Почему у Луны есть фазы

От одного новолуния до следующего проходит 29.53 суток, примерно на двое суток больше, чем занимает оборот вокруг Земли.

Половина освещена всегда

Солнце является единственной звездой Солнечной системы и её основным источником видимого света. Луна представляет собой тёмное каменное тело, отражающее солнечный свет. В каждый момент Солнце освещает ровно половину Луны, обращённую к нему. За месяц меняется то, какая часть этой освещённой половины повёрнута к нам. Когда Луна находится примерно между Землёй и Солнцем, её освещённая сторона отвёрнута от нас и мы видим тёмную: это новолуние. Когда Луна находится с противоположной от Солнца стороны Земли, мы смотрим прямо на освещённую половину: это полнолуние.

Между этими положениями видна часть освещённой половины. Удобная величина называется элонгацией: это угол между Солнцем и Луной для земного наблюдателя. Доля освещённого лунного диска равна (1 − cos E) ÷ 2, где E обозначает этот угол. При 0° формула даёт 0, новолуние. При 90° она даёт ровно половину, первую четверть. При 180° получается 1, полнолуние. Показание модели использует эту формулу, так что её можно проверить для любого дня.

Восемь фаз идут в таком порядке: новолуние, растущий серп, первая четверть, растущая Луна, полнолуние, убывающая Луна, последняя (или третья) четверть, убывающий серп. «Растущая» означает, что видимая освещённая часть увеличивается, а «убывающая», что она уменьшается. NASA обращает внимание на ловушку в слове «четверть». В первой четверти Луна выглядит полукругом: видна половина освещённой половины, то есть четверть всей поверхности. Фаза названа по положению в цикле, четверти пройденного пути.

Почему 29.53 суток, а не 27.32

Луна совершает оборот вокруг Земли относительно звёзд за 27.32 суток. Но фаза зависит от положения Луны относительно Солнца, а Солнце на нашем небе не стоит на месте. Пока Луна проходит круг, Земля сдвигается по своей орбите примерно на 27°, поэтому Луне нужно ещё чуть больше двух суток, чтобы восстановить прежний угол с Солнцем. Периоды связаны простым правилом: 1 ÷ 27.3217 − 1 ÷ 365.256 = 1 ÷ 29.53. NASA указывает длительность синодического месяца, от новолуния до новолуния, 29.53 суток.

По той же причине Луна каждый день восходит позже. Она смещается относительно Солнца примерно на 12° к востоку за сутки и в среднем восходит примерно на 50 минут позже предыдущего дня (24 часа ÷ 29.53 ≈ 49 минут). Поэтому у каждой фазы свои часы. Полная Луна восходит около заката и заходит около восхода Солнца, оставаясь на небе всю ночь. Луна в первой четверти восходит около полудня и заходит около полуночи. В новолуние Луна восходит и заходит вместе с Солнцем, поэтому мы её не видим.

Место наблюдения на Земле переворачивает картинку. В Северном полушарии растущая Луна освещена справа, убывающая слева. Из Австралии или Южной Африки та же Луна выглядит перевёрнутой и при росте освещена слева. Попробуй кнопку «Вид с юга». В ясный вечер стоит заметить ещё одну деталь: тёмная часть серпа часто слабо светится. Это пепельный свет: солнечный свет отражается от Земли к Луне, а затем к твоим глазам.