A lua pode parecer estar em qualquer posição no céu?

Parece-me que a Lua apareceu em muitos locais - locais aparentes - no 'domo do céu'. Eu sei que o Sol segue um arco de leste a oeste e que o arco é menor no inverno do que no verão. Portanto, o Sol não pode aparecer em todos os locais da 'cúpula do céu'.
Minha pergunta é: a lua pode aparecer em qualquer local (todo?) Da 'cúpula do céu'?

Como o sol, a lua, da nossa perspectiva na superfície da Terra, nasce no leste e se põe no oeste. No entanto, não se eleva exatamente no leste e se põe exatamente no oeste. Se você acompanhar a posição do nascer da lua ao longo do horizonte ao longo de um ano, perceberá que isso varia consideravelmente. No entanto, ele não pode estar localizado em qualquer lugar do céu noturno, mesmo ao longo de um ano. Para entender o porquê, precisamos entender alguma geometria celeste.

1. O plano eclíptico é o plano que uma linha hipotética entre a Terra e o sol varre ao longo de um ano. Na imagem acima, você pode ver como a órbita da Terra existe dentro deste plano.

2. Observe também que a linha do polo sul geográfico da Terra através de seu polo norte (seu eixo rotacional) não é perpendicular a este plano eclíptico. De fato, está 23,5 graus fora dessa direção perpendicular.

3. Observe que o eixo rotacional da Terra aponta na mesma direção, independentemente de qual lado do Sol a Terra esteja atualmente. Este eixo rotacional sempre aponta para a estrela Polaris. Isso significa que, em diferentes partes do ano, o sol nascerá em pontos variados ao longo do horizonte.

4. O plano equatorial da Terra é um plano definido para se estender do equador da Terra em todas as direções. Este plano é inclinado em relação ao plano eclíptico em 23,5 graus (a mesma quantidade que o eixo rotacional é inclinado em relação à direção perpendicular do plano eclíptico).

Agora considere o sistema lunar da Terra. Para determinar a que distância o Norte ou o Sul da Lua pode aparecer, é necessário considerar o ângulo entre o plano equatorial da Terra e o plano orbital da Lua. Como o eixo rotacional da Terra é inclinado em 23,5 graus em relação à eclíptica, e a órbita da Lua em 5,14 graus em relação à eclíptica, a maior órbita da Lua em relação ao plano equatorial da Terra é de 28,64 graus.

Assim, a Lua não pode estar diretamente acima de qualquer ponto da superfície da Terra se esse ponto estiver 28,64 graus acima ou (por um argumento simétrico) abaixo do equador.

Assim, a Lua não pode aparecer em todos os locais do céu para um determinado local na Terra. Há partes do céu em que a geometria do sistema lunar da Terra simplesmente não permite que a Lua exista.

A Lua pode aparecer em apenas cerca de 48% do céu ^* de um observador estacionário da Terra. A lua deve estar a pelo menos 61,4 graus dos pólos celestes, como o próximo à Estrela do Norte.

Comparada com o sol, que sempre deve estar a mais de 66,6 graus dos pólos (40% do céu), a lua tem um pouco mais de espaço para viajar na 'cúpula' do seu céu, um pouco mais alta que o verão solar arco, um pouco menor que o inverno.

Para visualizar qual parte do seu céu pode ter uma lua, comece visualizando o equador celeste . Esse é o arco que o sol parece viajar nos equinócios. Aqui está aquele arco no céu de alguém nas latitudes do norte médio.

A lua deve estar a cerca de 28,6 graus ao norte ou sul desse arco equatorial.

A figura 28.6 adiciona a inclinação axial da Terra - o famoso ângulo entre a rotação e a órbita da Terra, 23.437 graus - ao ângulo entre a Lua e as órbitas da Terra , 5.145 graus.

Imagine uma faixa de 57,2 graus no céu (28,6 vezes o dobro), ao longo do equador celeste. O sol está confinado a uma faixa similar de 46,9 graus. Aqui está um visual para esse tipo de segmento da sua esfera celeste.

Nesta figura, que também acabei de roubar das redes, a esfera não representa a Terra, representa o seu céu, sem a Terra no caminho. O é você, chame-o de Observador, e o ângulo entre as linhas vermelhas é de 57,2 graus. E você precisa imaginar isso inclinado na mesma medida que o equador no seu céu.

Isso mostra que em latitudes superiores a 61,4 graus (90 menos 28,6), a lua pode aparecer em qualquer lugar do seu horizonte.

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

Não, eu não posso.

Deixe-me elaborar. Se a Lua estivesse orbitando em torno da Terra no plano da eclíptica (o plano que contém a órbita da Terra ao redor do Sol), seria óbvio que o Sol e a Lua seguiriam o mesmo caminho. No entanto, os dois planos são inclinados em aproximadamente 5 °. Isso significa que a localização da Lua é restrita a uma pequena faixa nos dois lados da eclíptica.

Observe que, devido a um fenômeno chamado paralaxe diurno (o Sol e a Lua não estão no infinito), sua localização no céu depende um pouco da localização do observador na Terra.

Muito do debate nas respostas e comentários decorre da ambiguidade na frase do OP, a Cúpula do Céu . Depende se você acha que isso significa o céu acima da sua cabeça ou a cúpula celestial que é fixa às estrelas .

O céu acima da sua cabeça depende de onde você está no mundo. Se você for ao equador, verá, ocasionalmente, a lua no alto, no zênite. Se você for ao Pólo Norte, nunca o verá lá. Se você seguir essa interpretação, a resposta certamente será positiva, já que você segue a trilha possível da Lua ao longo do tempo e a pinta no céu inteiro enquanto se move. Isso me parece uma posição particularmente pedante.

A Cúpula Celestial não se importa onde você está e a questão é: a Lua pode ocluir todas as estrelas no céu? Aqui a resposta é obviamente não . Existem amplas regiões circumpolares do céu norte e sul, onde a lua não pode ir. A Lua nunca pode aparecer na Ursa Maior , por exemplo.