Фазы Луны

Анимация Луны по мере её прохождения через фазы.

Фа́зы Лу́ны — циклическая последовательность видоизменений освещённой области лунного диска (периодичность которых составляет синодический месяц продолжительностью приблизительно 29,53 земных суток), обусловленная изменением взаимного пространственного расположения системы Земля-Луна-Солнце в процессе орбитального движения естественного спутника.

Фундаментальные физические принципы

Астрономическая природа лунных фаз

Механизм формирования лунных фаз обусловлен закономерностями небесной механики. Луна, будучи объектом, не излучающим свет, отражает солнечные лучи. Из-за её синхронного вращения вокруг Земли мы видим только ту сторону, которая всегда обращена к планете. Это явление, наряду с изменением положения Луны относительно Солнца и Земли, приводит к наблюдаемым фазам, которые изменяются в зависимости от угла между этими тремя объектами.

Фазовая цикличность является результатом трёхмерной геометрии системы Земля-Луна-Солнце. В процессе движения Луны вокруг Земли та часть её поверхности, на которую падает солнечный свет, изменяется в зависимости от положения относительно источника света и наблюдателя. Когда Луна проходит различные точки своей орбиты, угловое положение между объектами меняется, что приводит к видимым изменениям освещённости её поверхности, от полного отсутствия света (новолуние) до полной освещённости (полнолуние), с промежуточными фазами.

Схема освещения Луны Солнцем

Орбитальная механика и временные закономерности

Продолжительность синодического месяца — времени между одинаковыми фазами Луны — характеризуется значительной вариативностью. Минимальное значение составляет 29 дней 7 часов 11 минут в июле, тогда как максимальное достигает 29 дней 19 часов 14 минут в январе. Эта разница в 12 часов может показаться незначительной, но она отражает фундаментальные свойства лунной орбиты.

Причина таких вариаций кроется в эллиптичности лунной орбиты — небесное тело движется не по идеальному кругу, а по вытянутому эллипсу. Когда Луна находится ближе к Земле (в перигее), она движется быстрее, подчиняясь второму закону Кеплера. Когда же она приближается к апогею, её орбитальная скорость замедляется. Это приводит к тому, что время, необходимое для завершения одного синодического цикла, постоянно флуктуирует.

Геометрия освещения и математические модели

Классификация основных фаз базируется на точных угловых соотношениях между эклиптическими долготами Луны и Солнца. Четыре кардинальные фазы соответствуют разностям долгот:

1. 0° — новолуние.
2. 90° — первая четверть.
3. 180° — полнолуние.
4. 270° — последняя четверть.

Эта геометрическая точность позволяет астрономам предсказывать моменты фазовых переходов с точностью до минут на столетия вперёд.

Математическое описание степени освещённости лунного диска выражается формулой:

${\frac {1\cos \varepsilon }{2}}=\sin ^{2}\left({\frac {\varepsilon }{2}}\right),$

где $\varepsilon$ представляет собой элонгацию — угол между направлениями на Луну и Солнце от земного наблюдателя. Данная формула позволяет рассчитать процентное соотношение освещённой области в любой момент лунного цикла и является основой для всех современных астрономических программ и мобильных приложений.

Виды и классификация лунных фаз

Четырёхфазная схема Луны

Стандартная западная номенклатура, знакомая большинству людей, включает четыре основные фазы, каждая из которых имеет свои уникальные характеристики и время наблюдения.

• Новолуние представляет собой момент, когда Луна располагается между Землёй и Солнцем, и её освещённая половина остаётся скрытой от глаза наблюдателя. В этой фазе она практически невидима на небе, за исключением редких моментов солнечных затмений, когда силуэт можно различить на фоне солнечного диска.
• Первая четверть наступает приблизительно через неделю после новолуния, когда освещена ровно половина видимого лунного диска. В Северном полушарии освещённой оказывается правая половина, напоминающая букву «D». Данная фаза благоприятна для изучения лунной поверхности в телескоп, поскольку граница света и тени (терминатор) создаёт максимальный контраст и выявляет мельчайшие детали рельефа небесного тела.
• Полнолуние — это фаза, при которой весь видимый лунный диск полностью освещается солнечными лучами. В этот момент Земля находится между Солнцем и Луной, и спутник восходит при заходе Солнца, оставаясь над горизонтом на протяжении всей ночи.
• Последняя четверть завершает основной цикл, представляя собой фазу, обратную первой. Теперь освещена левая половина диска (для Северного полушария), напоминающая букву «C». Эта фаза оптимальна для наблюдений в утренние часы, когда Луна видна высоко в небе после рассвета.

Анимация Луны по мере её прохождения через фазы. Вид с Южного полушария Земли (север внизу)

Альтернативные культурные системы

Традиционная гавайская астрономическая система оперирует тридцатифазной моделью — каждые сутки лунного цикла соответствуют отдельной фазе с индивидуальным наименованием. Данная детализированная система имела практическое значение для навигации и хозяйственной деятельности.

Полинезийские мореплаватели использовали точное знание лунных фаз для навигации в открытом океане, рыболовства и планирования сельскохозяйственных работ. Каждая из 30 фаз имела свои характеристики:

• одни считались благоприятными для посадки таро;
• другие — для рыбалки в глубоких водах;
• третьи — для сбора определённых видов морепродуктов.

Китайская традиционная астрономия также использует более обширную систему, разделяя каждый лунный месяц на три декады, каждая из которых имеет свои особенности и влияние на различные аспекты жизни. Индийская астрономическая традиция оперирует системой «титхи» — лунных дней, которые не совпадают с солнечными сутками и имеют различную продолжительность.

Особые оптические явления

Пепельный свет Луны представляет оптическое явление, связанное с лунными фазами. Данный феномен проявляется как слабое свечение неосвещённой половины Луны благодаря отражённому от Земли солнечному излучению. Особенно заметно оно бывает во время серповидных фаз. В научной литературе явление также обозначается термином «земной свет». Благодаря ему можно различить контуры полного лунного диска даже при слабой освещённости.

Физическая основа этого явления заключается в том, что Земля, как и Луна, отражает солнечный свет. При наблюдении тонкого лунного серпа с лунной поверхности Земля представляется почти полностью освещённой. Земной свет после рассеяния лунной поверхностью возвращается к наблюдателю и создаёт описанное свечение.

Земля отражает свет примерно в четыре раза эффективнее Луны благодаря облакам и океанам, поэтому «земной свет» на Луне намного ярче, чем лунный свет на Земле. Временной интервал между полнолунием и новолунием демонстрирует вариативность — от 13 дней 22,5 часов до 15 дней 14,5 часов. Эта разница в полтора дня отражает сложное влияние орбитальной эллиптичности, гравитационных воздействий Солнца и других планет, а также постепенное замедление вращения Земли под влиянием приливных сил.

Культурное наследие и традиции

Древнерусская лунная терминология

Славянская культурная традиция сохранила специфическую систему обозначений лунных фаз, отражающую интеграцию астрономических наблюдений в повседневную деятельность. Данная терминология содержит практические знания, связанные с хозяйственными циклами.

Слова «нов», «млад» или «молод» обозначали начальную серповидную фазу после новолуния — когда на небе появлялся тонкий серп молодой Луны. Это было особое время в народном календаре, связанное с посевными работами и важными жизненными решениями. Выражение «на нове месяце» использовалось для описания периода первых нескольких дней после новолуния, когда считалось благоприятным начинать новые дела.

«Ветх» — термин для финальной серповидной фазы перед новолунием — нёс в себе представление о завершении цикла, окончание ранее начатого. Временная конструкция «на ветху месяцу» указывала на последние дни убывающей Луны, время подведения итогов и завершения начатых проектов. Это был период особой осторожности в делах, время сбора урожая определённых культур и подготовки к новому циклу.

Термин "перекрой"представляет собой наименование выпуклой фазы Луны, наступающей после полнолуния. Это слово буквально означало «перекраивание», «переделку», отражая представление о том, что после достижения полноты Луна начинает уменьшаться. Время «на перекрое» считалось подходящим для реорганизации хозяйства, пересмотра планов и корректировки жизненных стратегий.

Выражение «в месяце полне» обозначало не только сам момент полнолуния, но и период максимальной лунной активности, когда все процессы в природе достигали своего пика. Это было время наибольшей энергии, когда проводились самые важные ритуалы, празднества и общественные собрания.

Мнемонические традиции разных народов

Человечество выработало множество различных методов запоминания и определения лунных фаз, которые передавались из поколения в поколение и адаптировались к местным условиям наблюдения. Эти мнемонические методы не только помогали ориентироваться в лунном календаре, но и отражали культурные особенности и мировоззрение различных народов.

В Северном полушарии получила распространение система буквенных ассоциаций. Серповидная форма, напоминающая букву «С» (или русскую «С»), соответствует убывающей фазе — луна «стареет», «сходит». Обратная ориентация серпа, которую можно дополнить воображаемой вертикальной линией до буквы «Р», указывает на растущую фазу — луна «прибывает», «растёт». Эта система настолько универсальна, что используется в астрономических учебниках по всему миру.

Французская традиция использует похожий принцип с буквами «D» (dernier — последний) для убывающей луны и «P» (premier — первый) для растущей. Немецкая мнемоника оперирует словами «abnehmend» (убывающий) и «zunehmend» (возрастающий), которые также связываются с формой серпа.

Религиозные и мифологические представления

В древнегреческой мифологии Селена, богиня Луны, воплощала цикличность жизни и смерти. Её фазы интерпретировались как различные аспекты женской природы:

• молодая Луна символизировала деву;
• полная — материнство;
• убывающая — мудрую старуху.

Эта триединая символика оказала огромное влияние на западную эзотерическую традицию и до сих пор используется в современном неоязычестве.

Исламский календарь полностью основан на лунных циклах, и начало каждого месяца определяется первым появлением новолуния. Это создаёт ситуацию, когда религиозные праздники постепенно смещаются относительно солнечного года, проходя через все сезоны в течение 33-летнего цикла. Рамадан может приходиться как на зимние, так и на летние месяцы, что создаёт различные условия для соблюдения поста.

Еврейский календарь представляет собой лунно-солнечную систему, где лунные месяцы корректируются дополнительными месяцами для синхронизации с сельскохозяйственными сезонами. Многие важные праздники привязаны к конкретным лунным фазам: Пасха всегда начинается в полнолуние весеннего месяца нисан, а День искупления приходится на новолуние осеннего месяца тишрей.

Буддийская традиция использует лунный календарь для определения времени важных церемоний и медитативных практик. Дни новолуния и полнолуния считаются особенно благоприятными для духовной практики, и многие монастыри проводят в это время специальные ритуалы и собрания общины.

Полумесяц над земным горизонтом

Наблюдение и визуальные особенности

Влияние географической широты на восприятие

Распространённое заблуждение состоит в том, что лунные фазы обусловлены земной тенью, падающей на Луну. Однако она является причиной лунных затмений, происходящих несколько раз в год и длящихся несколько часов. Фазы Луны обусловлены изменением угла освещения лунной поверхности солнечными лучами при орбитальном движении спутника вокруг Земли.

Наклон лунной орбиты к плоскости эклиптики на 5,1° создаёт сложную динамику видимого движения Луны по небесной сфере. Такая ориентация орбиты обуславливает сходство суточной траектории Луны с солнечной, но с важными отличиями. В результате мы наблюдаем выраженные сезонные вариации времени восхода, прохождения через меридиан и захода Луны в различных фазах.

Зимнее полнолуние в Северном полушарии достигает максимальной высоты над горизонтом — сопоставимой с высотой летнего солнца. Полная луна декабря может подниматься на 70-80° над горизонтом в средних широтах.

Напротив, летнее полнолуние характеризуется низкой траекторией, достигая высоты 20-30°, что придаёт ему красноватый оттенок из-за прохождения света через толстую атмосферу.

Либрация и дополнительные оптические эффекты

Либрация Луны — одно из самых интересных и малоизвестных явлений, связанных с наблюдением спутника. Эти видимые колебания позволяют увидеть приблизительно 59 % общей площади лунной поверхности. При этом в каждый отдельный момент времени наблюдается лишь половина диска.

Физические причины явления многообразны и сложны. Либрация по долготе возникает из-за эллиптичности лунной орбиты — когда Луна движется быстрее в перигее и медленнее в апогее, её вращение с постоянной скоростью иногда «отстаёт» от орбитального движения, иногда «обгоняет» его. Это создаёт эффект покачивания с амплитудой около 8°.

Либрация по широте обусловлена наклоном лунной оси вращения к плоскости орбиты на 6,7°. Это позволяет учёным периодически заглядывать за северный и южный лунные полюса, наблюдая кратеры и горные хребты, которые обычно скрыты за горизонтом.

Суточная либрация возникает из-за вращения Земли. На восходе Луну видно под несколько иным углом, чем на закате.

Затмения и особые астрономические явления

Механизмы солнечных и лунных затмений

Солнечное затмение

Затмения представляют собой наиболее заметные астрономические явления, тесно связанных с системой лунных фаз, но происходящих по особым геометрическим условиям. Понимание их механизмов требует представления о трёхмерной геометрии движения небесных тел и особенностях орбит.

Солнечные затмения происходят исключительно в фазе новолуния, когда Луна проходит между Землёй и Солнцем. Однако новолуние случается каждый месяц, а солнечные затмения — лишь 2-5 раз в год. Причина этого кажущегося противоречия заключается в наклоне лунной орбиты на 5° относительно плоскости земной эклиптики. В большинстве новолуний небесное тело проходит чуть выше или ниже солнечного диска при наблюдении с Земли.

Солнечное затмение возможно лишь в том случае, если новолуние происходит вблизи одного из узлов лунной орбиты — точек пересечения орбиты Луны с плоскостью земной орбиты. Тень спутника на поверхности Земли формирует сложную структуру. Центральная часть тени (умбра) имеет диаметр не более 270 километров и перемещается по земной поверхности со скоростью до 2 500 км/ч. В пределах этой зоны происходит полное солнечное затмение, при котором Луна полностью закрывает солнечный диск.

Лунные затмения происходят только в полнолуние, когда Земля находится между Солнцем и Луной, и спутник попадает в земную тень. В отличие от солнечных затмений, лунные затмения видимы одновременно на всей ночной стороне Земли. Земная тень значительно больше лунной, поэтому затмения длятся дольше — до 3,5 часов для полной фазы.

Полное лунное затмение 28 августа 2007 года

Характерной особенностью затмений является то, что Луна не исчезает полностью, а приобретает красноватый оттенок. Это происходит потому, что земная атмосфера работает как линза, преломляя солнечный свет и направляя красные лучи (наименее рассеивающиеся) в область земной тени. Цвет затмения может варьироваться от ярко-оранжевого до тёмно-бордового в зависимости от количества пыли и облаков в атмосфере.

Циклы затмений и их предсказание

Статистически в календарном году происходит от четырёх до семи затмений различной степени покрытия, причём минимум два из них обязательно солнечные. Эта закономерность обусловлена сложным взаимодействием орбитальных периодов Земли, Луны и прецессии лунных узлов.

Древние астрономы обнаружили, что затмения повторяются через определённые интервалы времени. Наиболее известный из таких циклов — сарос, период в 18 лет 11 дней 8 часов (или 6585,32 дня). После завершения сароса конфигурация Солнца, Земли и Луны почти точно повторяется, и происходит затмение, очень похожее на предыдущее.

Более точные предсказания требуют учёта множества факторов:

• эксцентриситета орбит;
• их наклонов;
• гравитационных влияний планет;
• релятивистских эффектов.

Современная вычислительная астрономия позволяет предсказывать затмения с точностью до секунд как для грядущих, так и для прошедших тысячелетий. Это даёт возможность историкам датировать древние события, а археологам — проверять хронологию исторических источников.

Затменные сезоны повторяются с периодичностью приблизительно каждые шесть месяцев (точнее, каждые 173,3 дня) вследствие прецессии лунных узлов. Узлы орбиты медленно смещаются по эклиптике с периодом 18,6 года, что создаёт сложную картину повторяемости затмений. В некоторые годы может быть семь затмений, в другие — только четыре.

Влияние затмений на лунные фазы

Солнечное затмение в новолуние может сделать видимым силуэт Луны даже в дневное время, когда обычно она полностью скрыта. Полное солнечное затмение представляет возможность наблюдать внешнюю атмосферу Солнца (корону), звёзды и планеты среди дня.

Лунное затмение превращает яркий диск полнолуния в затемнённый объект с характерным красноватым оттенком, который остаётся различимым даже при высокой степени искусственного освещения. Это единственное время, когда полную Луну можно фотографировать с длительной экспозицией, получая изображения звёзд на том же кадре.

Частные затмения создают промежуточные эффекты. Лунное затмение показывает чёткую границу земной тени на поверхности спутника, позволяя наблюдать форму Земли. Солнечное — создаёт характерные серповидные тени через листву деревьев. Каждая щель между листьями работает как камера-обскура, проецируя изображение частично закрытого Солнца.

Биологическое и социальное влияние

Воздействие на психику и поведение человека

Связь между лунными циклами и человеческой психикой остаётся одной из самых дискуссионных тем на стыке астрономии, медицины и психологии. Современные научные исследования представляют сложную картину, где статистически значимые корреляции соседствуют с отсутствием убедительных каузальных механизмов.

Исследования в области психических расстройств выявили интересные закономерности. Анализ дневниковых записей пациентов с биполярным аффективным расстройством демонстрирует циклические вариации в интенсивности симптоматики, которые могут коррелировать с фазовыми переходами. У некоторых пациентов маниакальные эпизоды чаще начинаются в период нарастающей Луны, в то время как депрессивные фазы могут совпадать с убывающими фазами.

Исторический контекст этих наблюдений уходит корнями в античную медицину. Представления, восходящие к эпохе Галена, постулировали прямую связь между лунными циклами и эпилептическими приступами. Отсюда происходит термин «лунатизм» и английское слово «lunatic» («безумный»), буквально означающее «лунный». Хотя современная нейрология не подтверждает наличие достоверных механизмов возникновения эпилепсии, эпидемиологические исследования действительно обнаруживают некоторые статистические корреляции.

Существует несколько гипотез лунного влияния на психику. Гравитационная версия предполагает, что приливные силы, влияющие на океаны, могут воздействовать и на жидкости в человеческом организме. Однако расчёты показывают, что воздействие лунного притяжения на человеческое тело ничтожно мало по сравнению с влиянием окружающих предметов.

Более вероятной представляется световая гипотеза. Яркость полной луны составляет около 0,25 люкса — достаточно для подавления выработки мелатонина, гормона сна. В доиндустриальную эпоху, когда не существовало искусственного освещения, лунный свет мог существенно влиять на циркадные ритмы. Современные исследования показывают, что люди, живущие без электричества, действительно демонстрируют синхронизацию циклов сна с лунными фазами.

Репродуктивные циклы и хронобиология

Одно из актуальных направлений исследований касается связи между лунными циклами и репродуктивной биологией млекопитающих. Масштабное исследование 2021 года установило временную синхронизацию менструальных циклов с лунными и гравиметрическими колебаниями в исследовании, охватившем большое количество женщин, что привлекло значительное внимание научного сообщества.

Были проанализированы данные более чем от 300 женщин в течение нескольких лет. Для этого использовались специальные мобильные приложения для отслеживания менструальных циклов. Результаты показали, что у молодых женщин (до 35 лет) периоды синхронизации с лунным циклом встречались значительно чаще, чем можно было бы ожидать при случайном распределении. Особенно сильная корреляция наблюдалась в зимние месяцы, когда влияние искусственного освещения минимально.

Статистический анализ выявил периоды выраженной связи, чередующейся с фазами десинхронизации. Это свидетельствует о том, что синхронизация не является постоянной, а носит эпизодический характер. Возраст оказался критическим фактором — у женщин старше 35 лет совпадение циклов встречалось значительно реже, что может быть связано с гормональными изменениями и снижением чувствительности к внешним ритмам.

Хронобиологические механизмы явления остаются предметом активных научных дискуссий. Основные гипотезы включают:

• влияние гравитационных флуктуаций на нейроэндокринную систему;
• изменения магнитного поля Земли в зависимости от лунных фаз;
• прямое воздействие лунного света на эпифиз — железу, регулирующую циркадные ритмы.

Эволюционная перспектива предполагает, что синхронизация с лунными циклами могла иметь адаптивное значение для наших предков. Координация репродуктивных циклов в группе обеспечивала взаимную поддержку при воспитании потомства и оптимизировала использование ресурсов. Многие морские организмы до сих пор синхронизируют размножение с лунными циклами, используя приливные ритмы для распространения гамет.

Экономические и социальные корреляции

Влияние лунных циклов на экономические процессы составляет отдельную область современных междисциплинарных исследований. Аналитическая работа австралийского инвестиционного банка Macquarie Securities стала одной из первых в изучении корреляций между фазами лунного цикла и динамикой мировых фондовых индексов.

Количественный анализ, охвативший данные основных мировых бирж за несколько десятилетий, выявил статистически значимые различия в волатильности и доходности финансовых инструментов в зависимости от фазового состояния Луны. Наиболее стабильным периодом оказалось новолуние, когда рынки демонстрировали минимальную волатильность и предсказуемую динамику. Напротив, полнолуние характеризовалось повышенной волатильностью и более частыми резкими колебаниями цен.

Время восхода и захода Луны в разных фазах

Фаза	Среднее время восхода	Кульминация (наивысшая точка в небе)	Среднее время захода	Лучшая видимость
Новолуние	6:00	12:00	18:00	Невозможно увидеть за исключением полных или частичных солнечных затмений
Молодая Луна	9:00	15:00	21:00	Во время заката
Первая четверть	12:00	18:00	0:00	После полудня и ранней ночью
Растущая Луна	15:00	21:00	3:00	После полудня и бо́льшую часть ночи
Полнолуние	18:00	0:00	6:00	Всю ночь
Убывающая Луна	21:00	3:00	9:00	После заката, ночью и ранним утром
Последняя четверть	0:00	6:00	12:00	Поздней ночью и утром
Старая Луна	3:00	9:00	15:00	Перед рассветом и до полудня

Литература

1. Gurley J. G. Ten fantasy lectures on the sun, moon, and stars (англ.). — Pittsburgh: RoseDog Books, 2011. — 130 p. — ISBN 978-1-4349-8519-4.
2. Meeus J. Astronomical Algorithms (англ.). — Richmond: Willmann-Bell, 1991. — 435 p. — ISBN 0-943396-35-2.

Ссылки

• Gallery: Moon Phase and Libration // NASA Scientific Visualization Studio. — 2017.
• Moon Phases | Moon in Motion // NASA Science.