Лунное затмение: как Земля отбрасывает тень на Луну

Лунное затмение наступает, когда полная Луна проходит сквозь тень Земли. Солнце, Земля и Луна выстраиваются почти в одну линию, планета перекрывает прямой солнечный свет, и диск спутника на несколько часов тускнеет — иногда лишь слегка, иногда до медного или тёмно-красного. Насколько глубоко Луна входит в тень, определяет, будет ли событие заметно без подготовки.

Для путешественника это удобное небесное событие: его видно со всего ночного полушария, а не из узкой полосы, как солнечное затмение. Не нужно покупать отдельный билет в точку максимальной фазы. Достаточно оказаться там, где в это время ночь, горизонт открыт, а облака не закрывают диск. Затмение можно вписать в уже спланированную поездку, если сверить местное время и прогноз.

Дальше — геометрия явления, причина, почему оно не повторяется каждое полнолуние, разница между тремя типами, происхождение красноватого оттенка и практические ориентиры для наблюдения в дороге.

Что происходит во время лунного затмения?

Затмение возможно только в полнолуние, когда Луна стоит напротив Солнца, а Земля оказывается между ними. Солнце — протяжённый источник света, поэтому тень Земли не имеет резкого края. В ней выделяют две зоны: тёмную центральную умбру, где прямые лучи Солнца перекрыты полностью, и более светлую полутень, или пенумбру, где диск Солнца закрыт лишь частично.

Среднее расстояние до Луны — около 384 400 км. На этом расстоянии поперечник умбры примерно в 2,7 раза больше диаметра Луны, так что спутник может полностью погрузиться в тень. Сначала он входит в полутень и едва тускнеет. Затем на диск наползает тёмная «выемка» умбры — край земной тени. Если выравнивание точное, умбра накрывает Луну целиком. После этого фазы идут в обратном порядке.

Для наблюдателя всё просто. Событие длится часы, а не минуты: частные фазы растянуты, полная фаза в самых долгих случаях приближается к 100 минутам. Видеть её может каждый, у кого Луна над горизонтом. Специальной защиты для глаз не нужно: вы смотрите на отражённый и ослабленный свет, а не на Солнце.

Почему затмение бывает не каждый месяц?

Полнолуние повторяется примерно каждые 29,5 суток, но затмение — нет. Орбита Луны наклонена к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца примерно на 5 градусов. Из-за этого наклона спутник в большинстве полнолуний проходит выше или ниже земной тени и остаётся полностью освещённым.

Пересечение лунной орбиты с плоскостью земной даёт две точки — узлы. Затмение возможно лишь тогда, когда полнолуние приходится близко к узлу: Солнце, Земля и Луна оказываются почти на одной прямой не только по долготе, но и по высоте. Такие окна — сезоны затмений — открываются примерно дважды в год. Внутри сезона может случиться лунное затмение, солнечное или оба, но не каждый месяц.

Результат зависит от того, насколько близко Луна пройдёт к центру тени. Промах на несколько угловых радиусов даёт лишь полутень. Более точное попадание заводит край диска в умбру. Только почти центральный проход даёт полное затмение. Именно поэтому два затмения подряд могут выглядеть совершенно по-разному, хотя механизм один и тот же.

Какими бывают лунные затмения?

Тип определяет путь Луны сквозь тень, а не место, откуда вы смотрите. Полутеневое затмение — проход только сквозь пенумбру. Прямой свет ослаблен, но не исчезает, поэтому диск немного сереет. Без сравнения с предыдущим вечером изменение легко не заметить, особенно если Луна низко, а воздух мутный.

Частное затмение начинается, когда хотя бы часть диска входит в умбру. Тёмная граница тени имеет форму дуги: кажется, будто из Луны вырезали сегмент. Контраст сильный: освещённая часть ещё яркая, а погружённая — почти чёрная. Красноватый оттенок здесь если и появляется, то лишь слабый, у края тени.

Полное затмение — это погружение всего диска в умбру. Прямой солнечный свет до поверхности не доходит. Луна не исчезает: её подсвечивает свет, преломившийся в земной атмосфере. Именно в эту фазу диск может стать медным, кирпичным или тёмно-бурым. После выхода из умбры снова идёт частная фаза, затем полутеневая.

Без ориентира типы легко перепутать. Человек выходит на балкон в середине полутеневой фазы, видит обычную полную Луну и решает, что событие «не удалось». Если сверить время контакта с умброй и выйти на открытую площадку за 20–30 минут до этого момента, дуга тени становится очевидной: меняется не яркость неба, а граница на самом диске. Разницу даёт не оборудование, а знание того, какую часть тени Луна пересекает именно сейчас.

Почему Луна во время затмения может покраснеть?

В полной фазе прямые лучи перекрыты, но атмосфера Земли работает как кольцо линз вдоль терминатора — границы дня и ночи. Свет входит в воздух по касательной, преломляется внутрь конуса тени и достигает Луны. Если бы атмосферы не было, диск в полной фазе был бы почти чёрным.

Красноватый цвет даёт рассеяние Рэлея — то же самое, из-за которого дневное небо голубое, а закат красный. Короткие синие волны рассеиваются молекулами воздуха сильнее и почти не проходят длинный путь вдоль края Земли. Более длинные красные и оранжевые проходят дальше, преломляются в тень и отражаются от лунной поверхности обратно к нам. NASA описывает это как одновременные рассветы и закаты всей планеты, спроецированные на Луну.

Оттенок не фиксирован. Чем больше в атмосфере пыли, облаков и аэрозолей, тем глубже и темнее цвет. После сильных извержений вулканов Луна в полной фазе бывает почти бордовой или серо-бурой. В более спокойной атмосфере она чаще медная. Шкала Данжона, по которой астрономы оценивают яркость полного затмения, имеет ступени от очень тёмного до яркого медно-оранжевого. Это описание состояния атмосферы, а не примета.

Как наблюдать лунное затмение?

Главный критерий места — чистый обзор диска, а не «тёмное небо» в смысле наблюдений за звёздами. Полное и частное затмение видно и из города, если здания не закрывают Луну. Полутеневое в городском свете почти незаметно. Для частной фазы полезен открытый горизонт: так проще поймать момент, когда дуга тени только касается края.

Солнцезащитные очки здесь лишние и даже мешают. Невооружённым глазом видны и граница тени, и цвет полной фазы. Бинокль 7×50 или 10×50 показывает, как тень наползает на кратеры: край умбры довольно резкий. Телескоп не обязателен. Штатив для бинокля бережёт руки: всё событие длится дольше часа, а полная фаза — десятки минут.

Время считайте по местному часовому поясу точки наблюдения, а не по киевскому. Середина затмения в 22:40 по всемирному времени в Украине летом — это 01:40 по восточноевропейскому летнему времени. В Лиссабоне в тот же момент ещё 23:40. Если вы в дороге, заложите час до первого контакта с умброй: частная фаза часто начинается примерно за 60 минут до полной и столько же длится после неё. Облака в этот промежуток важнее идеальной темноты.

Что путают чаще всего

Лунное затмение не требует фильтров, в отличие от солнечного: риска для зрения нет ни на одной фазе. Красный диск — не отдельный вид Луны и не знак, а следствие рассеяния в земном воздухе во время полной фазы. Затмение не видно днём в вашем городе, если Луна под горизонтом: ночное полушарие в это время находится по другую сторону планеты. И полутеневая фаза — не «сорванное» затмение, а просто проход мимо умбры.