Fazy i zaćmienia Księżyca

Księżyc nigdy nie zmienia kształtu. Połowa z niego jest zawsze oświetlona przez Słońce; zmienia się tylko to, ile tej oświetlonej połowy zwrócone jest w stronę ciebie. Kiedy już zobaczysz dlaczego, zaćmienia przestają być tajemnicze i stają się przewidywalne.

Połowa Księżyca jest zawsze w świetle słonecznym. Fazy to tylko nasz punkt widzenia.

Spójrz.

Księżyc nie wytwarza własnego światła. Świeci, ponieważ światło słoneczne pada na nią. W każdej chwili jedna połowa Księżyca jest oświetlona przez Słońce, a druga połowa jest ciemna, tak jak na Ziemi ma dzień i noc.

Kiedy Księżyc krąży wokół Ziemi, widzimy różną ilość jego oświetlonej słońcem połowy:

• Księżyc w nowiu: Księżyc znajduje się między Ziemią a Słońcem. Oświetlona połowa jest skierowana w stronę przeciwną do nas, więc nie możemy jej zobaczyć.
• Pierwsza kwarta: widzimy, że połowa płyty jest zaświecona.
• Księżyc w pełni: Ziemia znajduje się między Słońcem a Księżycem. Widzimy całą oświetloną połowę.
• Ostatnia kwarta: pół zapalona ponownie, druga strona.

W narzędziu, lewy obraz patrzy w dół na Ziemię i Księżyc z daleka powyżej, ze Słońcem po lewej stronie. Prawy obrazek pokazuje to, co widzisz z Ziemi. Przesuń suwak i zobacz, jak oba zmieniają się razem.

Czasami Słońce, Ziemia i Księżyc ustawiają się dokładnie:

• A Zaćmienie Słońca Zdarza się, gdy cień Księżyca pada na Ziemię w nowiu.
• A Zaćmienie księżyca Zdarza się, gdy cień Ziemi pada na Księżyc w pełni.

Rozumiem.

Księżyc okrąża Ziemię raz, mierzony względem gwiazd, w 27.3 dni (miesiąc gwiezdny). Ale fazy powtarzają się co 29,5 dnia (miesiąc synodyczny). Skąd ta różnica? Podczas gdy Księżyc krąży wokół Ziemi, Ziemia porusza się o około 1/12 drogi dookoła Słońca. Księżyc potrzebuje około dwóch dni, aby dogonić nowy kierunek Słońca.

Ilość dysku, która wydaje się być oświetlona zależy od kąta pomiędzy Słońcem a Księżycem widzianym z Ziemi, nazywanego wydłużeniem:

Wydłużenie	Faza	Ułamek litowy
0°	New Moon	0%
90°	Pierwszy kwartał	50%
180°	Full Moon	100%
270°	Ostatni kwartał	50%

Gdyby Księżyc krążył dokładnie w tej samej płaszczyźnie, co Ziemia wokół Słońca, to zaćmienie Słońca miałoby miejsce przy każdym nowym Księżycu, a zaćmienie Księżyca – przy każdej pełni. Ale orbita Księżyca jest nachylona o około 5,1 stopni. Zwykle Księżyc przechodzi nieco powyżej lub poniżej linii Słońce-Ziemia i nic się nie dzieje.

Dwa punkty, w których orbita Księżyca przecina płaszczyznę orbitalną Ziemi, nazywane są węzły. Zaćmienia mogą się zdarzyć tylko wtedy, gdy nowy lub pełnia Księżyca przypada blisko węzła. Dzieje się tak w dwóch “sezonach zaćmień” każdego roku, około sześciu miesięcy od siebie.

Master

Oświetlona część k wynika z kąta fazy i (kąt Słońce-Księżyc-Ziemia):

k = (1 + cos i) / 2

Ponieważ Słońce jest około 390 razy dalej niż Księżyc, i ≈ 180° − elongacja. Narzędzie oblicza i z szeregiem Meeus (Astronomical Algorithms, eq. 48,4), która koryguje średnią wydłużenie dla głównych okresowych warunków orbit Księżyca i Słońca. Umieszcza nowe i pełne księżyce w odległości około pół godziny od dokładnych czasów, dużo do nauki.

Miesiąc synodyczny wylicza się z dwóch prędkości kątowych: 1/P_syn = 1/P_sid − 1/P_rok = 1/27,3217 − 1/365,256, co daje 29,531 dnia.

To, czy zaćmienie jest możliwe, zależy od położenia Księżyca Argument szerokości geograficznej F, jego kąt od wznoszącego się węzła. Meeus podaje krótką regułę przesłuchania: w nowiu lub pełni, jeśli |sin F| > 0.36 (F więcej niż około 21° od węzła), nie ma zaćmienia. Narzędzie stosuje dokładnie ten test. Jest to warunek konieczny, a nie przewidywanie rodzaju zaćmienia lub miejsca jego widoczności: do tego potrzebna jest odległość Księżyca, geometria cienia Ziemi i znacznie bardziej precyzyjne pozycje.

Węzły nie są stałe. Dryfują one do tyłu wokół ekliptyki raz na 18,6 roku, dlatego pory zaćmień przychodzą około 19 dni wcześniej każdego roku i częściowo powtarzają się w słynnym 18-letnim cyklu. Saros cykl.