Planetární Geografie III. – Měsíc a jeho pohyby, Zatmění Slunce a Měsíce

Tento výukový materiál je součástí Učebnice zeměpisu v sekci Fyzický zeměpis -> Planetární geografie. V rámci tohoto tématu článek navazuje na 2.díl – Planetární Geografie II. – Země a její Pohyby, Magnetické pole. Po tomto díle následuje Litosféra I. – Geologie (1. část) – Stavba Země, Litosférické desky, Zemětřesení

Měsíc a jeho pohyby

Povrch a vlastnosti Měsíce

Měsíc je přirozenou družicí Země. Základní údaje:

•    průměr Měsíce: 3476 km (zhruba 4x menší než Země).
•    hmotnost Měsíce: 81x lehčí než Země
•    tíhové zrychlení: 1.62 ms^-2 (6x menší než na Zemi)
•    střední vzdálenost Země – Měsíc: 384 000 km

Měsíc se od Země neustále pomalu vzdaluje – ve skutečnosti tedy neobíhá po elipse, nýbrž spíše po spirále. V průměru se vzdálí od Země asi o 4 metry každých 100 let. Je možné, že někdy v budoucnosti Měsíc od Země uletí.

Střední vzdálenost Země – Měsíc je přesně 384 399 km. Perigeum („přízemí“, nejkratší vzdálenost Země – Měsíc): 363295 km, apogeum („odzemí“, největší vzdálenost od Země): 405503 km. Průměrná hustota Měsíce je 3.35 g/cm³ (60% hustoty Země). Údaje se liší, tyhle jsou z anglické Wikipedie (na české jsou evidentně špatné údaje!).

Měsíc nemá atmosféru ani magnetické pole (respektive má nepatrné magnetické pole a extrémně řídkou „atmosféru“), protože nemá železné jádro (nebo je toto jádro velice malé). Nedávno byla na Měsíci objevena voda ve formě ledu, který se vyskytuje na dně kráterů v polárních oblastech. Kyslík se na Měsíci normálně nevyskytuje, případní obyvatelé Měsíce by ho však mohli získat z oxidů (např. z oxidů titanu).

Magnetické pole Měsíce je zhruba 100x slabší než na Zemi. Celá měsíční „atmosféra“ váží dohromady asi 10 tun. „Atmosférický tlak“ na Měsíci je 0.3 nPA (3×10^-15 zemské atmosféry).

Povrch Měsíce je pustý, posetý krátery. Nejmenší „krátery“ mají průměr jen několik desetin mm, největší krátery mají řádově stovky kilometrů v průměru. Kráterů, které mají větší průměr než 1 kilometr, je na Měsíci asi 300000. Drtivá většina těchto kráterů je impaktních – vznikly dopadem meteoritů, případně komet či asteroidů. Na Měsíci jsou ale i sopečné krátery. Krátery jsou nejlépe pozorovatelné ze Země v období kolem 1. a 3. čtvrti na rozhraní světla a stínu (terminátor). Krátery jsou obvykle pojmenované po významných vědcích.

Nejznámější měsíční krátery (v závorce průměr v kilometrech): Tycho (102 km), Archimedes (82 km), Pythagoras (142 km), Kepler (31 km), Copernicus (107 km), Mendel (138 km), Purkyně (48 km), Heyrovsky (15 km), Tsiolkovskiy (185 km). Názvy kráterů jsou v anglické transkripci. Kráter Purkyně se i v anglické transkripci (na Wikipedii) píše s háčkem nad e.

Na povrchu Měsíce se vyskytují tmavé plochy, moře (latinsky mare). Největším mořem je Oceán bouří, dále jsou zde například moře dešťů, jasu, klidu, mračen… Tato moře jsou vyplněna lávou, která většinou vyplnila velké impaktní krátery. Drtivá většina moří se nachází na přivrácené straně Měsíce. Měsíční moře celkově pokrývají asi pětinu povrchu Měsíce.

Na Měsíci jsou dále pohoří. Nejvyšší z nich, Apeniny (Montes Apenninus), dosahují relativní výšky 4600 metrů! Toto pohoří je dlouhé 600 kilometrů.

Měsíc je v současnosti geologicky mrtvé těleso. Geologický vývoj Měsíce skončil asi před 3.5 miliardami let. Tehdy byla na Měsíci sopečná činnost. Dnes na Měsíci neexistuje sopečná činnost ani eroze. Na Měsíci mohou být jen slabá zemětřesení. Občas přibude nějaký menší impaktní kráter.

Původ Měsíce je nejasný. Je starý stejně jako Země a celá sluneční soustava (4.6 miliardy let). Neví se však, zda Měsíc vzniknul společně se Zemí, zda byl později zachycen gravitací Země či zda byl ze Země „vyražen“. Země (ještě jako planetesimála čili protoplaneta) se měla podle této teorie srazit s planetesimálou o velikosti Marsu. Vyražený materiál se pak měl zformovat do našeho Měsíce.

Teploty na Měsíci: -170°C až + 120°C (údaj pro měsíční rovník).

V roce 2009 naměřila americká sonda Lunar Reconnaissance Orbiter v místech trvalého stínu v kráterech okolo jižního pólu zatím nejnižší teplotu ve sluneční soustavě: −238°C (35 K).

Výzkum Měsíce

První člověk, který pozoroval povrch Měsíce dalekohledem, byl Galileo Galilei. Objevil, že povrch Měsíce není rovný, nýbrž pokrytý krátery a pohořími.

První sondy, které přistály na Měsíci, vyslali Sověti. Nejslavnější sovětskou automatickou sondou, která zkoumala povrch Měsíce, byl Lunochod.

První sondou, která dopadla (tvrdě) na Měsíc, byla sovětská Luna 2 v roce 1959. Stejného roku pak Luna 3 poprvé vyfotografovala odvrácenou stranu Měsíce. První sondou, která měkce přistála na Měsíci, byla Luna 9 v roce 1966. Sovětský lunochod zkoumal Měsíc v letech 1970-1971. Lunochod byl dálkově ovládán ze Země.

Prvními lidmi, kteří přistáli na Měsíci, byli Američané Neil Armstrong a Edwin Aldrin, kteří na Měsíci přistáli 20. července 1969. Jejich kosmická loď nesla název Apollo 11.  Celkem na Měsíci stanulo 12 amerických astronautů.

Hlavním konstruktérem rakety Saturn V (název typu rakety) byl německý konstruktér Wernher von Braun. Apollo 8 nejdříve obletělo Měsíc (v roce 1968). Následovalo celkem 6 lodí (Apollo 11 – Apollo 17). Z každé z nich stanuli na Měsíci 2 astronauti, s výjimkou Apolla 13, které mělo poruchu a muselo se vrátit na Zemi. Zatím posledními lidmi na Měsíci byli Eugen Cernan a Harrison Schmitt z Apolla 17 (prosinec 1972). Eugen Cernan (narozen 1934) byl po otci slovenského a po matce českého původu. Na Měsíc s sebou vezl československou vlajku. Ke svým česko-slovenským kořenům se hrdě hlásí.

Pohyby Měsíce a jejich důsledky

Měsíc vykonává tři základní pohyby:

1. Soustava Země – Měsíc obíhá okolo Slunce.
2. Měsíc rotuje kolem své osy.
3. Společně se Zemí rotuje kolem společného těžiště, barycentra. Tento pohyb způsobuje mj. slapové jevy (viz hydrosféra). Jelikož barycentrum leží uvnitř zemského tělesa, můžeme zjednodušeně říct, že Měsíc obíhá okolo Země.

Měsíc má tzv. vázanou rotaci. To znamená, že doba jeho rotace kolem své osy a doba, za kterou oběhne Zemi, je stejná! Díky tomu je k nám Měsíc přikloněn stále stejnou stranou, zatímco odvrácenou stranu nemůžeme vidět.

• siderický měsíc – 27.3 dne. Za tuto dobu se Měsíc otočí okolo své osy přesně o 360°. Za stejnou dobu urazí Měsíc i 360° kolem Země.
• synodický měsíc – 29.5 dne. Je to doba, která uplyne mezi dvěma úplňky. Během synodického měsíce se vystřídají všechny měsíční fáze (nov, první čtvrť, úplněk, třetí čtvrť). Za tu dobu se Měsíc otočí okolo Země (a zároveň i okolo své osy) o cca 389°. Za tu dobu se totiž Země posune na své dráze kolem Slunce zhruba o oněch 29° a Měsíc tudíž musí urazit o 29° více, aby byl opět ve stejné fázi.

Obrázek: Siderický a synodický měsíc

• Od novu do úplňku Měsíc dorůstá – má tvar velkého písmena D.
• Od úplňku do novu Měsíc couvá – má tvar velkého písmena C.

Lunární kalendáře (dnes např. islámský kalendář) mají obvykle 354 dnů, jelikož se u nich pravidelně střídají měsíce po 29 a 30 dnech. Jejich nevýhoda je v tom, že se měsíce posouvají vůči ročním obdobím. Siderický měsíc trvá přesně 27.322 dne (27 dní, 7 hodin, 43.1 minuty), synodický měsíc 29.531 dne (29 dní, 12 hodin, 44 minut, 2.9 vteřiny).

Měsíc je k nám sice natočen stále stejnou stranou, ale díky libracím („kývání“ Měsíce) můžeme celkově ze Země pozorovat 59 % povrchu Měsíce (pochopitelně ne najednou). Rozlišujeme tři základní druhy librací:

1. Librace v selenografické délce (obdoba zeměpisné délky). Měsíc neobíhá kolem Země po kruhové, nýbrž po mírně eliptické dráze. Díky tomu se nepohybuje stále stejně rychle (druhý Keplerův zákon). Tato librace (ve směru východ – západ) dosahuje +/- 7°54´.
2. Librace v selenografické šířce (obdoba zeměpisné šířky). Jelikož osa měsíční rotace je vůči rovině oběhu kolem Země mírně skloněná, můžeme občas vidět i kus „za měsíční pól“ – jednou za severní, podruhé za jižní. Tato librace ve směru sever – jih činí +/- 6°50´.
3. Půldenní (paralaktická) librace. Má malý vliv. Když se díváme na Měsíc pří jeho východu, díváme se na něj pod nepatrně jiným úhlem než při jeho západu. Tato librace dosahuje maximálně 1°.

Zatmění Slunce a Měsíce

Rovina oběhu Měsíce kolem Země svírá s ekliptikou úhel 5° a protíná ji ve dvou bodech. Proto nenastává zatmění Slunce či Měsíce při každém novu či úplňku.

Zatmění Slunce

Obrázek: Tři druhy zatmění Slunce

Zatmění Slunce může nastat jen v okamžiku, kdy je Měsíc v novu. Nastává asi 2-3x za rok, jen asi 1x za 1.5 roku je však úplné. Úhlový rozměr Měsíce na obloze je téměř stejně velký jako úhlový rozměr Slunce. Většinou je Měsíc úhlově větší než Slunce, pak nastane (ne ovšem vždy) úplné zatmění. Ale pokud je Měsíc daleko od Země, a Slunce je naopak Zemi blíže, je Měsíc malinko menší než Slunce a nestačí zakrýt celý sluneční kotouč – vzniká prstencové zatmění.

Rozlišujeme tři druhy zatmění Slunce (viz též obrázek výše):

• Úplné zatmění Slunce

Úplné zatmění je vidět pouze ve velice úzkém pásu (tzv. pás totality). Tento pás je široký maximálně 269 kilometrů (málokdy je však širší než 200 kilometrů). Úplné zatmění není zase tak vzácné, ale pás totality málokdy probíhá stejným místem. Proto astronomové cestují za zatměním Slunce po celém světě. Úplné zatmění Slunce trvá maximálně 7 minut a 31 sekund. Při úplném zatmění Slunce je dobře pozorovatelná koróna (sluneční atmosféra).

Úplné zatmění Slunce je na území České republiky mimořádně vzácné. V historické době u nás nastalo jen 3x: 29.10.878 (za knížete Svatopluka), 7.6.1415 (měsíc před upálením Mistra Jana Husa) a 12.5.1706. Další úplné zatmění u nás bude viditelné 7.10.2135. Zatmění Slunce z 11.8.1999 nebylo na našem území úplné, Měsíc zakryl Slunce maximálně z 98% (v Českých Budějovicích). Pás totality tehdy probíhal přes jižní Německo, Rakousko a Maďarsko.

• Částečné zatmění Slunce

Některá zatmění jsou pouze částečná, jelikož Slunce, Měsíc a Země nejsou v jedné přímce a pás totality probíhá mimo Zemi. Každé úplné či prstencové zatmění pak začíná a končí fází částečného zatmění, kdy Měsíc zakryje jen část slunečního kotouče. Jako částečné se jeví i úplné zatmění Slunce kdekoliv na Zemi mimo úzký pás totality.

I částečná zatmění Slunce jsou na našem území poměrně vzácná, jsou viditelná jen jednou za několik let. Nejbližší částečné zatmění Slunce bude u nás pozorovatelné 20.3.2015 (to bude v Severním moři úplné!).

Částečná zatmění Slunce na území ČR v letech 1991-2030  (roky): 1994, 1996, 1999, 2003, 2005, 2006, 2008, 2011, 2015, 2021, 2022, 2025, 2026, 2027, 2029, 2030. Čili v průběhu 40 let nastalo nebo nastane toto částečné zatmění na našem území 16x, v průměru tedy jednou za 2.5 roku.

• Prstencové zatmění Slunce

Když je Měsíc daleko od Země a Slunce blízko Zemi, je Měsíc úhlově menší než Slunce a nezakryje ho celé – okolo Měsíce zbyde sluneční prstenec.

Když je Měsíc v úplňku v apogeu, jeví se na obloze o 10% menší než v perigeu. Slunce je na obloze největší v lednu, když je Země v periheliu. Prstencové zatmění může trvat maximálně 12 minut a 30 sekund.

Zatmění Měsíce

Obrázek: Zatmění Měsíce

Zatmění Měsíce nastává jen tehdy, je-li Měsíc v úplňku a vstoupí-li do stínu Země. Existují tři druhy zatmění Měsíce:

1. Úplné zatmění Měsíce – celý Měsíc vstoupí do úplného stínu. Přesto Měsíc nezmizí z oblohy úplně, je ovšem velmi tmavý („krvavý“). Část slunečních paprsků se totiž ohýbá v zemské atmosféře (refrakce) a nepatrně osvětlí Měsíc.
2. Částečné zatmění Měsíce – nastává tehdy, když úplný stín zastíní jen část měsíčního kotouče.
3. Polostínové zatmění Měsíce – během něj je Měsíc stále přímo osvětlován Sluncem, ne však celým slunečním diskem. Jasnost Měsíce na obloze nepatrně poklesne, tato změna však není lidským okem zaznamenatelná.

Během každého úplného zatmění Měsíce lze před ním a po něm pozorovat i polostínové a částečné zatmění Měsíce. Úplné zatmění Měsíce může trvat až 107 minut a je obvykle vidět z celé noční strany Země, jelikož stín Země je úhlově mnohem větší než Měsíc v úplňku. Zatmění Měsíce obvykle nastává 1-3x do roka. Zdaleka ne každé je ale vidět z území ČR (někdy je ve dne).

V letech 2011 – 2020 bylo nebo bude vidět z území ČR celkem 14 zatmění Měsíce. 6 z toho ovšem byla nebo budou polostínová zatmění, která nejsou okem zaznamenatelná. 4 zatmění byla nebo budou úplná a 4 částečná. Nejbližší úplné zatmění Měsíce bude u nás pozorovatelné 28.9.2015.

Datum poslední aktualizace: 19.9.2013