Як Земля сходить і заходить на Місяці, Лабораторія космічних досліджень
На небі спостерігача, що знаходиться в центрі зверненої до Землі стороні Місяця, Земля не стоїть нерухомо в зеніті, а протягом місяця описує невеликий еліпс (велика вісь15 градусів, мала – 13).
Чим далі спостерігач знаходиться від центру видимого Землі місячного диска, тим нижче по відношенню до його горизонту розташовується еліпс, яким відбувається видимий рух Землі. Відстань від центру диска до пункту спостереження, у якому цей еліпс стосується горизонту місячного спостерігача, є прикордонним: на меншій відстані Земля завжди видно на небі, але в більшому, у певній смузі лежить на поверхні Місяця, можна спостерігати сходи і заходи Землі. Ця смуга оздоблює весь місячний диск, ширина її змінюється від екватора до полюсів. Ще далі від центру видимого диска, за цією смугою, Земля з Місяця взагалі ніколи не видно.
Простежимо, як відбувається схід і захід Землі над горизонтом спостерігачів, які перебувають на екваторі Місяця у пунктах, де еліпс стосується горизонту. З точкою торкання збігаються ще дві точки: сходу та заходу Землі. На екваторі таких пунктів спостереження два: поблизу лівого (Л) та правого (Пр) країв видимого боку Місяця. Вони цікаві тим, що у них Земля під час сходу піднімається найбільшу висоту проти висотою підйому над будь-якими пунктами спостережень на Місяці. У пунктах Л і Пр схід Землі триває два земні тижні і захід два тижні.
На екваторі Місяця основну роль грає багаторазово описана лібрація за довготою. Лібрація за довготою відбувається тому, що орбіта Місяця – не коло, а еліпс. Тому, коли Місяць знаходиться в точці орбіти А, з Землі можна побачити, як за лівим краєм Місяця закрито ділянку 15 градусів за довготою (Л), а на іншій частині орбіти, в точці В, відкрито. За правимкраєм видимої сторони Місяця (Пр) відбувається те саме, але в протифазі. Тому із Землі складається враження, що Місяць погойдується. Помітити це із Землі можна лише за регулярних спостереженнях Місяця, оскільки явище протікає дуже повільно, і сам поворот Місяця - невеликий.
Спостерігач, що знаходиться в смузі Місяця, що відкривається і закривається, теж бачить Землю, йому теж уявляється, що Земля погойдується - сходить і заходить.
Якби лібрація за довготою була єдиною лібрацією, то видимий рух Землі на набі Місяця відбувався б прямою, для спостерігача на екваторі Місяця вгору - вниз. Але водночас діє лібрація за широтою. Тому ця пряма поділяється на дугу сходу та дугу заходу. Розмір великої осі еліпса визначається лібрацією по довготі, а мала вісь цього еліпса – результат лібрації Місяця широтою.
Зіставлення сходів і заходів Землі з настанням дня і ночі на Місяці і з фазами Землі дозволяє наочно уявити, що міг би побачити місячний спостерігач. Ще треба нагадати, що диск Землі на місячному небі в 14 разів більше, ніж на нашому небі диск Місяця, і що за той час, що Земля описує еліпс на небі Місяця, вона 27 разів обертається навколо осі.
. У точці А місячної орбіти спостерігач, розташований на Місяці у пункті Л, бачить, що схід Землі починається у другій половині ночі (добу на Місяці приблизно дорівнює земному місяцю). Земля піднімається дуже повільно, у своїй вигляд її змінюється. Через горизонт вона з'являється у вигляді половинки, що трохи зменшилася, опуклістю вгору. Настає ранок. Поступово «худаючи», Земля перетворюється на старіючий блакитний серпик з довгими помаранчевими ніжками, що нагадує арку. Серпик стає все тоншим, а ріжки все довшими. Опівдні на місячному чорному небіЗемля виглядає темним диском у червоно-жовтогарячому ореолі. Це фаза – новоземлі. Після полудня Земля все ще продовжує сходити і перетворюється на молодий серпик у вигляді човника, а ріжки над ним майже стуляються. При наближенні до точки У місячної орбіти серп зростає і стає майже половиною диска Землі, Земля досягає найвищого становища, кульмінації, піднявшись над горизонтом на висоту... не вище 16 градусів.
На Місяці – вечір. Над пунктом Л починається такий самий повільний захід Землі. Її освітлена частина збільшується до повного диска (повноземлі). На Місяці настає ніч. Гори, долини і рівнини висвітлюються примарним блакитно-зеленим світлом повної Землі. Вона світить більш ніж у 60 разів яскравіше, ніж у нас Місяць. Земля все ще продовжує заходити, її освітлена частина зменшується. Коли Місяць прийде в точку А своєї орбіти і стане трохи менше половини, що спадає, Земля досягне горизонту в пункті спостереження Л. Захід закінчено, наступна місячна доба - новий схід і захід.
На правому краю місячного диска в пункті спостереження Пр схід Землі починається ввечері в точці місячної орбіти, в той же час, коли в пункті Л починається захід. У місячну опівночі під час повноземлі у пункті Пр Земля продовжує підніматися. На Місяці настає ранок. Висвітлена частина Землі зменшується. Коли вона стане трохи меншою за спадну половинку, настане її кульмінація над пунктом Пр також на висоті приблизно 16- і градусів над горизонтом. Це станеться у точці А місячної орбіти. І відразу ж розпочнеться двотижневий захід Землі, саме в той же час, коли над пунктом Земля починає свій схід. Місячний ранок, день і частина вечора Земля спускається над пунктом Пр, досягає торкання з горизонтом у точці місячної орбіти і починає новий схід.
На рис. 2 показаний еліпсвидимого руху Землі в пунктах спостережень, розташованих на екваторі Місяця у смузі сходів та заходів Землі. Видно, що з віддаленням від центру диска дедалі більша частина еліпса опускається під горизонт, а менша його частина залишається над горизонтом спостерігача (Л, Л1, Л2, Л3, Л4, Пр, Пр1, Пр2, Пр3, Пр4). У точках перетину еліпса з горизонтом один раз на місячну добу відбуваються сходи та заходи Землі. У пунктах Л4 та Пр4 еліпс повністю йде під горизонт.
Від пункту спостереження Л до пункту Л4 і від пункту Пр до Пр 4 кульмінації Землі над горизонтом все нижче, сходи відбуваються пізніше, а заходи дедалі раніше, отже, зменшується час видимості Землі над горизонтом місячного спостерігача. При цьому відстань між точками сходу та заходу з видаленням спостерігача від центру диска спочатку збільшується від нуля у пункті Л до 13 градусів у пункті Л2, а потім знову зменшується до нуля у пункті Л4, аналогічно у правій стороні Місяця. Схід і захід відбуваються в одній і тій же стороні горизонту – у напрямку до центру видимого диска Місяця.
На рис. 3 видно, що у всіх широтах Місяця осі еліпса, яким відбувається видиме на небі Місяця рух Землі, нахилені до горизонту тим більше, що більше широта місця спостереження. На полюсах еліпс «лежать». На середніх широтах стосується обрію або перетинається з ним у похилому положенні, тому дуги сходу та заходу несиметричні. У будь-якому напрямку з віддаленням від центру диска менша дуга еліпса залишається над горизонтом, і час видимості Землі зменшується. На всіх місячних широтах картина сходу та заходу Землі розгортається осторонь горизонту, спрямованої до центру видимого боку Місяця.
З віддаленням від екватора положення земних серпиків (та інших фаз) по відношенню до горизонту спостерігачазмінюється від горизонтального до вертикального. Адже опуклий бік освітленої частини Землі завжди звернений до Сонця, а Сонце над екватором добовим рухом піднімається майже вертикально, а поблизу полюсів Місяця – котиться по горизонту. (Наведена вище фотографія Землі зроблена не з поверхні Місяця, а з орбіти космічного апарату).
Опис всіх розглянутих явищ набагато ускладниться, зважаючи на те, що лібрації Місяця – сумарний результат дії багатьох явищ, що відбуваються з різними періодами.
Рухаючись орбітою, Місяць, справді, погойдується, оскільки під впливом припливів і відливів із боку Землі, набув яйцевидну форму. Це – фізична лібрація.
Причина лібрації по широті у цьому, що вісь добового обертання Місяця нахилена до площині екліптики. Завдяки лібрації по широті для земного спостерігача відкривається, то закривається 13 градусів поверхні Місяця над верхнім і нижнім краями її диска.
З Землі видно, що Місяць одночасно відчуває лібрацію за довготою і широтою. В результаті цих двох погойдувань центр видимого із Землі диска Місяця описує невеликий еліпс. Тому місячному спостерігачеві, який знаходиться в центрі видимого диска і разом з ним переміщається еліпсом, здається, що на його небі Земля описує подібний еліпс.
Менш значні лібрації відбуваються тому, що рух Місяця орбітою – дуже складний, наприклад, змінюється нахил площини місячної орбіти до площині екліптики, сама орбіта Місяця навколо Землі безперервно повертається у своїй площині. З Землі спостерігаються і багато інших особливостей руху Місяця. Внаслідок цього параметри еліпсів, якими відбувається видимий рух Землі на небі Місяця, з місяця на місяць безперервно змінюються, еліпси не замикаються, а переходять один в інший,утворюючи складну спіраль.
Поведінка Землі в небі Місяця чудово описана у Я.І.Перельмана у його "Захоплюючій астрономії"