Науково-популярні статті з різних галузей астрономії

Дивовижний світ Місяця

В.С. Кислюк

доктор фізико-математичних наук, професор

Головна астрономічна обсерваторія НАН України

А місяць все такий же — він місяць,

місяченько,

Як вчора, позавчора і хтозна ще коли!

І добре, що над нами він висить

височенько,

А то б уже й на ньому болото розвели.

Ліна Костенко

У поетичних рядках Ліни Костенко звучить упевненість у тому, що наш найближчий космічний сусіда завжди буде такий, який він був колись і який є зараз. Проте, з погляду нинішнього стану розвитку космічної науки й технології, до Місяця рукою подати. За відносно короткий період космічної ери його детально дослідили космічні апарати, на його поверхні навіть побували люди. Розкрито багато таємниць стосовно внутрішньої будови Місяця, його походження, природи тощо, але кількість місячних загадок не зменшилась, а, навпаки, значно зросла.

На подальше вивчення Місяця спрямовано плани провідних космічних агентств світу, які передбачають створення у XXI ст. міжнародних лабораторій на його поверхні, а також довгочасних населених наукових і науково-виробничих баз. Отже, незабаром єдиний природний супутник Землі знов опиниться в центрі уваги землян як об’єкт особливого призначення. Що ж ми знаємо про Місяць? Про це коротка розповідь у пропонованій статті.

Космічне вальсування

Коли одного разу славетного Ісаака Ньютона запитали, як він себе почуває, той відповів: «Узагалі прекрасно, але коли досліджую рух Місяця, у мене починає боліти голова». Обертання Місяця навколо Землі дуже складне. Жодне небесне тіло не привертало до себе такої уваги, як природний супутник Землі. Над розробкою теорій його обертального руху працювали, крім Ньютона, багато інших видатних математиків.

Унаслідок обертання Місяця навколо Землі по еліптичній орбіті відстань Земля— Місяць змінюється від 363 300 до 405 500 км, у середньому вона становить 384 400 км. Землю і Місяць часто називають подвійною планетою. Діаметр Місяця (3 476 км) лише в чотири рази менший за діаметр Землі. В інших планетних системах супутники набагато менші проти центральних планет, за винятком Плутона. Він удвічі більший від свого супутника Харона, завдяки чому систему Плутон—Харон також називають подвійною планетою.

Земля й Місяць, рухаючись навколо Сонця, обертаються навколо спільного центра ваги — барицентра. Вони ніби вальсують на орбіті, випереджаючи одне одного. Барицентр розташований на відстані 4 635 км від центра Землі, тобто на 1 743 км під її поверхнею.

Місяць завжди повернутий до Землі тим же самим боком, бо період його осьового обертання дорівнює періодові обертання навколо нашої планети. Насправді ж із Землі око спостерігача може охопити не половину, а близько 60% місячної поверхні завдяки так званій оптичній лібрації — додатковим періодичним коливанням Місяця по довготі та широті. Ці коливання зумовлені тим, що, перш за все, орбіта Місяця — не коло, а еліпс, в одному з фокусів якого міститься Земля. Обертаючись рівномірно навколо осі, Місяць рухається нерівномірно по орбіті: швидше — поблизу перигею, повільніше — біля апогею. Унаслідок цього земний спостерігач має нагоду ніби зазирнути то зліва, то справа на другий бік Місяця. Можна «зазирнути» і за обидва полюси супутника нашої планети, адже площина екватора Місяця не збігається з площиною його орбіти (кут нахилу екватора до орбіти становить 6°42¢). Ще виникають невеликі уявні похитування Місяця — через зміну місця спостерігача на земній поверхні. До речі, одним боком до своєї планети розташований не лише Місяць — таке явище поширено в Сонячній системі.

По орбіті Місяць рухається синхронно з осьовим обертанням Землі. Виявляється, що наш супутник поступово віддаляється від Землі внаслідок його ж припливної дії на нашу планету. На Землі він викликає припливи, які гальмують її обертання. Тепер уже достовірно встановлено на основі точних вимірювань, що період обертання Землі навколо осі, тобто земна доба, збільшується приблизно на 0,0016 с кожні 100 років. Через таке сповільнення зменшується обертальний момент Землі МRv_e де М, R, v_e — відповідно маса Землі, її радіус і лінійна швидкість обертання на екваторі. Згідно із законом збереження моменту кількості руху системи Земля—Місяць зменшення обертального моменту Землі має викликати відповідне зростання орбітального моменту руху Місяця навколо Землі mrv де m, r, v — відповідно маса Місяця, його відстань від центра Землі й орбітальна швидкість. Отже, Місяць має дещо віддалитися від Землі, а його орбітальна швидкість — трохи зменшитися, але так, щоб момент кількості руху системи Земля—Місяць зберігся.

Справді, Місяць дещо сповільнює свій рух навколо Землі, віддаляючись від неї щороку на 3,82 ± 0,07 см. Точне значення цієї величини — так званого припливного сповільнення Місяця — було визначене за даними лазерних вимірювань відстаней до кутикових відбивачів, установлених на поверхні супутника Землі. Такий метод дає змогу визначати відстань до Місяця з точністю 3 см. Це те саме, якби відстань між Києвом і Львовом визначати з точністю 0,05 мм. Лазерну локацію Місяця систематично здійснюють уже понад 30 років, що дало змогу суттєво уточнити теорії його обертального руху.

Багатоликий красень

Взаємнерозташування Землі, Місяця та Сонця у просторі безперервно змінюється, а тому врізні години спостерігають різні місця освітленої Сонцем місячної івкулі. Освітлену в певний момент частину нашого супутника, видиму із Землі, називають фазою Місяця, а межа, яка відокремлює світлу частину від темної, має назву термінатор. Фазу, коли Місяць перебуває між Землею й Сонцем (його не видно на небі), уважають за нульову та називають «новий Місяць». Через одну-дві доби надвечір у західній частині неба з’являється вузенький серпик «молодого» Місяця (молодик), повернутий своєю опуклістю на захід; серпик поступово збільшується. Десь через тиждень після нульової фази настає перша чверть, а ще за тиждень Місяць, продовжуючи «горбатіти», перетворюється на повний освітлений диск — повний Місяць (народна назва — повня). Згодом Місяць «надщерблюється» із західного (правого) боку, і за тиждень після повні наступає остання чверть. «Худнучи» далі, Місяць через кілька діб стає вузеньким серпиком, схожим на літеру «С» («старий» Місяць). У такій фазі його можна побачити перед світанком у східній частині неба. Ще кілька діб — і Місяць стає невидимим.

Супутник Землі змінює не лише свій образ, але й забарвлення. Ми часто бачимо місячну поверхню то сріблясто-білою, то жовтогарячою і навіть криваво-червоною. Нагадаймо, що Місяць не випромінює світла, а лише віддзеркалює сонячне. Отже, колір нічного світила загалом є такий же, як і Сонця. Різне забарвлення супутника Землі — наслідок розсіювання світла в земній атмосфері. Якщо атмосфера чиста, то Місяць — сріблясто-білий. Якщо ж у ній є пил, дим, інші домішки, то Місяць набуває різних відтінків гарячих кольорів.

Поблизу горизонту спостерігають не лише зміну забарвлення Місяця. Там він за ясної погоди, і переважно в повню, надто великий. Це ілюзія. Звичайно ж, розміри Місяця ті ж самі і коли він перебуває високо, і коли стоїть над обрієм. Річ у тім, що поблизу горизонту ми його бачимо на фоні земних об’єктів, які на відстані ніби зменшуються. Місяць же залишається такий самий.

Унаслідок орбітального руху Місяця навколо Землі та їх — навколо Сонця відбуваються цікаві явища: Місяць може частково чи повністю заступити Сонце, або повний Місяць, який щойно був, я млинове колесо, починає надщерблюватись, а то і зовсім на якийсь час зникає. Перша подія — це сонячне затемнення, друга — місячне. Теорію місячних і сонячних затемнень розроблено настільки досконало, що моменти певних фаз затемнення вчені передобчислюють з великою точністю.

Щорічно відбувається не менше двох і не більше п’яти сонячних затемнень, а місячних — не більше трьох. Бувають роки, коли немає жодного місячного затемнення. Найчастіше спостерігаємо два сонячні та два місячні затемнення протягом року. Давні астрономи помітили чіткий порядок у чергуванні затемнень, а саме: через 18 років 11,3 доби (10,3 доби, якщо за цей час проминуло п’ять високосних років) сонячні та місячні затемнення визначено повторюються, до того ж через три такі періоди затемнення відбуватимуться в тих же місцях земної поверхні. Період повторення затемнень має назву сарос (від давньогрецького — повторення). Протягом саросу відбувається в середньому 70—71 затемнення, з яких 42—43 сонячних (14 повних, 13—14 кільцеподібних і 15 часткових), а також 28 місячних. Усього в XX ст. було 228 сонячних затемнень: 78 часткових, 73 кільцеподібних, 71 повне та шість гібридних (в одному місці видиме як повне, в іншому — як кільцеподібне).

У першій половині XXI ст. повні та кільцеподібні сонячні затемнення обминатимуть територію України. Лише 1 червня 2030 р. на півдні нашої держави можна буде спостерігати кільцеподібне сонячне затемнення.