Объяснение лунных фаз приводит к истолкованию затмений — предмета ужаса в непросвещённые века и любопытства народов всех времён. Луна может затмеваться только тогда, когда непрозрачное тело лишает её солнечного света, и очевидно, что это тело — Земля, поскольку затмения Луны происходят только во время её противостояний, т.е. тогда, когда Земля находится между Луной и Солнцем. Земной шар отбрасывает позади себя относительно Солнца конус тени, ось которого совпадает с прямой, соединяющей центры Солнца и Земли; он кончается в точке, в которой видимые диаметры этих двух тел были бы одинаковы. Эти диаметры, видимые из центра Луны во время её противостояния ‘ и на среднем расстоянии, приблизительно равны 5920^сс [1918"] у Солнца и 21322^сс [6908"] — у Земли. Таким образом, длина конуса земной тени, по крайней мере, в три с половиной раза больше, чем расстояние от Луны до Земли, а его ширина в точках, где он пересекается Луной, близка к восьми третям лунного диаметра. Поэтому если бы плоскость лунной орбиты совпадала с плоскостью эклиптики, Луна затмевалась бы при каждом противостоянии с Солнцем. Но вследствие наклона этих плоскостей во время противостояний Луна часто оказывается приподнятой выше или опущенной ниже конуса земной тени и попадает в него только тогда, когда она близка к узлам своей орбиты. Если весь её диск погружается в земную тень — затмение Луны полное. Оно называется частным, если этот диск заходит в тень только своей частью, и можно понять, что степень близости Луны к узлам своей орбиты во время противостояний даёт всё разнообразие вида наблюдаемых затмений.

Каждая точка Луны перед своим затмением последовательно теряет свет от разных частей солнечного диска. Поэтому её яркость уменьшается постепенно и исчезает в момент попадания в земную тень. Пространство, в котором происходит это уменьшение яркости, названо полутенью, и ширина его равна диаметру Солнца, видимому из центра Земли.

Средняя продолжительность обращения Солнца относительно узла лунной орбиты равна 346.^d619851. Она относится к синодическому периоду обращения Луны почти в точности, как 223 к 19. Таким образом, по истечении периода в 223 лунных месяца Луна и Солнце вновь оказываются в таком же положении относительно узла лунной орбиты. Поэтому и затмения должны повторяться почти в таком же порядке. Это даёт простой способ их предсказания, который использовали древние астрономы. Однако неравенства в движениях Солнца и Луны должны производить ощутимые изменения. Кроме того, возвращение этих двух светил к начальному положению по отношению к узлу в интервале 223 месяцев происходит не точно. Из-за этого отклонения со временем изменяется порядок затмений, наблюдаемых в одном из таких периодов.

Круглая форма земной тени при лунных затмениях привела первых астрономов к мысли о почти сферической фигуре Земли. В дальнейшем мы увидим, что усовершенствованная теория Луны дала, может быть, самый точный способ определения сжатия Земли.

Соединения Солнца и Луны, когда она располагается между Солнцем и Землёй и закрывает от нас солнечный свет, доставляют единственную возможность наблюдать солнечные затмения. Хотя Луна несравненно меньше Солнца, она находится достаточно близко от Земли, чтобы её видимый диаметр мало отличался от солнечного. Вследствие изменения этих диаметров случается даже, что они попеременно превосходят один другого. Представим себе, что центры Солнца и Луны находятся на одной прямой с глазом наблюдателя и он видит затмение Солнца. Если видимый диаметр Луны превосходит солнечный, затмение будет полным, но если он меньше солнечного, наблюдатель увидит светящееся кольцо, образованное той частью Солнца, которая не перекрывается диском Луны, и в этом случае затмение будет кольцеобразным. Если, наконец, центр Луны не находится на прямой, соединяющей глаз наблюдателя и центр Солнца, Луна сможет затмить только часть солнечного диска, и затмение будет частным. Итак, вариации расстояний Солнца и Луны от центра Земли и расстояний Луны от узлов её орбиты в момент соединений приводят к очень большому разнообразию солнечных затмений. К этому прибавляется ещё возвышение Луны над горизонтом, которое изменяет её видимый диаметр и вследствие влияния лунного параллакса может увеличить или уменьшить видимое расстояние центров Солнца и Луны так, что один из двух удалённых друг от друга наблюдателей может видеть солнечное затмение, которое не увидит другой. В этом солнечные затмения отличаются от лунных, которые одинаковы для всех точек Земли, где это светило находится над горизонтом.

Часто можно видеть, как тень, падающая от тучи, уносимой ветром, быстро пробегая по холмам и равнинам, закрывает от настигнутых ею зрителей вид Солнца, которым наслаждаются находящиеся вне её пределов. Это точный образ полного солнечного затмения, во время которого вокруг лунного диска заметна корона из слабого света, представляющая собой, вероятно, атмосферу Солнца, так как по своей протяжённости она не может соответствовать лунной атмосфере, поскольку последняя, как в этом убедились по затмениям Солнца и звёзд, почти неощутима.

Атмосфера, которую можно представить себе вокруг Луны, отклоняет световые лучи к её центру, и если, как это должно быть, атмосферные слои становятся более разреженными с высотой, эти лучи, проникая в неё, отклоняются всё больше и больше и образуют кривую, вогнутую к лунной поверхности. Поэтому наблюдатель, находящийся на Луне, перестал бы видеть светило, только спустившись ниже своего горизонта на угол, называемый горизонтальной рефракцией. Лучи, излучаемые этим светилом, видимым на горизонте, коснувшись поверхности Луны, продолжают свой путь, описывая кривую, похожую на ту, по которой они пришли. Следовательно, второй наблюдатель, расположенный относительно светила позади Луны, всё же увидел бы его вследствие отклонения луча в лунной атмосфере. Диаметр Луны из-за рефракции в её атмосфере заметно не увеличивается; звезда затмевается этим светилом несколько позже, чем она затмилась бы при отсутствии атмосферы. По этой же причине она раньше выходит из затмения. Таким образом, лунная атмосфера оказывает влияние главным образом на продолжительность затмений Солнца и звёзд Луной. Однако точные и многократные наблюдения позволили лишь едва заподозрить это влияние, и было установлено, что на поверхности Луны горизонтальная рефракция не превышает 5^cc [1"6]. На Земле эта рефракция, по крайней мере, в тысячу раз больше. Таким образом, лунная атмосфера, если она существует, обладает исключительной разреженностью, превосходящей достигаемую нами с помощью лучших пневматических насосов. Отсюда мы должны сделать вывод, что никакие из земных животных не могли бы дышать и жить на Луне и что если она всё же обитаема, то только животными совсем другого рода. Имеется основание думать, что на поверхности Луны всё твёрдое, так как в большие телескопы она представляется безводным телом, на котором, как полагают, замечена деятельность вулканов и даже их извержения.

Бугер экспериментально нашёл, что свет полной Луны приблизительно в триста тысяч раз слабее солнечного. Этим объясняется, почему лунный свет, собранный в фокусе самых больших зеркал, не производит сколько-нибудь заметного действия на термометр.

Можно различить, особенно вблизи новолуния, ту часть лунного диска, которая не освещена Солнцем. Эта слабая освещённость, которую называют пепельным светом, по крайней мере, в большей своей части вызвана светом, отражающимся на Луну освещённой земной полусферой. Это подтверждается тем, что пепельный свет становится заметнее около новолуния, когда самая большая часть освещённой земной полусферы обращена к Луне. В самом деле, очевидно, что Земля являла бы наблюдателю, находящемуся на Луне, фазы, похожие на те, которые нам являет Луна, но вследствие большей протяжённости поверхности Земли более яркие. ¹

Лунный диск представляется нам покрытым большим числом неизменяющихся пятен, которые были с большой тщательностью наблюдены и описаны. Они доказывают, что Луна всегда повёрнута к нам почти одним и тем же полушарием, а это значит, что она вращается вокруг своей оси за время, равное времени её обращения вокруг Земли. Действительно, если вообразить наблюдателя, помещённого в центр Луны, предполагаемой прозрачной, он увидит Землю и свой луч зрения вращающимися вокруг себя, и так как этот луч пересекает поверхность Луны приблизительно в одной и той же точке, ясно, что эта точка должна вращаться за то же время и в ту же сторону, что и Земля вокруг наблюдателя.