Положение Земли в Галактике и в Солнечной системе

Согласно последним научным оценкам, расстояние от Солнца до галактического центра составляет 26 000 ± 1 400 световых лет, в то время как согласно предварительным оценкам наша звезда должна находиться на расстоянии около 35 000 световых лет от перемычки. Это означает, что Солнце расположено ближе к краю диска, чем к его центру. Вместе с другими звездами Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью 220—240 км/с, делая один оборот примерно за 200 млн лет. Таким образом, за все время существования Земля облетела вокруг центра Галактики не более 30 раз.

В окрестностях Солнца удается отследить участки двух спиральных рукавов, которые удалены от нас примерно на 3 тыс. световых лет. По созвездиям, где наблюдаются эти участки, им дали название рукав Стрельца и рукав Персея. Солнце расположено почти посередине между этими спиральными ветвями. Но сравнительно близко от нас (по галактическим меркам), в созвездии Ориона, проходит ещё один, не очень четко выраженный рукав — рукав Ориона, который считается ответвлением одного из основных спиральных рукавов Галактики.

Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики почти совпадает со скоростью волны уплотнения, образующей спиральный рукав. Такая ситуация является нетипичной для Галактики в целом: спиральные рукава вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы в колесах, а движение звезд происходит с другой закономерностью, поэтому почти все звездное население диска то попадает внутрь спиральных рукавов, то выпадает из них. Единственное место, где скорости звезд и спиральных рукавов совпадают — это так называемый коротационный круг, и именно на нём расположено Солнце.

Для Земли это обстоятельство чрезвычайно важно, поскольку в спиральных рукавах происходят бурные процессы, образующие мощное излучение, губительное для всего живого. И никакая атмосфера не смогла бы от него защитить. Но наша планета существует в сравнительно спокойном месте Галактики и в течение сотен миллионов (или даже миллиардов) лет не подвергалась воздействию этих космических катаклизмов. Возможно, именно поэтому на Земле смогла родиться и сохраниться жизнь.

Земля вращается вокруг Солнца в среднем на расстоянии 150 млн. км. Среди всех планет Солнечной системы лишь на Земле развита жизнь, что напрямую связано с ее месторасположением на таком расстоянии.
Ученые считают, что необходимое для существования жизни количество солнечного тепла имеется только в пространстве между орбитами Венеры и Марса. По сравнению с Землей орбита Венеры расположена к Солнцу на 40 млн. км ближе, а Марс, наоборот, на 78 млн. км дальше.

Почему Луна повернута к Земле планете одной стороной?

Прежде чем ответить на этот вопрос, следует охарактеризовать влияние, которое Луна оказывает на Землю, а именно явление морских приливов. В закрытых морях, как, например, Черном и Средиземном, заметных приливов не наблюдается. Поэтому народы древности, жившие у берегов таких морей, с подобным явлением не встречались.

С этим замечательным явлением природы познакомились воины Александра Македонского в IV веке до нашей эры во время похода в Индию.

Морские приливы состоят из периодических, обычно двух в течение суток (точнее, 21 часов и 50 минут) поднятий и опусканий воды в океане. В открытом океане эти колебания уровня воды невелики и составляют меньше метра. Но у берегов, в зависимости от их очертаний и глубин прибрежных вод, приливы и отливы могут достигать большой высоты. Классическими примерами таких мест служат восточный берег Ла-Манша у Нормандии и устье реки Св. Лаврентия, где колебания уровня поды временами доходят до 14 – 16 метров.

В морях, омывающих территорию России, приливы весьма заметны на Дальнем Востоке и на Мурманском побережье.

В астрономических новостях отмечалось, что поднятие и опускание воды, вызванные приливами, зависят от положения на небе и фаз Луны. Во время новолуний и полнолуний приливы бывают больше, а во время первой и последней четверти Луны меньше. Кроме того, на приливы влияет положение Луны относительно меридиана данного места. Эту на первый взгляд странную зависимость объяснил Ньютон на основании закона всемирного тяготения. После него ряд выдающихся математиков занимался теорией приливов. Особенно много сделал в этом отношении французский математик Лаплас, а затем — сын великого английского натуралиста Джордж Дарвин.

Теперь мы знаем, что приливы вызываются притяжением воды в океанах Луной и в меньшей мере Солнцем.

Земля вращается вокруг оси, но приливные вздутия все время привязаны к Луне невидимыми силами тяготения. В результате приливные волны обегают кругом нашей планеты в направлении, обратном ее вращению, с востока на запад. Вследствие этого происходит трение приливных выступов о дно океана, а также набегание волн на берега материков, препятствующих свободному их распространению. Все это тормозит вращение Земли и удлиняет продолжительность суток.

Математическое исследование приливных сил показывает, что они пропорциональны массе притягивающего тела, в данном случае Луны, и обратно пропорциональны кубу расстояния до нее. Имеются веские аргументы в пользу того, что Луна в далеком прошлом была, по крайней мере частично, в жидком состоянии, иначе нельзя объяснить ее достаточно правильную шарообразную форму. Возможно, что после охлаждения на лунной поверхности в течение некоторого времени существовали моря, и она была окружена атмосферой. В таком случае притяжение Земли вызывало в ее жидкой оболочке приливы, и притом во много раз большей высоты, чем нынешние земные приливы, объясняющиеся притяжением Луны.
Действительно, масса Земли в 81 раз больше массы Луны. Несомненно также, что в то отдаленное время Земля и Луна были друг к другу значительно ближе. К тому же сила тяжести на Луне в шесть раз меньше земной, а это также способствует увеличению высоты приливов. Инерция вращения спутника вследствие его малого объема и плотности гораздо меньше инерции вращения Земли. Поэтому затормозить вращение Луны значительно легче, чем затормозить нашу планету. Наконец, если приливы происходили не в водной оболочке, а в расплавленной магме, то вследствие ее большой вязкости торможение было очень сильным. Приливное трение тормозило вращение Луны до тех пор, пока она не перестала вращаться относительно Земли, то есть пока не оказалась обращенной к нам всегда одной стороной. Приливные выступы застыли на Луне, и, по-видимому, она удлинена в направлении к Земле. Однако, смотря на Луну всегда только «спереди», это установить трудно.

Не только Луна к Земле, но и Меркурий к Солнцу всегда повернут одной стороной и тоже в результате приливов, вызываемых на нем Солнцем. Такое же явление имеет место и у некоторых спутников Юпитера и Сатурна, утративших вращение по отношению к своей планете.

Лунное затмение

Лу́нное затме́ние — затмение, которое наступает, когда Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землёй. Диаметр пятна тени Земли на расстоянии 363 000 км (минимальное расстояние Луны от Земли) составляет около 2,5 диаметров Луны, поэтому Луна может быть затенена целиком. В каждый момент затмения степень покрытия диска Луны земной тенью выражается фазой затмения Ф. Величина фазы определяется расстоянием 0 от центра Луны до центра тени. В астрономических календарях приводятся величины Ф и 0 для разных моментов затмения.

Когда Луна во время затмения полностью входит в тень Земли, говорят о полном лунном затмении, когда частично — о частном затмении. Двумя необходимыми и достаточными условиями наступления лунного затмения являются полнолуние и близость Земли к лунному узлу.

Лунное затмение может наблюдаться на половине территории Земли (там, где на момент затмения Луна находится над горизонтом). Вид затемнённой Луны с любой точки наблюдения пренебрежимо мало отличается от другой точки, и одинаков. Максимальная теоретически возможная продолжительность полной фазы лунного затмения составляет 108 минут; такими были, например, лунные затмения 26 июля 1953 года, 16 июля 2000 года. При этом Луна проходит через центр земной тени; полные лунные затмения такого типа называют центральными, они отличаются от нецентральных большей продолжительностью и меньшей яркостью Луны во время полной фазы затмения.

Во время затмения (даже полного) Луна не исчезает полностью, а становится тёмно-красной. Этот факт объясняется тем, что Луна даже в фазе полного затмения продолжает освещаться. Солнечные лучи, проходящие по касательной к земной поверхности, рассеиваются в атмосфере Земли и за счёт этого рассеяния частично достигают Луны. Поскольку земная атмосфера наиболее прозрачна для лучей красно-оранжевой части спектра, именно эти лучи в большей мере достигают поверхности Луны при затмении, что и объясняет окраску лунного диска. По сути, это тот же эффект, что и оранжево-красное свечение неба у горизонта (заря) перед восходом или сразу после заката. Для оценки яркости затмения используется шкала Данжона.

Если Луна попадает в полную тень Земли только частично, наблюдается частное затмение. При нём часть Луны является тёмной, а часть, даже в максимальной фазе, остаётся в полутени и освещается солнечными лучами.