¿Puede la luna parecer estar en cualquier posición en el cielo?

Me parece que la Luna ha aparecido en muchos lugares, lugares aparentes, en la 'cúpula del cielo'. Sé que el Sol sigue un arco de este a oeste y que el arco es más pequeño en invierno que en verano. Por lo tanto, el Sol no puede aparecer en todos los lugares de la 'cúpula del cielo'.
Mi pregunta es: ¿puede aparecer la luna en cualquier lugar (¿todos?) En la 'cúpula del cielo'?

Al igual que el sol, la luna, desde nuestra perspectiva de la superficie de la Tierra, se eleva en el este y se pone en el oeste. Sin embargo, no se eleva exactamente hacia el Este y se establece exactamente hacia el Oeste. Si realiza un seguimiento de la posición de la salida de la luna a lo largo del horizonte en el transcurso de un año, notará que esto varía considerablemente. Sin embargo, no puede ubicarse en todas partes en el cielo nocturno, incluso en el transcurso de un año. Para entender por qué, necesitamos entender algo de geometría celestial.

1. El plano eclíptico es el plano que una línea hipotética entre la Tierra y el sol barre en el transcurso de un año. En la imagen de arriba, puedes ver cómo existe la órbita de la Tierra dentro de este plano.

2. Observe también que la línea desde el polo sur geográfico de la Tierra a través de su polo norte (su eje de rotación) no es perpendicular a este plano eclíptico. De hecho, está a 23.5 grados de esta dirección perpendicular.

3. Observe que el eje de rotación de la Tierra apunta en la misma dirección, independientemente de en qué lado del Sol se encuentre actualmente la Tierra. Este eje de rotación siempre apunta hacia la estrella Polaris. Esto significa que en diferentes partes del año, el sol saldrá en diferentes puntos a lo largo del horizonte.

4. El plano ecuatorial de la Tierra es un plano definido para extenderse desde el ecuador de la Tierra en todas las direcciones. Este plano está inclinado en relación con el plano eclíptico en 23.5 grados (la misma cantidad que el eje de rotación está inclinado en relación con la dirección perpendicular del plano eclíptico).

Ahora considere el sistema de la luna terrestre. Para determinar qué tan lejos puede aparecer el norte o el sur de la luna, debe considerar el ángulo entre el plano ecuatorial de la Tierra y el plano orbital de la luna. Dado que el eje de rotación de la Tierra está inclinado 23.5 grados con respecto a la eclíptica, y la órbita de la Luna está inclinada 5.14 grados con respecto a la eclíptica, la órbita más alta de la Luna puede ser con respecto al plano ecuatorial de la Tierra es 28.64 grados.

Por lo tanto, la Luna no puede estar directamente sobre la cabeza de ningún punto en la superficie de la Tierra si ese punto está 28.64 grados arriba o (por un argumento simétrico) debajo del ecuador.

Por lo tanto, la Luna no puede aparecer en todos los lugares del cielo para un lugar determinado en la Tierra. Hay partes del cielo que la geometría del sistema lunar de la Tierra simplemente no permitirá que exista la Luna.

La Luna puede aparecer solo en aproximadamente el 48% del cielo ^* de un observador estacionario de la Tierra. La luna debe estar al menos a 61,4 grados de distancia de los polos celestes, como el que está cerca de la Estrella del Norte.

En comparación con el sol, que siempre debe estar a más de 66,6 grados de los polos (40% del cielo), la luna tiene un poco más de espacio para viajar en la 'cúpula' de su cielo, un poco más alto que el solar de verano. arco, un poco más bajo que el del invierno.

Para visualizar qué porción de su cielo puede tener una luna, comience visualizando el ecuador celeste . Ese es el arco que el sol parece viajar en los equinoccios. Aquí está ese arco en el cielo de alguien en las latitudes medias del norte.

La luna debe estar a unos 28,6 grados al norte o al sur de ese arco ecuatorial.

La figura 28.6 agrega la inclinación axial de la Tierra, el famoso ángulo entre el giro y la órbita de la Tierra, 23.437 grados, al ángulo entre la Luna y las órbitas de la Tierra , 5.145 grados.

Así que imagine una banda de 57.2 grados en su cielo (28.6 doblado), a lo largo del ecuador celeste. El sol está confinado a una banda similar de 46.9 grados. Aquí hay un visual para este tipo de segmento de su esfera celeste.

En esta figura que también acabo de robar de las redes, la esfera no representa la Tierra, representa tu cielo, sin la Tierra en el camino. O eres tú, llámalo Observador, y el ángulo entre las líneas rojas es 57,2 grados. Y debes imaginar esto inclinado en la misma medida que el ecuador en tu cielo.

Esto muestra que en latitudes superiores a 61.4 grados (90 menos 28.6), la luna podría aparecer en cualquier parte de su horizonte.

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

No, no puede.

Déjame elaborar. Si la Luna orbitara alrededor de la Tierra en el plano de la eclíptica (el plano que contiene la órbita de la Tierra alrededor del Sol), entonces sería obvio que el Sol y la Luna seguirían el mismo camino. Sin embargo, ambos planos están inclinados aproximadamente 5 °. Esto significa que la ubicación de la Luna está limitada a una pequeña banda a ambos lados de la eclíptica.

Tenga en cuenta que debido a un fenómeno llamado paralaje diurno (el Sol y la Luna no están en el infinito), su ubicación en el cielo depende ligeramente de la ubicación del observador en la Tierra.

Gran parte del debate en las respuestas y comentarios surge de la ambigüedad en la frase del OP: La Cúpula del Cielo . Depende de si crees que esto significa el Cielo sobre tu cabeza o la Cúpula celestial que está fijada a las estrellas .

El cielo sobre tu cabeza depende de dónde te encuentres en el mundo. Si vas al ecuador, en ocasiones verás la Luna directamente sobre tu cabeza, en el cenit. Si vas al Polo Norte, nunca lo verás allí. Si sigues esta interpretación, la respuesta es ciertamente sí, ya que estás tomando el posible rastro de la Luna con el tiempo y pintándolo en todo el cielo a medida que te mueves. Esto me parece una posición peculiarmente pedante.

La Cúpula Celestial no le importa dónde se encuentre y la pregunta es si la Luna puede ocluir todas las estrellas del cielo. Aquí la respuesta es obviamente no . Hay amplias regiones circumpolares del cielo del Norte y del Sur donde la Luna no puede ir. La Luna nunca puede aparecer en la Osa Mayor , por ejemplo.