В современную эпоху распространенность фейковой информации о самых простых и понятных астрономических явлениях носит буквально угрожающий характер. Эта статья написана с целью повышения удельного количества правдивой информации в сети Интернет, благо, для этого есть замечательный повод.
В ночь с 27 на 28 июля 2018 года произойдут два довольно редких астрономических явления. Факт их календарного совпадения не делает эти явления более ценными для науки, но создает вокруг них дополнительный интерес. Некоторые люди рассматривают совпадение двух астрономических явлений как некоторое самостоятельное явление, что не вполне корректно, но заслуживает отдельного рассмотрения с точки зрения понимания того, насколько часто подобное происходит, и влияет ли одно на другое хоть как-то.
27 июля, примерно в 7 утра по Московскому времени произойдет великое противостояние Марса. Подобные явления происходят один раз в 15 или 17 лет. Предыдущее великое противостояние состоялось 27 августа 2003 года, и именно с того времени по интернету бродит вирусная небылица, ежегодно обостряющаяся в августе:
За 15 лет эпидемия не утихла. Как видите, Великие противостояния Марса имеют значительное влияние на неосведомленные умы.
27 июля около 8 вечера начнутся полутеневые фазы лунного затмения, в ходе которого Луна полностью погрузится в земную тень (максимальное погружение произойдет в 23:22 по Москве). Завершится затмение в 2 часа 29 минут — уже 28 июля. Явление продлится более 6 часов. Момент великого противостояния Марса, как мы видим, в продолжительность затмения не попадает. Но временная разница между моментом противостояния и центральной фазой затмения составляет менее суток. Пусть это будет критерием совпадения. Этого вполне достаточно, что оба явления произойдут (или как минимум начнутся) в одну и ту же календарную дату.
Для начала разберемся с сутью самих явлений. Что они из себя представляют, какой визуальный образ им соответствует, какой физический или астрономический смысл они имеют.
Википедия дает следующее определение понятия «Противостояние»:
Это как раз тот случай, когда определение понятия может привести к еще большему запутыванию, так как для этого используются термины, требующие дополнительных разъяснений.
Эклиптическая долгота:
Как мы видим, каждое следующее определение требует новых определений. И для человека, не имеющего всей базы основных понятий астрономии, даже простейшее астрономическое явление — противостояние Марса — может оказаться весьма туманным для понимания.
Тогда может быть мы попробуем понять суть происходящего каким-то другим — более коротким путем?
В первом приближении орбиты планет представляют собой круги разного диаметра. Эта степень приближения нас не очень устраивает, особенно когда разговор касается планеты Марс, но для его начала вполне этого хватит. Орбиты располагаются одна внутри другой концентрически. В середине этого «чертежа» находится Солнце, а дальше в порядке увеличения радиуса орбиты — планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон, если кто-то пропустил, с 2006 года большой планетой Солнечной системы уже не считается.
Две планеты из этого списка — Меркурий и Венера — являются внутренними. Они всегда ближе к Солнце чем Земля (их орбиты расположены внутри земной орбиты). Остальные пять — Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — внешние. Они всегда дальше от Солнца, чем Земля. И для этих небесных тел возможны такие ситуации, когда Земля, двигаясь по орбите, проходит между планетой и Солнцем. При наблюдении с Земли Солнце и планета оказываются практически в противоположных направлениях. Первое следствие из этого такое, что для земного наблюдателя данная планета и Солнце не видны на небе одновременно, и как только одно светило поднимается над горизонтом, другое тот час же заходит.
Такое расположение внешней планеты и называется противостоянием — направление на нее с Земли противоположно направлению на Солнце. Планета находится на небе всё темное время суток. Для её наблюдений такое положение удобно.
Вторым следствием является то, что в момент противостояния (опять-таки — в первом приближении) планета ближе всего оказывается от Земли. Из-за этого она выглядит ярче (яркость, как известно, обратно пропорциональна квадрату расстояния), имеет большие видимые размеры (в телескоп, разумеется, а глазу нашему это не заметно). И это тоже является положительным обстоятельством для астрономических наблюдений. Поэтому противостояния планет — лучшее время для их исследования с Земли. Астрономы с давних пор стараются использовать близкие к противостоянию дни и недели для исследования планет. Не имеющие же к астрономии отношения люди чаще всего просто диваятся появлению на небе звездоподобных светил необыкновенной яркости, которых раньше на небе не замечали.
Вот теперь самое время вспомнить, что на самом деле орбиты планет не являются кругами. Примерно четыре столетия назад Иоганн Кеплер определил планетные орбиты эллипсами. Орбиты некоторых орбит заметно отличаются от круговых. Марса это касается в особенности. Величина, характеризующая вытянутость (отличность от круга) эллиптической орбиты в астрономии (и математике), называется эксцентриситет. Не вдаваясь в глубинный смысл этого понятия, просто приведу для сравнения эксцентриситеты орбит видимых глазом планет Солнечной системы:
У абсолютно круговой орбиты эксцентриситет равен нулю. Таковых в таблице нет. Самый значительный эксцентриситет, среди орбит больших планет Солнечной системы, у орбиты Меркурия — 0,2. Но Меркурий — внутренняя планета, и противостояний Меркурия не бывает. Второе место по вытяннутости занимает орбита Марса ~ 0.1. Это в 6 раз превышает эксцентриситет земной орбиты, и мы с легкостью можем считать земную орбиту круговой — для упрощения понимания различия взаимных расположений Земли и Марса.
Столь заметная вытянутость марсианской орбиты приводит к тому, что за один марсианский год (период обращения Марса вокруг Солнца равен примерно двум земным годам) расстояние от Марса до Солнца меняется от 207 до 249 млн км. Как видите, разница, даже по космическим масштабам Солнечной системы заметная — более 40 миллионов километров. Примерно с такой же разницей меняются расстояния от Земли до Марса во время противостояний. И если противостояние случается вблизи перигелия марсианской орбиты (перигелием называется ближайшая к Солнцу точка планетной орбиты), то Марс и Земля оказываются разделенными расстоянием менее 60 миллионов километров. Если же Земля и Марс окажутся на одной прямой по одну сторону от Солнца вблизи афелия марсианской орбиты, то тут, не взирая на то, что это противостояние, между планетами будет около сотни миллионов километров. Согласитесь, что 60 или 100 миллионов — для астрономических наблюдений разница колоссальная.
И действительно, все наиболее значимые открытия в астрономии, связанные с планетой Марс, сделаные при помощи телескопов, произошли во время «близких» противостояний. А астрономы стали называть противостояния, во время которых Марс и Земля оказываются ближе 60 миллионов километров друг от друга, великими.
Именно во время великого противостояния 1877 года американским астрономом Асафом Холлом были открыты два спутника Марса — Фобос и Деймос, которые по сути являются небольшими астероидами неправильной формы, некогда гравитационно захваченными Марсом (по одной из гипотез); а также было положено начало так называемой «Марсианской лихорадке», когда Джованни Скиапарелли усмотрел среди прочих деталей поверхности планеты тонкие прямые линии, соединяющие темные, именуемые «морями», пространства. И хотя впоследствии существование «марсианских каналов» не подтвердилось, каждое великое противостояние Марса притягивало астрономов к окулярам телескопов, а писатели-фантасты неутомимо исписывали тысячи страниц, воплощая на них свои самые смелые предположения о возможной жизни на в чем-то похожей на Землю планете.
Давайте, рассмотрим условия, при которых наступают Великие противостояния. Для этого нам потребуется знакомство еще с одной важной астрономической величиной — гелиоцентрической долготой. Если смотреть на Солнечную систему с её северного полюса (а у неё он тоже есть, но мы не будем сейчас определять это понятие — возможно нам удастся разобраться с ним и другими астрометрическими терминами в следующей статье). Мы вновь увидим концентрическую структуру планетных орбит. Каждая планета как-то расположена на своей орбите. Сама орбита тоже каким-то образом ориентирована в пространстве. Но у нас пока нет «точки опоры» для того, чтобы за что-то уцепиться, и далее отсчитывать в каких-то единицах координаты и определять положения планет вот на таком несложном чертеже.
Исторически сложилось так, что опорным было выбрано направление на точку весеннего равноденствия. Смотрите, луч выходящий из центра Земли в направлении Солнца в тот момент, когда на Земле день равен ночи и наступает (астрономическая) весна — этот луч уходит куда-то в направлении созвездия Рыб. На самом деле — в направлении той линии, которая является пересечением плоскости эклиптики и небесного экватора, но опустим эти подробности. Нам важно, что направление это каким-то образом определено. Теперь, но уже опираясь на центр Солнца, можно откладывать углы между этим и всеми другими направлениями на плоскости нашей упрощенной схемы Солнечной системы.
Например, мы можем измерить, насколько различаются направления на точку весеннего равноденствия и точку марсианской орбиты, в которой он наиболее близок к Солнцу? — оказывается, на 336 градусов (в направлении против часовой стрелки, в котором движутся вокруг Солнца все планеты). Эта величина называется долгота перигелия. Интересно узнать, в какой день ежегодно Земля проходит эту точку (с такой же гелиоцентрической долготой) орбиты, над которой расположен перигелий Марса? Ведь если в этот день когда-либо случится противостояние, то оно будет рекордно близким.
Счастливый «марсианский день» выпадает на самый конец августа — 28 или 29 августа в зависимости от года. Вот тут самое время и вспомнить о предыдущем великом противостоянии Марса 2003 года, которое случилось именно в упомянутые дни августа (практически), и за свою исключительность нареченное «величайшим» противостоянием Марса. Да — в наше время просто великим противостоянием Марса уже никого не удивишь. Но, действительно, тогда Землю и Марс разделяли всего лишь 55,8 млн км.
А что же нынешнее великое противостояние? Оно, увы, не столь близкое и его даже можно было бы назвать «великоватым», так как расстояние между Землей и Марсом 27 июля 2018 года, и ближайшие к этой дате дни, будет составлять 58 миллионов километров, что ближе к порогу, за которым противостояния перестают считаться великими, нежели к «Величайшим» противостояниям.
Сейчас интересно вспомнить об одном интересном уточнении, которое выражается в том, что если во время величайшего противостояния Марса день противостояния и день максимального сближения Земли и Марса фактически совпадают, то для большинства остальных противостояний это не так. К примеру, в этом году противостояние Марса, когда на небесной сфере он будет противостоять Солнцу, случится утром 27 июля, но за счет эллиптичности орбиты Марс окажется ближе всего к Земле в ночь с 31 июля на 1 августа.
Второе интересное уточнение заключается в том, что положение перигелия Марсианской орбиты меняется со временем. За тысячу лет угол между направлением на точку весеннего равноденствия и на перигелий Марса возрастает на 4 с лишним градуса. И тот период на календарной сетке, в который могут случаться великие противостояния, сместится за тысячу лет на 4 дня вперед.
Сейчас великие противостояния могут происходить между 24 июля и 2 октября. В будущем эти даты немного изменятся. В прошлом они тоже были немного иными. Хотя, это не столь сейчас важно.
Поскольку критерий, по которому противостояния Марса определяются как «великие» весьма условный, говорить о каком-то однозначном рассчете этих событий на значительном удалении от настоящего момента в прошлое или будущее затруднительно. Упрощенно говоря, великие противостояния Марса случаются раз в 15 или 17 лет с довольно запутанным чередованием разделяющих их временных промежутков. Как пример можно привести противостояния с полуторавековой давности по настоящую эпоху:
Подобные таблицы нетрудно обнаружить на десятках или сотнях сайтов в Интернете. Но дальше начинается интересное. Противостояние 13 июля 2065 года формально немного недотягивает до великого, так как в сам момент противостояния Марс и Земля будут разделены расстоянием в 60,191 млн км — казалось бы — пустячек, а не проходит под критерий. Но — вечером 18 июля — уже пройдя противостояние — Марс сблизится с Землёй до 59,790 млн км. И тут ему уже трудно отказать в великости, так как все окружающие само противостояние дни считаются эпохой противостояния. А двумя годами позже случится еще одно великое противостояние — 3 октября 2067 года, когда Марс будет всего чуть-чуть ближе, но тоже совсем под планку — 59,94 млн км в момент противостояния, и — 59,34 млн.км при максимальном сближении пятью сутками ранее. И никто не знает, как отнесется астрономическая общественность к классификации этих явлений практически через полвека от дня сегодняшнего. Более того, если рассмотреть противостояния внимательно, то видно, что сумма расстояний, разделяющих Землю и Марс (60,19 + 59,94 = 120,13) превышает 120 миллионов километров на двоих, а значит теоретически возможна ситуация, когда по прошествии 15 лет не случится ни одного великого противостояния в последующие два года, если судить их строго. А далее еще 15 лет Марс будет объективно далек, чтобы исправить такое положение дел.
Быть может и возникала, но не попадала во внимание астрономов прошлых столетий, поскольку само явление — «великое противостояние Марса» — было введено лишь тогда, когда возможным стало точное определение расстояний до планет, то есть, относительно недавно.
Почему в одни противостояния Марс сияет удивительно ярким светилом, а в другие — лишь рядовой красноватой «звездой» — этого ни античные астрономы, ни современники Галилея — не знали. И даже в эпоху изобретения телескопа среди серьезных астрономов находилось немало сторонников теорий о хрустальных сферах и идеальных окружностях вместо элиптических орбит.
Прежде всего очень сильно различается яркость планеты. Между противостояниями, когда Марс теряется в вечерней или утренней заре, его блеск сравним с яркостью одной из звезд ковша Большой Медведицы и никто не обращает на него внимание. Во время далеких противостояний, когда Землю и Марс разделяет сотня миллионов километров, Марс заметно ярче, и уже успешно соперничает с ярчайшими звездами небосклона. Характерная для него звездная величина -1m. То есть, он ярче большинства звёзд, но слабее Сириуса (альфа Большого Пса — ярчайшая звезда неба). Но во время великого противостояния блеск Маса достигает -2,9m и тогда Марс становится ярчайшим светилом земного неба после Солнца, Луны и Венеры. А если учесть, что ни Солнце, ни Венера ночью не светят, то во время великого противостояния Марса лишь Луна может светить на небе ярче него. Но и при Луне Марс совершенно бескомпромиссно обращает на себя внимание своим отчетливо красным оттенком, поскольку такого насыщенного красного цвета не имеет никакая из ярких звезд… Разве что Луна в затмении…
И вот тут мы вспоминаем, что предстоящее 27 июля 2018 года великое противостояние Марса произойдет в одну дату с полным лунным затмением — не менее выдающимся, чем противостояние Марса.
Еще лет 10 назад мне казалось, что не требуется объяснять природу подобных явлений, и все более или менее ясно представляют себе, из-за чего случаются затменя — что небесные тела отбрасывают тени. И в тень от небесного тела может попадать либо наблюдатель (случай характерный для солнечного затмения), либо — другое небесное тело (это как раз уже о лунном затмении). Я понимаю, что среди читателей этой статьи такие азы наверняка известны, но обозначить их хотя бы кратко необходимо, потому, что из этих элементарных положений вытекают следствия, вопросы, интересные детали.
Нетрудно догадаться, что Лунные затмения — явления транзита Луны сквозь земную тень — случаются только тогда, когда Луна на небе противоположна Солнцу, то есть — в полнолуние. При этом, не каждое полнолуние сопровождается лунным затмением. Лунная орбита лежит в плоскости отличной от плоскости земной орбиты, и чаще всего Луна проходит под тенью или над тенью. А в тень попадает в среднем пару раз в год. И это не обязательно именно тогда, когда она находится над горизонтом. Довольно часто бывает, что луное затмения случается, когда у нас день деньской. Либо — в плохую погоду. Так, что попасть на это небесное шоу — редкое везение и большая честь для всякого интересующегося астрономией человека — увидеть, как медленно Луна скрывается в темной округлой пелене, как обагряется она, обретая совершенно несвойственный для нее глубокий красный оттенок, как меркнет её ночное сияние, уступая сиянию звезд и Млечного Пути… как все возращается обратно, оставляя лишь удивительные ощущения причастности к чему-то редкому и особенному. Не удивительно, что наши древние предки придавали затмениям столь значительный смысл, не всегда соответствующий их истиной природе, но всегда подчеркивающий неординарность события.
Как нетрудно догадаться, существуют лишь две точки на лунной орбите, рядом с которыми Луна может «встретиться» с тенью Земли — это так называемые лунные узлы. И может показаться так, что в году существует две календарные даты, вблизи которых могут происходить затмения. Но на самом деле лунные узлы не стоят на месте и медленно поворачиваются, «пробегая» всю эклиптику за 19 лет. К этому добавляются легкие покачивания — изменение угла наклона лунной орбиты по отношению к земной. В сочетании описанных и многих других факторов кроется нетривиальность предвычисления моментов и обстоятельств лунных затмений, которые хотя бы по визуальным характеристикам бывают весьма различны.
Луна вчетверо меньше Земли, поэтому, в земную тень поместиться должна бы. Но ведь и Земля меньше Солнца, а потому — отбрасывает в пространство сходящийся конус тени. На расстоянии несколько более миллиона километров от Земли земная тень окончательно сходит на нет. Но поскольку, Луна находится от Земли на среднем расстоянии 384 тыс.км, то ей вполне удается погрузится в тень, и на таком расстоянии сечение тени более чем вдвое превышает поперечник Луны.
Земля отбрасывает в противоположную от Солнца сторону не только конически убывающую тень, но и конически расширяющуюся полутень. Если наблюдатель находится в полутени, то он видит солнечный диск, немного заслоненный телом Земли — аналог частного солнечного затмения, которые случаются на Земле по аналогичной «вине» Луны.
И любому теневому лунному затмению предшествуют фазы полутеневого — чтобы добраться до земной тени, Луне предстоит преодолет полутень и немного померкнуть в ней. Но падение яркости лунного диска, пересекающего полутень Земли, практически незаметно для глаза.
Если полнолуние наступает на некотором отдалении от узла лунной орбиты, то Луна может пройти мимо тени, но попасть в полутень. Такие затмения называются полутеневыми. Как правило, они не удостаиваются внимания далекой от науки публики. Даже любители астрономии не придают им особого значения. Но если уж Луна хоть немного оказывается в тени, то это уже — теневое затмение, и его наблюдают все, кто имеет такую возможность. И опять-таки, Луна может погрузиться в тень не полностью, и вскоре покинуть её. Тогда это — частное теневое лунное затмение.
Предстоящее затмение — полное. Мало того, оно практически центральное. Центр Луны пройдет менее чем на четверть градуса севернее (выше) центра земной тени, но при этом в центр тени попадет южная материковая часть лунного диска, имеющая вне затмения максимальную яркость. Из-за этого общее падение яркости Луны будет максимально возможным (при прочих равных условиях). Предстоящее лунное затмение окажется одним из самых темных затмений, что безусловно придает ему уникальности, а для науки его наблюдение может принести много полезных данных о земной атмосфере.
Во время полных лунных затмений — даже самых тёмных — Луна не пропадает на небе совсем. Но вид ее меняется. Вместо яркого сияющего в ночи бело-желтого диска на небе остается лишь темно-красный — порой, едва заметный — неясный призрак Луны. Как солнечный свет достигает Луны, если она полностью погрузилась в земную тень?
Во время затмения Луна экранирована телом Земли лишь от прямых солнечных лучей, но не от преломленных и рассеянных земной атмосферой. Из всего спектра видимых лучей Луны достигают лишь самые длинноволновые оттенки — красные и оранжевые лучи. Остальные поглощаются земной атмосферой. Проводя фотометрические и спектральные наблюдения затмившейся Луны астрономы могут получить довольно много сведений о процессах, происходящих в атмосфере Земли. Любителям же астрономии открывается уникальная возможность сфотографировать одновременно и Луну, и Млечный путь, поскольку то и другое в обычной ситуации запечатлеть на фото, или даже просто увидеть, не удается — яркая полная Луна засвечивает небо настолько, что на нем уже не разглядеть ни Млечного Пути, ни слабых звезд.
В нашем случае, во время затмения можно будет увидеть одновременно (а при желании и — сфотографировать на память) сразу два красных светила: сияющий ярче всех звёзд и планет Марс, и всего в шести градусах к северу (выше) тусклую затмившуюся Луну. Надо добавить, что одновременно с великим противостоянием Марса и полным лунным затмением 27 июля произойдет еще одно астрономическое явление — соединение Луны и Марса — так астрономы именуют взаимное расположение светил, когда одно из них проходит мимо другого на минимальном расстоянии друг от друга. (Строго говоря, при соединении планет их эклиптические долготы — аналог географических долгот, только на небесной сфере — оказываются равными.) В ночь затмения Луну и Марс будут разделять на небесной сфере лишь 6 градусов дуги. Это иллюзорное сближение, так как в трехмерном космическом пространстве между этими небесными телами будут уже знакомые нам 58 миллионов километров, и никакого физического соединения или столкновения им не грозит.
Как мы уже выяснили, затмения Луны случаются в среднем пару раз в год, но не всегда они видны в конкретном месте земного шара. Противостояния Марса случаются приблизительно раз в два года, а великие — раз в 15 — 17 лет. А вот так, чтобы сразу и то и другое?
Боюсь, что в астрономии нет специальной формулы для вычисления дат подобных совпадений. И следующее подобное стечение обстоятельств можно предвычислить лишь методом последовательно перебора — придется проверять противостояние за противостоянием — не ожидается ли в дополнение к нему еще и затмения? Можно вспомнить табличку ближайших великий противостояний и проверить их все. Но — нет — ни в одну из этих дат подобного не произойдет.
Можно грубо оценить, как часто могут складываться более или менее благоприятные обстоятельства для наступления великого противостояния и лунного затмения просто перемножив периоды их цикличности, предполагая, что они не кратны. Правда, в отношении великих противостояний Марса непонятно, какой период использовать — 15 или 17 лет. Можно использовать их сумму — 32 года. А в отношении затмений актуален период полного оборота линии лунных узлов — так называемый “драконический период” ~ 19 лет. И мы получим 608 лет. Эта цифра никак не гарантирует обязательного повторения такого совпадения, а лишь иллюстрирует порядок временного отрезка, через который подобные совпадения могли бы повторяться. Конечно, более глубокий анализ выявил бы еще дополнительные закономерности, которые наверняка отодвинули срок возможного следующего совпадения великого противостояния Марса и полного лунного затмения. Но мы этого делать в этой статье не будем, а просто сделаем вывод, что на нашу долю выпало нечто интересное. И этим наверное стоит по возможности воспользоваться — хотя бы в окошко выглянуть, или на улицу выйти — в случае хорошей погоды — до полуночи по московскому времени 27 июля 2018 года.
В заключение хочу привести некоторые полезные советы по наблюдению и фотографированию Луны и Марса используя любительские средства, которые не столь дороги и частью наверняка имеются в распоряжении большинства читателей.
Имея недорогой любительский фотоаппарат класса «ультразум» и фотоштатив, можно сделать неплохие фотографии Луны в различных фазах затмения. Особый интерес вызовут именно фотоснимки полной фазы. Надо знать, какие параметры фотосъемки лучше всего использовать.
Несмотря на то, что съемки в ночное время требуют более длительных экспозиций, лучше с самого начала ограничиться невысоким значением ISO. особенно, если используется недорогая камера. На больших значениях ISO вы сократите выдержку и избежите возможного смазывания объекта съемки, но изображение получится шумное, зернистое, с блеклыми цветами. Оптимальное значение ISO 100. В зависимости от качества матрицы, используемой в конкретной камере, можно поднять ISO до 200, 400, но 800 уже точно будет завышенным и сомнительным значением. Впрочем, можете поэкспериментировать, имея в виду данное предостережение.
Используя зум от 10х и выше вы уже сможете снять многие детали лунного рельефа — горные цепи, лунные моря, наиболее крупные кратеры и тянущиеся на тысячи километров от них светлые лучи, порожденные выброшенным веществом в результате соударения и взрыва метеороида, образовавшего кратер. Но, если говорить об эпохе полнолуния и конкретно о ночи затмения, то в это время на Луне с Земли не видны тени, подчеркивающие рельеф. Потому многие его детали видны не будут — не для фотоаппарата, ни для вооруженного телескопом наблюдателя. Надо сказать, что полнолуние — не самая удачная для наблюдения Луны и её фотографирования фаза. Тем не менее, это не повод отказываться от съемки совсем. Просто надо быть готовым к тому, что большинство кратеров на фотоснимке не получатся. Но зато будет отлично просматриваться вся «лунная карта морей и заливов».
Практика показывает, что на ISO 100 и зуме от 10х и выше актуальны экспозиции порядка 1/100 секунды. Если Луна высоко в небе, то она ярче, ведь поглощение ее света в атмосфере тогда минимальны, и подойдут экспозиции 1/160 — 1/200 секунды. Но ночью с 27 на 28 июля Луна будет довольно низко над горизонтом. На широте Москвы ее высота составит не более 15 градусов. Это довольно низко, и потребуются экспозиции возможно даже более продолжительные чем 1/100 секунды — например 1/60. При этом фотографирование с рук приведет к смазыванию изображения. Для получения четкого, несмазанного снимка потребуется штатив. Но, даже используя штатив, надо делать снимок с 2-секундной задержкой автоспуска, чтобы избежать вибрации от нажатия на кнопку спуска затвора.
Лучше всего использовать ручной фокус, если в камере есть такая функциональность. Если фокус только автоматический, то либо камера сама сфокусируется по Луне (что для большинства камер — обычное дело), либо придется использовать вспомогательный объект, находящийся на значительном отдалении — придавив кнопку спуска наполовину и сфокусироваться по далекому фонарю или окну, а потому перевести камеру на Луну, и уже тогда додавить кнопку до конца и сделать снимок.
Для затмившейся Луны потребуются совсем другие величины экспозиции. Дать точную рекомендацию заранее трудно, так как яркость затмившейся Луны от затмения к затмению сильно разнится. Но это однозначно не сотые и не десятые доли секунды, а ближе к одной или нескольким секундам. А если вы захотите снять одновременно и Луну в затмении, и Марс, и простирающийся из созвездия Стрельца через все летнее небо Млечный Путь, то Вам однозначно потребуются выдержки в 15 секунд и более.
При этом, что бы вы не снимали, диафрагму надо открыть максимально, насколько это позволяет оптическая схема фотоаппарата.
Для наблюдения Луны во время затмения (и вне затмения — тоже) будут очень полезны бинокль или подзорная труба. А вот для Марса, даже в ночь великого противостояния, трубы будет мало. Надо сказать, что Марс — маленькая планетка и даже в телескоп порой выглядит крошечниым диском. Чтобы понять, с чем мы имеем дело, я приведу такую аналогию. 10-копеечная монета, имеющая поперечник порядка 1 см, выглядит как Марс, с расстояния 100 метров. Можете ли вы увидеть саму эту монетку на противоположной от Вас стороне футбольного поля? А рассмотреть на ней какие-либо подробности? А сфотографировать? А если представить, что вы смотрите на нее еще и сквозь аквариум, вода в котором постоянно колышется?
Задумавшись над приведенной аллегорией, возможно, вы поймете, с чем имеют дело астрономы. И даже используя телескоп с увеличением в 100 крат, который создает иллюзию сокращения расстояния до монетки до 1 метра, вы не в состоянии исключить из схемы «бурлящий аквариум» земной атмосферы, который не позволит рассмотреть новых подробностей и при больших увеличениях. Именно из-за пагубного влияния атмосферы на качество изображения небесных объектов, астрономы уже несколько столетий назад начали подыскивать места для своих обсерваторий в горах, забираясь все выше и выше. А теперь наиболее прорывные исследования и открытия совершаются, как правило, либо с помощью орбитальных телескопов, либо — автоматических станций-роботов, высаживающихся на поверхность исследуемой планеты. С Земли, конечно, не увидеть того, что видит своими камерами марсоход Кьюриосити.
В любительский телескоп во время великого противостояния Марса можно рассмотреть лишь полярную шапку, обращенную к Земле, пару темных пятен марсианских морей и, возможно, Большой Каньон — гиганский разлом на поверхности и самый заметный из марсианских каналов — единственный, существование которого было объективно подтверждено (остальные оказались иллюзией).
Заканчивая эту протяженную статью, я хочу пожелать всем её читателям хорошей погоды, благоприятных условий для наблюдений — комфортной температуры, спокойной атмосферы и открытого горизонта в направлениях юго-восток — юг — юго-запад. Ведь именно в этой части небосвода на небольшой высоте в ночь с 27 на 28 июля 2018 года будут видны Марс в великом противостоянии и Луна в затмении.
Для получения более подробных сведений о том и другом небесном теле, для выяснения условий видимости их в вашем населенном пункте Вам очень поможет астрономическая программа Stellaruim — свободно-распространяемая и работающая на большинстве компьютеров.
Основные моменты предстоящего затмения я привожу в виде приложения к статье, чтобы они не затерялись в необъятном тексте.
UT — момент по Всемирному времени
MT — момент по Московскому времени
Карта видимости затмения от NASA (затмение видно полностью в белой зоне):
В ночь с 27 на 28 июля 2018 года произойдут два довольно редких астрономических явления. Факт их календарного совпадения не делает эти явления более ценными для науки, но создает вокруг них дополнительный интерес. Некоторые люди рассматривают совпадение двух астрономических явлений как некоторое самостоятельное явление, что не вполне корректно, но заслуживает отдельного рассмотрения с точки зрения понимания того, насколько часто подобное происходит, и влияет ли одно на другое хоть как-то.
Что же произойдет?
Явление первое
27 июля, примерно в 7 утра по Московскому времени произойдет великое противостояние Марса. Подобные явления происходят один раз в 15 или 17 лет. Предыдущее великое противостояние состоялось 27 августа 2003 года, и именно с того времени по интернету бродит вирусная небылица, ежегодно обостряющаяся в августе:
«27 августа подними глаза в ночное небо. В эту ночь планета Марс пройдет всего лишь в 34 тысячах миль от Земли. Это будет выглядеть, как две луны ...»
За 15 лет эпидемия не утихла. Как видите, Великие противостояния Марса имеют значительное влияние на неосведомленные умы.
Явление второе
27 июля около 8 вечера начнутся полутеневые фазы лунного затмения, в ходе которого Луна полностью погрузится в земную тень (максимальное погружение произойдет в 23:22 по Москве). Завершится затмение в 2 часа 29 минут — уже 28 июля. Явление продлится более 6 часов. Момент великого противостояния Марса, как мы видим, в продолжительность затмения не попадает. Но временная разница между моментом противостояния и центральной фазой затмения составляет менее суток. Пусть это будет критерием совпадения. Этого вполне достаточно, что оба явления произойдут (или как минимум начнутся) в одну и ту же календарную дату.
Для начала разберемся с сутью самих явлений. Что они из себя представляют, какой визуальный образ им соответствует, какой физический или астрономический смысл они имеют.
Великое противостояние Марса
Википедия дает следующее определение понятия «Противостояние»:
«Противостояние (оппозиция) — такое положение небесного тела Солнечной системы, в котором разница эклиптических долгот его и Солнца равна 180°. Таким образом, это тело находится примерно на продолжении линии «Солнце — Земля» и видно с Земли примерно в противоположном Солнцу направлении. Противостояние возможно только для верхних планет и других тел, находящихся дальше от Солнца, чем Земля.»
Это как раз тот случай, когда определение понятия может привести к еще большему запутыванию, так как для этого используются термины, требующие дополнительных разъяснений.
Эклиптическая долгота:
«Одна из координат в эклиптической системе координат; угол, измеряемый вдоль эклиптики к востоку, между точкой весеннего равноденствия и меридианом, проходящим через небесное светило и полюса эклиптики.»
Сурдин В.Г., ГАИШ http://www.astronet.ru/db/msg/1162196
Как мы видим, каждое следующее определение требует новых определений. И для человека, не имеющего всей базы основных понятий астрономии, даже простейшее астрономическое явление — противостояние Марса — может оказаться весьма туманным для понимания.
Тогда может быть мы попробуем понять суть происходящего каким-то другим — более коротким путем?
В первом приближении орбиты планет представляют собой круги разного диаметра. Эта степень приближения нас не очень устраивает, особенно когда разговор касается планеты Марс, но для его начала вполне этого хватит. Орбиты располагаются одна внутри другой концентрически. В середине этого «чертежа» находится Солнце, а дальше в порядке увеличения радиуса орбиты — планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон, если кто-то пропустил, с 2006 года большой планетой Солнечной системы уже не считается.
Две планеты из этого списка — Меркурий и Венера — являются внутренними. Они всегда ближе к Солнце чем Земля (их орбиты расположены внутри земной орбиты). Остальные пять — Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — внешние. Они всегда дальше от Солнца, чем Земля. И для этих небесных тел возможны такие ситуации, когда Земля, двигаясь по орбите, проходит между планетой и Солнцем. При наблюдении с Земли Солнце и планета оказываются практически в противоположных направлениях. Первое следствие из этого такое, что для земного наблюдателя данная планета и Солнце не видны на небе одновременно, и как только одно светило поднимается над горизонтом, другое тот час же заходит.
Такое расположение внешней планеты и называется противостоянием — направление на нее с Земли противоположно направлению на Солнце. Планета находится на небе всё темное время суток. Для её наблюдений такое положение удобно.
Вторым следствием является то, что в момент противостояния (опять-таки — в первом приближении) планета ближе всего оказывается от Земли. Из-за этого она выглядит ярче (яркость, как известно, обратно пропорциональна квадрату расстояния), имеет большие видимые размеры (в телескоп, разумеется, а глазу нашему это не заметно). И это тоже является положительным обстоятельством для астрономических наблюдений. Поэтому противостояния планет — лучшее время для их исследования с Земли. Астрономы с давних пор стараются использовать близкие к противостоянию дни и недели для исследования планет. Не имеющие же к астрономии отношения люди чаще всего просто диваятся появлению на небе звездоподобных светил необыкновенной яркости, которых раньше на небе не замечали.
Примечание
Строгости ради надо сказать, что появление на небе непривычно-ярких объектов не всегда связанно с планетами вступающими в противостояние с Солнцем. Например планета Венера достигает наибольшей яркости между наибольшей элонгаций и нижним соединением, и становится причиной частых сообщений об НЛО. Но наша статья все-таки о другом.
Вот теперь самое время вспомнить, что на самом деле орбиты планет не являются кругами. Примерно четыре столетия назад Иоганн Кеплер определил планетные орбиты эллипсами. Орбиты некоторых орбит заметно отличаются от круговых. Марса это касается в особенности. Величина, характеризующая вытянутость (отличность от круга) эллиптической орбиты в астрономии (и математике), называется эксцентриситет. Не вдаваясь в глубинный смысл этого понятия, просто приведу для сравнения эксцентриситеты орбит видимых глазом планет Солнечной системы:
| Меркурий | 0,20563593 |
| Венера | 0,0068 |
| Земля | 0,01671123 |
| Марс | 0,0933941 |
| Юпитер | 0,048775 |
| Сатурн | 0,055723219 |
У абсолютно круговой орбиты эксцентриситет равен нулю. Таковых в таблице нет. Самый значительный эксцентриситет, среди орбит больших планет Солнечной системы, у орбиты Меркурия — 0,2. Но Меркурий — внутренняя планета, и противостояний Меркурия не бывает. Второе место по вытяннутости занимает орбита Марса ~ 0.1. Это в 6 раз превышает эксцентриситет земной орбиты, и мы с легкостью можем считать земную орбиту круговой — для упрощения понимания различия взаимных расположений Земли и Марса.
Столь заметная вытянутость марсианской орбиты приводит к тому, что за один марсианский год (период обращения Марса вокруг Солнца равен примерно двум земным годам) расстояние от Марса до Солнца меняется от 207 до 249 млн км. Как видите, разница, даже по космическим масштабам Солнечной системы заметная — более 40 миллионов километров. Примерно с такой же разницей меняются расстояния от Земли до Марса во время противостояний. И если противостояние случается вблизи перигелия марсианской орбиты (перигелием называется ближайшая к Солнцу точка планетной орбиты), то Марс и Земля оказываются разделенными расстоянием менее 60 миллионов километров. Если же Земля и Марс окажутся на одной прямой по одну сторону от Солнца вблизи афелия марсианской орбиты, то тут, не взирая на то, что это противостояние, между планетами будет около сотни миллионов километров. Согласитесь, что 60 или 100 миллионов — для астрономических наблюдений разница колоссальная.
И действительно, все наиболее значимые открытия в астрономии, связанные с планетой Марс, сделаные при помощи телескопов, произошли во время «близких» противостояний. А астрономы стали называть противостояния, во время которых Марс и Земля оказываются ближе 60 миллионов километров друг от друга, великими.
Именно во время великого противостояния 1877 года американским астрономом Асафом Холлом были открыты два спутника Марса — Фобос и Деймос, которые по сути являются небольшими астероидами неправильной формы, некогда гравитационно захваченными Марсом (по одной из гипотез); а также было положено начало так называемой «Марсианской лихорадке», когда Джованни Скиапарелли усмотрел среди прочих деталей поверхности планеты тонкие прямые линии, соединяющие темные, именуемые «морями», пространства. И хотя впоследствии существование «марсианских каналов» не подтвердилось, каждое великое противостояние Марса притягивало астрономов к окулярам телескопов, а писатели-фантасты неутомимо исписывали тысячи страниц, воплощая на них свои самые смелые предположения о возможной жизни на в чем-то похожей на Землю планете.
Давайте, рассмотрим условия, при которых наступают Великие противостояния. Для этого нам потребуется знакомство еще с одной важной астрономической величиной — гелиоцентрической долготой. Если смотреть на Солнечную систему с её северного полюса (а у неё он тоже есть, но мы не будем сейчас определять это понятие — возможно нам удастся разобраться с ним и другими астрометрическими терминами в следующей статье). Мы вновь увидим концентрическую структуру планетных орбит. Каждая планета как-то расположена на своей орбите. Сама орбита тоже каким-то образом ориентирована в пространстве. Но у нас пока нет «точки опоры» для того, чтобы за что-то уцепиться, и далее отсчитывать в каких-то единицах координаты и определять положения планет вот на таком несложном чертеже.
Исторически сложилось так, что опорным было выбрано направление на точку весеннего равноденствия. Смотрите, луч выходящий из центра Земли в направлении Солнца в тот момент, когда на Земле день равен ночи и наступает (астрономическая) весна — этот луч уходит куда-то в направлении созвездия Рыб. На самом деле — в направлении той линии, которая является пересечением плоскости эклиптики и небесного экватора, но опустим эти подробности. Нам важно, что направление это каким-то образом определено. Теперь, но уже опираясь на центр Солнца, можно откладывать углы между этим и всеми другими направлениями на плоскости нашей упрощенной схемы Солнечной системы.
Например, мы можем измерить, насколько различаются направления на точку весеннего равноденствия и точку марсианской орбиты, в которой он наиболее близок к Солнцу? — оказывается, на 336 градусов (в направлении против часовой стрелки, в котором движутся вокруг Солнца все планеты). Эта величина называется долгота перигелия. Интересно узнать, в какой день ежегодно Земля проходит эту точку (с такой же гелиоцентрической долготой) орбиты, над которой расположен перигелий Марса? Ведь если в этот день когда-либо случится противостояние, то оно будет рекордно близким.
Счастливый «марсианский день» выпадает на самый конец августа — 28 или 29 августа в зависимости от года. Вот тут самое время и вспомнить о предыдущем великом противостоянии Марса 2003 года, которое случилось именно в упомянутые дни августа (практически), и за свою исключительность нареченное «величайшим» противостоянием Марса. Да — в наше время просто великим противостоянием Марса уже никого не удивишь. Но, действительно, тогда Землю и Марс разделяли всего лишь 55,8 млн км.
А что же нынешнее великое противостояние? Оно, увы, не столь близкое и его даже можно было бы назвать «великоватым», так как расстояние между Землей и Марсом 27 июля 2018 года, и ближайшие к этой дате дни, будет составлять 58 миллионов километров, что ближе к порогу, за которым противостояния перестают считаться великими, нежели к «Величайшим» противостояниям.
Сейчас интересно вспомнить об одном интересном уточнении, которое выражается в том, что если во время величайшего противостояния Марса день противостояния и день максимального сближения Земли и Марса фактически совпадают, то для большинства остальных противостояний это не так. К примеру, в этом году противостояние Марса, когда на небесной сфере он будет противостоять Солнцу, случится утром 27 июля, но за счет эллиптичности орбиты Марс окажется ближе всего к Земле в ночь с 31 июля на 1 августа.
Второе интересное уточнение заключается в том, что положение перигелия Марсианской орбиты меняется со временем. За тысячу лет угол между направлением на точку весеннего равноденствия и на перигелий Марса возрастает на 4 с лишним градуса. И тот период на календарной сетке, в который могут случаться великие противостояния, сместится за тысячу лет на 4 дня вперед.
Сейчас великие противостояния могут происходить между 24 июля и 2 октября. В будущем эти даты немного изменятся. В прошлом они тоже были немного иными. Хотя, это не столь сейчас важно.
Как часто случаются великие противостояния Марса?
Поскольку критерий, по которому противостояния Марса определяются как «великие» весьма условный, говорить о каком-то однозначном рассчете этих событий на значительном удалении от настоящего момента в прошлое или будущее затруднительно. Упрощенно говоря, великие противостояния Марса случаются раз в 15 или 17 лет с довольно запутанным чередованием разделяющих их временных промежутков. Как пример можно привести противостояния с полуторавековой давности по настоящую эпоху:
| 19 сентября 1830 | 15 лет |
| 18 августа 1845 | 15 лет |
| 17 июля 1860 | 17 лет |
| 5 сентября 1877 | 15 лет |
| 4 августа 1892 | 17 лет |
| 24 сентября 1909 | 15 лет |
| 23 августа 1924 | 17 лет |
| 23 июля 1939 | 17 лет |
| 10 сентября 1956 | 15 лет |
| 10 августа 1971 | 17 лет |
| 22 сентября 1988 | 15 лет |
| 28 августа 2003 | 15 лет |
| 27 июля 2018 | 17 лет |
| 15 сентября 2035 | 15 лет |
| 13 августа 2050 | ? |
Подобные таблицы нетрудно обнаружить на десятках или сотнях сайтов в Интернете. Но дальше начинается интересное. Противостояние 13 июля 2065 года формально немного недотягивает до великого, так как в сам момент противостояния Марс и Земля будут разделены расстоянием в 60,191 млн км — казалось бы — пустячек, а не проходит под критерий. Но — вечером 18 июля — уже пройдя противостояние — Марс сблизится с Землёй до 59,790 млн км. И тут ему уже трудно отказать в великости, так как все окружающие само противостояние дни считаются эпохой противостояния. А двумя годами позже случится еще одно великое противостояние — 3 октября 2067 года, когда Марс будет всего чуть-чуть ближе, но тоже совсем под планку — 59,94 млн км в момент противостояния, и — 59,34 млн.км при максимальном сближении пятью сутками ранее. И никто не знает, как отнесется астрономическая общественность к классификации этих явлений практически через полвека от дня сегодняшнего. Более того, если рассмотреть противостояния внимательно, то видно, что сумма расстояний, разделяющих Землю и Марс (60,19 + 59,94 = 120,13) превышает 120 миллионов километров на двоих, а значит теоретически возможна ситуация, когда по прошествии 15 лет не случится ни одного великого противостояния в последующие два года, если судить их строго. А далее еще 15 лет Марс будет объективно далек, чтобы исправить такое положение дел.
Почему подобная ситуация не разу не возникала в прошлом?
Быть может и возникала, но не попадала во внимание астрономов прошлых столетий, поскольку само явление — «великое противостояние Марса» — было введено лишь тогда, когда возможным стало точное определение расстояний до планет, то есть, относительно недавно.
Почему в одни противостояния Марс сияет удивительно ярким светилом, а в другие — лишь рядовой красноватой «звездой» — этого ни античные астрономы, ни современники Галилея — не знали. И даже в эпоху изобретения телескопа среди серьезных астрономов находилось немало сторонников теорий о хрустальных сферах и идеальных окружностях вместо элиптических орбит.
А насколько же различаются визуальные характеристики Марса от противостояния к противостоянию?
Прежде всего очень сильно различается яркость планеты. Между противостояниями, когда Марс теряется в вечерней или утренней заре, его блеск сравним с яркостью одной из звезд ковша Большой Медведицы и никто не обращает на него внимание. Во время далеких противостояний, когда Землю и Марс разделяет сотня миллионов километров, Марс заметно ярче, и уже успешно соперничает с ярчайшими звездами небосклона. Характерная для него звездная величина -1m. То есть, он ярче большинства звёзд, но слабее Сириуса (альфа Большого Пса — ярчайшая звезда неба). Но во время великого противостояния блеск Маса достигает -2,9m и тогда Марс становится ярчайшим светилом земного неба после Солнца, Луны и Венеры. А если учесть, что ни Солнце, ни Венера ночью не светят, то во время великого противостояния Марса лишь Луна может светить на небе ярче него. Но и при Луне Марс совершенно бескомпромиссно обращает на себя внимание своим отчетливо красным оттенком, поскольку такого насыщенного красного цвета не имеет никакая из ярких звезд… Разве что Луна в затмении…
Сравнение видимых размеров Марса на различных расстояниях от Земли
Сравнение видимых размеров Марса на различных расстояниях от Земли (при наблюдении в телескоп):
- левое изображение — во время великого противостояния
- среднее — во время обычного противостояния
- правое — вблизи верхнего соединения с Солнцем, в наибольшем удалении от Земли.
И вот тут мы вспоминаем, что предстоящее 27 июля 2018 года великое противостояние Марса произойдет в одну дату с полным лунным затмением — не менее выдающимся, чем противостояние Марса.
Давайте, теперь немного поговорим о затмении.
Еще лет 10 назад мне казалось, что не требуется объяснять природу подобных явлений, и все более или менее ясно представляют себе, из-за чего случаются затменя — что небесные тела отбрасывают тени. И в тень от небесного тела может попадать либо наблюдатель (случай характерный для солнечного затмения), либо — другое небесное тело (это как раз уже о лунном затмении). Я понимаю, что среди читателей этой статьи такие азы наверняка известны, но обозначить их хотя бы кратко необходимо, потому, что из этих элементарных положений вытекают следствия, вопросы, интересные детали.
Нетрудно догадаться, что Лунные затмения — явления транзита Луны сквозь земную тень — случаются только тогда, когда Луна на небе противоположна Солнцу, то есть — в полнолуние. При этом, не каждое полнолуние сопровождается лунным затмением. Лунная орбита лежит в плоскости отличной от плоскости земной орбиты, и чаще всего Луна проходит под тенью или над тенью. А в тень попадает в среднем пару раз в год. И это не обязательно именно тогда, когда она находится над горизонтом. Довольно часто бывает, что луное затмения случается, когда у нас день деньской. Либо — в плохую погоду. Так, что попасть на это небесное шоу — редкое везение и большая честь для всякого интересующегося астрономией человека — увидеть, как медленно Луна скрывается в темной округлой пелене, как обагряется она, обретая совершенно несвойственный для нее глубокий красный оттенок, как меркнет её ночное сияние, уступая сиянию звезд и Млечного Пути… как все возращается обратно, оставляя лишь удивительные ощущения причастности к чему-то редкому и особенному. Не удивительно, что наши древние предки придавали затмениям столь значительный смысл, не всегда соответствующий их истиной природе, но всегда подчеркивающий неординарность события.
Как нетрудно догадаться, существуют лишь две точки на лунной орбите, рядом с которыми Луна может «встретиться» с тенью Земли — это так называемые лунные узлы. И может показаться так, что в году существует две календарные даты, вблизи которых могут происходить затмения. Но на самом деле лунные узлы не стоят на месте и медленно поворачиваются, «пробегая» всю эклиптику за 19 лет. К этому добавляются легкие покачивания — изменение угла наклона лунной орбиты по отношению к земной. В сочетании описанных и многих других факторов кроется нетривиальность предвычисления моментов и обстоятельств лунных затмений, которые хотя бы по визуальным характеристикам бывают весьма различны.
Перечислим основные различия между явлениями, попадающими под классификацию «лунное затмение»
Луна вчетверо меньше Земли, поэтому, в земную тень поместиться должна бы. Но ведь и Земля меньше Солнца, а потому — отбрасывает в пространство сходящийся конус тени. На расстоянии несколько более миллиона километров от Земли земная тень окончательно сходит на нет. Но поскольку, Луна находится от Земли на среднем расстоянии 384 тыс.км, то ей вполне удается погрузится в тень, и на таком расстоянии сечение тени более чем вдвое превышает поперечник Луны.
Земля отбрасывает в противоположную от Солнца сторону не только конически убывающую тень, но и конически расширяющуюся полутень. Если наблюдатель находится в полутени, то он видит солнечный диск, немного заслоненный телом Земли — аналог частного солнечного затмения, которые случаются на Земле по аналогичной «вине» Луны.
И любому теневому лунному затмению предшествуют фазы полутеневого — чтобы добраться до земной тени, Луне предстоит преодолет полутень и немного померкнуть в ней. Но падение яркости лунного диска, пересекающего полутень Земли, практически незаметно для глаза.
Если полнолуние наступает на некотором отдалении от узла лунной орбиты, то Луна может пройти мимо тени, но попасть в полутень. Такие затмения называются полутеневыми. Как правило, они не удостаиваются внимания далекой от науки публики. Даже любители астрономии не придают им особого значения. Но если уж Луна хоть немного оказывается в тени, то это уже — теневое затмение, и его наблюдают все, кто имеет такую возможность. И опять-таки, Луна может погрузиться в тень не полностью, и вскоре покинуть её. Тогда это — частное теневое лунное затмение.
Предстоящее затмение — полное. Мало того, оно практически центральное. Центр Луны пройдет менее чем на четверть градуса севернее (выше) центра земной тени, но при этом в центр тени попадет южная материковая часть лунного диска, имеющая вне затмения максимальную яркость. Из-за этого общее падение яркости Луны будет максимально возможным (при прочих равных условиях). Предстоящее лунное затмение окажется одним из самых темных затмений, что безусловно придает ему уникальности, а для науки его наблюдение может принести много полезных данных о земной атмосфере.
Во время полных лунных затмений — даже самых тёмных — Луна не пропадает на небе совсем. Но вид ее меняется. Вместо яркого сияющего в ночи бело-желтого диска на небе остается лишь темно-красный — порой, едва заметный — неясный призрак Луны. Как солнечный свет достигает Луны, если она полностью погрузилась в земную тень?
Во время затмения Луна экранирована телом Земли лишь от прямых солнечных лучей, но не от преломленных и рассеянных земной атмосферой. Из всего спектра видимых лучей Луны достигают лишь самые длинноволновые оттенки — красные и оранжевые лучи. Остальные поглощаются земной атмосферой. Проводя фотометрические и спектральные наблюдения затмившейся Луны астрономы могут получить довольно много сведений о процессах, происходящих в атмосфере Земли. Любителям же астрономии открывается уникальная возможность сфотографировать одновременно и Луну, и Млечный путь, поскольку то и другое в обычной ситуации запечатлеть на фото, или даже просто увидеть, не удается — яркая полная Луна засвечивает небо настолько, что на нем уже не разглядеть ни Млечного Пути, ни слабых звезд.
В нашем случае, во время затмения можно будет увидеть одновременно (а при желании и — сфотографировать на память) сразу два красных светила: сияющий ярче всех звёзд и планет Марс, и всего в шести градусах к северу (выше) тусклую затмившуюся Луну. Надо добавить, что одновременно с великим противостоянием Марса и полным лунным затмением 27 июля произойдет еще одно астрономическое явление — соединение Луны и Марса — так астрономы именуют взаимное расположение светил, когда одно из них проходит мимо другого на минимальном расстоянии друг от друга. (Строго говоря, при соединении планет их эклиптические долготы — аналог географических долгот, только на небесной сфере — оказываются равными.) В ночь затмения Луну и Марс будут разделять на небесной сфере лишь 6 градусов дуги. Это иллюзорное сближение, так как в трехмерном космическом пространстве между этими небесными телами будут уже знакомые нам 58 миллионов километров, и никакого физического соединения или столкновения им не грозит.
Насколько редки подобные события?
Как мы уже выяснили, затмения Луны случаются в среднем пару раз в год, но не всегда они видны в конкретном месте земного шара. Противостояния Марса случаются приблизительно раз в два года, а великие — раз в 15 — 17 лет. А вот так, чтобы сразу и то и другое?
Боюсь, что в астрономии нет специальной формулы для вычисления дат подобных совпадений. И следующее подобное стечение обстоятельств можно предвычислить лишь методом последовательно перебора — придется проверять противостояние за противостоянием — не ожидается ли в дополнение к нему еще и затмения? Можно вспомнить табличку ближайших великий противостояний и проверить их все. Но — нет — ни в одну из этих дат подобного не произойдет.
Можно грубо оценить, как часто могут складываться более или менее благоприятные обстоятельства для наступления великого противостояния и лунного затмения просто перемножив периоды их цикличности, предполагая, что они не кратны. Правда, в отношении великих противостояний Марса непонятно, какой период использовать — 15 или 17 лет. Можно использовать их сумму — 32 года. А в отношении затмений актуален период полного оборота линии лунных узлов — так называемый “драконический период” ~ 19 лет. И мы получим 608 лет. Эта цифра никак не гарантирует обязательного повторения такого совпадения, а лишь иллюстрирует порядок временного отрезка, через который подобные совпадения могли бы повторяться. Конечно, более глубокий анализ выявил бы еще дополнительные закономерности, которые наверняка отодвинули срок возможного следующего совпадения великого противостояния Марса и полного лунного затмения. Но мы этого делать в этой статье не будем, а просто сделаем вывод, что на нашу долю выпало нечто интересное. И этим наверное стоит по возможности воспользоваться — хотя бы в окошко выглянуть, или на улицу выйти — в случае хорошей погоды — до полуночи по московскому времени 27 июля 2018 года.
Полезные советы наблюдателям
В заключение хочу привести некоторые полезные советы по наблюдению и фотографированию Луны и Марса используя любительские средства, которые не столь дороги и частью наверняка имеются в распоряжении большинства читателей.
О выборе места для наблюдений
Выбирая место для проведения наблюдений помните, что Луна и (особенно) Марс будут видны невысоко надо горизонтом. Поэтому ищите открытую лесную поляну, поле, возвышенность с открытым южным горизонтом. Лучшие условия наблюдения соответствуют более южным широтам. В географических пунктах расположенных севернее 65 градуса СШ Марс летом этого года вообще не восходит над горизонтом, а Луна едва лишь поднявшись зайдет за горизонт вновь. Существует карта видимости затмения, с которой имеет смысл свериться и узнать, будет ли наблюдаться явление в месте вашего пребывания.
Имея недорогой любительский фотоаппарат класса «ультразум» и фотоштатив, можно сделать неплохие фотографии Луны в различных фазах затмения. Особый интерес вызовут именно фотоснимки полной фазы. Надо знать, какие параметры фотосъемки лучше всего использовать.
Несмотря на то, что съемки в ночное время требуют более длительных экспозиций, лучше с самого начала ограничиться невысоким значением ISO. особенно, если используется недорогая камера. На больших значениях ISO вы сократите выдержку и избежите возможного смазывания объекта съемки, но изображение получится шумное, зернистое, с блеклыми цветами. Оптимальное значение ISO 100. В зависимости от качества матрицы, используемой в конкретной камере, можно поднять ISO до 200, 400, но 800 уже точно будет завышенным и сомнительным значением. Впрочем, можете поэкспериментировать, имея в виду данное предостережение.
Используя зум от 10х и выше вы уже сможете снять многие детали лунного рельефа — горные цепи, лунные моря, наиболее крупные кратеры и тянущиеся на тысячи километров от них светлые лучи, порожденные выброшенным веществом в результате соударения и взрыва метеороида, образовавшего кратер. Но, если говорить об эпохе полнолуния и конкретно о ночи затмения, то в это время на Луне с Земли не видны тени, подчеркивающие рельеф. Потому многие его детали видны не будут — не для фотоаппарата, ни для вооруженного телескопом наблюдателя. Надо сказать, что полнолуние — не самая удачная для наблюдения Луны и её фотографирования фаза. Тем не менее, это не повод отказываться от съемки совсем. Просто надо быть готовым к тому, что большинство кратеров на фотоснимке не получатся. Но зато будет отлично просматриваться вся «лунная карта морей и заливов».
Какую выдержку использовать для фотосъемки Луны?
Практика показывает, что на ISO 100 и зуме от 10х и выше актуальны экспозиции порядка 1/100 секунды. Если Луна высоко в небе, то она ярче, ведь поглощение ее света в атмосфере тогда минимальны, и подойдут экспозиции 1/160 — 1/200 секунды. Но ночью с 27 на 28 июля Луна будет довольно низко над горизонтом. На широте Москвы ее высота составит не более 15 градусов. Это довольно низко, и потребуются экспозиции возможно даже более продолжительные чем 1/100 секунды — например 1/60. При этом фотографирование с рук приведет к смазыванию изображения. Для получения четкого, несмазанного снимка потребуется штатив. Но, даже используя штатив, надо делать снимок с 2-секундной задержкой автоспуска, чтобы избежать вибрации от нажатия на кнопку спуска затвора.
Лучше всего использовать ручной фокус, если в камере есть такая функциональность. Если фокус только автоматический, то либо камера сама сфокусируется по Луне (что для большинства камер — обычное дело), либо придется использовать вспомогательный объект, находящийся на значительном отдалении — придавив кнопку спуска наполовину и сфокусироваться по далекому фонарю или окну, а потому перевести камеру на Луну, и уже тогда додавить кнопку до конца и сделать снимок.
Для затмившейся Луны потребуются совсем другие величины экспозиции. Дать точную рекомендацию заранее трудно, так как яркость затмившейся Луны от затмения к затмению сильно разнится. Но это однозначно не сотые и не десятые доли секунды, а ближе к одной или нескольким секундам. А если вы захотите снять одновременно и Луну в затмении, и Марс, и простирающийся из созвездия Стрельца через все летнее небо Млечный Путь, то Вам однозначно потребуются выдержки в 15 секунд и более.
При этом, что бы вы не снимали, диафрагму надо открыть максимально, насколько это позволяет оптическая схема фотоаппарата.
Для наблюдения Луны во время затмения (и вне затмения — тоже) будут очень полезны бинокль или подзорная труба. А вот для Марса, даже в ночь великого противостояния, трубы будет мало. Надо сказать, что Марс — маленькая планетка и даже в телескоп порой выглядит крошечниым диском. Чтобы понять, с чем мы имеем дело, я приведу такую аналогию. 10-копеечная монета, имеющая поперечник порядка 1 см, выглядит как Марс, с расстояния 100 метров. Можете ли вы увидеть саму эту монетку на противоположной от Вас стороне футбольного поля? А рассмотреть на ней какие-либо подробности? А сфотографировать? А если представить, что вы смотрите на нее еще и сквозь аквариум, вода в котором постоянно колышется?
Задумавшись над приведенной аллегорией, возможно, вы поймете, с чем имеют дело астрономы. И даже используя телескоп с увеличением в 100 крат, который создает иллюзию сокращения расстояния до монетки до 1 метра, вы не в состоянии исключить из схемы «бурлящий аквариум» земной атмосферы, который не позволит рассмотреть новых подробностей и при больших увеличениях. Именно из-за пагубного влияния атмосферы на качество изображения небесных объектов, астрономы уже несколько столетий назад начали подыскивать места для своих обсерваторий в горах, забираясь все выше и выше. А теперь наиболее прорывные исследования и открытия совершаются, как правило, либо с помощью орбитальных телескопов, либо — автоматических станций-роботов, высаживающихся на поверхность исследуемой планеты. С Земли, конечно, не увидеть того, что видит своими камерами марсоход Кьюриосити.
В любительский телескоп во время великого противостояния Марса можно рассмотреть лишь полярную шапку, обращенную к Земле, пару темных пятен марсианских морей и, возможно, Большой Каньон — гиганский разлом на поверхности и самый заметный из марсианских каналов — единственный, существование которого было объективно подтверждено (остальные оказались иллюзией).
Заканчивая эту протяженную статью, я хочу пожелать всем её читателям хорошей погоды, благоприятных условий для наблюдений — комфортной температуры, спокойной атмосферы и открытого горизонта в направлениях юго-восток — юг — юго-запад. Ведь именно в этой части небосвода на небольшой высоте в ночь с 27 на 28 июля 2018 года будут видны Марс в великом противостоянии и Луна в затмении.
Для получения более подробных сведений о том и другом небесном теле, для выяснения условий видимости их в вашем населенном пункте Вам очень поможет астрономическая программа Stellaruim — свободно-распространяемая и работающая на большинстве компьютеров.
Основные моменты предстоящего затмения я привожу в виде приложения к статье, чтобы они не затерялись в необъятном тексте.
Удачи!
Приложение:
| Фаза затмения | UT | MT | Примечание |
|---|---|---|---|
| Вступление Луны в полутень | само явление практически не видно глазом | ||
| Вступление Луны в тень | 18:24 | 21:24 | это уже видно и интересно |
| Полное погружение Луны в тень — начало полной фазы | 19:30 | 22:30 | в этот момент от Луны на небе останется лишь едва-заметный темно-красный кружочек |
| Максимальная фаза затмение — наиболее глубокое погружение Луны в тень Земли | 20:22 | 23:22 | лунный диск наиболее темный, и одновременно наилучшие условия для фотографирования Луны на фоне звёздного неба, так как в остальное время Луна сильно мешает фотографировать звёзды, и снять одновременно Луну и Млечный Путь невозможно |
| Окончание полной фазы — Луна начинает выходить из тени | 21:13 | 00:13 | яркий краешек Луны начинает выглядывать из тени и засвечивать небо вокруг себя |
| Окончание теневого затмения | 22:19 | 01:19 | для человеческого глаза это воспринимается как полное возвращение Луны на небо в ее привычном виде — полнолуние как полнолуние, хотя Луна еще час будет находится в земной полутени, воздействие которой на яркость Луны могут определить только специальные приборы — фотометры. |
| Окончание полутеневого затмения и затмения вообще | 23:29 | 02:29 |
UT — момент по Всемирному времени
MT — момент по Московскому времени
Карта видимости затмения от NASA (затмение видно полностью в белой зоне):
