Czy księżyc może sprawiać wrażenie dowolnej pozycji na niebie?

Wydaje mi się, że Księżyc pojawił się w wielu lokalizacjach - pozornych - w „kopule nieba”. Wiem, że Słońce podąża za łukiem ze wschodu na zachód i że łuk jest mniejszy zimą niż latem. Dlatego Słońce nie może pojawić się w każdym miejscu „kopuły nieba”.
Moje pytanie brzmi: czy księżyc może pojawić się w dowolnym (każdym?) Miejscu w „kopule nieba”?

Podobnie jak słońce, księżyc, z naszej perspektywy na powierzchni Ziemi, wschodzi na wschodzie i zachodzi na zachodzie. Jednak nie powstaje dokładnie na wschodzie i nie ustawia się dokładnie na zachodzie. Gdybyś śledził pozycję wschodu księżyca wzdłuż horyzontu w ciągu roku, zauważyłbyś, że jest on bardzo zróżnicowany. Nie można go jednak znaleźć wszędzie na nocnym niebie, nawet w ciągu roku. Aby zrozumieć dlaczego, musimy zrozumieć pewną geometrię niebieską.

1. Płaszczyzna ekliptyki jest płaszczyzną, którą hipotetyczna linia między Ziemią a słońcem zamiata w ciągu roku. Na powyższym obrazku widać, jak orbita Ziemi istnieje w tej płaszczyźnie.

2. Zauważ również, że linia od geograficznego bieguna południowego Ziemi przez jej biegun północny (oś obrotu) nie jest prostopadła do tej płaszczyzny ekliptyki. W rzeczywistości jest 23,5 stopnia od tego prostopadłego kierunku.

3. Zauważ, że oś obrotu Ziemi wskazuje w tym samym kierunku, niezależnie od tego, po której stronie Słońca aktualnie znajduje się Ziemia. Ta oś obrotu zawsze wskazuje na gwiazdę Polaris. Oznacza to, że w różnych częściach roku słońce będzie wschodzić w różnych punktach na horyzoncie.

4. Płaszczyzna równikowa Ziemi jest płaszczyzną określoną tak, aby rozciągała się od równika ziemskiego we wszystkich kierunkach. Płaszczyzna ta jest nachylona względem płaszczyzny ekliptyki o 23,5 stopnia (tyle samo, ile oś obrotu jest nachylona względem prostopadłego kierunku płaszczyzny ekliptyki).

Rozważmy teraz system księżyca Ziemi. Aby ustalić, jak daleko na północ lub na południe księżyc może wydawać się wznosić, należy wziąć pod uwagę kąt między płaszczyzną równikową Ziemi a płaszczyzną orbity księżyca. Ponieważ oś obrotu Ziemi jest nachylona 23,5 stopnia względem ekliptyki, a orbita Księżyca jest nachylona 5,14 stopnia względem ekliptyki, najwyższa orbita Księżyca może być względem płaszczyzny równikowej Ziemi równa 28,64 stopnia.

Zatem Księżyc nie może znajdować się bezpośrednio nad jakimkolwiek punktem na powierzchni Ziemi, jeśli punkt ten znajduje się 28,64 stopnia powyżej lub (symetrycznie) poniżej równika.

Zatem Księżyc nie może pojawić się w każdym miejscu na niebie dla danego miejsca na Ziemi. Istnieją części nieba, których geometria ziemskiego układu księżycowego po prostu nie pozwala Księżycowi istnieć.

Księżyc może pojawić się tylko na około 48% nieba ^* stacjonarnego obserwatora Ziemi. Księżyc musi znajdować się co najmniej 61,4 stopnia od biegunów niebieskich, takich jak ten w pobliżu Gwiazdy Północnej.

W porównaniu ze słońcem, które zawsze musi znajdować się w odległości większej niż 66,6 stopnia od biegunów (40% nieba), księżyc ma tylko nieco więcej miejsca do podróży w „kopule” twojego nieba, nieco wyżej niż letnie słońce łuk, nieco niższy niż zimowy.

Aby wyobrazić sobie, na jakiej części twojego nieba może znajdować się księżyc, zacznij od wizualizacji równika niebieskiego . To łuk wydaje się podróżować przez Słońce po równonocach. Oto łuk na niebie kogoś na środkowych północnych szerokościach geograficznych.

Księżyc musi znajdować się w odległości około 28,6 stopni na północ lub południe od łuku równikowego.

Liczba 28,6 dodaje nachylenie osiowe Ziemi - słynny kąt między spinem i orbitą Ziemi, 23,437 stopni - do kąta między Księżycem i orbitami Ziemi , 5,145 stopnia.

Wyobraź sobie więc pasmo 57,2 stopnia na twoim niebie (28,6 podwojone), wzdłuż równika niebieskiego. Słońce jest ograniczone do podobnego pasma 46,9 stopnia. Oto wizualizacja tego rodzaju segmentu sfery niebieskiej.

Na tej figurze, którą właśnie ukradłem między sobą, kula nie reprezentuje Ziemi, reprezentuje wasze niebo, bez Ziemi na drodze. O, ty, nazwij go Obserwatorem, a kąt między czerwonymi liniami wynosi 57,2 stopnia. I musisz sobie wyobrazić, że jest pochylony w takim samym stopniu, jak równik na twoim niebie.

To pokazuje, że na szerokościach geograficznych wyższych niż 61,4 stopnia (90 minus 28,6) księżyc może pojawić się w dowolnym miejscu na horyzoncie.

^{$2\pi R h$ $2 \pi R^2$$h / R$}

Nie, nie może.

Pozwól mi rozwinąć. Gdyby Księżyc krążył wokół Ziemi w płaszczyźnie ekliptyki (płaszczyzny zawierającej orbitę Ziemi wokół Słońca), byłoby oczywiste, że Słońce i Księżyc podążą tą samą ścieżką. Jednak obie płaszczyzny są pochylone o około 5 °. Oznacza to, że położenie Księżyca jest ograniczone do małego pasma po obu stronach ekliptyki.

Zauważ, że ze względu na zjawisko zwane paralaksą dobową (Słońce i Księżyc nie znajdują się w nieskończoności), ich położenie na niebie zależy nieznacznie od położenia obserwatora na Ziemi.

Duża część debaty w odpowiedziach i komentarzach wynika z niejasności wyrażenia OP „ Dome of the Sky” . To zależy, czy uważasz, że oznacza to Niebo Nad Twoją Głową, czy Niebieską Kopułę, która jest przymocowana do gwiazd .

Niebo nad głową zależy od tego, gdzie jesteś na świecie. Jeśli pójdziesz do równika, czasami zobaczysz Księżyc bezpośrednio nad nim, w zenicie. Jeśli pójdziesz na Biegun Północny, nigdy go tam nie zobaczysz. Jeśli zastosujesz się do tej interpretacji, odpowiedź z pewnością będzie twierdząca, ponieważ w miarę upływu czasu podążasz możliwą ścieżką Księżyca i malujesz ją na całym niebie. Wydaje mi się to szczególnie pedantyczną pozycją.

Celestial Dome nie obchodzi, gdzie jesteś i staje się pytanie Czy Księżyc zamykać każdą gwiazdę na niebie? Tutaj odpowiedź brzmi oczywiście nie . Istnieją szerokie okołobiegunowe regiony północnego i południowego nieba, do których Księżyc nie może dotrzeć. Na przykład Księżyc nigdy nie pojawi się w Ursa Major .