Dapatkah bulan tampak berada pada posisi apa pun di langit?

Sepertinya saya bahwa Bulan telah muncul di banyak lokasi - lokasi yang jelas - di 'kubah langit'. Saya tahu bahwa Matahari mengikuti busur dari timur ke barat dan busur itu lebih kecil di musim dingin daripada di musim panas. Karena itu Matahari tidak dapat muncul di setiap lokasi di 'kubah langit'.
Pertanyaan saya adalah: dapatkah bulan muncul di setiap (setiap?) Lokasi di 'kubah langit'?

Seperti matahari, bulan, dari sudut pandang kita di permukaan bumi, terbit di Timur dan terbenam di Barat. Namun, itu tidak naik tepat karena Timur dan menetapkan tepat karena Barat. Jika Anda melacak posisi bulan terbit di sepanjang cakrawala selama setahun, Anda akan melihat bahwa itu sangat bervariasi. Namun, itu tidak dapat ditemukan di mana-mana di langit malam, bahkan selama setahun. Untuk memahami mengapa, kita perlu memahami beberapa geometri langit.

1. Bidang ekliptika adalah bidang yang garis hipotetis antara Bumi dan matahari menyapu selama setahun. Pada gambar di atas, Anda dapat melihat bagaimana orbit Bumi ada di dalam bidang ini.

2. Perhatikan juga bahwa garis dari kutub selatan geografis bumi melalui kutub utara (sumbu rotasinya) tidak tegak lurus terhadap bidang ekliptika ini. Bahkan itu adalah 23,5 derajat dari arah tegak lurus ini.

3. Perhatikan bahwa sumbu rotasi Bumi menunjuk ke arah yang sama terlepas dari sisi mana Matahari saat ini berada. Sumbu rotasi ini selalu menunjuk ke arah bintang Polaris. Ini berarti bahwa di berbagai bagian tahun, matahari akan terbit di berbagai titik di sepanjang cakrawala.

4. Bidang ekuator Bumi adalah bidang yang didefinisikan untuk memanjang dari ekuator Bumi ke segala arah. Bidang ini cenderung relatif terhadap bidang ekliptika sebesar 23,5 derajat (jumlah yang sama dengan sumbu rotasi dimiringkan relatif terhadap arah tegak lurus bidang ekliptika).

Sekarang pertimbangkan sistem bulan Bumi. Untuk menentukan seberapa jauh Utara atau Selatan bulan muncul untuk muncul, Anda perlu mempertimbangkan sudut antara bidang ekuatorial Bumi dan bidang orbit bulan. Karena sumbu rotasi Bumi cenderung 23,5 derajat relatif terhadap ekliptika, dan orbit Bulan cenderung 5,14 derajat relatif terhadap ekliptika, tertinggi orbit Bulan dapat relatif terhadap bidang ekuatorial Bumi adalah 28,64 derajat.

Jadi, Bulan tidak dapat secara langsung berada di atas kepala suatu titik di permukaan Bumi jika titik itu 28.64 derajat di atas atau (dengan argumen simetris) di bawah garis khatulistiwa.

Dengan demikian, Bulan tidak dapat muncul di setiap lokasi di langit untuk lokasi tertentu di Bumi. Ada bagian-bagian langit yang geometri dari sistem Bulan Bumi tidak akan membiarkan Bulan ada.

Bulan dapat muncul hanya sekitar 48% dari langit ^* dari pengamat Bumi yang diam. Bulan harus setidaknya 61,4 derajat dari kutub langit, seperti yang dekat Bintang Utara.

Dibandingkan dengan matahari, yang harus selalu lebih dari 66,6 derajat dari kutub (40% dari langit), bulan hanya memiliki sedikit lebih banyak ruang untuk melakukan perjalanan di 'kubah' langit Anda, sedikit lebih tinggi dari matahari musim panas busur, sedikit lebih rendah dari musim dingin.

Untuk memvisualisasikan bagian langit mana yang dapat memiliki bulan di dalamnya, mulailah dengan memvisualisasikan ekuator langit . Itu adalah busur yang nampak oleh matahari untuk melakukan perjalanan di ekuinoks. Ini busur di langit seseorang di garis lintang utara tengah.

Bulan harus berada dalam jarak sekitar 28,6 derajat utara atau selatan dari busur khatulistiwa itu.

Angka 28,6 menambahkan kemiringan aksial Bumi - sudut yang terkenal antara putaran dan orbit Bumi, 23,437 derajat - ke sudut antara orbit Bulan dan orbit Bumi , 5,145 derajat.

Jadi bayangkan sebuah pita 57,2 derajat melintasi langit Anda (28,6 dua kali lipat), di sepanjang khatulistiwa langit. Matahari terbatas pada pita 46,9 derajat yang sama. Berikut ini visual untuk segmen dari bidang surgawi Anda.

Dalam gambar ini yang saya juga baru saja mencuri jalinan, bola tidak mewakili Bumi, itu mewakili langit Anda, tanpa Bumi menghalangi. O adalah kamu, sebut itu Pengamat, dan sudut antara garis merah adalah 57,2 derajat. Dan Anda perlu membayangkan ini miring ke tingkat yang sama seperti khatulistiwa di langit Anda.

Ini menunjukkan bahwa pada garis lintang lebih tinggi dari 61,4 derajat (90 minus 28,6), bulan dapat muncul di mana saja di cakrawala Anda.

^{* 48% adalah sinus 28,6 derajat. Kalkulasi sederhana yang mengejutkan itu adalah bagian langit yang diambil oleh pita khatulistiwa, berdasarkan luas segmen bola , dibagi dengan luas belahan bumi , yaitu atau sinus sudut. Itu untuk pengamat kutub, tetapi apakah di kutub, khatulistiwa, atau di mana saja di antaranya, Anda dapat melihat sekitar setengah pita dan setengah langit.2 π R 2 h /$2\pi R h$ $2 \pi R^2$$h / R$}

Tidak, tidak bisa.

Biarkan saya uraikan. Jika Bulan mengorbit di sekitar Bumi dalam bidang ekliptika (bidang yang mengandung orbit Bumi di sekitar Matahari), maka akan jelas bahwa Matahari dan Bulan akan mengikuti jalur yang sama. Namun, kedua pesawat dimiringkan sekitar 5 °. Ini berarti bahwa lokasi Bulan dibatasi pada pita kecil di kedua sisi ekliptika.

Perhatikan bahwa karena sebuah fenomena yang disebut paralaks diurnal (Matahari dan Bulan tidak terbatas), lokasi mereka di langit sedikit tergantung pada lokasi pengamat di Bumi.

Banyak perdebatan dalam jawaban dan komentar muncul dari ambiguitas dalam kalimat OP, Dome of the Sky . Itu tergantung apakah Anda berpikir ini berarti Langit di Atas Kepala Anda atau Kubah Surgawi yang Terpaku pada Bintang .

The Sky atas kepala Anda tergantung pada di mana Anda berada di dunia. Jika Anda pergi ke garis khatulistiwa, Anda akan, kadang-kadang, melihat Bulan tepat di atas kepala, di puncaknya. Jika Anda pergi ke Kutub Utara, Anda tidak akan pernah melihatnya di sana. Jika Anda mengikuti interpretasi ini, jawabannya tentu saja ya karena Anda mengambil jejak bulan yang mungkin dari waktu ke waktu dan melukisnya di seluruh langit saat Anda bergerak. Bagi saya ini adalah posisi yang agak aneh.

The Celestial Dome tidak peduli di mana Anda berada dan pertanyaannya menjadi bisa Bulan menutup jalan setiap bintang di langit? Di sini jawabannya jelas tidak . Ada daerah kutub yang luas di langit Utara dan Selatan di mana Bulan tidak bisa pergi. Bulan tidak pernah bisa muncul di Ursa Major , misalnya.