Місяць

Місяць — єдиний природний супутник Землі, а також найближче до неї небесне тіло. Це найяскравіший після Сонця об’єкт на земному небі і п’ятий за величиною природний супутник планети у Сонячній системі. Також є першим і єдиним позаземним об’єктом природного походження, на якому побувала людина. Середня відстань між центрами Землі і Місяця — 384 467 км.

Оскільки Місяць обертається навколо Землі з періодом близько місяця, кут між Землею, Місяцем і Сонцем постійно змінюється. Це явище є причиною циклу місячних фаз. Період часу між послідовними новими місяцями становить 29,5 днів (709 годин).

З давніх часів люди намагалися описати і пояснити рух Місяця, використовуючи все точніші теорії. Основою сучасних розрахунків є теорія Брауна. Створена на межі XIX-XX століть, вона пояснювала рух Місяця з точністю вимірювальних приладів того часу. При цьому в розрахунках використовувалось більше 1400 членів (коефіцієнтів і аргументів у тригонометричних функціях).

Сучасна наука може розраховувати рух Місяця і перевіряти розрахунки на практиці зі ще більш високою точністю. Так, для розрахунку позиції Місяця з точністю вимірювань лазерної локації застосовуються вирази з десятками тисяч членів, і не існує межі кількості членів у виразі якщо буде потрібна ще більш висока точність.

У першому наближенні можна вважати що Місяць рухається по еліптичній орбіті з ексцентриситетом 0,0549 і великою піввісю 384 399 км. Реальний рух Місяця досить складний, тому що при його розрахунку необхідно враховувати безліч чинників, наприклад, сплюснутість Землі і сильний вплив Сонця, яке притягує Місяць в 2,2 рази сильніше, ніж Земля. Більш точно рух Місяця навколо Землі можна уявити як поєднання декількох рухів:

• обертання навколо Землі по еліптичній орбіті з періодом 27,32166 доби, це так званий сидеричний місяць (тобто рух, виміряний відносно зірок);
• поворот площини місячної орбіти, її вузлів (точок перетину орбіти з екліптикою) з періодом 18,6 років. Рух процесійний, тобто довготи вузлів зменшуються;
• поворот великої осі місячної орбіти (лінії апсид) з періодом 8,8 років (відбувається в протилежному напрямку, на відміну від вищевказаного руху вузлів, тобто довгота перигею збільшується);
• періодична зміна нахилу місячної орбіти по відношенню до екліптики від 4°59′ до 5°19′;
• періодична зміна розмірів місячної орбіти: перигею від 356 410 км до 369 960 км, апогею від 404 180 км до 406 740 км;
• поступове віддалення Місяця від Землі внаслідок приливного прискорення (приблизно на 4 см за рік), при цьому неперіодична складова її орбіти являє собою спіраль, що повільно розкручується.

Хоча Місяць і обертається навколо своєї осі, він завжди повернений до Землі одним і тим же боком. Справа у тому, що Місяць робить один оберт навколо своєї осі за той же час (27,3 доби), що й один оберт навколо Землі. А оскільки напрямки обох обертань збігаються, протилежний бік Місяця із Землі побачити неможливо. Щоправда, оскільки обертання Місяця навколо Землі по еліптичній орбіті відбувається дещо нерівномірно, внаслідок лібрації з Землі можна спостерігати більше половини (близько 59%) місячної поверхні.

Між обертанням Місяця навколо власної осі і його обертанням навколо Землі існує відмінність: навколо Землі Місяць обертається зі змінною кутовою швидкістю внаслідок ексцентриситету місячної орбіти (другий закон Кеплера) — поблизу перигею рухається швидше, поблизу апогею повільніше. Однак, обертання супутника навколо власної осі рівномірне. Це дозволяє побачити із Землі західний і східний край зворотного боку Місяця. Це явище називається оптичною лібрацією за довготою.

У зв’язку із нахилом осі обертання Місяця до площини земної орбіти, із Землі можна побачити північний і південний край зворотного боку Місяця (оптична лібрація за широтою). Разом ці лібрації дозволяють спостерігати близько 59% місячної поверхні. Явище оптичної лібрації було відкрито Галілео Галілеєм у 1635 році, коли його було засуджено інквізицією.

Також існує фізична лібрація, зумовлена коливанням супутника навколо положення рівноваги в зв’язку зі зміщеним центром ваги, а також через дію припливних сил з боку Землі. Ця фізична лібрація має величину 0,02° за довготою з періодом 1 рік і 0,04° за широтою з періодом 6 років.