Как Земята се издига и залязва на Луната, Лаборатория за космически изследвания
В небето на наблюдател, разположен в центъра на страната на Луната, обърната към Земята, Земята не стои неподвижна в зенита, а описва малка елипса през месеца (главната ос е 15 градуса, малката ос е 13).
Колкото по-далеч е наблюдателят от центъра на видимия от Земята лунен диск, толкова по-ниска спрямо хоризонта е елипсата, по която се извършва видимото движение на Земята. Разстоянието от центъра на диска до точката на наблюдение, в която тази елипса докосва хоризонта на лунния наблюдател, е гранично: на по-малко разстояние Земята винаги се вижда в небето, а на по-голямо разстояние, в определена ивица на повърхността на Луната, могат да се наблюдават изгревите и залезите на Земята. Тази лента обгражда целия лунен диск, ширината му варира от екватора до полюсите. Дори по-далеч от центъра на видимия диск, отвъд тази лента, Земята от Луната изобщо не се вижда.
Нека проследим как Земята изгрява и залязва над хоризонта на наблюдатели, разположени на екватора на Луната в точките, където елипсата докосва хоризонта. Още две точки съвпадат с точката на контакт: изгревът и залезът на Земята. Има две такива точки за наблюдение на екватора: близо до левия (L) и десния (R) ръбове на видимата страна на Луната. Те са интересни, защото в тях Земята при изгрев слънце се издига на най-голяма височина спрямо височината на изкачване над всякакви точки за наблюдение на Луната. В точките L и R изгревът на Земята продължава две земни седмици, а залезът – две седмици.
На екватора на Луната основна роля играе многократно описаната либрация по дължина. Либрацията по дължина (виж Фиг. 1) възниква, защото орбитата на Луната не е кръг, а елипса. Следователно, когато Луната е в точката на орбита А, от Земята можете да видите как участък от 15 градуса по дължина (L) е затворен зад левия край на Луната и отворен в другата част на орбитата, в точка Б. Зад дяснокрай на видимата страна на Луната (Pr) се случва същото, но в противофаза. Следователно от Земята изглежда, че Луната се люлее. Това е възможно да се забележи от Земята само при редовни наблюдения на Луната, тъй като явлението протича много бавно и въртенето на самата Луна е малко.
Наблюдател, който е в отварящата и затварящата лента на Луната, вижда и Земята, също му се струва, че Земята се люлее - изгрява и залязва.
Ако либрацията по дължина беше единствената либрация, тогава видимото движение на Земята от страната на Луната би било по права линия, нагоре и надолу за наблюдател на екватора на Луната. Но в същото време има либрация в географската ширина. Следователно тази права линия е разделена на дъга на изгряване и дъга на залез. Размерът на голямата ос на елипсата се определя от либрацията по дължина, а малката ос на тази елипса е резултат от либрацията на Луната по ширина.
Сравнението на изгрева и залеза на Земята с началото на деня и нощта на Луната и с фазите на Земята ни позволява да си представим по-ясно какво може да види лунен наблюдател. Също така е необходимо да се припомни, че дискът на Земята в лунното небе е 14 пъти по-голям от диска на Луната в нашето небе и че за времето, през което Земята описва елипса в небето на Луната, тя се завърта около собствената си ос 27 пъти.
. В точка А на лунната орбита наблюдател, разположен на Луната в точка L, вижда, че изгревът на Земята започва през втората половина на нощта (един ден на Луната е приблизително равен на земен месец). Земята се издига много бавно, докато видът й се променя. Отзад на хоризонта се появява под формата на леко намалена половина с изпъкналост нагоре. Утрото идва. Постепенно "отслабвайки", Земята се превръща в стареещ син сърп с дълги оранжеви крака, наподобяващ арка. Сърпът изтънява, а рогата стават все по-дълги. По обяд на лунно черно небеЗемята изглежда като тъмен диск в червено-оранжев ореол. Това е фазата на новата земя. След обяд Земята продължава да се издига и се превръща в млад сърп под формата на лодка, а рогата над нея почти се затварят. При приближаване до точка B на лунната орбита, полумесецът расте и става почти половината от земния диск, Земята достига най-високата си позиция, кулминация, издигайки се над хоризонта на височина ... не по-висока от 16 градуса.
На луната - вечер. Над точка L започва същото бавно залезване на Земята. Осветената му част се увеличава до пълен диск (пълна земя). Нощта пада върху луната. Планини, долини и равнини са осветени от призрачната синкаво-зеленикава светлина на пълната Земя. Тя свети повече от 60 пъти по-ярко от нашата луна. Земята все още продължава да залязва, осветената й част намалява. Когато Луната стигне до точка А от своята орбита и стане малко по-малка от намаляващата половина, Земята ще достигне хоризонта в точка за наблюдение L. Залезът приключи, следващият лунен ден е нов изгрев и залез.
На десния край на лунния диск в точката за наблюдение Pr, Земята изгрява вечер в точка B на лунната орбита, в същото време, когато настройката започва в точка L. В лунна полунощ по време на пълна земя в точка Pr, Земята продължава да се издига. Утрото идва на луната. Осветената част от Земята намалява. Когато стане малко по-малко от намаляващата половина, ще кулминира над точката Pr, също на височина около 16 и градуса над хоризонта. Това ще се случи в точка А от лунната орбита. И веднага ще започне двуседмичният залез на Земята, точно по същото време, когато Земята започне своя изгрев над точка L. Лунната сутрин, следобед и част от вечерта Земята слиза над точка Pr, докосва хоризонта в точка B на лунната орбита и започва нов изгрев.
На фиг. 2 показва елипсавидимото движение на Земята в точки за наблюдение, разположени на екватора на Луната в лентата на изгревите и залезите на Земята. Вижда се, че с увеличаване на разстоянието от центъра на диска все по-голяма част от елипсата попада под хоризонта, а по-малката й част остава над хоризонта на наблюдателя (L, L1, L2, L3, L4, Pr, Pr1, Pr2, Pr3, Pr4). В пресечните точки на елипсата с хоризонта Земята изгрява и залязва веднъж на лунен ден. В точки L4 и Pr4 елипсата отива изцяло под хоризонта.
От точката на наблюдение L до точката L4 и от точката Pr до Pr 4 кулминацията на Земята над хоризонта е по-ниска и по-ниска, изгревите настъпват по-късно и по-рано, което означава, че времето на видимост на Земята над хоризонта на лунния наблюдател намалява. В този случай разстоянието между точките на изгрев и залез с разстоянието на наблюдателя от центъра на диска първо се увеличава от нула в точка L до 13 градуса в точка L2 и след това отново намалява до нула в точка L4, подобно в дясната страна на Луната. Изгревът и залезът се случват от една и съща страна на хоризонта - по посока на центъра на видимия диск на Луната.
На фиг. 3 може да се види, че при всички географски ширини на Луната осите на елипсата, по която се извършва движението на Земята, видима в небето на Луната, са наклонени към хоризонта толкова повече, колкото по-голяма е географската ширина на мястото на наблюдение. Елипса "лежи" на полюсите. В средните ширини той докосва хоризонта или се пресича с него под наклон, така че дъгите на изгрева и залеза не са симетрични. Във всяка посока, с отдалечаване от центъра на диска, над хоризонта остава все по-малка дъга на елипсата и времето за видимост на Земята намалява. При всички лунни ширини картината на изгрева и залеза на Земята се разгръща по посока на хоризонта, насочен към центъра на видимата страна на Луната.
С разстояние от екватора, позицията на земните полумесеци (и други фази) по отношение на хоризонта на наблюдателяпромени от хоризонтална към вертикална. В края на краищата изпъкналата страна на осветената част на Земята винаги е обърната към Слънцето и Слънцето се издига почти вертикално над екватора с ежедневно движение, а близо до полюсите на Луната се търкаля по хоризонта. (Горната снимка на Земята е направена не от повърхността на Луната, а от орбитата на космически кораб).
Описанието на всички разгледани явления ще стане много по-сложно, ако вземем предвид, че либрациите на Луната са общ резултат от действието на много явления, протичащи с различни периоди.
Движейки се в орбита, Луната наистина се люлее, тъй като под въздействието на приливите и отливите от страната на Земята тя е придобила яйцевидна форма. Това е физическо освобождаване.
Причината за либрацията по ширина е, че оста на дневното въртене на Луната е наклонена към равнината на еклиптиката. Поради либрация в географската ширина за земен наблюдател, 13 градуса от повърхността на Луната над горния и долния ръб на нейния диск се отварят и затварят.
От Земята може да се види, че Луната едновременно изпитва либрация по дължина и ширина. В резултат на тези две мърдания центърът на лунния диск, видим от Земята, описва малка елипса. Следователно на лунен наблюдател, който се намира в центъра на видимия диск и се движи по елипсата с него, изглежда, че Земята описва подобна елипса в неговото небе.
По-малко значителни либрации възникват, защото движението на Луната по орбита е много сложно, например наклонът на равнината на лунната орбита към равнината на еклиптиката се променя, орбитата на самата Луна около Земята непрекъснато се върти в собствената си равнина. Много други характеристики на движението на Луната също се наблюдават от Земята. В резултат на това параметрите на елипсите, по които се извършва видимото движение на Земята в небето на Луната, се променят непрекъснато от месец на месец, елипсите не се затварят, а преминават една в друга,образувайки сложна спирала.
Поведението на Земята в небето на Луната е перфектно описано от Я. И. Перелман в неговата "Занимателна астрономия"