De relativa avstånden mellan solen och månen från jorden och deras relativa storlekar är ansvariga för en av de mest tillfälliga tillfällena i astronomin.
Det händer precis så att de uppenbara skivorna från solen och månen, sett från jorden, är nästan exakt lika stora. Det gör det möjligt för månen att bara täcka solen när den passerar mellan solen och jorden, och eftersom storleksmatchningen är så exakt kan människor på jorden se solens korona. Oddsen för att detta inträffar är, ja, astronomiska.
När månen passerar framför solen upplever människor på jorden en förmörkelse, men inte alla förmörkelser är totalt. Ibland stämmer månen inte exakt med solen, och istället för en total mörkläggning ser människor bara solljuset bli svagt.
Och ibland är månen för långt från jorden i sin omloppsbana för att helt täcka solen, även när den passerar direkt framför den. Detta är en ringformig förmörkelse. Det skulle vara en total solförmörkelse om månen var närmare.
'Detta är årstiden... för en förmörkelse
Solförmörkelser inträffar under nymånar. Omvänt sker en månförmörkelse när månen är full och jorden rör sig mellan den och solen.
Om månens bana var på samma plan som jordens bana runt solen skulle vi se en sol- och månförmörkelse varje månad, men så är inte fallet. Månens omloppsplan lutar 5,1 grader till planet för jordens omlopp. Det lägger till ett extra villkor för att en förmörkelse ska inträffa. Det måste inte bara vara ny eller fullmåne, utan månen måste också vara tillräckligt nära planet för jordens omlopp för att blockera en del av solen.
Varje månad korsar månen planet för jordens omlopp två gånger, en gång på dess söderväg och en annan gång två veckor senare när den är på sin nordliga väg. Dessa korsningar kallas noder, och för att en förmörkelse ska inträffa måste solen vara inom 17 grader från en av noderna. Detta sker två gånger om året. Solen färdas 0,99 grader per dag, så den stannar i närheten av en nod i ungefär 34 dagar. Denna 34-dagarsperiod kallas en förmörkelsesäsong.
Under en given förmörkelse säsong finns det en solförmörkelse och en månförmörkelse. En förmörkelsesäsong är dock längre än en månad, så det är möjligt för två sol- eller två månförmörkelser att inträffa under en enda säsong.
Fyra typer av solförmörkelser
Totala solförmörkelser är synliga längs en ganska smal stig på jordytan, men partiella förmörkelser är synliga över ett mycket bredare område. Vilken typ av förmörkelse som människor ser beror på tre faktorer:
- Separationen av solen från månens nod.
- Jordens avstånd från solen.
- Månens avstånd från jorden.
De fyra typerna av förmörkelser som kan förekomma är följande:
Total: Detta är den klassiska solförmörkelsen under vilken månen helt täcker solen och tittare i månens umbra kan se solens korona. Det kan bara inträffa om solen ligger inom några grader från månens nod. Samtidigt måste solen vara tillräckligt långt ifrån jorden för att dess skiva ska vara tillräckligt liten för att täckas av månen. Månen måste för sin del vara tillräckligt nära jorden för att ha en skiva som är tillräckligt stor för att täcka solen.
Partiell: När en förmörkelse säsong inträffar, men solen är långt ifrån en nod vid fullmåne, kan vissa människor på jorden se månen bara blockera en del av solen. Detta är en delvis förmörkelse. Himlen mörknar något när en del av solens skiva är dold.
Ringformig: En ringformig förmörkelse inträffar när solen är tillräckligt nära en nod för att en total förmörkelse ska inträffa, men det är antingen för nära jorden eller så är månen för långt från jorden för att månens skiva helt ska blockeras solen. Tittare i umbran ser hela månskivan framför solen med en ljus solljusring som omger den.
Hybrid: En hybridförmörkelse är sällsynt. Det inträffar när solen och månen är placerade för att skapa en ringformig förmörkelse, men när paraplyet rör sig över jordens yta, är jordens krökning minskar avståndet till månen precis tillräckligt för att göra månens skiva tillräckligt stor för att helt blockera solen och skapa en total förmörkelse för en kort tid.
Vad är en ringformig förmörkelse?
Både jorden och månen har elliptiska banor. Det finns ett avstånd på nästan 5 miljoner kilometer mellan jordens aphelion, eller maximalt avstånd från solen, och dess perihelium, eller minsta avstånd från solen. Det gör en skillnad på cirka 1 bågminut i skenbar storlek.
Skillnaden i månens avstånd från jorden vid apogee (maximalt avstånd) och perigee (minsta avstånd) är cirka 50 000 kilometer, vilket skapar en skillnad i synbar storlek på 4 bågminuter, eller cirka 13 procent av genomsnittet storlek. Månen förändras mer i relativ storlek än solen, så den påverkar mer den typ av förmörkelse som människor ser.
För att en förmörkelse ska vara ringformig måste månen se mindre ut än solen. Detta inträffar definitivt när jorden ligger närmast solen, vilket händer i januari och månen befinner sig längst bort.
Jordens bana är dock mycket nära att vara cirkulär, så solens skenbara storlek förändras inte så mycket. Följaktligen kan en ringformig förmörkelse också inträffa i juli om månen står högt. Om en förmörkelse inträffar när månen är i perigee och visas som en "supermoon" när den är full, kommer du definitivt inte att se en ringformig förmörkelse, oavsett vilken tid på året det är.
När en ringformig förmörkelse inträffar passerar månen helt framför solen, men solen mörknar inte helt. Istället är en eldring synlig runt kanterna av månens skugga, och detta solljus delvis upplyser himlen och skapar en slags spöklik skymning. Eftersom solen fortfarande är synlig under en ringformig förmörkelse är det ännu farligare att titta direkt på förmörkelsen än att titta på en total förmörkelse.
Totalt vs. Ringformig förmörkelse
När du ser ett diagram över en total solförmörkelse ser du månens skugga, eller umbra, avbildad som en kon som avsmalnar till en punkt på jordytan. Området inuti umbranet är cirka 100 mil i diameter, och alla inom det ser en total förmörkelse. Månens kombinerade rörelse och jordens rotation gör att umbran rör sig i en karakteristisk väg längs jordytan med en hastighet mellan 1000 och 3000 km / h, beroende på latitud.
Om du undersöker ett ringformigt förmörkelsediagram ser du att umbranet fokuseras på något avstånd över jordytan. Jordbundna tittare, som ligger bortom denna kontaktpunkt, skjuts inte in i fullständig skugga som de är under en total förmörkelse. Ljus från solens yttre ring - från varifrån namnet "ringformad" har sitt ursprung - sträcker sig bortom umbranspunktens brännpunkt och belyser regionen bortom. Solljus minskar men släcks inte, vilket skapar en effekt som liknar ett tungt molntäcke.
Människor kan bevittna totaliteten i högst 7 1/2 minuter innan umbran rör sig österut. En gång utanför umbran förblir tittarna i penumbra, eller delvis skugga, under en längre period. Vad de ser medan de är i penumbra är månens skugga som bara blockerar en del av solens skiva. Däremot kan en ringformig förmörkelse pågå i upp till 12 1/2 minuter. Den extra tiden beror på den mindre synliga storleken på månens skiva. På grund av sin mindre storlek har den mer avstånd att täcka i sin väg över solens ansikte.
Typer av månförmörkelser
Under en given förmörkelse säsong kommer minst en månförmörkelse att inträffa antingen två veckor före eller efter en solförmörkelse. Kom ihåg att månförmörkelser händer när månen är full - det vill säga den ligger i motsatta änden av sin omloppsbana - och jorden passerar mellan den och solen. Månförmörkelser kan vara partiella eller helt, men aldrig ringformade. Jorden är för stor i förhållande till månen för att passa in i solskivan, sett från månen.
Jordens umbra är 1,4 miljoner km lång, vilket är mer än tre gånger avståndet mellan jorden och månen. Om du var på månen skulle du se jorden blockera solen, men istället för att vara i totalt mörker skulle du bevittna något väldigt konstigt. Du skulle se jorden badad i en ring av rött ljus. Detta är solljus som avböjs av jordens atmosfär. Solen med högre energi avböjs helt, men rött ljus kan tränga in i atmosfären och bryts, ungefär som ljus som passerar genom ett prisma.
Denna brytning är anledningen till att människor hänvisar till en månförmörkelse som en blodmån. Det bryta ljuset som lyser upp månytan gör månen till en spökröd färg. Eftersom jordens skiva är så mycket större än månens, kan totalperioden under en månförmörkelse pågå så länge som 1 timme och 40 minuter. På båda sidor av helheten är solen delvis ockluderad av jorden i ytterligare en timme. En månförmörkelse kan pågå så länge som sex timmar från det att jordskivan börjar dölja månen till det ögonblick den helt rör sig bort.
Förutsägelse av förmörkelser och Saros-cykeln
Förhållandena på jordens yta kan vara oförutsägbara, men jordens rörelser och alla andra planeter är det inte. Forskare katalogiserar dessa rörelser, och om ditt område beror på en spektakulär solförmörkelse, vet du om det år före den faktiska händelsen.
Sedan mesopotamiska tider har astronomer insett att förmörkelser förekommer i 18-åriga cykler (faktiskt 18 år, 11 dagar, 8 timmar) som kallas Saros-cykler. I slutet av en Saros intar solen samma position med avseende på månens noder som den hade i början av cykeln, och en ny Saros-cykel börjar. Förmörkelser i varje Saros-cykel följer samma mönster som tidigare, med små förändringar på grund av orbitala störningar och andra faktorer.
Det faktum att solförmörkelser inte förekommer på samma del av jordytan med 18 års mellanrum beror på jordens rotation. När man beaktar detta har NASA-astronomer skapat en förmörkelsekalender bra fram till år 3000.