Представьте себе ясный солнечный день, на небе - ярко сияющий солнечный диск, природа живет своей обычной жизнью. Но вот на правом краю Солнца сначала постепенно появляется небольшой ущерб, затем он медленно увеличивается, а в результате еще недавно бывший круглым диск принимает форму серпа. Солнечный свет постепенно ослабевает, становится прохладнее. Образовавшийся серп делается совсем маленьким, и в конце концов за черным диском исчезают последние вспышки света. Ясный день моментально превращается в ночь, на потемневшем небе появляются звезды, со всех сторон вспыхивает лимонно-оранжевая заря, а на месте Солнца сияет черный круг, окруженный невнятным серебристым сиянием. Напуганные наступившей темнотой звери и птицы резко замолкают, и почти все растения свертывают листья. Но пройдет несколько минут, и Солнце снова явит миру свой торжествующий лик и природа оживет. На протяжении тысячелетий явление солнечного затмения внушало людям и страх, и благоговейный трепет.

Почему Солнце не затмевается каждое новолуние и почему Луна отнюдь не каждое полнолуние происходит через земную тень? Если бы орбиты Луны и Земли лежали в одной плоскости, то во время каждого новолуния и полнолуния Луна оказывалась бы точно на прямой линии, соединяющей Землю и Солнце, а значит, происходило бы либо солнечное, либо лунное затмение. Однако плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости орбиты Земли под углом 5,9° и пересекает ее в двух противоположных точках (узлах лунной орбиты), а потому затмения случаются лишь тогда, когда в момент новолуния или полнолуния Луна проходит через один из своих узлов, и именно тогда Солнце, Земля и Луна "выстраиваются" в одну линию. Когда в такие моменты Луна оказывается в новолунии, происходит солнечное затмение, а когда в полнолунии - лунное.

Солнечные затмения видны отнюдь не из всех местностей дневного полушария Земли, так как из-за своих небольших размеров Луна не может скрыть Солнце от всего земного полушария. Ее диаметр меньше диаметра Солнца приблизительно в 400 раз, но при этом Луна по сравнению с Солнцем почти в 400 раз ближе к Земле, поэтому видимые размеры Луны и Солнца почти одинаковы, так что Луна, хоть и в очень ограниченной области, может закрывать от нас Солнце. Характер затмения зависит от удаленности Луны от Земли, причем, так как Орбита Луны не круговая, а эллиптическая, это расстояние меняется, а в зависимости от этого немного меняется и видимый размер Луны. Если в момент солнечного затмения Луна находится ближе к Земле, то лунный диск, будучи чуть больше солнечного, целиком закроет Солнце, а значит, затмение будет полным. Если же - дальше, то ее видимый диск будет меньше солнечного и Луна не сможет закрыть все Солнце - вокруг него останется светлый ободок. Такое затмение называется кольцеобразным. Освещаемая Солнцем Луна отбрасывает в пространство сходящийся конус тени и окружающей ее полутени. Когда эти конусы пересекаются с Землей, то лунная тень и полутень падают на нее. Пятно лунной тени диаметром около 300 км бежит по земной поверхности, оставляя след длиной 10-12 тыс. км, и там, где она проходит, происходит полное солнечное затмение, в области же, захваченной полутенью, - частное затмение, когда Луной закрыта лишь часть солнечного диска. Нередко бывает и так, что лунная тень минует Землю, а полутень частично захватывает ее, тогда происходят только частные затмения.

Так как скорость перемещения тени по поверхности Земли в зависимости от географической широты составляет от 2000 км/ч (вблизи экватора) до 8000 км/ч (около полюсов), полное солнечное затмение, наблюдаемое в одной точке, продолжается не более 7,5 минуты, причем максимальное значение достигается в очень редких случаях (ближайшее затмение продолжительностью 7 минут 29 секунд произойдет только в 2186 году). Солнечное затмение начинается в западных районах земной поверхности при восходе Солнца и заканчивается в восточных при его заходе. Общая продолжительность всех фаз солнечного затмения на Земле может достигать 6 часов. Степень покрытия Солнца Луной называется фазой затмения. Она определяется как отношение закрытой части диаметра солнечного диска ко всему его диаметру. При частных затмениях ослабления солнечного света не заметно (за исключением затмений с очень большой фазой), а потому фазы затмения можно наблюдать только через темный светофильтр.

Если бы полные солнечные затмения были видимы в каждой местности достаточно часто, к ним привыкли бы так же быстро, как и к изменениям фазы Луны. Но они случаются настолько редко, что далеко не каждому поколению местных жителей удается увидеть их хотя бы раз - в одной точке земной поверхности полные солнечные затмения можно наблюдать только раз в 300-400 лет. Лунных затмений, особенно полных, боялись не менее солнечных. Ведь это ночное светило порой совершенно исчезало с небесного свода, а затемненная часть Луны довольно скоро принимала серый с красноватым отблеском цвет, становящийся все более и более кроваво-темным. В давние времена лунным затмениям приписывалось особое зловещее влияние на земные события. Древние полагали, что Луна в этот момент обливается кровью, что сулит человечеству великие бедствия. Первое лунное затмение, зарегистрированное в древних китайских летописях, относится к 1 136 году до н.э.

Солнечные затмения: чтобы понять причину солнечных и лунных затмений, жрецы веками вели счет полным и частным затмениям. Сначала было замечено, что лунные происходят только в полнолуние, а солнечные только в новолуние, затем - что не при каждом новолунии происходят солнечные затмения и не при каждом полнолунии - лунные, а еще - что затмений Солнца не случалось, когда была видна Луна. Даже во время солнечного затмения, когда свет совершенно мерк, а звезды и планеты начинали проглядывать сквозь неестественно темные сумерки, Луны нигде не было видно. Это возбуждало любопытство и давало повод к тщательному исследованию того места, в котором должна была находиться Луна сразу после окончания солнечного затмения. Вскоре было обнаружено, что в ночь, следующую за днем солнечного затмения, Луна всегда находилась в своем нарождающемся виде очень близко к Солнцу.3аметив местонахождение Луны перед солнечным затмением и тотчас после него, определили, что во время самого затмения Луна действительно проходила от западной к восточной стороне места, занимаемого Солнцем, а сложные вычисления показали, что совпадение Луны и Солнца на небе совершалось именно в то время, когда Солнце затмевалось. Вывод стал очевиден: Солнце заслоняется от 3емли темным телом Луны.

После выяснения причин солнечного затмения перешли к разгадке тайны лунного. Хотя в данном случае найти удовлетворительное объяснение было гораздо труднее, так как свет Луны не заслонялся никаким непрозрачным телом, становившимся между ночным светилом и наблюдателем. Наконец, было замечено, что все непрозрачные тела отбрасывают тень в направлении, противоположном источнику света. Было высказано предположение, что, возможно, 3емля, освещенная Солнцем, и дает ту тень, доходящую даже до Луны. Необходимо было либо подтвердить, либо опровергнуть эту теорию. И вскоре было доказано, что лунные затмения бывают только во время полной Луны. Это подтверждало предположение о том, что причиной затмения является тень от 3емли, падающая на Лyнy, - как только 3емля становилась между Луной и источником света - Солнцем, свет Луны в свою очередь становился невидимым и происходило затмение.

Лунные затмения: во время полной фазы Луна кажется медно-красной, особенно, когда проходит к центральной области тени. Такой ее цвет обуславливается тем, что солнечные лучи, касательные к земной поверхности, пронизывая ее атмосферу, рассеиваются и попадают в тень Земли сквозь толщу воздуха. Лучше всего это удается сделать красным и оранжевым лучам, а потому именно они и окрашивают диск Луны в багровый, кирпичный или медный цвета, в зависимости от состояния земной атмосферы. Лунные затмения происходят тогда, когда Луна в полнолуние проходит вблизи узлов своей орбиты. В зависимости от того, частично или полностью она погружается в земную тень, происходят как частные, так и полные теневые лунные затмения. Вблизи лунных узлов, в пределах 17° в обе стороны от них, существуют зоны лунных затмений. Чем ближе к лунному узлу происходит затмение, тем больше его фаза, определяемая долей лунного диаметра, покрытого земной тенью. Вступление Луны в тень или полутень Земли обычно происходит незаметно. Полному затмению предшествуют частные фазы, и в момент окончательного погружения Луны в земную тень оно и наступает, продолжаясь около двух часов. Частота лунных затмений для какого-либо определенного места Земли выше частоты солнечных только потому, что они видны со всего ночного полушария Земли. При этом продолжительность полной фазы солнечного затмения на Луне может достигать 2,8 часа. Наблюдения полных лунных затмений позволяет изучать структуру и оптические свойства земной атмосферы, а также тепловые свойства различных участков лунной поверхности, в том числе и изменение их температуры при разных фазах затмения.

Циклы затмений: в результате длительных наблюдений выяснилось, что и лунные, и солнечные затмения неизбежно повторяются в прежнем порядке по истечении того промежутка времени, через который повторяется взаимное положение Солнца, Луны и узлов лунной орбиты.

1 - Буквально за 2-3 мин до наступления полной фазы затмения вспыхивают яркие точки - это свет пробивающийся через долины и ущелья между лунными горами.

2 - Солнечная корона при затмении 26.02.1998. Различные цвета - снижение яркости короны, мелкие пятна - потоки разогретого до млн градусов газа.

Этот промежуток древние греки назвали саросом. Он составляет 223 оборота Луны, то есть 18 лет, 11 дней и 8 часов. По истечении сароса все затмения повторяются, но уже в несколько иных условиях, так как за 8 часов Земля поворачивается на 120°, а потому лунная тень пойдет по 3емле па 120° западнее, чем это было 18 лет назад. Древние египтяне, вавилоняне, халдеи и другие "культурные" народы еще за 2 500 лет до нашей эры, не зная причин затмения, умели предсказывать их наступление с точностью до 1-2 суток в пределах своей ограниченной территории. Но так как они не могли располагать результатами наблюдений на всем земном шаре, они использовали для расчетов утроенный, или большой, сарос, содержащий целое число суток. Последовательность солнечных и лунных затмений по истечении утроенного сароса повторяется па той же географической долготе. Считается, что большой сарос - а именно 19 756 суток - впервые был вычислен древне вавилонскими астрономами жрецами. Установление сароса было одним из величайших открытий древности, поскольку оно привело к нахождению истинной причины затмений уже в VI веке до н.э.

Самое раннее письменное свидетельство солнечного затмения относится к 22 октября 2137 года до н.э. Причем затмение это не было предсказано придворными астрономами, а потому ужас перед неожиданно наступившей ночью был крайне велик. Однако тех древних астрономов вряд ли можно было обвинить в нерадивости, так как по тем временам предвидение подобных явлений в каком-либо определенном месте было делом совсем непростым. По саросу нельзя сделать точного прогноза затмения, можно было указать лишь приблизительную дату и область его видимости. Точно же вычислить время наступления затмения, а также условия его видимости было трудной задачей. И чтобы решить ее, астрономы изучали движение 3емли и Луны н течение нескольких столетий. В настоящее время затмения с высокой степенью точности вычислены как на тысячи лет назад, так и на сотни лет вперед. Изучение древних солнечных затмений помогает современным ученым корректировать даты многих исторических событий и даже вносить изменения в их последовательность. Ведь каждое полное солнечное затмение происходит в определённой и достаточно узкой полосе земной поверхности, положение которой меняется от года к году. А потому по той местности, где оно происходило, можно с помощью вычислений абсолютно точно выяснить их дату. Помимо этого, путем сравнения перемещений лунной тени по земной поверхности можно установить естественную эволюцию движения Луны. Именно такое сравнение впервые навело ученых на мысль, о вековом замедлении вращения Земли, которое составляет 0,0014 секунды за столетие.

Полное солнечное затмение - это уникальная возможность для исследования внешних слоев атмосферы Солнца - хромосферы и короны.

Прохождение тени Луны по поверхности планеты при солнечном затмении. В 1715 г Эдмунд Галлей точно предсказал время и районы полного солнечного затмения 3 мая 1715 года, а также составил карту, обозначив размеры лунной тени (295 км).

И хотя их наблюдения проводятся повседневно, этого оказывается недостаточно. Корона видна только во время полного солнечного затмения, так как яркость света короны в миллион раз меньше яркости света диска. Кроме того, свет от диска Солнца рассеивается атмосферой Земли и яркость этого рассеянного света близка к яркости короны. Самая яркая часть Солнца, та, что кажется нам желтой, называется фотосферой. Во время полного затмения лунный диск полностью покрывает фотосферу. Только после того, как фотосфера скрывается за Луной, на недолгое время можно увидеть хромосферу в виде клочковатого кольца красного цвета, окружающего черный диск.

Солнечная корона простирается далеко от Солнца - до орбит Юпитера и Сатурна. В течение 11-летнего цикла солнечной активности меняются как форма короны, так и общая ее яркость. Чрезвычайно интересными оказались спектры короны, снятые вблизи солнечного диска. На фоне непрерывного спектра были видны яркие эмиссионные линии, которые в течение многих лег являлись для науки одной из величайших загадок. Она была разрешена только в 40-х годах ХХ века. Оказалось, что эти линии излучают сильно ионизованные атомы железа и кальция, для существования которых необходимы температуры, доходящие до миллиона градусов.

Большую роль в прояснении физических условий, существующих в солнечной короне, сыграли так называемые затменные наблюдения, в частности радиоастрономические. На сегодняшний день одной из главных задач является исследование инфракрасного излучения межпланетной пыли. В ходе затмений выполняются также фотометрические, колориметрические, спектрофотометрические и поляриметрические наблюдения. Не вызывает сомнения и тот факт, что затменные наблюдения Солнца внесли неоценимый вклад в представление ученых о Солнце и межзвездной среде. Чтобы плодотворно использовать те немногие минуты, во время которых происходит затмение, астрономы готовятся к нему долгие месяцы, делая точные вычисления полосы затмения, изучая сводки погоды в полосе затмения и занимаясь поисками оптимального для наблюдений места.

По сути, солнечное затмение – это тень от Луны, которая падает на земную поверхность. В диаметре она составляет примерно 200 км, то есть во много-много раз меньше, чем диаметр нашей планеты. Именно поэтому явление наблюдается только в конкретной полосе, по которой и проходит лунная тень.

В случае, если человек находится в зоне тени, он наблюдает полное солнечное затмение, когда Луна скрывает Солнце полностью. Небо при этом темнеет, на нём могут показаться звёзды. Как и вечером, становится прохладней, а животные и птицы замолкают, испуганные внезапной темнотой. Некоторые растения даже сворачивают листья.

Если же наблюдатели пребывают вблизи полосы такого затмения, то могут увидеть частное солнечное затмение. В этом случае Луна закрывает солнечный диск не полностью, а только его часть. Небо уже не такое темное, звезд не видно. Обычно частное затмение наблюдается на расстоянии около двух тысяч км от зоны затмения полного.

Время солнечного затмения

Это явление происходит в новолуние. Спутник не виден, потому как та его сторона, которая «смотрит» на Землю, не освещается Солнцем. Из-за этого создается впечатление, будто огненный шар закрывает черное пятно, возникшее из неоткуда.

Тень, которую отбрасывает Луна в сторону нашей планеты, похожа на резко сходящийся конус. Его острие находится несколько дальше Земли. И когда тень падает на поверхность планеты, то представляет собой черное пятно, диаметром 150–270 км, а не точку. Следуя за спутником, это пятно двигается по поверхности планеты, перемещаясь со скоростью одного километра в секунду.

Из-за своей большой скорости, тень не может закрыть надолго какое-то место на земном шаре. При полном затмении максимально возможная длительность мрака 7,5 мин. При частном затмении - около двух часов.

Частота солнечных затмений

На Земле ежегодно происходит от 2 до 5 затмений, при этом только два из них полные или кольцеобразны. За сто лет случается 237 солнечных затмений, 160 из них - частичные, 63 - полные, а кольцеобразных 14. В некоторых точках земной поверхности солнечные затмения в крупной фазе происходят очень редко, а полные затмения – совершенная редкость. Например, на территории Москвы в период с XI по XVIII в.в. наблюдалось всего 159 солнечных затмений, из которых полных было всего лишь 3. Это за 700-то лет!

Обычно полные солнечные затмения наблюдаются в странах Запада, но совершенно точно известно, когда Луна полностью закроет диск на территории России. Произойдет это только через 13 лет в 2026 году 12 августа, а после этой даты еще через 7 лет – в 2033 году. Напомним, что ближайшее прошедшее затмение состоялось 1 августа 2008 года.

Смотреть солнечное затмение на кадрах видео- и фотосъемки можно в интернете.

Для того, чтобы произошло затмение, не важно, лунное или солнечное, и Луна, и Солнце, и Земля должны находиться на одной линии. Так, во время солнечного затмения, между Землей и Солнцем проходит Луна, и она, как-будто, скрывает Солнце из поля зрения, закрывает его. А вот во время лунного затмения, Луна закрывается уже тенью Земли, которая отбрасывается от планеты, освещенной Солнцем.

Различают полные, частичные и полутеневые лунные затмения. При полном лунном затмении, Луна полностью «закрывается» земной тень, при частичном - Луна погружается в тень только наполовину, при этом, максимально возможное затемнение составляет половину диска Луны. А при полутеневом затмении, Луна проходит только через полутень Земли. Лунные затмения происходят только при полной Луне. Но полнолуние бывает каждый месяц, однако же, мы, почему-то, не замечаем таких частых лунных затмений. С чем же это связано? А вот с чем: для того, чтобы такая дружная компания в лице Солнца, Луны и Земли, радовала нас лунными затмениями каждую ночь с участием полной Луны, они должны «дружить» совсем по-другому. И вот как должна выглядеть эта «дружба»: Луна должна вращаться вокруг Земли в той же плоскости, в какой Земля вращается вокруг Солнца. Но этого не происходит, ведь плоскость лунной орбиты чуть-чуть, совсем немного, наклонена по отношению к плоскости обращения Земли вокруг Солнца (по-научному эта плоскость называется плоскость эклиптики). Таким образом, получается, что затмение происходит только тогда, когда Луна расположена вблизи узлов собственной орбиты. Длина фазы лунного затмения определяется по тому, насколько близко располагается затмение к лунному узлу. Так, чем оно ближе к нему тем длиннее будет фаза. Так как во время затмения, Луна закрывается тенью Земли, то, по логике вещей, она должна полностью исчезнуть из вида. Однако, как мы знаем, этого никогда не происходит. А все потому, что земная атмосфера, просто-напросто, рассеивает лучи Солнца, а они, в свою очередь, падают на затемненную земной тенью Луну. Чаще всего, затемненная Луна имеет красноватый цвет. Это связано с тем, что красные и оранжевые лучи лучше всего проходят через атмосферу нашей планеты.

Это был краткий экскурс в основы астрономии и лунного затмения. Но ведь мы так и не ответили, как часто случается такое явление, как лунное затмение. Точнее ответили, но осветили некоторую часть этого явления. То есть, теперь мы знаем, что лунное затмение возможно только при полной Луне. Но так и не ясно, сколько же раз, например, в год бывают лунные затмения? Но еще древние астрономы рассчитали частоту лунных затмений в год. Так, они вывели такое понятие, как «сарос». Сарос длится ровно 18 лет, 11 дней и 8 часов. И во время этого временного промежутка происходит 43 солнечных и 28 лунных затмения. Таким образом, в год возможно, как минимум, два лунных затмения, иногда число затмений увеличивается еще на одно, а бывают и годы, вообще, без затмений. Но эта частота лунных затмений рассчитана на всю Землю. А если рассматривать отдельные области Земного шара, то их частота будет неодинакова. В определенных местах, затмения будут видны чаще, чем в других.

В конце хотелось бы заметить, что как лунное, так и солнечное затмение - это красивейшие явления, которыми одарила нас природа. И это достаточно частое явление, но нам может вполне показаться, что они случаются не чаще, чем раз в десятилетие, именно тогда в средствах массовой информации нам сообщают об очередном крупном затмении.

Наблюдения лунных затмений

Так же как и солнечные, лунные затмения происходят сравнительно редко, и в то же время каждое затмение характеризуется своими особенностями. Наблюдения лунных затмений позволяют уточнять орбиту Луны, дают сведения о верхних слоях земной атмосферы.

Программа наблюдений лунного затмения может состоять из следующих элементов: определение яркости затененных частей лунного диска по видимости деталей лунной поверхности при наблюдении в 6-кратный признанный бинокль или телескоп с малым увеличением; визуальные оценки яркости Луны и ее цвета как невооруженным глазом, так и в бинокль (телескоп); наблюдения в телескоп с диаметром объектива не менее 10 см при 90-кратном увеличении на протяжении всего затмения кратеров Геродот, Аристарх, Гримальди, Атлас и Риччиоли, в области которых могут иметь место цветовые и световые явления; регистрация при помощи телескопа моментов покрытия земной тенью некоторых образований на лунной поверхности (список этих объектов приводится в книге «Астрономический календарь. Постоянная часть»); определение при помощи фотометра блеска поверхности Луны при различных фазах затмения.

Наблюдения искусственных спутников Земли и влияние Солнца на жизнь на Земле

При наблюдении искусственных спутников Земли отмечают путь движения спутника на звездной карте и время его прохождения около заметных ярких звезд. Время должно регистрироваться с точностью до 0,2с по секундомеру. Яркие спутники можно фотографировать.

Солнечное излучение -- электромагнитное и корпускулярное -- вот тот могучий фактор, который играет огромную роль в жизни Земли как планеты. Солнечный свет и солнечное тепло создали условия для формирования биосферы и продолжают поддерживать ее существование. С удивительной чуткостью все земное -- и живое и неживое -- реагирует па изменения солнечного излучения, на его своеобразную и сложную ритмику. Так было, так есть и так будет до тех пор, пока человек не сумеет внести свои коррективы в солнечно-земные связи.

Сравним Солнце со... струной. Это позволит уяснить Физическую суть ритмики Солнца и отражение этой ритмики и истории Земли.

Вы оттянули середину струны и отпустили ее. Колебания струны, усиленные резонатором (декой инструмента), породили звук. Состав этого звука сложный: ведь колеблется, как известно, не только вся струна в целом, но одновременно и ее части. Струна в целом порождает основной тон. Половинки струны, колеблясь быстрее, издают более высокий, по менее сильный звук -- так называемый первый обертон. Половинки половинок, то есть четверти струны, в свою очередь рождают еще более высокий и еще более слабый звук -- второй обертон и так далее. Полное звучание струны складывается из основного тона и обертонов, которые в разных музыкальных инструментах придают звуку различный тембр, оттенок.

По гипотезе известного советского астрофизика профессора М.С. Эйгенсона, когда-то, миллиарды лет назад, в недрах Солнца начал действовать тот самый протон-протонный цикл ядерных реакций, который поддерживает лучеиспускание Солнца и в современную эпоху; переход к этому чиклу, вероятно, сопровождался какой-то внутренней перестройкой Солнца. От прежнего состояния равновесия оно скачкообразно перешло к новому. И при этом скачке Солнце зазвучало», как струна. Слово «зазвучало» следует понижать, конечно, в том смысле, что в Солнце, в его исполинской массе, возникли какие-то ритмические колебательные процессы. Начались циклические переходы от активности пассивности и обратно. Возможно, эти сохранившиеся до наших дней колебания и выражаются в циклах солнечно активности.

Внешне, по крайней мере для невооруженного глаза, Солнце кажется всегда одним и тем же. Однако за этим внешним постоянством скрываются относительно медленные, но существенные изменения.

Прежде всего они выражаются в колебании числа солнечных пятен, этих локальных, более темных областей солнечной поверхности, где из-за ослабленной конвекции солнечные газы несколько охлаждены и потому вследствие контраста кажутся темными. Обычно астрономы подсчитывают для каждого момента наблюдений не общее число видимых на солнечном диске пятен, а так называемое число Вольфа, равное числу пятен, сложенному с удесятеренным числом их групп. Характеризуя суммарную площадь солнечных пятен, число Вольфа циклически меняется, достигая максимума в среднем через каждые 11 лет. Чем больше число Вольфа, тем выше солнечная активность. В годы максимума солнечной активности солнечный диск обильно усеян пятнами. Все процессы на Солнце становятся бурными. В солнечной атмосфере чаще образуются протуберанцы -- фонтаны раскаленного водорода с небольшой примесью других элементов. Чаще появляются солнечные вспышки, эти мощнейшие взрывы в поверхностных слоях Солнца, при которых «выстреливаются» в пространство плотные потоки солнечных корпускул -- протонов и других ядер атомов, а также электронов. Корпускулярные потоки -- солнечная плазма. Они несут с собою «вмороженное» в них слабое магнитное поле напряженностью 10 -4 эрстед. Достигая на вторые сутки, а то и раньше Земли, они будоражат земную атмосферу, возмущают магнитное поле Земли. Усиливаются и другие виды излучения Солнца, и на солнечную активность чутко отзывается Земля.

Если Солнце подобно струне, то циклов солнечной активности заведомо должно быть много. Какой-то из них, самый продолжительный и самый большой по амплитуде, задает «основной тон». Циклы меньшей продолжительности, то есть «обертоны», должны обладать все меньшей и меньшей амплитудой.

Разумеется, аналогия со струной неполная. Все колебания струны имеют строго определенные периоды, в случае Солнца можно говорить только о некоторых, лишь в среднем определенных циклах солнечной активности. И все-таки разные циклы солнечной активности должны быть в среднем пропорциональны друг другу. Как это ни удивительно, ожидаемое сходство Солнца и струны подтверждается фактами. Одновременно с одиннадцатилетним четко выраженным циклом на Солнце действует и другой, удвоенный, двадцатидвухлетний цикл. Он проявляется в смене магнитных полярностей солнечных пятен.

Каждое солнечное пятно -- сильный «магнит» напряженностью в несколько тысяч эрстед. Обычно пятна возникают близкими парами, причем линия, соединяющая центры двух соседних пятен, параллельна солнечному экватору. Оба пятна имеют разную магнитную полярность. Если переднее, головное (по направлению вращения Солнца) пятно обладает северной магнитной полярностью, то у следующего за ним пятна полярность южная.

Замечательно, что на протяжении каждого одиннадцатилетнего цикла все головные пятна разных полушарий Солнца имеют разную полярность. Раз в 11 лет, как по команде, совершается смена полярностей у всех пятен, а значит, первоначальное состояние повторяется через каждые 22 года. Мы не знаем, в чем причина этого явления, но реальность его несомненна.

Действует и утроенный, тридцатитрехлетний цикл. Пока неясно, в каких солнечных процессах он выражен, но его земные проявления давно известны. Так, например, особенно суровые зимы повторяются каждые 33--35 лет. Такой же цикл отмечен в чередовании сухих и влажных лет, колебаниях уровня озер и, наконец, в интенсивности полярных сияний -- явлений, заведомо связанных с Солнцем.

На спилах деревьев заметно чередование толстых и тонких слоев -- опять со средним интервалом в 33 года. Некоторые исследователи (например, Г. Лунгерсгаузен) считают, что тридцатитрехлетние циклы отражаются и в слоистости осадочных отложений. Во многих осадочных породах наблюдается микрослоистость, обусловленная сезонными изменениями. Зимние слои тоньше и более светлы вследствие обедненности органическим материалом, весенне-летние -- толще и темнее, так как они отлагались в период более энергичного проявления факторов выветривания пород и жизнедеятельности организмов. В морских и океанических биогенных отложениях такие явления тоже наблюдаются, так как в них накапливаются остатки микроорганизмов, которых в период вегетации всегда значительно больше, чем в зимний период (или в сухой период в тропиках). Таким образом, в принципе каждая пара микрослоев соответствует одному году, хотя бывает, что году могут соответствовать и две пары слоев. Отражение сезонных изменений в осадконакоплении прослеживается на протяжении почти 400 млн. лет -- с верхнего девона до наших дней, впрочем, с довольно длительными перерывами, занимающими иногда десятки миллионов лет (например, в юрском периоде, окончившемся около 140 млн. лет назад).

Сезонная слоистость связана с движением Земли вокруг Солнца, наклоном земной оси вращения относительно плоскости ее орбиты (или солнечного экватора, что практически одно и то же), характером циркуляции атмосферы и многим другим. Но как мы уже упоминали, некоторые исследователи видят в сезонной слоистости и отражение тридцатитрехлетних циклов солнечной активности, хотя если и можно говорить об этом, то только для так называемых ленточных отложений (в глинах и песках) эпохи последнего оледенения. Но если это так, то получается, что по меньшей мере миллионы лет действует удивительный и пока плохо нами изученный механизм солнечной активности. Следует все же еще раз заметить, что в геологических отложениях трудно вполне четко выделить какие-либо определенные циклы, связанные с солнечной активностью. Колебания климата в давние эпохи связаны прежде всего с изменениями на поверхности Земли, с увеличением или, наоборот, уменьшением общей площади морей и океанов -- этих главных аккумуляторов солнечного тепла. Действительно, ледниковым эпохам всегда предшествовала высокая тектоническая активность земной коры. Но эта активность в свою очередь (о чем будет сказано далее) может стимулироваться повышением солнечной активности. Об этом как будто говорят данные последних лет. Во всяком случае в этих вопросах еще много неясного, и потому дальнейшие рассуждения в этой главе следует рассматривать лишь как одну из возможных гипотез.

Еще в прошлом веке было замечено, что максимумы солнечной активности не всегда одинаковы. В изменениях величин этих максимумов намечается «вековой» или, точнее, 80-летний цикл, примерно в семь раз больший одиннадцатилетнего. Если «вековые» колебания солнечной активности сравнить с волнами, циклы меньшей продолжительности будут выглядеть как «рябь» на волнах.

«Вековой» цикл достаточно ясно выражен в частоте солнечных протуберанцев, колебаниях их средних высот и других явлениях на Солнце. Но особенно примечательны его земные проявления.

«Вековой» цикл ныне выражается в очередном потеплении Арктики и Антарктики. Через некоторое время потепление сменится похолоданием, и эти циклические колебания продолжатся неопределенно долго. «Вековые» колебания климата отмечены и в истории человечества, в летописях и других исторических хрониках. Порой климат становился необычно суровым, порой непривычно мягким. Так, например, в 829 году покрылся льдом даже Нил, а с XII по XIV век несколько раз замерзало Балтийское море. Наоборот, в 1552 году необычно теплая зима осложнила поход Ивана Грозного на Казань. Впрочем, в колебаниях климата замешан не только «вековой» цикл.

Если на графике изменений солнечной активности соединить прямыми точки максимумов и точки минимумов двух соседних «вековых» циклов, то окажется, что обе прямые почти параллельны, но наклонены к горизонтальной оси графика. Иначе говоря, намечается какой-то длительный, многовековой цикл, продолжительность которого удается установить лишь средствами геологии.

На берегах Цюрихского озера есть древние террасы -- высокие обрывы, в толще пород которых хорошо различимы слои разных эпох. И в этой слоистости осадочных пород, по-видимому, зафиксирован 1800-летний ритм. Тот же ритм заметен в чередовании илистых отложений, движении ледников, колебаниях увлажненности и, наконец, в циклических изменениях климата.

В книге советского географа профессора Г.К. Тушинского обобщено все известное о 1800-летнем цикле, а главное, прослежены его проявления в истории Земли. Здесь упомянем лишь кратко, что с 1800-летним циклом, вероятно, связаны периодические усыхания и увлажнения Сахары, сильное и длительное потепление Арктики, во время которого норманны заселили Гренландию (Зеленую землю) и открыли Америку. На волнах 1800-летнего цикла даже «вековой» цикл выглядит «рябью».

Если средняя температура Земли понизится всего на четыре-пять градусов, наступит новая ледниковая эпоха. Ледовые панцири покроют почти всю Северную Америку, Европу и большую часть Азии. Наоборот, повышение среднегодовой температуры Земли всего на два-три градуса заставит растаять ледяной покров Антарктиды, что повысит уровень Мирового океана на 70 м со всеми вытекающими отсюда катастрофическими последствиями (затоплением значительной части материков). Таким образом, небольшие колебания средней температуры Земли (всего в несколько градусов) могут бросить Землю в объятия ледников или, наоборот, большую часть суши покрыть океаном.

Хорошо известно, что в истории Земли много раз повторялись ледниковые эпохи и периоды, а между ними наступали эпохи потепления. Это были очень медленные, но грандиозные климатические изменения, на которые накладывались меньшие по амплитуде, но зато более частые и быстрые колебания климата, когда ледниковые периоды сменялись периодами теплыми и влажными.

Интервалы между ледниковыми эпохами или периодами можно характеризовать лишь в среднем: ведь и здесь действуют циклы, а не точные периоды. По исследованиям советского геолога Г.Ф. Лунгерсгаузена, ледниковые эпохи повторялись в истории Земли примерно каждые 180--200 млн. лет (по другим оценкам, 300 млн. лет). Ледниковые же периоды в пределах ледниковых эпох чередуются чаще, в среднем через несколько десятков тысяч лет. И все это зафиксировано в толще земной коры, в отложениях пород различного возраста.

Причины смены ледниковых эпох и периодов достоверно неизвестны. Предложено немало гипотез, объясняющих ледниковые циклы космическими причинами. В частности, некоторые ученые полагают, что, обращаясь вокруг центра Галактики с периодом в 180--200 млн. лет, Солнце вместе с планетами регулярно проходит через толщу плоскости рукавов Галактики, обогащенных пылевой материей, которая ослабляет солнечное излучение. Однако на галактическом пути Солнца не видно туманностей, которые могли бы играть роль темного фильтра. А главное, космические пылевые туманности столь разрежены, что, погрузившись в них, Солнце для земного наблюдателя осталось бы по-прежнему ослепительно ярким.

По гипотезе М.С. Эйгенсона, все циклические колебания климата, начиная от самых незначительных и кончая чередующимися ледниковыми эпохами, объясняются одной причиной -- ритмичными колебаниями солнечной активности. А так как в этом процессе Солнце подобно струне, то и в колебаниях земного климата должны проявиться все циклы солнечной активности -- от «основного» цикла в 200 или 300 млн. лет до самого короткого, одиннадцатилетнего. Сам же «механизм» воздействия Солнца на Землю в этом случае сводится к тому, что колебания солнечной активности тотчас же вызывают изменения геомагнитосферы и циркуляции земной атмосферы.

Если бы Земля не вращалась, циркуляция воздушных масс была бы предельно простой. В теплой тропической зоне Земли нагретый и потому менее плотный воздух поднимается вверх. Разность давлений у полюса и экватора заставляет эти воздушные массы устремиться к полюсу. Здесь, охладившись, они опускаются вниз, чтобы затем снова переместиться к экватору. Так в случае неподвижности Земли работала бы «тепловая машина» планеты.

Осевое вращение Земли и обращение ее вокруг Солнца осложняют эту идеализированную картину. Под действием так называемых кориолисовых сил (заставляющих реки, текущие в меридиональном направлении, в северном полушарии размывать правый берег, а в южном -- левый) воздушные массы циркулируют от экватора к полюсу и обратно по спиралям. В те же периоды, когда воздух у экватора нагревается особенно сильно, возникает волновая циркуляция воздушных масс. Спиралеобразное движение сочетается с волновым, и потому направление ветров постоянно меняется. К тому же неравномерный нагрев различных участков земной поверхности и рельеф усложняют и эту непростую картину. Если воздушные массы перемещаются параллельно земному экватору, циркуляция воздуха называется зональной, если вдоль меридиана -- меридиональной.

Для одиннадцатилетнего солнечного цикла доказано, что с повышением солнечной активности ослабляется зональная циркуляция и усиливается меридиональная. Земная «тепловая машина» работает энергичнее, усиливая теплообмен между полярными и экваториальной зонами. Если в стакан с холодной водой налить немного кипятку, то вода скорее нагреется в том случае, если ее размешать ложкой. По той же причине в периоды повышенной солнечной активности «взбудораженная» солнечным излучением атмосфера обеспечивает в среднем более теплый климат, чем в годы «пассивного» Солнца.

Сказанное верно для любых солнечных циклов. Но чем длиннее цикл, тем сильнее реагирует на него земная атмосфера, тем значительнее меняется климат Земли.

«Космическая причина ледниковых или, лучше, холодных эпох,-- пишет М.С. Эйгенсон,-- никак не может заключаться в снижении температуры. Дело обстоит «лишь» в падении интенсивности меридионального воздухообмена и в обусловленном этим падением росте меридионального термического градиента...»

Поэтому физической первоосновой климатических различий является общая циркуляция атмосферы.

Роль солнечных ритмов в истории Земли весьма заметна. Общая циркуляция атмосферы предопределяет скорость ветров, напряженность водообмена между геосферами, а значит, и характер процессов выветривания. Солнце влияет, очевидно, и на скорость образования осадочных пород. Но тогда, как считает М.С. Эйгенсон, геологическим эпохам с повышенной общей циркуляцией атмосферы и гидросферы должны соответствовать мягкие, мало выраженные формы рельефа. Наоборот, в длительные эпохи пониженной активности Солнца земной рельеф должен приобретать контрастность.

С другой стороны, в холодные эпохи значительные ледовые нагрузки, по-видимому, стимулируют вертикальные движения в земной коре, то есть активизируют тектоническую деятельность. Наконец, давно уже известно, что в периоды солнечной активности усиливается и вулканизм.

Даже в колебаниях земной оси (в теле планеты), как это считает И.В. Максимов, сказывается одиннадцатилетний солнечный цикл. Это, по-видимому, объясняется тем, что активное Солнце перераспределяет воздушные массы земной атмосферы. Меняется, следовательно, и положение этих масс относительно оси вращения Земли, что вызывает ее незначительные, но все же вполне реальные перемещения и изменяет скорость вращения Земли. Но если изменения солнечной активности сказываются на всей Земле в целом, то тем заметнее должно быть воздействие солнечных ритмов на поверхностную оболочку Земли.

Всякие, особенно резкие, колебания в скорости вращения Земли должны вызывать натяжения в земной коре, перемещение ее частей, а это в свою очередь может привести к возникновению трещин, что стимулирует вулканическую деятельность. Так возможно (конечно, в самых общих чертах) объяснить связь Солнца с вулканизмом и землетрясениями.

Вывод ясен: понять историю Земли, не учитывая при этом влияния Солнца, вряд ли возможно. Надо при этом, однако, всегда иметь в виду, что воздействие Солнца лишь регулирует или возмущает процессы собственного развития Земли, подчиненного своим геологическим внутренним законам. Солнце вносит лишь некоторые «поправки» в эволюцию Земли, вовсе, конечно, не являясь при этом движущей силой этой эволюции.

Тема урока: Движение и фазы Луны.

Затмения Солнца и Луны

Цели урока

Личностные : организовывать самостоятельную познавательную деятельность.

Метапредметные : графически пояснять условия возникновения лунных и солнечных затмений.

Предметные : формулировать понятия и определения «синодический период», «сидерический период»; объяснять наблюдаемое движение и фазы Луны, причины затмений Луны и Солнца; описывать порядок смены лунных фаз.

Основной материал

Анализ модели взаимодействия Земли и Луны. Сравнительная характеристика физических свойств Земли и Луны. Анализ явлений солнечного и лунного затмений, условия их наступления и наблюдения на различных широтах Земли.

Методические акценты урока. Для введения в урок представленные вопросы, упражнение 5 и задания 7-10 позволят организовать деятельность учащихся по актуализации знаний о характере суточного и годичного движения Солнца.

Несмотря на кажущуюся простоту введения данной темы, важно учитывать, что навыки проведения мысленного эксперимента у обучающихся недостаточны, а рассмотрение разных процессов в различных системах отсчета традиционно является сложным учебным действием для обучающихся. Истинное понимание астрофизических основ данной темы в представлении обучающихся может подменяться поверхностным знанием отдельных фактов. Поэтому при анализе движения Луны необходимо наряду с виртуальным наблюдением использовать возможности реальной модели: укрепленный на стержне непрозрачный шар, размещенный на определенном отдалении от глобуса, освещают широким пучком света. При этом обращают внимание, что из разных точек класса наблюдается различная освещенность шара.

Взаимовлияние Земли и Луны вызвано сходными физическими свойствами небесных тел (сравнимый радиус, масса). Следствием данного взаимовлияния Земли и Луны выступает равенство периодов собственного обращения Луны вокруг собственной оси и вокруг Земли. Данное положение следует проиллюстрировать с использованием модели: сделав на шаре отметку, можно наглядно показать вращение Луны относительно Земли. Вводится понятие «сидерический месяц». Далее анализируется динамика наступления различных фаз Луны и анализируются причины возникновения наблюдаемых лунных фаз: видимая часть Луны освещается Солнцем, и Луна имеет форму шара. Вводится понятие «синодический месяц». Важно остановиться на относительности всех систем отсчета и показать, что для наблюдателя на Луне (такими «наблюдателями» выступали космонавты, высаживавшиеся на поверхность спутника, а также исследовательские космические аппараты, в том числе и советские) Земля также будет иметь фазы, сходные с лунными.

Так как обучающиеся из курса физики и географии имеют общее представление о солнечных и лунных затмениях, изучение данных вопросов можно представить для самостоятельной индивидуальной работы с последующим обсуждением. При этом желательно сравнить по одним и тем же характеристикам солнечные и лунные затмения и представить результаты в виде таблицы.

Характеристика солнечных и лунных затмений

Параметры характеристики	Солнечное затмение	Лунное затмение
Графическое изображение процесса затмения
Астрономические условия наступления
Вид затмения
Максимальная продолжительность
Средняя частота наступления в течение года
Частота наблюдения на определенной территории
Сарос (период повторения последовательности затмений) и его причины
Использование явлений в научных целях

После выполнения данной работы необходимо обсудить результаты, обратив внимание на кольцеобразное солнечное затмение, свидетельствующее об изменении расстояний видимого углового диаметра Луны в зависимости от взаимных расстояний Солнца, Земли и Луны. Возвратившись к демонстрации модели движения Луны вокруг Земли относительно Солнца, необходимо проиллюстрировать теоретические рассуждения обучающихся: удаляя и приближая шар к источнику света, можно наблюдать изменение характера видимости самого источника. Далее иллюстрируется тот факт, что плоскость орбиты Луны относительно Земли имеет наклон к плоскости эклиптики, составляющий 5 0 , что и препятствует возникновению в каждое новолуние и полнолуние солнечного и лунного затмений.

Размещенные в сети Интернет иллюстрации наблюдавшихся на территории России солнечных и лунных затмений активизирует интерес обучающихся и обсуждение темно-красного оттенка лунного диска, который остается видимым во время лунных затмений: преломляясь в земной атмосфере, длинноволновое солнечное излучение попадает в конус земной тени и освещает Луну.

Итогом занятия являются ответы на вопросы к § 7 и § 8 учебника и упражнений 6, 7 учебника, что позволит еще раз проанализировать изученные явления.

Домашнее задание. § 7, 8; практические задания.

В течение недели наблюдайте положение Луны водно и то же время. Выберите удаленные объекты, относительно которых можно сравнивать положение лунного диска. По результатам наблюдений заполните таблицу.

Дата наблюдения
Графическое изображение наблюдений фазы Луны
Название фазы
Цвет Луны
Характер смещения Луны относительно выбранных ориентиров

Темы проектов

О чем может рассказать цвет лунного диска.

Описания солнечных и лунных затмений в ли-

тературных и музыкальных произведениях.

Интернет-ресурсы

http://school-collection.edu.ru/catalog/rubr/c670 3457-4971-944b-5e84-05dc4d96d915/45363/?interfa ce=catalog&class=47&subject=39 - Единая коллек-ция цифровых образовательных ресурсов. Статиче-ская графика «Лунные затмения», «Полные солнеч-ные затмения», «Солнечные затмения».