De relatieve afstanden van de zon en de maan tot de aarde en hun relatieve afmetingen zijn verantwoordelijk voor een van de meest toevallige toevalligheden in de astronomie.
Toevallig zijn de schijnbare schijven van de zon en de maan, gezien vanaf de aarde, bijna precies even groot. Dat maakt het voor de maan mogelijk om de zon net te bedekken als hij tussen de zon en de aarde passeert, en omdat de grootte zo exact is, kunnen mensen op aarde de corona van de zon zien. De kans dat dit gebeurt, is astronomisch.
Wanneer de maan voor de zon passeert, ervaren mensen op aarde een verduistering, maar niet alle verduisteringen zijn totaal. Soms staat de maan niet precies op één lijn met de zon, en in plaats van een totale black-out, zien mensen alleen het zonlicht doven.
En soms bevindt de maan zich in zijn baan te ver van de aarde om de zon volledig te bedekken, zelfs als hij er recht voor langs gaat. Dit is een ringvormige zonsverduistering. Het zou een totale zonsverduistering zijn als de maan dichterbij was.
'Dit is het seizoen... voor een zonsverduistering
Zonsverduisteringen vinden plaats tijdens nieuwe manen. Omgekeerd vindt een maansverduistering plaats wanneer de maan vol is en de aarde tussen de maan en de zon beweegt.
Als de baan van de maan zich in hetzelfde vlak zou bevinden als de baan van de aarde rond de zon, zouden we elke maand een zons- en maansverduistering zien, maar dat is niet het geval. Het vlak van de baan van de maan helt 5,1 graden ten opzichte van het vlak van de baan van de aarde. Dat voegt een extra voorwaarde toe voor het optreden van een zonsverduistering. Het moet niet alleen nieuwe of volle maan zijn, maar de maan moet ook dicht genoeg bij het vlak van de baan van de aarde staan om een deel van de zon te blokkeren.
Elke maand kruist de maan het vlak van de baan van de aarde twee keer, een keer op zijn zuidelijke pad en een andere keer twee weken later wanneer hij op zijn noordelijke pad is. Deze kruisingen worden knopen genoemd en om een zonsverduistering te laten plaatsvinden, moet de zon zich binnen 17 graden van een van de knopen bevinden. Dit gebeurt twee keer per jaar. De zon reist 0,99 graden per dag en blijft dus ongeveer 34 dagen in de buurt van een knoop. Deze periode van 34 dagen wordt een eclipsseizoen genoemd.
Tijdens een bepaald eclipsseizoen is er één zonsverduistering en één maansverduistering. Een eclipsseizoen duurt echter langer dan een maand, dus het is mogelijk dat er twee zonsverduisteringen of twee maansverduisteringen plaatsvinden tijdens een enkel seizoen.
Vier soorten zonsverduisteringen
Totale zonsverduisteringen zijn zichtbaar langs een vrij smal pad op het aardoppervlak, maar gedeeltelijke zonsverduisteringen zijn zichtbaar over een veel groter gebied. Het type zonsverduistering dat mensen zien, hangt af van drie factoren:
- De scheiding van de zon van de maanknoop.
- De afstand van de aarde tot de zon.
- De afstand van de maan tot de aarde.
De vier soorten verduisteringen die kunnen optreden zijn als volgt:
Totaal: Dit is de klassieke zonsverduistering waarbij de maan de zon volledig bedekt en kijkers in de umbra van de maan de corona van de zon kunnen zien. Het kan alleen voorkomen als de zon zich binnen een paar graden van de maanknoop bevindt. Tegelijkertijd moet de zon ver genoeg van de aarde verwijderd zijn om de schijf klein genoeg te maken om door de maan te worden bedekt. De maan van haar kant moet dicht genoeg bij de aarde staan om een schijf te hebben die groot genoeg is om de zon te bedekken.
gedeeltelijk: Wanneer er een eclipsseizoen plaatsvindt, maar de zon ver verwijderd is van een knoop bij volle maan, kunnen sommige mensen op aarde zien dat de maan slechts een deel van de zon blokkeert. Dit is een gedeeltelijke zonsverduistering. De lucht wordt iets donkerder als een deel van de zonneschijf wordt verduisterd.
ringvormig: Een ringvormige zonsverduistering vindt plaats wanneer de zon dicht genoeg bij een knoop is om een totale zonsverduistering te laten plaatsvinden, maar het is ofwel te dicht bij de aarde of de maan is te ver van de aarde om de schijf van de maan volledig te blokkeren de zon. Kijkers in de umbra zien de volledige schijf van de maan voor de zon met een heldere ring van zonlicht eromheen.
Hybride: Een hybride zonsverduistering is zeldzaam. Het treedt op wanneer de zon en de maan zo gepositioneerd zijn om een ringvormige zonsverduistering te creëren, maar als de umbra over het aardoppervlak beweegt, kromming verkleint de afstand tot de maan net genoeg om de schijf van de maan groot genoeg te maken om de zon volledig te blokkeren en een totale zonsverduistering te creëren voor een korte tijd.
Wat is een ringvormige zonsverduistering?
Zowel de aarde als de maan hebben elliptische banen. Er is een afstand van bijna 5 miljoen kilometer tussen het aphelium van de aarde, of de maximale afstand tot de zon, en het perihelium, of de minimale afstand tot de zon. Dat maakt een verschil van ongeveer 1 boogminuut in schijnbare grootte.
Het verschil in de afstand van de maan tot de aarde op apogee (maximale afstand) en perigeum (minimale afstand) is ongeveer 50.000 kilometer, waardoor een verschil in schijnbare grootte van 4 boogminuten ontstaat, of ongeveer 13 procent van het gemiddelde grootte. De maan verandert meer in relatieve grootte dan de zon, dus het heeft meer effect op het soort eclips dat mensen zien.
Om een zonsverduistering ringvormig te laten zijn, moet de maan kleiner lijken dan de zon. Dit gebeurt zeker wanneer de aarde het dichtst bij de zon is, wat in januari gebeurt, en de maan het verst verwijderd is.
De baan van de aarde is echter bijna cirkelvormig, dus de schijnbare grootte van de zon verandert niet zoveel. Bijgevolg zou er ook in juli een ringvormige zonsverduistering kunnen plaatsvinden als de maan op haar hoogtepunt is. Als een zonsverduistering plaatsvindt wanneer de maan in perigeum is en verschijnt als een "supermaan" wanneer deze vol is, zul je zeker geen ringvormige zonsverduistering zien, ongeacht de tijd van het jaar.
Bij een ringvormige zonsverduistering gaat de maan volledig voor de zon langs, maar wordt de zon niet helemaal donker. In plaats daarvan is een ring van vuur zichtbaar rond de randen van de schaduw van de maan, en dit zonlicht verlicht de lucht gedeeltelijk, waardoor een soort spookachtige schemering ontstaat. Omdat de zon tijdens een ringvormige zonsverduistering nog steeds zichtbaar is, is rechtstreeks naar de zonsverduistering kijken nog gevaarlijker dan kijken naar een totale zonsverduistering.
Totaal versus Ringvormige zonsverduistering
Als je een diagram van een totale zonsverduistering ziet, zie je de schaduw van de maan, of umbra, afgebeeld als een kegel die taps toeloopt naar een punt op het aardoppervlak. Het gebied binnen de umbra heeft een diameter van ongeveer 100 mijl en iedereen binnen het gebied ziet een totale zonsverduistering. De gecombineerde beweging van de maan en de rotatie van de aarde zorgt ervoor dat de umbra in een karakteristiek pad langs het aardoppervlak met een snelheid tussen 1.000 en 3.000 mph, afhankelijk van breedtegraad.
Als je een ringvormig eclipsdiagram bekijkt, zul je zien dat de umbra op enige afstand boven het aardoppervlak tot een focus komt. Aardgebonden kijkers, die zich buiten dit brandpunt bevinden, worden niet in volledige schaduw geworpen zoals tijdens een totale zonsverduistering. Licht van de buitenste ring van de zon - waar de naam "ringvormig" vandaan komt - strekt zich uit tot voorbij het brandpunt van de umbra en verlicht het gebied daarachter. Zonlicht wordt verminderd, maar niet gedoofd, waardoor een effect ontstaat dat lijkt op een zware bewolking.
Mensen kunnen de totaliteit niet langer dan 7 1/2 minuut waarnemen voordat de umbra naar het oosten beweegt. Eenmaal buiten de umbra blijven kijkers voor een langere periode in de halfschaduw, of halfschaduw. Wat ze in de halfschaduw zien, is de schaduw van de maan die slechts een deel van de zonneschijf blokkeert. Daarentegen kan een ringvormige zonsverduistering tot 12 1/2 minuut duren. De extra tijd is te wijten aan de kleinere schijnbare grootte van de schijf van de maan. Vanwege zijn kleinere formaat heeft het meer afstand te overbruggen op zijn pad over het gezicht van de zon.
Soorten maansverduisteringen
In een bepaald eclipsseizoen zal er minstens één maansverduistering plaatsvinden, ofwel twee weken voor of na een zonsverduistering. Onthoud dat maansverduisteringen plaatsvinden wanneer de maan vol is - dat wil zeggen, het is aan het andere uiteinde van zijn baan - en de aarde beweegt tussen de maan en de zon. Maansverduisteringen kunnen gedeeltelijk of totaal zijn, maar nooit ringvormig. De aarde is te groot ten opzichte van de maan om in de schijf van de zon te passen, gezien vanaf de maan.
De umbra van de aarde is 1,4 miljoen km lang, dat is meer dan drie keer de afstand tussen de aarde en de maan. Als je op de maan was, zou je zien dat de aarde de zon blokkeert, maar in plaats van in totale duisternis te zijn, zou je getuige zijn van iets heel vreemds. Je zou de aarde zien baden in een ring van rood licht. Dit is zonlicht dat wordt afgebogen door de atmosfeer van de aarde. Zonlicht met hogere energie wordt volledig afgebogen, maar rood licht kan de atmosfeer binnendringen en wordt gebroken, net zoals licht dat door een prisma gaat.
Deze breking is de reden waarom mensen een maansverduistering een bloedmaan noemen. Het gebroken licht dat het maanoppervlak verlicht, verandert de maan in een spookachtige rode kleur. Omdat de schijf van de aarde zoveel groter is dan die van de maan, kan de periode van totaliteit tijdens een maansverduistering wel 1 uur en 40 minuten duren. Aan weerszijden van de totaliteit wordt de zon nog een uur of zo gedeeltelijk afgesloten door de aarde. Een maansverduistering kan tot zes uur duren vanaf het moment dat de schijf van de aarde de maan begint te verbergen tot het moment dat deze volledig weg beweegt.
Verduisteringen en de Saros-cyclus voorspellen
De omstandigheden op het aardoppervlak kunnen onvoorspelbaar zijn, maar de bewegingen van de aarde en alle andere planeten zijn dat niet. Wetenschappers catalogiseren deze bewegingen, en als uw gebied toe is aan een spectaculaire zonsverduistering, weet u dit jaren voor de daadwerkelijke gebeurtenis.
Sinds de Mesopotamische tijd hebben astronomen erkend dat verduisteringen plaatsvinden in cycli van 18 jaar (eigenlijk 18 jaar, 11 dagen, 8 uur) die Saros-cycli worden genoemd. Aan het einde van een Saros neemt de zon dezelfde positie in ten opzichte van de maanknopen als aan het begin van de cyclus, en een nieuwe Saros-cyclus begint. Verduisteringen in elke Saros-cyclus volgen hetzelfde patroon als in de vorige, met kleine veranderingen als gevolg van orbitale verstoringen en andere factoren.
Het feit dat zonsverduisteringen niet met tussenpozen van 18 jaar op hetzelfde deel van het aardoppervlak plaatsvinden, is te wijten aan de rotatie van de aarde. Als we daar rekening mee houden, hebben NASA-astronomen een kalender van verduisteringen goed tot het jaar 3000.