De relative afstande mellem solen og månen fra Jorden og deres relative størrelse er ansvarlige for en af de mest tilfældige tilfældigheder i astronomi.
Det sker bare så, at de tilsyneladende skiver fra solen og månen, set fra jorden, er næsten nøjagtig den samme størrelse. Det gør det muligt for månen at bare dække solen, når den passerer mellem solen og jorden, og fordi størrelseskampen er så nøjagtig, kan folk på jorden se solens korona. Oddsen for, at dette sker, er, ja, astronomisk.
Når månen passerer foran solen, oplever mennesker på jorden en formørkelse, men ikke alle formørkelser er totale. Nogle gange stemmer månen ikke nøjagtigt op med solen, og i stedet for en total mørklægning ser folk kun sollyset blive svagt.
Og nogle gange er månen for langt fra Jorden i sin bane til helt at dække solen, selv når den passerer direkte foran den. Dette er en ringformørkelse. Det ville være en total solformørkelse, hvis månen var tættere på.
'Det er sæsonen... til en formørkelse
Solformørkelser forekommer under nye måner. Omvendt opstår en måneformørkelse, når månen er fuld, og Jorden bevæger sig mellem den og solen.
Hvis månens bane var på samme plan som Jordens bane omkring solen, ville vi se en sol- og måneformørkelse hver måned, men det er ikke tilfældet. Månens kredsløbsplan er skråtstillet til 5,1 grader til planet for Jordens bane. Det tilføjer en ekstra betingelse for, at en formørkelse kan forekomme. Ikke kun skal det være ny eller fuldmåne, men månen skal også være tæt nok på planet for Jordens bane til at blokere en del af solen.
Hver måned krydser månen planet for jordens bane to gange, en gang på sin sydlige sti og en anden gang to uger senere, når den er på sin nordlige sti. Disse krydsninger kaldes knudepunkter, og for at en formørkelse skal forekomme, skal solen være inden for 17 grader fra en af knudepunkterne. Dette sker to gange om året. Solen bevæger sig 0,99 grader om dagen, så den forbliver i nærheden af en knude i cirka 34 dage. Denne periode på 34 dage kaldes en formørkelsessæson.
I løbet af en given formørkelsesæson er der en solformørkelse og en måneformørkelse. En formørkelsessæson er dog længere end en måned, så det er muligt for to solformørkelser eller to måneformørkelser at forekomme i løbet af en enkelt sæson.
Fire typer solformørkelser
Totale solformørkelser er synlige langs en ret smal sti på jordens overflade, men delvise formørkelser er synlige over et meget bredere område. Hvilken formørkelse folk ser, afhænger af tre faktorer:
- Adskillelsen af solen fra månens knude.
- Jordens afstand fra solen.
- Månens afstand fra Jorden.
De fire typer formørkelser, der kan forekomme, er som følger:
Total: Dette er den klassiske solformørkelse, hvor månen fuldstændigt dækker solen, og seere i månens umbra er i stand til at se solens korona. Det kan kun forekomme, hvis solen er inden for et par grader fra månens knude. Samtidig skal solen være langt nok væk fra jorden for at disken kan være lille nok til at blive dækket af månen. Månen skal på sin side være tæt nok på Jorden til at have en disk, der er stor nok til at dække solen.
Delvis: Når der opstår en formørkelsessæson, men solen er langt fra en knude ved fuldmåne, kan nogle mennesker på Jorden muligvis se månen kun blokere for en del af solen. Dette er en delvis formørkelse. Himlen bliver mørkere, når en del af solens skive er tilsløret.
Ringformet: En ringformørkelse opstår, når solen er tæt nok på en knude til, at en total formørkelse kan forekomme, men det er enten for tæt på Jorden, eller så er månen for langt fra Jorden til, at månens disk helt kan blokere solen. Seere i umbraen ser hele måneskiven foran solen med en lys sollysring omkring den.
Hybrid: En hybridformørkelse er sjælden. Det sker, når solen og månen er placeret for at skabe en ringformørkelse, men når umbra bevæger sig over jordens overflade, krumning reducerer afstanden til månen lige nok til at gøre månens disk stor nok til helt at blokere solen og skabe en total formørkelse for en kort tid.
Hvad er en ringformørkelse?
Både jorden og månen har elliptiske baner. Der er en afstand på næsten 5 millioner kilometer mellem Jordens aphelion eller maksimal afstand fra solen og dens perihel eller minimumsafstand fra solen. Det gør en forskel på ca. 1 bue-minut i tilsyneladende størrelse.
Forskellen i månens afstand fra Jorden ved apogeum (maksimal afstand) og perigee (minimumafstand) er ca. 50.000 kilometer, hvilket skaber en forskel i tilsyneladende størrelse på 4 bueminutter eller ca. 13 procent af gennemsnittet størrelse. Månen ændrer sig mere i relativ størrelse end solen, så den har mere indflydelse på den type formørkelse, folk ser.
For at en formørkelse skal være ringformet, må månen se mindre ud end solen. Dette sker bestemt, når Jorden er ved sin nærmeste tilgang til solen, hvilket sker i januar, og månen er længst væk.
Jordens bane er imidlertid meget tæt på at være cirkulær, så solens tilsyneladende størrelse ændrer sig ikke så meget. Derfor kan en formørkelsesformørkelse også forekomme i juli, hvis månen er ved sin højdepunkt. Hvis en formørkelse opstår, når månen er i perigee og fremstår som en "supermoon", når den er fuld, vil du bestemt ikke se en ringformørkelse, uanset hvilken tid på året det er.
Når der opstår en ringformørkelse, går månen helt foran solen, men solen mørkner ikke helt. I stedet er en ildring synlig rundt om månens skygge, og dette sollys oplyser delvist himlen og skaber en slags spøgelsesagtig tusmørke. Fordi solen stadig er synlig under en ringformørkelse, er det endnu farligere at se direkte på formørkelsen end at se på en total formørkelse.
I alt vs. Ringformørkelse
Når du ser et diagram over en total solformørkelse, ser du månens skygge eller umbra, der er afbildet som en kegle, der tilspidses til et punkt på jordens overflade. Området inde i umbraen er omkring 100 miles i diameter, og alle indeni den ser en total formørkelse. Den kombinerede bevægelse af månen og jordens rotation får umbra til at bevæge sig i en karakteristisk sti langs jordens overflade med en hastighed mellem 1.000 og 3.000 mph, afhængigt af Breddegrad.
Hvis du undersøger et ringformørket formørkelsesdiagram, vil du se umbraen komme i fokus et stykke over jordens overflade. Jordbundne seere, der er uden for dette knudepunkt, skyves ikke i fuld skygge, som de er under en total formørkelse. Lys fra den ydre ring af solen - hvorfra navnet "ringformet" stammer - strækker sig ud over knudepunktet for umbraen og oplyser regionen uden for. Sollyset reduceres, men slukkes ikke, hvilket skaber en effekt, der ligner et tungt skydække.
Folk er i stand til at være vidne til helheden ikke mere end 7 1/2 minutter, før umbra bevæger sig mod øst. En gang uden for umbraen forbliver seerne i penumbra eller delvis skygge i en længere periode. Hvad de ser, mens de er i penumbraen, er månens skygge, der kun blokerer en del af solens disk. Derimod kan en ringformørkelse vare i op til 12 1/2 minutter. Den ekstra tid skyldes den mindre tilsyneladende størrelse på månens disk. I kraft af sin mindre størrelse har den mere afstand til at dække i sin vej over solens overflade.
Typer af måneformørkelser
I en given formørkelsesæson vil mindst en måneformørkelse forekomme enten to uger før eller efter en solformørkelse. Husk, måneformørkelser sker, når månen er fuld - det vil sige, den er i den modsatte ende af sin bane - og Jorden passerer mellem den og solen. Måneformørkelser kan være delvise eller totale, men aldrig ringformede. Jorden er for stor i forhold til månen til at passe ind i solskiven set fra månen.
Jordens umbra er 1,4 millioner km lang, hvilket er mere end tre gange afstanden mellem jorden og månen. Hvis du var på månen, ville du se Jorden blokere for solen, men i stedet for at være i totalt mørke, ville du være vidne til noget meget mærkeligt. Du ville se Jorden badet i en ring med rødt lys. Dette er sollys, der afbøjes af Jordens atmosfære. Højere energi sollys afbøjes fuldstændigt, men rødt lys er i stand til at trænge ind i atmosfæren og brydes, ligesom lys, der passerer gennem et prisme.
Denne brydning er grunden til, at folk henviser til en måneformørkelse som en blodmåne. Det brydede lys, der belyser månens overflade, gør månen til en spøgelsesrød farve. Fordi jordens skive er så meget større end månens, kan totalperioden under en måneformørkelse vare så længe som 1 time og 40 minutter. På begge sider af helheden er solen delvist lukket af Jorden i endnu en time. En måneformørkelse kan vare så længe som seks timer fra det øjeblik Jordens disk begynder at skjule månen til det øjeblik den helt bevæger sig væk.
Forudsigelse af formørkelser og Saros-cyklen
Forholdene på Jordens overflade kan være uforudsigelige, men Jordens bevægelser og alle de andre planeter er ikke. Forskere katalogiserer disse bevægelser, og hvis dit område skyldes en spektakulær solformørkelse, ved du det om det år før den aktuelle begivenhed.
Siden mesopotamiske tider har astronomer erkendt, at formørkelser forekommer i 18-årige cyklusser (faktisk 18 år, 11 dage, 8 timer) kaldet Saros-cykler. I slutningen af en Saros antager solen den samme position med hensyn til månens knuder, som den havde i begyndelsen af cyklussen, og en ny Saros-cyklus begynder. Formørkelser i hver Saros-cyklus følger det samme mønster som i det før, med små ændringer på grund af orbitale forstyrrelser og andre faktorer.
Det faktum, at solformørkelser ikke forekommer på den samme del af jordens overflade med 18 års intervaller, skyldes jordens rotation. Ved indregning af det har NASA-astronomer skabt en formørkelseskalender godt indtil år 3000.