Инструкция для наблюдений лунных затмений

Затмения Луны происходят сравнительно редко, и в то же время каждое затмение по распределению яркости и цвета в земной тени и полутени своеобразно. Решение проблем, связанных с физической стороной явления лунного затмения и, в частности, с влиянием изменений земной атмосферы на яркость и цвет тени, требует обширного и однородного материала. Часто случается, что по характеру географических условий видимости данного затмения или по условиям погоды ни одна из обсерваторий не может его наблюдать. В этих случаях хорошо поставленные любительские наблюдения приобретают большую ценность. Поэтому участие в регулярных наблюдениях лунных затмений наблюдателей-любителей особенно важно. Программа наблюдений лунных затмений. Программа наблюдения лунного затмения зависит от тех средств, которыми располагает наблюдатель, но во всех случаях его цель состоит в изучении того эффекта, который вызывается земной атмосферой и от которого зависит яркость и цвет участков лунного диска, погруженных в земную тень или полутень.

Подробные сведения о лунных затмениях сообщаются в астрономических календарях - ежегодниках. Сведения о затмении 9 ноября 2003 года Вы найдете на сайте "Галактика".

В каждый данный момент затмения степень покрытия диска Луны земной тенью выражается фазой затмения Ф. Величина фазы определяется расстоянием о центра Луны от центра тени. В астрономических календарях приводятся величины Ф и о для разных моментов затмения.

Поскольку явление затмения состоит в ослаблении света Луны вследствие прохождения сквозь земную полутень и тень, основная задача наблюдений затмений состоит в фотометрическом измерении или хотя бы приближенной глазомерной оценке степени этого ослабления. Предметом измерений может быть или блеск лунного диска в целом, или яркость отдельных участков лунной поверхности. В обоих случаях интенсивность света в различные моменты затмения сравнивается с тем значением, которое имеет место перед началом или по окончании полутеневого затмения. Интенсивность лунного света количественно выражается блеском Луны Е или же звездной величиной т.

Поскольку Луну можно рассматривать просто как экран, освещаемый солнечным светом, величина К выражает степень уменьшения солнечной освещенности на поверхности Луны, вызванного наступающим там солнечным затмением. Поэтому, измеряя значения ее для разных точек тени и полутени, мы получаем весьма ценный в научном отношении материал для изучения распределения света в конусах земной тени и полутени. Очень желательно выбирать для измерения участки по всему лунному диску и каждое измеренное значение К сопровождать двумя координатами: расстоянием о от центра тени О и позиционным углом Р линии, соединяющей точку с центром тени. Однако осуществление таких наблюдений технически далеко не просто. Кроме того, получение указанных координат для произвольно выбранных точек Луны требует довольно длительных и сложных вычислений. Поэтому в качестве программы-минимум можно рекомендовать наблюдения на протяжении всего затмения для точек Л, А и Б лунного диска. Последние две точки всегда легко найти, потому что это будут самая яркая и самая темная точки во время затмения. Правда, эти точки на протяжении затмения перемещаются по окружности лунного диска, так что при вычислении К, и G сопоставляются яркости не одних и тех же мест на Луне. Но, поскольку местные различия в альбедо материков невелики, с этим можно примириться.

Визуальные наблюдения лунного затмения. Основное назначение этих наблюдений состоит в том, чтобы дать материал для качественной оценки яркости затененных частей лунного диска по видимости деталей лунной поверхности. Для того чтобы наблюдения давали сравнимые результаты, необходимо, чтобы они велись по единой программе, в стандартных условиях и с одинаковой аппаратурой. Поэтому в качестве нормального инструмента принимается 6-кратный призматический бинокль. Наблюдения состоят в периодическом внимательном осмотре лунного диска на протяжении всего затмения, от момента вступления в полутень до момента выхода из полутени. Желательные интервалы между наблюдениями:

во время полутеневого затмения - 10 минут;

вблизи моментов начала и конца частного затмения для края Луны,

контактирующего с краем земной тени -2 минуты;

во время частного и полного затмения  - б минут.
При каждом осмотре диска отмечается видимость или невидимость всех деталей, перечисленных в списке, прилагаемом к настоящей инструкции.

Технически удобнее вести работу вдвоем, причем один из участников ведет наблюдение, а другой - записи. Полезно заранее приготовить для записей таблицу, в которой перечислены все объекты и приготовлены графы для отметок. Помощник наблюдателя зачитывает название объекта по порядку списка, а наблюдатель оценивает его видимость, что и отмечается в графах таблицы какими-либо условными значками. Во время полной фазы затмения, когда яркость погруженного в тень лунного диска мала, наблюдатель должен стараться не смотреть на посторонний свет, предоставляя делать все справки и записи помощнику.

Попутно G оценками видимости отмечается цвет различных частей диска в словесной форме, например: темный край лунного диска густо-вишневый, центр - грязно-кирпичный, светлый край- желто-оранжевый. Такие отметки делаются по мере наступления изменений окраски. Моменты всех наблюдений отмечаются с точностью до 1 мин по проверенным часам. Описываются условия погоды (безоблачно, в просветах облаков, сквозь перистые облака), а также все прочие обстоятельства, которые, по мнению наблюдателя, могли повлиять на результат. Наблюдатель должен заблаговременно ознакомиться с предназначенными для наблюдения объектами сначала по фотографии полной Луны, а потом в натуре. Полезно проводить предварительную тренировку, наблюдая пепельный свет Луны. Для тренировки можно также наблюдать диск полной Луны в бинокль, устанавливая перед объективами последнего светофильтры с разной степенью пропускания.

Расположение деталей на Луне, рекомендуемых для наблюдений видимости (числа означают номера объектов по списку)

Список объектов рекомендуемых для наблюдений видимости во время лунных затмений

Моря

1. Океан Бурь, восточный край

2. Море Влажности

3. Море Облаков

4. Темное пятно к югу от Моря Влажности

5. Море Холода, восточная ветвь

6. Море Холода, западная ветвь

7. Залив Росы

8. Залив Радуги

9. Залив Срединный

10. Море Паров

11. Болота Гнилое и Туманов, а также темный промежуток между ними

12. Западный край Моря Ясности

13. Западный край Меря Спокойствия

14. Западный край Моря Изобилия

15. Море Изобилия, южная оконечность

16. Море Кризисов

17. Море Волн

18. Море Нектара, северное расширение

19. Море Нектара, южное расширение

20. Море Нектара, перемычка между северной и южной частями

21. Темные пятна к югу от Моря Нектара

22. Болото Сонное

23. Озеро Смерти

24. Озеро Сновидений

Темные кратеры

25. Гримальди

26. Шиккард

27. Платон

28. Риччоли

Светлые объекты

(кратеры, группы кратеров, горные области)

29. Аристарх

30. Кеплер

31. Коперник

32. Рифейские горы

33. Буллиальд, Любинецкий, Агатар-хид

34. Фра Мауро, Бонплан, Пэрри, Ге-рике

35. Тихо

36. Лучи Тихо

37. Архимед

38. Манилий

39. Плиний

40. Светлая полоса в Море Ясности

41. Аристотель

42. Евдокс

43. Апеннины

44. Сарматия

45. Лангрен

46. Петавий

47. Секки. Тарунций

48. Горный район около Цензорина

49. Посидоний

50. Геродот

51. Менелай

52. Геркулес

53. Атлас

Интересную программу визуальных наблюдений лунных затмений в 6-кратный бинокль предложил профессор В. В. Шаронов. Она состоит в фиксировании моментов времени (с точностью до 1 минуты) появления и исчезновения перечисленных ниже эффектов.

При полутеневом затмении: первые и последние признаки слабого потемнения лунного диска; ясно заметное потемнение; лунный край в районе контакта очень темен. При частных фазах теневого затмения: появление и исчезновение затемненного края Луны на фоне неба; отчетливая видимость затемненного края; признаки красной окраски земной тени; четкая видимость красноватого цвета земной тени; видимость контуров лунных морей в земной тени; видимость деталей лунных морей в земной тени; разделение земной тени на две зоны - внешнюю (серую, светлую) и среднюю (окрашенную, темную); насыщенная окраска средней зоны земной тени; видимость внутренней темной зоны ("ядра") земной тени; хорошая видимость лунных кратеров. При полных фазах затмения: окраска краевых зон лунного диска (зеленая, золотисто-желтая, оранжевая); одинаковый цвет всего лунного диска Программу Шаронова полезно выполнять как без светофильтров, так и со светофильтрами голубого, зеленого, желтого, оранжевого и красного цвета, что вполне возможно при коллективных наблюдениях.

Иногда во время затмения на небе около Луны бывает видна земная тень, которую можно заметить в оптические инструменты. Если земная тень вне Луны обнаружена, то следует попытаться измерить ее диаметры (она может быть и не идеально круглой) путем сравнения с диаметром Луны или G угловыми расстояниями между определенными звездами, положение которых можно найти на звездных картах и в звездных каталогах. Необходимо подробно описать вид земной тени вне Луны, неровности ее контура, сжатие и цветовые оттенки. Если на небе в области земной тени видны звезды, то на протяжении всего затмения полезно провести оценки их блеска, сравнивая его с блеском звезд, расположенных вблизи, но заведомо вне земной тени. При оценках блеска звезд Луна должна находиться вне поля зрения инструмента, чтобы своим светом не искажать оценок. Весьма эффективны визуальные оценки общей яркости и цвета Луны в затмении. Эти оценки проводятся как невооруженным глазом, так и в 6-кратный бинокль по шкале А. Данжона:
О - затмение очень темное; в середине затмения Луна почти или совсем не видна;
1 - затмение темное, серое; детали на лунной поверхности совершенно не видны;
2 - затмение темно-красное или рыжеватое; около центра тени наблюдается более темная область;
3 - затмение красное, кирпичного цвета; земная тень окружена сероватой или желтоватой каймой;
4 - затмение медно-красное, очень яркое; внешняя зона светлая, голубоватая.

Шкалу Данжона можно применять только при фазах затмения, превышающих 0,8 и при безоблачном участке неба, в котором находится Луна. Если в распоряжении наблюдателя имеется телескоп, диаметр объектива которого не менее 10 см, то на протяжении всего затмения весьма желательны наблюдения кратеров Геродот, Аристарх, Гримальди, Атлас и Риччоли, при увеличении не менее 90 крат. Особое внимание следует обратить на возникающее иногда свечение Аристарха, Геродота и Гримальди при их погружении в земную полутень, а также на изменение интенсивности и размеров темных пятен на дне Риччоли и Атласа. Попутно следует оценивать ширину и цвет каймы земной тени на поверхности Луны.

Фотометрия лунного света способом точечного изображения. Фотометрические наблюдения ведутся только при безоблачном небе или в совершенно ясных просветах между облаками. Наблюдения, выполненные сквозь перистые облака, для фотометрической обработки не годятся. Оценки и измерения лунного света можно выполнять как визуально, так и фотографически. Наиболее употребительны следующие проверенные на практике методы.

1. Метод шарика состоит в сравнении точечного изображения Луны со звездами по способу, применяемому при наблюдениях переменных звезд. Наблюдения ведутся невооруженным глазом, но для превращения большого лунного диска в звездообразное изображение употребляется маленькое, сильно выпуклое зеркало, например, чистый и гладкий стальной шарик от шарикоподшипника. Шарик должен находиться от глаза на строго постоянном и достаточно большом расстоянии Чем больше расстояние шарика от глаза, тем лучше, поскольку разница в фокусировке (аккомодация) глаза на шарик и на звезды становится незаметной. Очень хорошо было бы иметь расстояние порядка 10 м, но часто приходится довольствоваться расстоянием до шарика в 3-5 м. Полезно использовать два-три шарика, имеющие различные диаметры и потому дающие блики разного блеска.

При наблюдении с описанным устройством наблюдатель становится к Луне спиной, проектируя шарик на фон созвездия, находящегося на той же высоте горизонтом, что и Луна, и сравнивает видимый блеск лунного блика, отражаемого от шарика, с блеском звезд. 2. Фотографический вариант метода шарика отличается тем, что вместо глаза ставится обыкновенный любительский фотоаппарат типа "Зоркий", которым шарик с лунным бликом фотографируется вместе G фоном звездного неба. Выдержка должна быть настолько короткой, чтобы смещение звезд из-за суточного движения не было ощутимо.

3. Метод перевернутой трубы или бинокля. Вместо шарика можно воспользоваться телескопом, обращенным окуляром к Луне и объективом к глазу наблюдателя. В этом случае глаз видит через трубу сильно уменьшенное мнимое изображение Луны. Его блеск сравнивают с блеском тех ярких звезд, видимых без телескопа, среди которых находится Луна. Меняя окуляры, можно получать разную степень уменьшения видимого размера, а следовательно, и блеска Луны. Необходимо чтобы расстояние объектива от глаза было строго постоянно. При полной фазе затмения Луна из-за слабости ее света в перевернутый телескоп не видна и потому его приходится заменять биноклем. Для сведения результатов наблюдений, выполненных биноклем и телескопом, в одну кривую изменения блеска, делаются специальные сравнительные оценки блеска Луны двумя сравниваемыми инструментами.

4. Метод предельной видимости звезд. Ослабление лунного света во время затмения может быть определено по предельной видимости звезд Северного Полярного Ряда (область неба вокруг Полярной звезды) и в области зенита. Для этого нужно заранее рассчитать, какие созвездия будут находиться в области зенита во время затмения, и изготовить на кальке копии звездных карт рассчитанной области и Северного Полярного Ряда. При наблюдениях невооруженным глазом на копиях изображаются звезды до 6'", а при наблюдениях в бинокль до 9'". Каждая звезда, изображенная на копии карты, нумеруется. В течение всего затмения, через каждые 5-10 минут, отмечаются номера наиболее слабых звезд, видимых на пределе зрения. Такие же оценки предельной видимости звезд необходимо провести до и после затмения. Зная видимую звездную величину звезд, легко найти степень ослабления лунного света в различные фазы затмения.

Интегральная фотометрия лунного света по методу безобъективной камеры. Метод безобъективной камеры применяется для сравнения блеска Луны во время полутеневого и частного затмения с блеском ее вне затмения. Камера изготовляется либо специально, либо путем переделки имеющегося фотографического аппарата таким образом, чтобы на фотографическую пластинку попадал свет от участка небесного свода, занятого Луной. Для этого на переднем конце установки должна помещаться диафрагма, диаметр которой виден из центра пластинки под этим углом в 2-5°. Труба, соединяющая диафрагму с кассетной частью, снабжается внутри рядом диафрагм для устранения отражения от стенок и покрывается черной матовой краской.

Желательно получить много засветок на одной пластинке или на одном куске пленки. Для этого надо сделать кассету, передвигающуюся вдоль отверстия-заслонки, или применить кассету с перематываемой пленкой.
Непосредственно перед кассетой устанавливается непрозрачная заслонка с отверстием в центре, диаметр которого не более 1 см. Через это отверстие и получается засветка небольшого участка пластинки или пленки лунным светом.

Наблюдение состоит в том, что на протяжении всего затмения в моменты, следующие один за другим через 5-10 мин, получаются засветки лунным светом при строго одинаковой продолжительности выдержки. Последняя подбирается путем пробных съемок лунного света в дни, предшествующие затмению, и должна быть такой, чтобы свет полной Луны вне затмения давал почернение, соответствующее верхнему концу характеристической кривой, но не передержке.

Камера устанавливается на штативе, снабженном устройством, позволяющим удобно наводить ее на Луну в момент экспозиции. Для контроля наводки устраивается прицельное приспособление или (что лучше всего) небольшой телескоп-искатель. Каждый рулон пленки обязательно должен быть прокалиброван, т. е. на них печатается фотометрическая шкала, для чего используются трубчатый фотометр, ступенчатый ослабитель или сенситометрический клин. Интенсивность источника света, служащего для калибровки, должна быть строго постоянной, поскольку в дальнейшем шкала используется для фотометрической связи пластинок или пленок между собой. Шкала должна быть напечатана на совершенно чистых, т. е. свободных от вуали участках эмульсии.

Для калибровки можно также использовать приспособление, имеющее вид глухого фонарика, закрытого молочным стеклом. Перед этим стеклом по очереди устанавливаются диафрагмы с отверстиями различной площади, и их свет фотографируется камерой, так же как и Луна во время затмения. Величина освещенности при последовательных засветках будет пропорциональна площадям соответствующих диафрагм. Для того чтобы последнее действительно имело место, необходимо строгое соблюдение нижеследующих пяти условий:
1) накал лампы, освещающей стекло, должен быть постоянным;
2) стекло должно быть расположено так, чтобы освещенность во всех точках его работающей части была одинаковой;
3) расстояние лампы от стекла должно быть неизменным;
4) расстояние каждой из диафрагм от эмульсионного слоя пластинки или пленки должно быть точно одинаковым;
5) всякий посторонний свет (т. е. идущий мимо диафрагм) oдолжен быть совершенно устранен.

Проявление всего полученного материала проводится строго стандартно, т. е. в одном проявочном автомате, при постоянной температуре и постоянной продолжительности проявления и не позднее, чем через 24 часа после наблюдений.

Фотографирование Луны с целью фотометрии тени и полутени. Получают серию фотометрических снимков, состоящую из одного или нескольких негативов полной Луны вне полутени (по возможности полученных как до, так и после затмения) и ряда негативов со снимками полутеневого, частного и полного затмений с промежутком через 10 минут. Для съемки используется объектив с фокусным расстоянием не менее 50 см. Все снимки обязательно делаются на пленках одного сорта и с тем же самым цветным светофильтром (если последний применяется). Рекомендуются три фотометрические системы (т. е. комбинации из фильтра + пластинки), указанные выше.

Калибровка и проявление производятся по правилам, изложенным выше. Если в план наблюдений входит измерение яркости лунного диска, находящегося в тени, то необходимо применять приспособления, ослабляющие свет, со степенью ослабления до 12 звездных величин (серые фильтры, диафрагмы и т. д.), поскольку интервал яркостей лунного диска вне затмения и в тени далеко выходит за пределы широты фотоэмульсии. В этом случае Луна вне затмения и в полутени снимается с ослабляющим приспособлением, а в тени-без него, но оба раза обязательно при одинаковой продолжительности экспозиции. Ослабляющие приспособления подбираются так, чтобы плотность изображений лунного диска вне затмения и в тени лежала на прямолинейном участке характеристической кривой.

Подбор ослабителя, установку шиберов и вообще всю выверку аппаратуры и методику съемки рекомендуется производить по снимкам пепельного света Луны. Степень ослабления, создаваемая фильтром (или иным приспособлением), должна быть точно известна, для чего необходимо выполнить надлежащую фотометрическую калибровку его.

В качестве фильтра-ослабителя можно применять стекло марок ТН и НС или нейтрально окрашенную желатиновую пленку; фильтр применяется плотностью около двух в сочетании с ослаблением через диафрагмирование в 100 раз. Обработка негативов состоит в их измерении на микрофотометре и переводе полученных отсчетов в яркости. Это позволяет в дальнейшем получить для некоторой определенной детали лунного диска отношение яркостей (или разности звездных величин) вне затмения и во время различных фаз последнего. Изменение этого отношения в зависимости от расстояния о от центра тени и позиционного угла Р и составляет конечный результат наблюдения.

Наблюдения моментов покрытий лунных образований земной тенью во время частных и полных лунных затмений. Астрометрические наблюдения лунных затмений состоят в определении моментов покрытий различных лунных деталей земной тенью, а также моментов выхода объектов из тени.

Конечной целью таких наблюдений является определение превышения размеров видимой земной тени над размерами тени, вычисленной геометрически (в предположении, что Земля не обладает атмосферой), а также определение величины сжатия эллипса тени, что позволяет получить некоторые данные о строении верхних слоев земной атмосферы. Для получения пригодных к дальнейшей обработке результатов необходимо при наблюдениях строго соблюдать следующие условия.

Выбранные для наблюдений объекты должны быть точечными, т. е. при данном увеличении телескопа иметь очень малые видимые угловые размеры. Большие цирки и кратеры с темным дном (Гримальди, Шиккард, Платон) невыгодны для наблюдений. Наиболее удобны для наблюдения моментов покрытий кратеры с хорошо видимой в полнолуние центральной горкой, момент покрытия которой и отмечается, а также светлые точечные образования на Луне (пики, светлые кратеры типа Мёстинг и т. д.).

Выбранные объекты должны быть легко распознаваемы или по виду, или по их взаимному расположению, а также достаточно ярки, чтобы их можно было наблюдать не только вне тени, но и на ее границе. Это позволяет избежать смешения объектов между собой и повышает точность наблюдений. Желательно, чтобы объект был виден и внутри тени, хотя бы в более светлых краевых ее частях, потому что такой объект можно наблюдать как при вступлении в тень, так и при выходе из нее. Такими объектами являются главным образом светлые кратеры с центральной горкой внутри (Тихо, Коперник, Манилий).

Моментом покрытия объекта считается момент пересечения его центра границей (краем) тени, причем за последнюю следует считать место наиболее быстрого относительного падения яркости по направлению внутрь тени.

Для определения сжатия эллипса тени необходимо, чтобы наблюдения охватывали как можно большую часть дуги эллипса. Поэтому объекты для наблюдений нужно выбрать так, чтобы они располагались равномерно по всему лунному диску. Желательно для этой же цели наблюдать как вступление, так и выход из тени одних и тех же объектов. В силу вышесказанного выбор объектов должен составить основную часть подготовительной работы наблюдателя. Необходимо ознакомиться с объектами, взятыми для наблюдений, за несколько предшествующих затмению полнолуний, точно запомнить их названия, вид и взаимное расположение. Для облегчения поисков и отождествления объектов служит прилагаемая схематическая карта. Пользуясь этой картой и списком, легко найти все указанные объекты на лунном диске в одно из полнолуний, предшествующих затмению.

Для наблюдений пригодны зрительные трубы и телескопы с отверстием 75-100 мм и больше; увеличения должны быть не менее 30-40 и не более 100 раз. Наблюдения удобно вести с помощником, записывающим отмеченные моменты, последние достаточно отмечать с точностью до 1 секунды. Для определения поправки хронометра надлежит воспользоваться сигналами времени, передаваемыми каждый час по радио. Для облегчения наблюдений и лучшей ориентировки полезно заранее составить список последовательности покрытий наблюдаемых объектов. Для этого используется программа-планетарий.

Схема расположения объектов, рекомендуемых для наблюдений прохождения края земной тени:

Источник: http://moscowaleks.narod.ru