1. Основные движения Земли. Земля представляет собой третью планету в солнечной системе, находящуюся на третьем месте по удаленности от Солнца. Её орбита вокруг Солнца близка к круговой, а скорость перемещения составляет около 30 километров в секунду. Одним из доказательств этого вращения является параллактическое смещение ближайших к нам звезд, впервые обнаруженное в 30-х годах XIX века.
Второе основное движение Земли — её собственное вращение вокруг оси, которая наклонена к плоскости её орбиты под углом 66˚34′. Важно отметить, что при вращении вокруг Солнца, ось Земли остаётся параллельной самой себе. Эти три фактора — обращение вокруг Солнца, наклон оси и постоянное направление оси в пространстве — являются причинами смены времён года на Земле.
Кроме того, Земля принимает участие в различных движениях внутри Солнечной системы.
2. Форма Земли. Хотя в первом приближении Землю можно рассматривать как сферу с радиусом, определенным по формуле (21) описанной в разделе 11.4, геодезические измерения показали, что длина дуги 1° меридиана около экватора равна 110,6 километров, в то время как у полюсов она составляет 111,7 километров. Из этого следует, что Земля не является идеальной сферой, а имеет форму сжатого эллипсоида вращения.
Это сжатие эллипсоида может быть выражено следующей формулой:
где ε — сжатие Земли; a — большая полуось земного эллипсоида; b — его малая полуось. Наблюдения движения искусственных спутников Земли позволили уточнить результаты геодезических измерений сжатия Земли.
Так как разница между экваториальным (6378,140 километров) и полярным (6356,755 километров) радиусами Земли невелика (21,385 километров), для многих астрономических расчетов можно использовать средний радиус Земли, который составляет 6371 километр. Зная средний радиус Земли и её массу (как найти массу Земли, вы знаете из курса физики), легко вычислить среднюю плотность нашей планеты, которая составляет 5,5·10^3 килограммов на кубический метр.
3. Луна — натуральный спутник Земли и самое близкое небесное тело к нашей планете. Радиус Луны составляет примерно четверть от радиуса и массу Земли в 81 раз меньше. Исходя из этих физических характеристик, нельзя считать её маленькой относительно Земли. В действительности, общий центр масс системы «Земля — Луна» движется по эллиптической орбите вокруг Солнца, располагаясь внутри Земли. Из-за этого систему «Земля — Луна» часто называют «двойной планетой».
Луна не является светилою сама по себе, а светится отраженным солнечным светом. В зависимости от положения Луны относительно Земли и Солнца, мы видим то полную Луну (полнолуние), то половину видимого диска (первую или последнюю четверть), то совсем не видим Луны (новолуние). Фазу Луны, то есть освещенную её часть, можно наблюдать по рисунку 28. Новолуние наступает, когда Луна находится между Землей и Солнцем, а полнолуние — когда Луна располагается за Землей. Затем Луна «растет» от узкого серпа (выпуклость направлена вправо) до полудиска (первая четверть) и, наконец, до полного диска (полнолуние). После полнолуния Луна «убывает» до полудиска (выпуклость направлена влево, последняя четверть), затем снова становится узким серпом и исчезает в новолуние. Полный цикл смены лунных фаз (синодический месяц) длится приблизительно 29,5 суток (29,5 дня).
Угловой диаметр Луны на небесной сфере составляет около 0,5 градуса (примерно 30 угловых минут). Тем не менее, этот параметр изменяется из-за эллиптичности орбиты (приблизительно 33 угловые минуты в перигее и 29 угловых минут в апогее). Эксцентриситет лунной орбиты составляет е = 0,05, а большая полуось эллипса равна 384400 километрам (среднее расстояние Луны от Земли). Полный оборот вокруг Земли Луна совершает за 27,3 суток (27,3 дня, сидерический месяц). За это же время Луна производит оборот вокруг своей оси, что приводит к тому, что к Земле всегда обращен один и тот же полушарие Луны.
В отличие от планет и Солнца, более удаленных от Земли, Луна быстро перемещается по небесной сфере (13 градусов за сутки) с запада на восток, противоположно суточному вращению небесной сферы. Это объясняет наблюдаемый феномен: каждый вечер, отмечая по часам моменты верхней кульминации Луны, вы убедитесь, что Луна приходит к небесному меридиану с задержкой примерно в 50 минут (то есть кульминирует сегодня на 50 минут позже, чем вчера).
4. Солнечные и лунные затмения представляют собой интересные астрономические явления. Солнечное затмение происходит, когда Луна, в своём движении вокруг Земли, полностью или частично покрывает Солнце. Во время полного солнечного затмения, Луна закрывает весь диск Солнца, благодаря тому, что их видимые диаметры практически одинаковы. Полное солнечное затмение наблюдается только с тех частей земной поверхности, где проходит полоса полной фазы, образованная конусом лунной тени. По обе стороны этой полосы происходит частичное солнечное затмение, при котором Луна закрывает лишь часть солнечного диска. Наблюдать частичное солнечное затмение можно из тех мест, которые покрывает расходящийся конус лунной полутени.
Ширина полосы полной фазы солнечного затмения и его продолжительность зависят от взаимного расположения Солнца, Земли и Луны, а также от изменения видимого углового диаметра Луны, который иногда чуть больше солнечного, позволяя полному затмению длиться до 7,5 минут, иногда же только мгновение, или вовсе не происходить, образуя колецеобразное затмение — когда вокруг тёмного лунного диска видно яркое солнечное кольцо.
Полное солнечное затмение — крайне увлекательное событие. В это время Солнце представляет собой чёрный диск, окружённый мягким свечением (короной). Дневной свет настолько ослабевает, что иногда можно разглядеть яркие звёзды и планеты.
Когда Луна попадает в конус земной тени, отбрасываемой освещённым Солнцем земным шаром, происходит полное лунное затмение. Если же часть Луны попадает в земную полутень, происходит частичное лунное затмение.
Полное лунное затмение может продолжаться около 1,5 — 2 часов (столько времени требуется Луне, чтобы пересечь конус земной тени). Его можно наблюдать с ночного полушария Земли, где Луна находится над горизонтом в момент затмения. Полные лунные затмения происходят значительно чаще, чем солнечные.
Во время полного лунного затмения лунный диск остаётся видимым, но приобретает обычно тёмно-красный оттенок. Это объясняется преломлением солнечных лучей в земной атмосфере. Проходя через атмосферу, солнечные лучи рассеиваются и преломляются, преимущественно коротковолновое излучение (синий и голубой спектр) рассеивается, а длинноволновое (красный спектр) преламывается. Длинноволновое излучение попадает в конус земной тени и освещает Луну.
Хотя солнечные затмения происходят в новолуние, а лунные в полнолуние, далеко не каждое новолуние и полнолуние сопровождается затмением. Это объясняется наклонением орбиты Луны к плоскости эклиптики под углом примерно 5°. Обычно в году бывают только два солнечных и два лунных затмения, но в 1982 году произошло семь затмений — четыре частных солнечных и три полных лунных (максимальное количество затмений в год).
Астрономы давно заметили, что лунные и солнечные затмения повторяются в определенном порядке через определенные интервалы времени. Этот интервал называется саросом и составляет примерно 6585,32 суток (почти 18 лет и 11 дней). За этот период происходит 70 затмений — 42 солнечных и 28 лунных. В течение сароса лунные затмения происходят чаще, чем солнечные, так как они видны со всего ночного полушария Земли. Полные солнечные затмения в конкретной точке на земной поверхности происходят гораздо реже — примерно раз в 200—300 лет.
Сегодня существуют точные методы предсказания солнечных и лунных затмений. Астрономы помогают историкам уточнять даты исторических событий, связанных с затмениями. Наблюдения затмений также предоставляют важные данные об атмосферах Земли и Солнца, а также о движении Луны. Во время полных затмений Солнца создаются условия, благоприятные для наблюдения отклонения лучей света звезды в поле тяготения Солнца. Это позволяет получить одно из важнейших доказательств теории тяготения Эйнштейна (общей теории относительности).
