Względne odległości Słońca i Księżyca od Ziemi oraz ich względne rozmiary są odpowiedzialne za jeden z najbardziej przypadkowych zbiegów okoliczności w astronomii.
Tak się składa, że widoczne z Ziemi tarcze Słońca i Księżyca są prawie dokładnie tej samej wielkości. Dzięki temu księżyc może po prostu zakryć słońce, gdy przechodzi między słońcem a Ziemią, a ponieważ dopasowanie rozmiaru jest tak dokładne, ludzie na Ziemi mogą zobaczyć koronę słoneczną. Szanse na to są, no cóż, astronomiczne.
Kiedy księżyc przechodzi przed słońcem, ludzie na Ziemi doświadczają zaćmienia, ale nie wszystkie zaćmienia są całkowite. Czasami księżyc nie pokrywa się dokładnie ze słońcem i zamiast całkowitego zaciemnienia, ludzie widzą tylko przyciemnienie światła słonecznego.
A czasami księżyc jest zbyt daleko od Ziemi na swojej orbicie, aby całkowicie zakryć słońce, nawet gdy przechodzi bezpośrednio przed nim. To jest zaćmienie obrączkowe. Byłoby to całkowite zaćmienie Słońca, gdyby księżyc był bliżej.
To sezon... na zaćmienie
Zaćmienia Słońca występują podczas nowiu. Odwrotnie, zaćmienie Księżyca występuje, gdy księżyc jest w pełni, a Ziemia porusza się między nim a słońcem.
Gdyby orbita Księżyca znajdowała się na tej samej płaszczyźnie, co orbita Ziemi wokół Słońca, co miesiąc obserwowalibyśmy zaćmienie Słońca i Księżyca, ale tak nie jest. Płaszczyzna orbity Księżyca jest nachylona pod kątem 5,1 stopnia do płaszczyzny orbity Ziemi. To dodaje dodatkowy warunek do wystąpienia zaćmienia. Nie tylko musi to być księżyc w nowiu lub pełni, ale musi być również wystarczająco blisko płaszczyzny orbity Ziemi, aby zablokować część Słońca.
Każdego miesiąca księżyc dwukrotnie przecina płaszczyznę orbity Ziemi, raz na swojej południowej ścieżce, a drugi raz dwa tygodnie później, gdy znajduje się na swojej północnej ścieżce. Te skrzyżowania nazywane są węzłami, a aby wystąpiło zaćmienie, słońce musi znajdować się w odległości 17 stopni od jednego z węzłów. Dzieje się to dwa razy w roku. Słońce podróżuje o 0,99 stopnia dziennie, więc pozostaje w pobliżu węzła przez około 34 dni. Ten 34-dniowy okres nazywa się sezonem zaćmienia.
Podczas danej pory zaćmienia ma miejsce jedno zaćmienie Słońca i jedno zaćmienie Księżyca. Sezon zaćmień trwa jednak dłużej niż miesiąc, więc możliwe jest, że w ciągu jednego sezonu wystąpią dwa zaćmienia Słońca lub dwa księżyca.
Cztery rodzaje zaćmień Słońca
Całkowite zaćmienia Słońca są widoczne wzdłuż dość wąskiej ścieżki na powierzchni Ziemi, ale zaćmienia częściowe są widoczne na znacznie większym obszarze. Rodzaj zaćmienia, który ludzie widzą, zależy od trzech czynników:
- Oddzielenie słońca od węzła księżyca.
- Odległość Ziemi od Słońca.
- Odległość Księżyca od Ziemi.
Cztery rodzaje zaćmień, które mogą wystąpić, są następujące:
Całkowity: To klasyczne zaćmienie Słońca, podczas którego księżyc całkowicie zasłania słońce, a widzowie w cieniu księżyca mogą zobaczyć koronę słoneczną. Może wystąpić tylko wtedy, gdy słońce znajduje się w odległości kilku stopni od węzła księżyca. Jednocześnie Słońce musi znajdować się na tyle daleko od Ziemi, aby jego dysk był na tyle mały, aby mógł go pokryć Księżyc. Księżyc ze swojej strony musi znajdować się wystarczająco blisko Ziemi, aby mieć dysk wystarczająco duży, aby zakryć Słońce.
Częściowy: Kiedy nadchodzi pora zaćmienia, ale Słońce jest daleko od węzła w pełni księżyca, niektórzy ludzie na Ziemi mogą zobaczyć, że księżyc blokuje tylko część Słońca. To jest częściowe zaćmienie. Niebo ciemnieje nieco, gdy część tarczy słonecznej jest zasłonięta.
Pierścieniowy: Zaćmienie obrączkowe występuje, gdy słońce znajduje się wystarczająco blisko węzła, aby mogło nastąpić zaćmienie całkowite, ale albo zbyt blisko Ziemi, albo Księżyc jest zbyt daleko od Ziemi, aby dysk księżyca mógł całkowicie zablokować słońce. Widzowie w cieniu widzą cały dysk księżyca przed słońcem z jasnym pierścieniem światła słonecznego otaczającym go.
Hybrydowy: Zaćmienie hybrydowe jest rzadkie. Występuje, gdy słońce i księżyc są ustawione tak, aby stworzyć zaćmienie pierścieniowe, ale gdy cień porusza się po powierzchni Ziemi, krzywizna zmniejsza odległość do księżyca na tyle, aby dysk księżyca był wystarczająco duży, aby całkowicie zablokować słońce i stworzyć całkowite zaćmienie na krótki czas.
Co to jest zaćmienie obrączkowe?
Zarówno Ziemia, jak i Księżyc mają orbity eliptyczne. Między aphelium Ziemi, czyli maksymalną odległością od Słońca, a jej peryhelium, czyli minimalną odległością od Słońca, jest odległość prawie 5 milionów kilometrów. To daje różnicę około 1 minuty kątowej w pozornym rozmiarze.
Różnica odległości Księżyca od Ziemi w apogeum (odległość maksymalna) i perygeum (odległość minimalna) wynosi około 50 000 kilometrów, tworząc różnicę w pozornej wielkości 4 minut kątowych, czyli około 13 procent średniej rozmiar. Księżyc zmienia swoją względną wielkość bardziej niż Słońce, więc ma większy wpływ na rodzaj zaćmienia, które widzą ludzie.
Aby zaćmienie było obrączkowe, księżyc musi wydawać się mniejszy od słońca. To z pewnością ma miejsce, gdy Ziemia znajduje się najbliżej Słońca, co ma miejsce w styczniu, a Księżyc znajduje się w najdalszej odległości.
Jednak orbita Ziemi jest bardzo zbliżona do kołowej, więc pozorny rozmiar Słońca nie zmienia się tak bardzo. W konsekwencji zaćmienie obrączkowe może również wystąpić w lipcu, jeśli księżyc znajduje się w apogeum. Jeśli zaćmienie występuje, gdy księżyc jest w perygeum i pojawia się jako „supermoon”, gdy jest w pełni, na pewno nie zobaczysz zaćmienia obrączkowego, bez względu na porę roku.
Kiedy następuje zaćmienie obrączkowe, księżyc przechodzi całkowicie przed słońcem, ale słońce nie ciemnieje całkowicie. Zamiast tego, wokół krawędzi cienia księżyca widoczny jest pierścień ognia, a to światło słoneczne częściowo oświetla niebo, tworząc rodzaj upiornego zmierzchu. Ponieważ słońce jest nadal widoczne podczas zaćmienia obrączkowego, patrzenie bezpośrednio na zaćmienie jest jeszcze bardziej niebezpieczne niż patrzenie na zaćmienie całkowite.
Razem a Zaćmienie obrączkowe
Kiedy widzisz diagram całkowitego zaćmienia Słońca, widzisz cień księżyca, czyli cień, przedstawiony jako stożek, który zwęża się do punktu na powierzchni Ziemi. Obszar wewnątrz umbry ma około 100 mil średnicy i każdy w jego obrębie widzi całkowite zaćmienie. Połączony ruch Księżyca i obrót Ziemi powoduje, że cień porusza się w a charakterystyczna ścieżka wzdłuż powierzchni Ziemi z prędkością od 1000 do 3000 mil na godzinę, w zależności od szerokość.
Jeśli przyjrzysz się diagramowi zaćmienia obrączkowego, zobaczysz, jak cień skupia się w pewnej odległości nad powierzchnią Ziemi. Widzowie związani z Ziemią, którzy znajdują się poza tym punktem skupienia, nie są pogrążeni w całkowitym cieniu, tak jak podczas całkowitego zaćmienia. Światło z zewnętrznego pierścienia słońca – skąd pochodzi nazwa „pierścieniowy” – wychodzi poza ognisko umbry i oświetla obszar za nim. Światło słoneczne jest zmniejszone, ale nie wygaszane, tworząc efekt podobny do ciężkiej pokrywy chmur.
Ludzie są w stanie obserwować całość przez nie więcej niż 7 i pół minuty, zanim umbra przesunie się na wschód. Po wyjściu z cienia widzowie pozostają w półcieniu lub półcieniu przez dłuższy czas. W półcieniu widzą cień księżyca, zasłaniający tylko część tarczy słonecznej. Natomiast zaćmienie obrączkowe może trwać do 12 1/2 minuty. Dodatkowy czas wynika z mniejszego pozornego rozmiaru tarczy księżyca. Ze względu na swój mniejszy rozmiar ma większą odległość do pokonania na swojej drodze po powierzchni Słońca.
Rodzaje zaćmień Księżyca
W dowolnym sezonie zaćmienia, co najmniej jedno zaćmienie Księżyca nastąpi dwa tygodnie przed lub po zaćmieniu Słońca. Pamiętaj, zaćmienia Księżyca zdarzają się, gdy księżyc jest w pełni – to znaczy znajduje się na przeciwległym końcu swojej orbity – a Ziemia przechodzi między nim a Słońcem. Zaćmienia Księżyca mogą być częściowe lub całkowite, ale nigdy nie są obrączkowe. Ziemia jest zbyt duża w stosunku do Księżyca, aby zmieścić się w tarczy Słońca, jak widać z Księżyca.
Cień Ziemi ma długość 1,4 miliona km, co stanowi ponad trzykrotność odległości między Ziemią a Księżycem. Gdybyś był na Księżycu, zobaczyłbyś Ziemię zasłaniającą słońce, ale zamiast być w całkowitej ciemności, byłbyś świadkiem czegoś bardzo dziwnego. Zobaczyłbyś Ziemię skąpaną w pierścieniu czerwonego światła. To światło słoneczne odchylane przez ziemską atmosferę. Światło słoneczne o wyższej energii jest całkowicie odchylane, ale światło czerwone jest w stanie przeniknąć przez atmosferę i załamać się, podobnie jak światło przechodzące przez pryzmat.
To załamanie jest powodem, dla którego ludzie nazywają zaćmienie Księżyca krwawym księżycem. Załamane światło oświetlające powierzchnię Księżyca zmienia księżyc w upiorny czerwony kolor. Ponieważ dysk Ziemi jest znacznie większy niż dysk Księżyca, okres totalności podczas zaćmienia Księżyca może trwać nawet 1 godzinę i 40 minut. Po obu stronach całości, słońce jest częściowo przesłonięte przez Ziemię na mniej więcej godzinę. Zaćmienie Księżyca może trwać nawet sześć godzin od momentu, w którym tarcza Ziemi zacznie ukrywać księżyc do momentu jego całkowitego odsunięcia się.
Przewidywanie zaćmień i cykl Saros
Warunki na powierzchni Ziemi mogą być nieprzewidywalne, ale ruchy Ziemi i wszystkich innych planet już nie. Naukowcy skatalogują te ruchy, a jeśli na twoim obszarze ma nastąpić spektakularne zaćmienie Słońca, dowiesz się o tym wiele lat przed faktycznym wydarzeniem.
Od czasów mezopotamskich astronomowie uznali, że zaćmienia występują w cyklach 18-letnich (właściwie 18 lat, 11 dni, 8 godzin) zwanych cyklami Saros. Pod koniec jednego Sarosa, słońce przyjmuje tę samą pozycję względem węzłów księżyca, jaką miało na początku cyklu i zaczyna się nowy cykl Sarosa. Zaćmienia w każdym cyklu Saros przebiegają według tego samego wzoru, co w poprzednim, z niewielkimi zmianami spowodowanymi perturbacjami orbity i innymi czynnikami.
Fakt, że zaćmienia Słońca nie występują na tej samej części powierzchni Ziemi w odstępach 18-letnich, wynika z rotacji Ziemi. Uwzględniając to, astronomowie NASA stworzyli kalendarz zaćmień dobre do roku 3000.