Научный интерес

Еще в XVII веке астрономы осознали, что регистрация с максимально высокой точностью моментов времени покрытий или “открытий” звезд темным краем Луны позволяет весьма точно определять координаты места наблюдения на поверхности Земли. Действительно, видимое положение диска Луны на небе относительно звезд в данный момент времени будет несколько различным для наблюдателей, находящихся в разных пунктах, — это результат хорошо известного астрономам явления параллактического смещения, которое очень заметно в случае близкой к нам Луны и совсем незначительно для звезд. Поэтому моменты покрытия (“открытия”) лунным краем одной и той же звезды будут различными для наблюдателей с разными географическими координатами, и если эти моменты надежно измерены, по ним можно определять разности координат на Земле или сами координаты. В XVII веке это было важно для мореплавателей, и поэтому, когда в 1670 г. была основана знаменитая Гринвичская обсерватория, одной из главных ее задач была разработка методов определения координат по наблюдениям покрытий. К этому следует добавить, что точное значение момента покрытия зависит также от высоты точки наблюдения над некоторой стандартной поверхностью, описывающей фигуру Земли, поэтому в наше время для предвычисления этих моментов обязательно используются геодезические данные о высотах различных наблюдательных пунктов; если же высота пункта известна только приблизительно, высокоточные измерения моментов покрытий позволяют уточнить ее значение.

Регистрация моментов покрытий звезд Луной дает ценные данные для проверки и уточнения теории движения Луны. Если момент покрытия зарегистрирован с точностью, скажем, 0.05 сек, и координаты звезды хорошо известны (с точностью не хуже 0.01"), то при типичной величине угловой скорости движения Луны 0.5"/сек можно определить положение точки контакта на лунном лимбе с точностью около 0.02" (это соответствует погрешности определения линейного расстояния в плоскости лунного края около 40 м). Далее, используя имеющиеся данные о рельефе лунного края в различных точках покрытий, можно получить ряд весьма точных положений лунного диска на небесной сфере в различные моменты времени, что позволяет сравнивать эти положения с вычисленными на основе теории движения Луны и, по мере накопления данных наблюдений, уточнять формулы теории либо предлагать ее новые варианты. Отметим, что современная теория движения Луны очень сложна, в этом движении присутствуют различные, в том числе долгопериодические составляющие, поэтому накопление данных наблюдений покрытий может сыграть в дальнейшем существенную роль в проверке и уточнении теории.

С другой стороны, если имеется хорошая теория, позволяющая очень точно предсказывать положения Луны, и есть подробные и надежные данные о профиле лунного лимба на участке покрытия, то по зарегистрированному моменту покрытия (“открытия”) можно с весьма высокой точностью определить координаты звезды; подобные независимые измерения координат звезд представляют интерес для важного раздела астрономии — астрометрии.

Представим себе теперь, что для звезд с хорошо известными координатами моменты их покрытий Луной зарегистрированы с высокой точностью. Использование современной теории движения Луны и достаточно подробных моделей профиля лунного лимба позволяет надежно предвычислить эти моменты с учетом положений точек контактов на лимбе, а при сопоставлении рассчитанных и зарегистрированных моментов мы можем получить более точную информацию о рельефе соответствующих участков лунного края, т.е. о поверхности Луны. Говоря упрощенно, это значит, что в случае, когда действительный момент покрытия на какое-то мгновение опережает предвычисленный, в точке контакта присутствует выступ лунной поверхности (“горка”), не учтенный в модели профиля лимба, а если обнаружено “отставание” наблюдаемого момента, то в месте покрытия существует неучтенная “впадина”. На самом деле ситуация сложнее, т.к. при выполнении предвычислений может быть несколько не полностью учтенных факторов, и достоверность обнаружения неровностей лунной поверхности зависит от того, какова реальная точность предвычислений.

При наблюдениях покрытий (“открытий”) имеется возможность получить важную и, зачастую, новую информацию о самих звездах. Среди звезд много двойных, и у значительной части из них угловые расстояния между компонентами настолько малы, что обнаружить эту двойственность при обычных наблюдениях далеко не всегда удается даже с крупным телескопом. Если же наблюдать визуально покрытие Луной такой тесной двойной звезды, то достаточно внимательный наблюдатель во многих случаях в состоянии заметить, что свет от нее гаснет как бы в два этапа: ведь сначала за лунным краем исчезает одна компонента, а затем другая; при этом человек в принципе способен зафиксировать такую “задержку” в процессе покрытия, если интервал времени между исчезновениями компонент составляет 0.1 сек и даже меньше. Отсюда, используя примерную величину угловой скорости Луны, получаем вывод, что при визуальных наблюдениях покрытия можно в благоприятной ситуации обнаружить двойственность звезды с угловым расстоянием между компонентами порядка 0.05". Может оказаться, что двойственность данной звезды не была известна ранее, так что у наблюдателя есть шанс сделать открытие (без кавычек); во всяком случае, полученная оценка углового расстояния будет полезна астрономам, изучающим двойные звезды.

Здесь важно подчеркнуть, что сама возможность визуального обнаружения тесных двойных звезд при покрытиях существует благодаря тому факту, что момент покрытия одиночной звезды Луной можно визуально зарегистрировать при наличии соответствующих технических средств с точностью до сотых долей секунды. Еще в XIX веке астрономы обратили внимание на удивительно резкое, практически мгновенное исчезновение светового потока от звезд (одиночных) при покрытии их Луной. Причиной этого является фактически полное отсутствие у Луны атмосферы. Поэтому точность регистрации момента покрытия зависит только от возможностей наблюдателя и его аппаратуры.

Особый интерес представляют довольно редкие события — так называемые касательные покрытия звезд Луной, когда Луна при своем движении по звездному небу только касается своим темным или светлым лимбом звезды, и звезда как бы скользит по лунному краю со всеми его неровностями. Наблюдения таких явлений позволяют осуществлять очень точные измерения положений лунного края относительно звезд, на основе которых можно очень подробно (с погрешностью до 10 м и меньше) изучать рельеф лунного края на том участке, где происходит касательное покрытие: расчеты геометрии касания делаются вначале в предположении гладкого лунного лимба, а затем для предсказания реальной картины используется модель профиля лунного лимба в данном месте, основанная на имеющихся данных о рельефе соответствующего участка поверхности Луны и учитывающая либрации (“покачивания” Луны относительно среднего положения ее оси вращения); после обработки данных наблюдений при сравнении с предвычисленным профилем можно получить весьма детальную информацию о реальном рельефе исследуемого участка. Еще одно возможное применение результатов — решение задач геодезии: наблюдаемая картина касательного покрытия очень сильно зависит от положения наблюдателя на поверхности Земли, в частности, от его высоты, поэтому подобные наблюдения позволяют уточнять данные о фигуре Земли.

Во время касательного покрытия может наблюдаться множество покрытий и “открытий” звезды лунными горами и впадинами. Главная задача — проследить прохождение звезды по краю лунного лимба и зафиксировать с максимально высокой точностью все моменты исчезновений и появлений звезды из-за края Луны.

Наблюдения покрытий Луной планет Солнечной системы также представляют большой интерес, поскольку, во-первых, они дают важный материал для проверки и уточнения теорий движения этих небесных тел, а во-вторых, позволяют изучать планеты и их атмосферы. В этом случае темный край Луны можно рассматривать как экран, довольно медленно закрывающий диск планеты: промежуток времени, в течение которого планета полностью скрывается за лунным краем, составляет десятки секунд. Если достаточно аккуратно проследить изменение блеска планеты в процессе ее покрытия, начиная с момента первого контакта ее видимого диска с лунным краем, можно получить информацию как об общих угловых размерах диска планеты, так и о распределении яркости по нему, а также, при определенных предположениях, о протяженности планетной атмосферы.