Игра с настоящими фазами Луны и затмениями — даже если смотреть с Луны

Openworld — это воксельная песочница на целой круглой планете — иди прямо, и вернёшься туда, откуда вышел, — с Луной, до которой можно долететь. На Mac (нативно для Apple Silicon), Windows и Linux. Этот гайд о небе: почему Луна меняет форму, почему затмения редки на настоящей Земле и часты в игре и что ты увидишь, наблюдая затмение с Луны.

Как работают фазы Луны на настоящей орбите?

У Луны нет собственных фаз. Это шар, и Солнце всегда освещает ровно половину его. Меняется угол, под которым ты видишь эту половину. Когда Луна между тобой и Солнцем, её освещённая половина отвёрнута: новолуние. Когда она по ту сторону Земли, ты видишь освещённую половину анфас: полнолуние. Между ними ты видишь часть дневной стороны и часть ночной: серпы, четверти, выпуклые Луны. Освещённая доля — просто (1 + cos α) / 2, где α — угол Солнце–Луна–Земля.

Openworld делает именно так. Игра вычисляет, где в каждый момент находятся Солнце, Земля и Луна, по их орбитам (уравнения Кеплера, с настоящими эксцентриситетами), и рисует Луну как настоящую сферу, пиксель за пикселем, освещённую со стороны Солнца. Нигде нет нарисованных фаз: серп — это тень шара. А поскольку это геометрия, тот же расчёт работает и наоборот: стоя на Луне, ты видишь фазы Земли — полную Землю, когда на земном небе новолуние, и так далее.

• 25 минодин день на Земле
• 29,5суток от одного новолуния до другого
• ≈ 12 ч 20реального времени на лунный месяц
• 365суток в году (около 6 настоящих суток)

Как это умещается в игре? Вся Солнечная система масштабирована: расстояния поделены на 6,371 (у Земли радиус 1000 км), а длительности — на 57,6 (сутки длятся 25 минут). Оба сжимаются вместе, так что геометрия неба остаётся верной: углы между телами, их фазы и 29,5 суток месяца — настоящие.

Почему затмения не бывают каждый месяц?

В каждое новолуние Луна проходит между Землёй и Солнцем. В каждое полнолуние она проходит позади Земли. Почему же на настоящей Земле не бывает двух затмений в месяц? Потому что орбита Луны наклонена примерно на 5,1° к орбите Земли вокруг Солнца (эклиптике). В большинстве месяцев Луна проскальзывает чуть выше или чуть ниже линии между Солнцем и Землёй, и тени проходят мимо.

Две орбиты пересекаются в двух точках, называемых узлами. Затмение возможно, только когда новолуние или полнолуние выпадает близко к узлу, а это случается в два сезона затмений в году, с промежутком около 173 суток. Поэтому на настоящей Земле бывает от 4 до 7 затмений в год, а не 24.

Солнечное и лунное затмение: что ты видишь в игре

Солнечное затмение происходит в новолуние: Луна закрывает Солнце для тех, кто стоит в её тени. Лунное затмение происходит в полнолуние: Луна входит в тень Земли, и её видят все на ночной стороне. У каждой тени две части. В полной тени Солнце скрыто целиком. В полутени вокруг неё закрыта только часть солнечного диска.

Во время солнечного затмения

Игра измеряет, глядя оттуда, где ты стоишь, какая часть диска Солнца закрыта, с той же линзовидной областью перекрытия, что использовал бы планетарий. Так получается частное, полное или кольцеобразное затмение (когда Луна чуть слишком далеко, чтобы закрыть всё Солнце — как и на Земле, это зависит от расстояния до Луны на её эллиптической орбите). Частные фазы длятся около двух минут с каждой стороны; сама полная фаза — всего секунды, потому что игровое время идёт в 57,6 раза быстрее нашего.

И свет следует за ним. Дневной свет мира — это высота Солнца, умноженная на видимую часть его диска, поэтому в момент полной фазы рельеф, небо и существа — всё темнеет; вокруг чёрной Луны появляется венец света, корона. Мозг существ читает тот же дневной свет: когда света меньше четверти от полного, спавнер считает, что это ночь, так что ночные существа могут появиться посреди дня, а те, что горят на солнце, получают передышку. Солнечные панели во время затмения тоже дают меньше: их выработка следует за тем же светом.

Во время лунного затмения — и почему настоящая Луна краснеет

На ночной стороне полная Луна входит в тень Земли и темнеет: сначала с одного края, потом целиком. В реальности она не становится чёрной, а становится медно-красной. Атмосфера Земли преломляет немного солнечного света в полную тень, а по пути воздух рассеивает синюю часть (по той же причине закаты красные). Полностью затмённая Луна освещена всеми восходами и закатами Земли одновременно.

Как выглядит солнечное затмение с Луны?

А вот самое красивое: лунное затмение, увиденное с Земли, — это солнечное затмение, увиденное с Луны. Встань в этот момент на Луну, и ты увидишь, как Земля проходит перед Солнцем. Оттуда Земля кажется шириной около 1,9°, в 3,7 раза шире Солнца, так что закрывает его с запасом и гораздо дольше, чем Луна когда-либо закрывает его с Земли. Когда Солнце исчезает, вокруг чёрной Земли загорается тонкое кольцо: её атмосфера, светящаяся всеми восходами и закатами. Именно это кольцо красит Луну в красный, если смотреть снизу.

В Openworld это работает по тому же правилу, потому что расчёт затмения смотрит на каждое тело между тобой и Солнцем: на Луне таким телом служит Земля. Диск Солнца закрывается, чёрное лунное небо темнеет ещё сильнее, свет на серой земле падает. И наоборот: во время солнечного затмения на Земле посмотри вверх с Луны: Земля полная, и по ней скользит тень Луны. Чтобы встать там самому, смотри, как отправиться на Луну, с её слабой гравитацией и Землёй, висящей в чёрном небе, — а чтобы туда добраться, построй свою ракету.

С Луны Земля почти не двигается по небу: Луна всегда обращена к ней одной стороной. День и ночь сменяют друг друга, Земля проходит свои фазы, но висит всё в том же месте над горизонтом.

Затмения на любом теле (а как же Марс?)

В игре нет списка «затмений, в которые нужно играть». Её Солнечная система — это список тел, сегодня это Солнце, Земля и Луна, каждое на своей орбите, и для любой точки на любом мире игра спрашивает: какие тела стоят между мной и Солнцем и какую его часть они закрывают? Тени рисуются и на телах в небе: с Земли ты смотришь, как затмение надкусывает Луну, с Луны видишь тёмное пятно, скользящее по Земле. Марса в игре пока нет; когда появится другой мир, его затмения придут вместе с ним, без нового кода затмений.

Когда следующее затмение в моём мире?

В игре нет календаря затмений: календарь — это небо. Поскольку затмение каждого вида случается каждый лунный месяц, читай Луну:

• Тонкий серп, а потом Луны нет совсем: приближается новолуние — солнечное затмение пройдёт по части дневной стороны. Полная фаза видна только вдоль узкой полосы; в остальных местах оно частное.
• Луна, с каждой ночью всё круглее: примерно через две недели полнолуние приносит лунное затмение, видимое со всей ночной стороны.
• Один цикл занимает 29,5 игровых суток, около 12 часов игры. Наблюдай в подзорную трубу (×4) или поставь телескоп на треножник (×16), чтобы разглядеть детали тени.
• Не отводи взгляд ради короны: она видна только в секунды полной фазы.

День, ночь и погода вокруг

Затмения идут на фоне настоящих дня и ночи. Земля оборачивается за 25 минут, Солнце встаёт на востоке, ось наклонена на 23,44°, как у нас, так что у полюсов бывают полярный день и полярная ночь без всякого специального кода. Рассвет и закат подкрашивают небо в сторону Солнца, ночь полна звёзд. Когда все игроки на Земле в постели, ночь проходит. На Луне день длится целый лунный месяц: две недели света, две недели ночи.

На Земле облака, дождь, снег и грозы проходят над сушей фронтами в несколько километров шириной — и могут скрыть твоё затмение. На Луне нет воздуха, а значит, и погоды: чёрное небо, всегда ясное.

Что игра симулирует, а что упрощает

Openworld — прежде всего игра: некоторые решения нужны, чтобы ты действительно всё это увидел. Но всё, что ты видишь в его небе, берётся из положений настоящих шаров в космосе, поэтому серп, тень или затмение всегда появляются там, где их ждёт физика. Если тебе понравилось, остальные гайды о небе и космосе идут дальше — ракеты, Луна, полёты.