Doświadczenie: ruch Księżyca w ciągu doby

>>podstawowe informacje

Księżyc (łac.: Luna) - to jedyny stały naturalny satelita Ziemi. Jest on piątym, co do wielkości księżycem w Układzie Słonecznym. Przeciętna odległość od środka Ziemi do środka Księżyca to 384403 km, co stanowi mniej więcej trzydziestokrotność średnicy ziemskiej. Średnica Księżyca wynosi 3474 km, nieco więcej niż 1/4 średnicy Ziemi. Oznacza to, że objętość Księżyca wynosi około 1/50 objętości kuli ziemskiej. Przyspieszenie grawitacyjne na jego powierzchni jest blisko 6 razy słabsze. Księżyc wykonuje pełny obieg Ziemi w ciągu 27, 3 dnia, a okresowe zmiany w geometrii układu Ziemia-Księżyc-Słońce powodują występowanie powtarzających się w cyklu 29, 5-dniowym faz Księżyca.

Fazy Księżyca – faza Księżyca określa oglądaną z Ziemi część Księżyca oświetloną przez Słońce. Ponieważ Słońce oświetla zawsze (poza zaćmieniami) tylko połowę powierzchni Księżyca, jego fazy są rezultatem oglądania tej połowy pod różnymi kątami spowodowanymi różnymi położeniami Słońca, Ziemi i Księżyca względem siebie.

Ruch Księżyca -całkowity obieg Księżyca wokół Ziemi (mierzony względem tzw. gwiazd stałych), czyli okres orbitalny, trwa około 27, 3 dnia. Jednak uwzględniając ruch Ziemi po orbicie okołosłonecznej, okres ten wydłuża się do 29, 5 dnia i nazywany jest miesiącem synodycznym (innymi słowy, to czas pomiędzy dwiema tymi samymi fazami Księżyca). W przeciwieństwie do większości satelitów innych planet, orbita Księżyca leży w pobliżu płaszczyzny ekliptyki, nie zaś ziemskiej płaszczyzny równikowej. Księżyc nasz jest ponadto względnie największym satelitą całego Układu Słonecznego (w stosunku do obieganej planety); wprawdzie wskaźnik ten jest wyższy u Charona, satelity Plutona, jednak ten ostatni uznawany jest obecnie za planetę karłowatą.
Układ Ziemia-Księżyc tak naprawdę przypomina bardziej układ dwóch planet. Wynika to z faktu, że rozmiary Księżyca są względnie duże w porównaniu do Ziemi; jego średnica stanowi 1/4 średnicy ziemskiej, a masa - 1/81 masy Ziemi. Mimo to pogląd ten jest krytykowany w świecie nauki ze względu na to, że barycentrum układu znajduje się 1700 km pod powierzchnią Ziemi (w 3/4 jej promienia, licząc od środka). Powierzchnia Księżyca stanowi mniej niż 1/10 powierzchni Ziemi, albo około 1/4 powierzchni jej lądów (tyle, co Rosja, Kanada i USA razem wzięte).
Obserwując Księżyc łatwo zauważyć, że jest on zawsze zwrócony ku Ziemi tą samą stroną. Odwrotną stronę Księżyca poznaliśmy dopiero dzięki fotografiom wykonanym przez księżycowe sondy kosmiczne. Bardzo często błędnie uważa się w związku z tym, że Księżyc nie obraca się wokół swojej osi. Prawidłowe wyjaśnienie jest takie, że jest to skutek tzw. synchronicznej rotacji Księżyca. Księżyc obraca się wokół własnej osi z tym samym okresem (i w tym samym kierunku), z jakim obiega Ziemię. Jest to tak zwany rezonans 1: 1 - na jeden obieg Księżyca dookoła Ziemi przypada jeden jego obrót wokół własnej osi). Inną konsekwencją takiej rotacji jest to, że Ziemia z Księżyca widoczna jest zawsze w tym samym miejscu na niebie (albo wcale nie jest widoczna, gdy obserwator znajduje się na jego odwróconej stronie).

 
>>opis doświadczenia

Na swoją obserwację wybrałam noc z 29 na 30 grudnia 2007r.. W Internecie znalazłam informację, że wschód Księżyca będzie o godz.: 2231, więc swoje badanie rozpoczęłam o godzinie 2300. Niestety, nie miałam aparatu, dlatego nie mam zdjęć, lecz podczas obserwacji wykonywałam małe schematyczne obrazki:

Godzina 23:00
Dzień 29.12.2007
Księżyc był dla mnie niewidoczny

(rysunek : na środku kiosk, po lewej blok)

Godzina 1:00
Dzień 30.12.2007
Księżyc był widoczny po lewej stronie kiosku.

(rysunek)

Godzina 3:00
Dzień 30.12.2007
Księżyc był widoczny, przesunął się w prawo i wyżej, znajdował się nad kioskiem.

(rysunek)

Godzina 5:00
Dzień 30.12.2007
Księżyc znów poza zasięgiem mojego wzroku, widać jedynie poświatę nad blokiem.

(rysunek)

Te notatki posłużyły mi do wykonania rysunku, który przedstawiał przemieszczanie się Księżyca podczas nocy moim obserwacji.

Do zachowanie proporcji na moim schemacie pomogły mi informacje z Internetu (http://www.astromaniak.pl/), gdzie pan Robert Bozdoń prowadzi kalendarz astronomiczny. Ważna była dla mnie godzina wschodu Księżyca – 22:31 oraz godzina górowania – 4:49.

Księżyc poruszał się ze wchodu na zachód.


Przyglądając się Księżycowi zauważyłam, że jest on zacieniony prawie w połowie.
Mogło to oznaczać, że zbliża się nów lub pełnia. Żeby się tego dowiedzieć przedłużyłam swoje obserwacje jeszcze o kilka nocy. Tarcza Księżyca z każdą kolejną dobą była w coraz większej części zasłonięta. Gdy szukałam potwierdzenia moich obserwacji w kalendarzu astronomicznym okazało się, że 31 grudnia była 3 kwadra. Słusznie, więc podejrzewałam, że niedługo będzie nów.


>>wnioski

Oglądając tarczę Księżyca przez całą noc z łatwością można zauważyć jak porusza się ziemski satelita. Ścieżka jego ruchu przypomina półokrąg, co pozwala nam na własne oczy zauważyć, że Księżyc porusza się określonym torem – po orbicie, a nie porusza się swobodnie.
Kolejnym, oczywistym wnioskiem jest to, że Księżyc przez całą noc (w domyśle całą dobę) znajduje się w ruchu. Nie możemy zaobserwować go w tym samym miejscu na nieboskłonie w ciągu jednego dnia.