Узлы лунной орбиты: восходящий и нисходящий¶

Узлы лунной орбиты — две диаметрально противоположные точки пересечения орбиты Луны с плоскостью эклиптики (плоскостью орбиты Земли вокруг Солнца). В этих точках Луна переходит из одной полусферы небесной сферы в другую: при прохождении восходящего узла она пересекает эклиптику, двигаясь с юга на север, при прохождении нисходящего — с севера на юг. Узлы являются ключевыми элементами лунной орбиты, определяющими условия наступления солнечных и лунных затмений, а также влияющими на приливы и наклонение орбиты.

¶Геометрия и обозначения

Орбита Луны наклонена к плоскости эклиптики в среднем на 5°09′. Линия пересечения этих двух плоскостей называется линией узлов. Она всегда проходит через центр Земли и соединяет восходящий (☊, обозначается также как Node Ascending, RAAN) и нисходящий (☋) узлы.

Восходящий узел (☊) — точка, где Луна пересекает эклиптику, переходя из южной небесной полусферы в северную. В астрономической навигации и небесной механике его долгота отсчитывается от точки весеннего равноденствия.
Нисходящий узел (☋) — точка, где Луна пересекает эклиптику, переходя из северной полусферы в южную.

В отличие от узлов орбит искусственных спутников Земли, которые определяются относительно экватора, для Луны исторически и практически используется именно эклиптическая система отсчёта, поскольку движение Луны тесно связано с солнечной геометрией.

¶Прецессия узлов

Главная особенность узлов лунной орбиты — их непрерывное перемещение. Под действием гравитационного возмущения со стороны Солнца (главным образом) и планет линия узлов совершает полный оборот на 360° за 18,61 года (так называемый саросский цикл, или драконический период). Движение происходит в направлении, противоположном движению Луны по орбите (регрессия узлов), то есть на запад. Средняя скорость смещения составляет около 19,35° в год, или примерно 1,5° за один оборот Луны вокруг Земли.

Вследствие прецессии узлов наклонение лунной орбиты к экватору Земли периодически меняется от 18,3° до 28,6°, что напрямую влияет на амплитуду приливов и видимое движение Луны по небу.

¶Роль в затмениях

Узлы — единственные точки орбиты, в которых Луна может оказаться точно на линии Земля—Солнце. Затмения происходят только тогда, когда Луна находится вблизи одного из узлов, а Солнце — вблизи противоположного узла (или того же самого, в зависимости от типа затмения).

Солнечное затмение наступает в новолуние, когда Луна проходит между Землёй и Солнцем. Для этого Луна должна находиться вблизи узла (в пределах так называемого затменного коридора, ширина которого зависит от расстояний до Солнца и Луны).
Лунное затмение наступает в полнолуние, когда Земля находится между Солнцем и Луной. Луна при этом также должна быть вблизи узла, но в противоположной фазе.

Интервал между последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел называется драконическим месяцем и составляет 27,2122 суток. Он короче сидерического месяца (27,3217 суток) именно из-за регрессии узлов, которая «навстречу» Луне сокращает время возврата к узлу.

Период повторяемости затмений — сарос (18 лет 11 суток 8 часов) — основан на совпадении трёх циклов: синодического, драконического и аномалистического месяцев. Именно медленный дрейф узлов обеспечивает смещение коридоров затмений по календарю.

¶Влияние на приливы

Поскольку узлы определяют наклонение лунной орбиты к экватору, они модулируют величину приливов. В периоды, когда восходящий узел совпадает с точкой весеннего равноденствия (так называемая большая лунная остановка, или майор-стандстилл), наклонение орбиты к экватору максимально (28,6°), и амплитуда суточных неравенств приливов возрастает. Через 9,3 года наступает малая лунная остановка (минор-стандстилл) с минимальным наклонением (18,3°), когда приливы становятся более симметричными и менее высокими в средних широтах. Этот 18,6-летний цикл хорошо прослеживается в данных береговых мареографов.

¶Практическое значение

Астронавигация: координаты узлов используются для расчёта эфемерид Луны и прогнозирования условий видимости.
Космонавтика: при планировании траекторий к Луне (например, миссий «Артемида» или российских станций «Луна») учитывается положение узлов для выбора окна запуска с нужным наклонением и освещённостью в районе посадки.
Календари: мусульманский лунный календарь и расчёт дат еврейских праздников (например, Песаха) исторически опирались на наблюдение узлов для определения возможности затмений и корректировки месяцев.

¶Наблюдение

Визуально узлы не наблюдаемы, но их положение можно вычислить по эфемеридам. Любительская астрономия фиксирует узлы косвенно: по датам затмений и по изменению максимальной высоты Луны над горизонтом в течение 18,6-летнего цикла. В древних культурах (например, в мегалитических обсерваториях Британии) 18,6-летний цикл узлов был известен и использовался для предсказания лунных стояний.