Из всех светил Луна - наиболее подходящий объект для наблюдений невооруженным глазом. На Солнце невозможно смотреть без защитного фильтра, а его диск, неизменно круглый (вдали от горизонта), обычно беден деталями. Другие светила выглядят светящимися точками за исключением редко появляющихся ярких комет, метеоров и едва различимого пятна туманности в созвездий Андромеда.
Луна же предстаёт перед наблюдателем в разных обличьях благодаря смене фаз, она дает возможность любоваться ее пепельным светом, а находясь у горизонта, поражает своими большими размерами. Луну можно увидеть и очень яркой (в полнолуние) и совершенно черной (в моменты солнечных затмений), и кирпично-красного цвета, когда она попадает в тень Земли или когда находится у горизонта.
На рис.13 показаны четыре положения Луны (L1-L4) на ее орбите вокруг Земли (Т); В и С - точки пересечения этой орбиты с плоскостью орбиты Земли. Солнце находится справа на расстоянии в 400 раз превышающем радиус лунной орбиты и на рисунке не показано. При движении системы Земля-Луна вокруг Солнца угол между отрезками ВС и ТL1 непрерывно изменяется. Если Луна находится в точке L1, то она обращена к Земле своим ночным полушарием и наблюдается новолуние. Если при этом точка L1 располагается вблизи одной из точек В или С, то на Земле происходит затмение Солнца. Если же в момент новолуния линия ВС перпендикулярна направлению на Солнце, то угол между последним и направлением с Земли на Луну достигает приблизительно 10 угловых диаметров Солнца. При отсутствии помехи со стороны яркого дневного неба в этот момент был бы виден тончайший серпик дневного полушария Луны.
Точки лунной орбиты L2, L3 и L4 соответствуют первой четверти, полнолунию и последней четверти. В первом и последнем случаях с Земли видна половина дневного полушария Луны. Очевидно, своей выпуклостью серп Луны направлен на Солнце.
Интервал времени между последовательными новолуниями в среднем равен 29,53 суток. Но отсюда не следует, что от новолуния до полнолуния проходит ровно 14,765 суток. Реальное значение этого интервала может отличаться от приведенного выше более, чем на сутки, поскольку Луна движется по своей орбите неравномерно. На рис.14 отрезок орбиты L1А L3 Луна проходит за время, большее 14,765 суток (вытянутость орбиты преувеличена). Но угол между отрезками АР и L1L3 изменяется при движении системы Земля-Луна вокруг Солнца.
Луну принято называть “молодой” в период от новолуния до полнолуния и “старой” - от полнолуния до следующего новолуния. В первом случае лунный лимб направлен выпуклостью вправо, а терминатор находится слева; во втором случае лимб и терминатор меняются местами (рис.15). Таким образом, лимб старой Луны похож на букву “С”.
Наблюдения свидетельствуют, что в течение месяца Луна движется на фоне звезд справа налево (если наблюдать из пунктов, расположенных севернее географической широты 28,6°; для пунктов, расположенных южнее широты - 28,6° - слева направо; в промежуточных пунктах могут встретиться оба случая). Относительно Солнца Луна тоже движется справа налево, возвращаясь к нему каждые 29,53 суток (синодический месяц). При этом она всегда находится вблизи эклиптики и лишь изредка выходит за пределы зодиакальных созвездий.
Особенность суточного смещения Луны относительно Солнца поясняет рис.16. Чем дальше Луна отходит от Солнца, тем больше расстояние S между средними точками лимба и терминатора.
Существует поверье: “Если молодой месяц стоит прямо или слегка наклоняется, последуют ясные дни”. Возможно, оно имеет под собой реальную основу. На рис.17 показаны положения эклиптики (см.Гл.VII) в моменты весеннего (21 марта) и осеннего (23 сентября) равноденствий при заходе Солнца. Показан так же небесный экватор, приблизительно соответствующий суточной параллели Солнца в эти периоды. Можно заметить, что серп молодого месяца стоит почти прямо при заходе Солнца осенью. В остальное время видимости, двигаясь параллельно небесному экватору, он остаётся очень близким к горизонту. Весною же, находясь в той же фазе, Луна поднимается над горизонтом высоко и её серп сильнее наклонён к горизонту, чем осенью. Следовательно, в приведенном поверье речь идёт об осеннем молодом месяце (именно осенью серп стоит почти прямо). Будучи весьма тусклым и располагаясь у самого горизонта (а значит лунный свет сильно ослабляется атмосферой), такой месяц может привлечь к себе внимание только при очень хорошей прозрачности воздуха. Но ясные дни (и ночи) обычно идут сериями. Поэтому вполне вероятно, что если сегодня настолько ясное небо, что виден тусклый, прямо стоящий молодой месяц, то оно будет таким же и в последующие дни.
Поверхностная яркость нашего спутника (точнее, его видимого с Земли дневного полушария) возрастает от новолуния к полнолунию, затем убывает к следующему новолунию. В среднем эта яркость при полнолунии в 6 раз больше, чем в первой и третьей четвертях. Объяснение следующее: при полнолунии не видны тени от неровностей лунного рельефа, так как источник света (Солнце) находится за спиной наблюдателя; при других фазах тени занимают значительную часть поверхности, уменьшая ее яркость, рис.18.
Причиной пепельного света Луны является солнечный свет, вначале отразившийся от Земли (и изменивший при этом свой цвет), а затем осветивший ночное полушарие Луны, рис.19. Пепельный свет имеет серо-голубой цвет.
Удивительное зрелище представляет Земля, наблюдаемая с Луны. Во-первых, она почти неподвижно “висит” на одном и том же месте на черном небе Луны. Этим она отличается от звезд, планет и Солнца, которые движутся, хотя и медленно (от восхода до захода этих светил проходит около двух недель). Во-вторых, угловая площадь диска Земли на лунном небе в 13,3 раза больше площади лунного диска на земном небе. Кроме того, поверхностная яркость Земли больше (и намного), чем у Луны. В итоге, лунный фонарик (Земля) светит в среднем в 37 раз сильнее, чем земной (Луна). В третьих, вид Земли изменяется не только из-за изменения условий освещения Солнцем той половины, которая обращена к Луне (между лунными и земными фазами существует обратная зависимость: полнолунию соответствует новоземлие и т.д.). Земля вращается вокруг оси так, что с Луны можно видеть то материки, то океаны, то светлые, то темные участки поверхности Земли.
Отсюда следует, что яркость пепельного света должна существенно изменяться со временем. Наблюдения это подтверждают. Чем тоньше лунный серп, тем шире земной серп, наблюдаемый с Луны, и тем ярче пепельный свет. Благодаря ему в полевой бинокль на ночном полушарии нашего спутника можно легко разглядеть лунные “моря” и крупные кратеры. Возможно, при идеальных условиях наблюдений это доступно и невооруженному глазу.
Видимые (угловые) размеры Луны. Двигаясь вокруг Земли по вытянутой орбите Луна изменяет свои угловые размеры. Так, в перигее (см. Гл.VII) её угловой диаметр в 1,12 раза (а угловая площадь в 1,25 раза) больше, чем в апогее. Однако, у горизонта Луна кажется в несколько раз большей, чем тогда, когда она находится высоко над нами. Иллюзорность этого явления подтверждают результаты измерений поперечного диаметра лунного диска при разных его положениях относительно горизонта. При отсутствии угломерных инструментов можно воспользоваться, например, спичкой, отмеряя тот ее отрезок, который на расстоянии вытянутой руки точно соответствует диаметру Луны.
Иллюзорное увеличение видимого размера у горизонта наблюдается также у Солнца и созвездий. Объяснил это явление еще Птолемей (2-ой век нашей эры). Оно связано с особенностью восприятия человеком удаленных объектов, расположенных у горизонта. Другие явления, имеющие отношение к Луне, рассматриваются в §7.