OBSERWACJE NIEBA NOCĄ FAZY KSIĘŻYCA

OBSERWACJE NIEBA NOCĄ FAZY KSIĘŻYCA Jakub Kędziora Zawidz Kościelny listopad 2010 1

1. Księżyc. Księżyc to jedyny naturalny satelita Ziemi. Jest 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, niż na Ziemi. Księżyc wykonuje pełny obieg wokół 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. Powyższy rysunek przedstawia Ziemię, Księżyc i dzielącą je odległość w jednakowej skali. Księżyc znajduje się w synchronicznej rotacji, co oznacza, że przez cały czas z Ziemi widoczna jest tylko jedna jego strona. We wczesnej historii ziemskiego satelity tempo jego rotacji spadło i zostało zatrzymane na obecnym poziomie wskutek procesów związanych z zjawiskami pływowymi. Mimo to wciąż obserwuje się niewielkie odchylenia Księżyca, zwane libracjami, które pozwalają na obserwowanie z Ziemi około 59% jego powierzchni. Widoczna strona Księżyca. Niewidoczna strona Księżyca. 2

Powierzchnia księżyca pokryta jest warstwą silnie rozdrobnionego pyłu, zwanego regolitem. Jej powstanie powiązane jest z uderzeniami meteorów w powierzchnię Księżyca, toteż warstwa obecna na starszych powierzchniach jest generalnie grubsza niż ta na stosunkowo młodych obszarach. Morza księżycowe pokryte są generalnie 3-5 m regolitu, podczas gdy warstwa pokrywająca wyżyny osiąga od 10 do 20 m grubości. Głębiej pod najmocniej rozdrobnionym regolitem znajduje się warstwa, do której odnosi się termin "megaregolit". Pokrywa ta jest znacznie grubsza, sięga dziesiątki kilometrów pod powierzchnię Księżyca, i obejmuje warstwę silnie skruszonej skały. Pierwszy krok w dziedzinie obserwacji Księżyca został poczyniony wraz z wynalazkiem teleskopu: Galileusz przy wykorzystaniu nowego instrumentu obserwował na jego powierzchni kratery i pasma górskie. Księżyc to jedyne ciało niebieskie, do którego podróżowali i na którym wylądowali ludzie. Do tej pory na księżycowym globie stanęło 12 osób. Pierwszym sztucznym obiektem w historii, który przeleciał blisko Księżyca, była wystrzelona przez Związek Radziecki Łuna 1; Łuna 2 jako pierwszy statek osiągnęła powierzchnię ziemskiego satelity, zaś Łuna 3 jeszcze w tym samym roku co poprzedniczki 1959 wykonała pierwsze zdjęcia niewidocznej z Ziemi strony Księżyca. Pierwszym statkiem, który przeprowadził udane miękkie lądowanie była Łuna 9, zaś pierwszym bezzałogowym pojazdem umieszczonym na orbicie Księżyca Łuna 10 (oba w 1966). Amerykański program Apollo obejmował misje załogowe, zakończone 6 lądowaniami w latach 1969-1972. Eksploracja Księżyca przez ludzi została przerwana wraz z zakończeniem lotów Apollo. Dopiero w 2007 roku kilka państw ogłosiło plany ponownego wysłania tam misji (m.in. Chiny). Pomimo symbolicznego pozostawienia na Księżycu kilku flag Związku Radzieckiego (rozrzuconych przez Łunę 2 i podczas późniejszych, zakończonych lądowaniem misji) oraz USA, żaden naród nie przypisuje sobie obecnie własności żadnego obszaru gruntu księżycowego. Rosja i USA są sygnatariuszami Traktatu o Przestrzeni Kosmicznej, według założeń którego Księżyc podlega takiej samej jurysdykcji jak wody międzynarodowe. Traktat ten zabrania m.in. używania Księżyca w celach militarnych, przede wszystkim umieszczania tamże instalacji wojskowych oraz broni masowego rażenia (w tym broni nuklearnej). Księżyc był tematem wielu dzieł sztuki i literatury, a także inspiracją dla niezliczonej rzeszy twórców. Jest często pojawiającym się motywem w malarstwie, poezji i dramacie, a także w prozie i muzyce. Księżyc jest obecny w mitologii i astrologii. Pierwszej próby opisania Księżyca w sposób naukowy dokonał filozof grecki Anaksagoras, który na podstawie obserwacji zaćmień oraz badań spadających na Ziemię meteorytów wysunął hipotezę głoszącą, że Księżyc i Słońce są w rzeczywistości ogromnymi skalistymi obiektami, i że ten pierwszy odbija światło pochodzące od drugiego z ciał. 3

2. Fazy Księżyca. Księżyc wykazuje znane wszystkim fazy. Wynikają one ze zmiany jego położenia względem Słońca i Ziemi, wskutekk czego obserwujemy różną część półkuli Księżyca oświetlonej przez Słońce. Jak powstają fazy Księżyca? Faza Księżyca określa oglądanąą z Ziemi część Księżyca oświetloną przez Słońce. Ponieważ Słońce oświetla zawsze (poza zaćmieniami i) tylko połowę powierzchni Księżyca, jego fazy są rezultatem oglądania tej połowy pod różnymi kątami spowodowanymi różnymi położeniami Słońca, Ziemi i Księżyca względem siebie. Fazy Księżyca: Gdy Księżyc znajduje się pomiędzy Ziemią i Słońcem mówimy, że jest w nowiu (numer 1 na ilustracji). Nie możemy go dostrzec, gdyż promienie słoneczne oświetlają niewidoczną z Ziemi półkulę Księżyca. Około tygodnia po momencie nowiu kształtt Księżyca przypomina literę D. Tę fazę nazywamy pierwszą kwadrą (numer 3 na ilustracji). Księżyc jest widoczny wówczas na niebie w godzinach wieczornych. W trakcie kolejnej fazy - pełni (numer 5 na ilustracji) możemy obserwować Księżyc przez całą noc. Jest widoczna cała tarcza, a nasz naturalny satelita znajduje się z przeciwnej strony Ziemi niż Słońce. Ostatnia kwadra (numer 7 na ilustracji) następuje w przybliżeniu w tydzień po pełni. Księżyc jest widoczny w drugiej połowie nocy, a jego kształt zbliża sięę do litery C. 4

Wyżej wymienione fazy czyli nów, pierwsza kwadra, pełnia i ostatnia kwadra są wymieniane w większości kalendarzy faz Księżyca. Możemy wyróżnić dodatkowo drugą, czwartą, szóstą i ósmą fazę. Wracając do ilustracji - możemy opisać następujące fazy Księżyca: Fazy Księżyca: 1. nów - Księżyc jest niewidoczny; 2. druga faza - widoczny jest rogal; 3. pierwsza kwadra - na niebie widoczna jest połowa tarczy Księżyca (pokonał 1 4 swojej orbity); 4. czwarta faza - widoczna jest większa część Księżyca; 5. pełnia - na niebie widoczna jest cała tarcza Księżyca; 6. szósta faza - widoczna jest większa część Księżyca; 7. ostatnia kwadra - na niebie widoczna jest połowa tarczy Księżyca (pokonał 3 4 swojej orbity); 8. ósma faza - widoczny jest rogal. Gdy Księżyc jest w pełni, znajduje się po przeciwnej stronie Ziemi niż Słońce. Jego położenie na sferze niebieskiej jest w przybliżeniu przeciwległe do położenia Słońca. Księżyc wówczas znajduje się w kulminacji górnej (góruje) około północy, w kulminacji dolnej zaś (dołuje) - w południe. Natomiast w nowiu położenie Księżyca na sferze niebieskiej jest bliskie położenia Słońca. Księżyc wówczas znajduje się w kulminacji górnej w południe, w kulminacji dolnej zaś - o północy. Pełny obieg Księżyca wokół Ziemi trwa 27 dni i 8 godzin. Tyle też czasu potrzebuje Księżyc, aby powrócić w to samo miejsce na niebie. Ponieważ jednak w tym czasie 5

Słońce przesunęło się wśród gwiazd o kąt bliski 30, więc Księżyc potrzebuje dodatkowo 2 dni i 4 godzin, aby "dogonić" Słońce. Łącznie więc, Księżyc w swoim ruchu po niebie mija Słońce co 29,5 dnia. Ten odstęp czasu nazywa się miesiącem synodycznym i zarazem tyle trwa pełny cykl faz Księżyca. W wyniku rozmaitych perturbacji Księżyc wykonuje niewielkie wahania wokół linii łączącej go z Ziemią, w wyniku czego w ciągu odpowiednio długiego czasu możemy zaobserwować kilkustopniowy wycinek odwrotnej strony Księżyca. Jednak cała odwrotna strona Księżyca może być zaobserwowana tylko z pokładów statków kosmicznych. W czasie pełni, Słońce i Księżyc znajdują się po przeciwnych stronach Ziemi; mówimy wówczas, że Księżyc znajduje się w opozycji do Słońca. Patrząc na księżyc, możemy ocenić, w której fazie się znajduje: Jeżeli ma kształt litery D, to znaczy, że się Dopełnia, robi się Duży, Dąży do pełni - czyli nadchodzi pełnia. Jeżeli ma kształt litery C, to się Cofa, Cienieje, Ciemnieje, Chudnie - jest już po pełni.!!! Powyższe zasady dotyczą obserwatora znajdującego sie na półkuli północnej (czyli np. u nas w Polsce). Na półkuli południowej sytuacja jest odwrotna, czyli księżyc w kształcie litery C dąży do pełni, a w kształcie litery D - zmniejsza się. Można wówczas korzystać z języka "australijskiego": becomes Complete - staje się pełny, becomes Dark - staje się ciemny!!! 6

Obecnie dzięki badaniom naukowców mamy szeroki dostęp do wiedzy na temat Księżyca. Bogatym źródłem informacji jest Internet. Bez trudu możemy odnaleźć kalendarz faz Księżyca. Poniżej przedstawiono wybraną kartę z takiego kalendarza: Kalendarz faz księżyca przypadających na wrzesień, październik, listopad oraz grudzień 2010 roku. 7

Informacje w kalendarzu faz Księżyca mogą być podane w innej formie: Księżyc 2010 2011 Pierwsza kwadra Pełnia Ostatnia kwadra Nów 2010 6 Listopad 14 Listopad 21 Listopad 29 Listopad 5 Grudzień 13 Grudzień 21 Grudzień 28 Grudzień 2011 4 Styczeń 12 Styczeń 19 Styczeń 26 Styczeń 3 Luty 11 Luty 18 Luty 24 Luty 4 Marzec 12 Marzec 19 Marzec 26 Marzec 3 Kwiecień 11 Kwiecień 18 Kwiecień 25 Kwiecień 3 Maj 10 Maj 17 Maj 24 Maj 1 Czerwiec 9 Czerwiec 15 Czerwiec 23 Czerwiec 1 Lipiec 8 Lipiec 15 Lipiec 23 Lipiec 30 Lipiec 6 Sierpień 13 Sierpień 21 Sierpień 29 Sierpień 4 Wrzesień 12 Wrzesień 20 Wrzesień 27 Wrzesień 8

Kalendarze faz Księżyca mogą zawierać szereg dodatkowych informacji. Możemy odczytać wszelkie dane na temat położenia Księżyca w zależności od wybranego punktu obserwacyjnego podając np. długość i szerokość geograficzną miejsca gdzie znajduje się obserwator. Oprócz faz możemy odczytać dane godziny wschodu i zachodu Księżyca, a także godziny wschodu i zachodu Słońca. Możemy także odczytać informacje o położeniu innych planet np.: Merkurego, Wenus oraz informacje o koniunkcji i libracji (pojęcia koniunkcja i libracja wykraczają poziomem wiedzy poza wymagania programowe i nie będą omawiane). Materiały pobrane są ze strony internetowej www.nightcal.co.uk Legenda (Key to Symbols): Date Data Phase of Moon Faza Księżyca Age of Moon Dzień miesiąca synodycznego Twilight Godzina zmierzchu Sun rise Godzina wschodu Słońca Sun set Godzina zachodu Słońca Moon rise Godzina wschodu Księżyca Moon set Godzina zachodu Księżyca Height of Mercury/Venus above horizon at civil twilight (degrees) Położenie (w stopniach) Merkurego / Wenus nad horyzontem w czasie od zmierzchu do świtu Visible neer Sun rise /Sun set Widoczne o wschodzie Słońca / zachodzie Słońca Poniżej przedstawione są przykładowe strony z takiego kalendarza dla października (october) i listopada (november) 2010 roku (dla stref czasowych UT+2 i UT+1). 9

10

11

3. Ciekawostki. Wielkanoc wypada zawsze w pierwszą wiosenną niedzielę przypadającą po pełni Księżyca (czyli najwcześniej 21 marca, najpóźniej 25 kwietnia). Popularne są przesądy dotyczące wpływu faz Księżyca na psychikę - badania naukowe żadnego tego typy wpływu nie wykazały. Jest uważany za symbol ukrytych stron ludzkiej natury. Są dwa czynniki mające duży wpływ na wegetację roślin. Pierwszy to pogoda, a drugim jest Księżyc, dlatego przy wykonywaniu rożnych prac w ogrodzie należy uwzględnić fazę w jakiej znajduję się nasz satelita. Prace ogrodnicze w zależności od fazy księżyca: - Gdy Księżyca ubywa (IV kwadra): najlepszy czas na sadzenie, przesadzanie i cięcie drzew. Rośliny szybciej się regenerują i przyjmują w nowym miejscu a przycięte rośliny tracą mniej soków. W czasie gdy księżyca ubywa część nadziemna rośliny jest mało wrażliwa na uszkodzenia. Zaleca się wtedy siew i sadzenie roślin cebulowych, motylkowych i korzeniowych, zwalczanie chwastów chorób i szkodników. Jest to odpowiedni czas na zbiory owoców i warzyw przeznaczonych do dłuższego przechowywania - będą dłużej świeże. Również ścięte kwiaty będą dłużej świeże jeżeli zostały zebrane w czasie gdy księżyca ubywa. - Gdy księżyca przybywa (I kwadra): w tym czasie należy przeprowadzać siew i sadzenie warzyw liściowych oraz drzew i krzewów owocowych. Jest to też dobra pora przygotowanie sadzonek do ukorzenienia, szczepienie oraz czynności pielęgnacyjne związane z glebą - zasilanie i podlewanie. Korzenie roślin są w tym czasie najmniej wrażliwe na wszelkie uszkodzenia. Jeżeli w tym czasie przeprowadzamy cięcie to nie powinno być ono zbyt intensywne bo może to spowodować nadmierny wyciek soku z rośliny. Najlepsza pora na zbiór owoców i warzyw do bezpośredniego spożycia - w tym czasie mają największą wartość odżywczą i są najsmaczniejsze. Dobra pora na zbiór ziół i roślin przyprawowych - są bardziej aromatyczne i skuteczne. - Gdy Księżyc jest w pełni: wysiew warzyw: brukselki, kapusty, marchwi cebuli i rzodkiewki. Dobra pora na sadzenie ziemniaków, pomidorów itd. Najodpowiedniejsza pora na nawożenie roślin i zabiegi pielęgnacyjne takie jak pielenie, zwalczanie chwastów i szkodników, okopywanie, przerzedzanie 12

wschodzących roślin. W czasie pełni nie należy przeprowadzać cięć drzew i krzewów, szczepień i przyszczykiwań. - Nów Księżyca: W czasie nowiu można najskuteczniej zwalczać choroby roślin oraz szkodniki im zagrażające. Jest to też odpowiednia pora na niszczenie chwastów, usuwanie chorych pędów i przyszczykiwanie pędów. Prace powinny być przeprowadzane na dzień przed lub dzień po kulminacji nowiu. W czasie pełni nie zaleca się wysiewania i wysadzania roślin oraz wszelkich prac, które mogłyby uszkodzić korzenie (np. okopywania). Mapa Księżyca wykonana przez gdańskiego astronoma Jana Heweliusza (1647). 13

4. Obserwacje własne i wnioski. Obserwacje Księżyca były zaplanowane na okres od 01 do 30 listopada 2010 roku. Jak odczytamy kalendarza faz dnia 01 listopada Księżyc był w ósmej fazie, a dnia 06.11.2010 Księżyc był w fazie nowiu. 13 listopada był w pierwszej kwadrze a pełnia wystąpiła dopiero 21 listopada 2010 roku. 28 listopada Księżyc znajdował się w ostatniej kwadrze. Prognozy pogody na listopad były następujące (przykładowa z portalu http://pogoda.onet.pl/): LISTOPAD 2010 STANOWCZO NIE BĘDZIE MIESIĄCEM DLA CIEPŁOLUBNYCH... TEMPERATURY SPADNĄ PONIŻEJ ZERA, A Z NIEBA SYPNIE ŚNIEGIEM. WYGLĄDA NA TO, ŻE ZIMA POJAWI SIĘ PRĘDKO, A JEJ NADEJŚCIE MAJĄ POPRZEDZIĆ SILNE WICHURY I DESZCZE. POGODA SPODOBA SIĘ CHYBA TYLKO NARCIARZOM, KTÓRZY JUŻ WKRÓTCE BĘDĄ MOGLI SZUSOWAĆ PO STOKACH. Prognozy pogody sprawdziły się przez co listopad nie był najlepszym okresem do przeprowadzania obserwacji nieba. Pogoda jaka była w tym czasie uniemożliwiała dobrą obserwację Księżyca. Utrzymujące się przez większość czasu zachmurzenie skutecznie zasłaniało Księżyc, który (w odpowiedniej fazie) powinien być widoczna w tym czasie przy dobrej pogodzie, przy bezchmurnym niebie. Udało się jednak wykonać kilka fotografii Księżyca. Tylko kilka nocy w listopadzie niebo było na tyle czyste, że udało się zrobić zdjęcie i można je porównać z kalendarzem faz Księżyca. Zdjęcia pokazano poniżej. 14

Zdjęcie nr 1. Data wykonania: 11.11.2010, godzina 17:30 Księżyc jest w piątym dniu po nowiu (nów wystąpił 06.11.2010). Pozostało 3 dni do pierwszej kwadry. Druga faza. Zdjęcie nr 2. Data wykonania: 12.11.2010, godzina 20:30 Pozostało 2 dni do pierwszej kwadry. Druga faza. Zdjęcie nr 3. Data wykonania: 14.11.2010, godzina 19:10 Księżyc znajduje się w pierwszej kwadrze. 15

Zdjęcie nr 4. Data wykonania: 21.11.2010, godzina 17:00 Księżyc w pełni. Zdjęcie nr 5. Data wykonania: 26.11.2010, godzina 06:50 Księżyc jest w piątym dniu po pełni. Pozostało 3 dni do ostatniej kwadry. Szósta faza. Zdjęcie nr 6. Data wykonania: 30.11.2010, godzina 07:00 Księżyc jest jeden dzień po wejściu w ostatnią kwadrę (ostatnia kwadra: 29.11.2010). 16

Obserwacje potwierdzają prawidłowość danych odczytanych z kalendarza faz Księżyca. Do wykonania zdjęć Księżyca został wykorzystany mały amatorski aparat, który zasadniczo nie jest przystosowany do wykonywania zdjęć nocnych nieba. Stąd niska jakość fotografii. Widoczne odblaski i zielone przebarwienia mogą być wynikiem poruszenia aparatu oraz przypadkowego, niekorzystnego odbicia światła w obiektywie. Duży wpływ miało także nie do końca czyste niebo (nienajlepsza przejrzystość powietrza). Najlepszą jakościowo fotografię: nr 4 z dnia 21.11.2010 w czasie gdy Księżyc był w pełni udało się wykonać dzięki dobrej pogodzie, gdy niebo było bardzo czyste, bez zachmurzeń. Fotografowanie nieba nocą - czyli także Księżyca wymaga specjalnego sprzętu fotograficznego. Na pewno konieczny jest aparat z dobrym obiektywem z dużym powiększeniem optycznym (ogniskowa 35-380 mm, zoom x10) czyli tzw. Ultra Zoom. Przydało by się także aby aparat posiadał funkcję ręcznego ustawiania ostrości (MF) oraz punktowy pomiar światła. Dosyć istotnym elementem wyposażenia jest także statyw. Wnioskiem z przeprowadzonych obserwacji jest fakt, że do tego typu fotografii potrzebujemy możliwie największej przejrzystości powietrza. Odpadają więc pochmurne dni i noce. Największą przejrzystość powietrze ma podczas niskiej temperatury. Nie dochodzi wtedy do parowania, a więc w powietrzu jest mało cząsteczek wody, które w znacznym stopniu zmniejszają jego przejrzystość. Przeprowadzona analiza oraz obserwacje pozwoliły zrozumieć prawa rządzące w przyrodzie. Dały odpowiedź na wiele pytań i wyjaśniły wiele zjawisk obserwowanych na co dzień w przyrodzie. Obserwacje Księżyca i fotografowanie nieba będą w przyszłości powtórzone przy lepszej pogodzie i z wykorzystaniem lepszego aparatu fotograficznego jako powtórne, ciekawe ćwiczenie. 17

Mam nadzieję, że w przyszłości uzyskam zdjęcie takie jak to zamieszczone poniżej: (to zdjęcie zostało wyszukane w Internecie): 18