VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изучение оптических явлений, наблюдаемых при полном лунном затмение.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Лунное затмение - интереснейшее явление природы, знакомое человеку с древнейших времен.
В давние времена люди не могли объяснить происхождение лунного затмения. Люди не понимая, что происходит, причисляли это событие к «высшим силам».
Актуальность проблемы
Луна – единственный спутник нашей планеты. Она оказывает сильное влияние на Землю, вызывая приливы и отливы в водной оболочке Земли, тормозит ее вращение, управляет биоритмами растений, животных и человека. Луна дарит нам два удивительных, редких явлений природы – солнечное и лунное затмение. Так как цвет лунного затмения зависит от состояния верхних слоев земной атмосферы, поскольку только прошедший сквозь нее свет освещает Луну во время полного затмения, то исследования окраски Луны во время полного лунного затмения дают материал для изучения структуры земной тени и состояния верхних слоев атмосферы Земли. Поэтому наблюдение и изучение полных лунных затмений очень актуальны в наше время.
Цель
изучение оптических явлений, происходящих при полном лунном затмении
Задачи
Изучить информацию по следующим вопросам:
Что такое лунное затмение?
Виды лунных затмений?
Где бывает лунное затмение?
Как люди наблюдали за лунным затмением в древности?
Провести наблюдения полного лунного затмения
Изучить оптические явления при полном лунном затмении
Предмет исследования – оптические явления, наблюдаемые во время Лунного затмения.
Объект исследования – Земля, Луна
Методы исследования: наблюдение, беседа, сбор, анализ, систематизация и обобщение информации, полученной из информационных данных.
Практическая значимость исследования: данное исследование возможно использовать на уроках астрономии и физики, на школьных конференциях.
Теоретическая часть
Лунные затмения являются одним из самых значительных астрономических явлений, наблюдавшихся людьми с древнейших времен. По масштабности они уступают только полным солнечным затмениям. Еще до н.э. люди начали наблюдать и изучать лунные затмения. Это позволило древним ученым сделать ряд открытий, например: форма края земной тени при лунных затмениях послужила древнегреческому философу и ученому Аристотелю одним из веских доказательств шарообразности Земли. А философы Древней Греции подсчитали, что Земля примерно втрое больше Луны, просто исходя из продолжительности затмений (точная величина этого коэффициента 3,66).
Но как мы знаем наука, в те временна была не так популярна, как сейчас. И большая часть людей была не образованна. Поэтому с лунными, как и с солнечными затмениями, связано множество древних суеверий, они возникли на почве страха и невежества. Древние люди пытались объяснить непонятные для них явления с помощью примет, деянием духов и богов.
Резкие вариации яркости Луны и ее красная окраска при погружении в земную тень становились причиной панического страха людей, связывающих затмения с войнами, эпидемиями, катаклизмами. Считалось, что Луна во время затмения обливается кровью. Древние обитатели Южной Америки инки думали, что Луна покраснела от болезни и если она умрёт, то, пожалуй, сорвётся с неба и упадёт. Зная, что Луна - большая приятельница собак, инки таскали псов за уши, взывая: «Матушка Луна, матушка Луна!». Бедная Луна, заслышав визги и мольбы, собирала все свои силы, чтобы победить болезнь и воскреснуть с прежней яркостью (Рис. 1).
Рис.1
Норманнам же представлялось, что красный волк Мангарм опять осмелел и напал на Луну (Рис. 2). Отважные воины, конечно, понимали, что не могут причинить вреда небесному хищнику, но, зная, что волки не выносят шума, кричали, свистели, били в барабаны. Шумовая атака продолжалась иной раз два, а то и три часа без перерыва.
Рис. 2
В Центральной Азии затмение проходило в полной тишине. Люди безучастно глядели, как злой дух Раху проглатывает Луну (Рис. 3). Никто не шумел и не махал руками. Ведь всякому известно, что добрый дух Очирвани когда-то отсёк демону полтуловища и Луна, пройдя сквозь Раху, как через рукав, засветит вновь.
Рис. 3
Общие сведения о лунном затмении
Что же такое Лунное затмение? Это — затмение, которое наступает, когда Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землёй. Диаметр пятна тени Земли на расстоянии 363 000 км (минимальное расстояние Луны от Земли) составляет около 2,6 диаметра Луны, поэтому Луна может быть затенена целиком.
Типы лунных затмений
Частное затмение наблюдается тогда, когда Луна попадает в полную тень Земли только частично. При частном затмении часть Луны является тёмной, а часть, даже в максимальной фазе, остаётся в полутени и освещается солнечными лучами диска Луны. Вокруг конуса тени Земли имеется полутень — область пространства, в которой Земля заслоняет Солнце лишь частично. Если Луна проходит область полутени, но не входит в тень, происходит полутеневое затмение.
Полутеневое затмение. Вокруг конуса земной тени есть пространство, где Земля только частично заслоняет Солнце. В том случае, если Луна пересекает область полутени, но не погружается в тень, отмечается полутеневое затмение. В этот момент блеск Луны незначительно слабеет. Заметить это невооруженным глазом практически невозможно. И только в тот период, когда Луна приближается к конусу полной тени в условиях чистого неба можно увидеть небольшое потемнение с одного края Луны.
Полное лунное затмение наблюдается тогда, когда Луна входит в конус тени отбрасываемой Луной.
Лунное затмение может наблюдаться почти на все территории Земли (там, где на момент затмения Луна находится над горизонтом). Вид затенённой Луны с любой точки наблюдения одинаков. Максимальная теоретически возможная продолжительность полной фазы лунного затмения составляет 108 минут; такими были, например, лунные затмения 13 августа 1859 года, 16 июля 2000 года.
Наблюдение полного лунного затмения 27 июля 2018 года
27 июля 2018 года с 21:24 до 01:19 по московскому времени произошло очень интересное природное явление - полное затмение Луны, видимое практически на всей территории России. Луна прошла через центр земной тени. Это было первое центральное лунное затмение с 15 июня 2011 года. Оно происходило вблизи апогея, когда диск Луны минимален, поэтому затмение стало самым продолжительным в XXI веке. По редчайшему совпадению Марс в день затмения проходил точку великого противостояния с Солнцем. Оба светила во время затмения располагались недалеко друг от друга на юго-восточном горизонте.
Именно поэтому данное затмение было особенным:
Его продолжительность составляло 3 часа 56 минут, а полная фаза затмения продлилась 1 час 43 минуты. Это было самое долгое лунное затмение 21-го столетия
В момент затмения Луна находилась вблизи соединения с Марсом, причём на это время пришлось великое противостояние Марса, достаточно редкое событие, повторяющееся с периодичностью 15—17 лет. Совпадение настолько длительного полного лунного затмения с великим противостоянием Марса происходит лишь раз в 25 тысяч лет
Ход затмения 27 июля 2018 года:
Наблюдение проводилось 27 июля 2018 на территории Крымской Астрофизической Обсерватории в п.Научный. Во время наблюдения были сделаны снимки с помощью фотоаппарата Canon 300 (выдержка 50 и ISO (чувствительность) 1600) и телескопа SW 150/750 f/5 к которому подключалась камера ZWO Asi178MM.
20:15 Луна коснулась земной полутени — в это время началось полутеневое затмение. Полутеневое затмение плохо различимо невооруженным глазом, особенно при малых фазах, но по мере приближения к краю земной тени, потемнение становилось все более заметным.
В 21:24 Луна полностью погрузилась в земную полутень и коснулась земной тени — начиналось частное затмения; в это время уже хорошо было видно потемнение восточного лунного лимба. Луна начала погружение в тень Земли.
В 22:30 Луна полностью погрузилась в земную тень — в это время началось полное затмение.
В 23:22 наступила максимальная фаза полного затмения — треть диска Луны оказалась ниже центра земной тени; в этот момент потемнение покраснение спутника максимально. Луна находилась в земной тени 103 минуты.
В 00:13 Луна начала выходить из земной тени — конец полного затмения и начало его частных фаз. Постепенно становясь все ярче, лунный диск принимает фазы, похожие на фазы Луны в течение месяца, но только меняются они гораздо быстрее.
В 01:19 Луна полностью вышла из земной тени — конец частной фазы и начало полутеневого затмения.
В 02:29 Луна полностью вышла из земной полутени. Конец затмения. Ночное светило снова засияло в полную силу.
Оптические явления, наблюдаемые при полном лунном затмении
Во время Лунных затмений мы можем наблюдать очень интересные оптическими явлениями. Мы поставили перед собой ряд вопросов, связанных с наблюдаемыми оптическими явлениями, для того чтобы найти объяснение этим явлениям.
1. Почему во время затмения луна вообще видна, ведь она полностью закрыта от Солнца Землёй?
Во время затмения (даже полного) Луна не исчезает полностью, а становится тёмно-красной (Рис.4). Этот факт объясняется тем, что Луна даже в фазе полного затмения продолжает освещаться. Солнечные лучи, проходящие по касательной к земной поверхности, рассеиваются в атмосфере Земли и за счёт этого рассеяния частично достигают Луны, поэтому во время затмения луна видна.
Рис. 4
2. Почему луна красная во время полного затмения?
Это явление можно объяснить тем, что поскольку земная атмосфера наиболее прозрачна для лучей красно-оранжевой части спектра, именно эти лучи в большей мере достигают поверхности Луны при полном затмении, что и объясняет окраску лунного диска (Рис.5). По сути, это тот же эффект, что и оранжево-красное свечение неба у горизонта (заря) перед восходом или сразу после заката.
Рис. 5
3. Почему во время окончания затмения осветлённая часть луны выглядит более объёмной?
Оказывается, когда мы рассматриваем светлую поверхность на темном фоне, вследствие несовершенства хрусталика как бы раздвигаются границы этой поверхности, и эта поверхность кажется нам больше своих истинных геометрических размеров. Поэтому создается впечатление, что белая часть выглядит больше, чем черная (Рис. 6). С этим явлением мы часто встречаемся в жизни вот пример: Темные предметы всегда кажутся меньшими светлых предметов того же размера. Если рассматривать одновременно черный круг и белую окружность одинаковых размеров на светлом фоне, то площадь белой окружности будет нам казаться на 20% больше площади круга (Рис. 7).
Рис. 6
Рис. 7
Выводы
Собрана информация о физическом явлении – Лунное затмение.
Изучена история наблюдений Лунных затмений.
Проведено наблюдение полного Лунного затмения 27 июля 2018 года.
Изучены оптические явления, наблюдаемые во время полного лунного затмения
Список литературы
1. Карпенков С.Х. Концепция современного естествознания: Учебник для вузов/М.: Академический проспект, 2001.
2. Мур П. Астрономия с Патриком Муром. Пер. с англ. К. Савельева/М.: ФАИР-ПРЕСС, 2001.
3. Эйнштейн А. Эволюция физики/М.: Устойчивый мир, 2001
4. Артамонов И.Д. Иллюзии зрения. М., 1961http://vadim-andreev.narod.ru/ufo/iluzia.htm
5. Дагаев М.М. Солнечные и лунные затмения. - М.: Наука, 1978. - C. 579.
6. Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. - М.: Наука, 1977. - C. 543.