения.

4.90. Тень Земли не является совершенно тёмной: в ней присутствует слабый свет, рассеянный в земной атмосфере. Вероятно, поэтому края лунного диска подсвечены немного сильнее его середины, что и создаёт ощущение объёмности. В полнолуние из‑за неровностей поверхности диск Луны выглядит равномерно ярким, что и даёт ощущение плоского диска.

4.91. Максимум чувствительности сумеречного (палочкового) зрения сдвинут в коротковолновую сторону по сравнению с дневным (колбочковым) зрением. К тому же освещение при закрытом Солнце создаётся преимущественно светом небосвода, имеющим тёмно — синий цвет.

4.92. Наблюдения современных астрономов подтверждают, что даже при закрытии 90–95% площади диска Солнца освещённость на Земле остаётся достаточно высокой. Ослепляющее действия края солнечного диска сильно затрудняет наблюдение тёмного диска Луны.

4.93. Иногда внутренняя корона Солнца имеет существенно более высокую яркость, чем обычно. Это отмечалось во время некоторых затмений.

4.94. Луна освещается преломлёнными в нижних слоях земной атмосферы солнечными лучами.

4.95. Найденный Гершелем угол преломления лучей Солнца в нижних слоях земной атмосферы (54′), не является чрезмерным, поскольку он может достигать удвоенного угла рефракции, а у горизонта рефракция достигает 35′. Но астрономы отмечали, что во время некоторых затмений Луна всё же совершенно исчезала (Гевелий 25 апреля 1642 г., Мёдлер и Бер 10 июля 1816 г.). Возможно, в эти моменты нижние слои атмосферы были закрыты облаками.

4.96. Луна ярче во время апогейного лунного затмения.

4.97. Причина этого явления была понята в том же XIX веке. Касательные к земному шару лучи Солнца проходят через большую толщу атмосферы и вследствие экстинкции значительно ослабевают. Таким образом, нижние слои земной атмосферы играют роль непрозрачного тела.

4.98. Рефракция света в земной атмосфере, приподнимающая над горизонтом изображения небесных светил.

4.99. Изогнутые линии — изображения незакрытого Луной «серпа» солнечной атмосферы в цветах разных спектральных линий. Эмиссионные линии различных химических элементов образуются в слоях хромосферы, находящихся на разной высоте над фотосферой и неоднородных по яркости. Поэтому разные линии имеют различную протяжённость дуги.