Zjawisko zaćmienia słońca i księżyca

Wyróżnia się zaćmienie Słońca częściowe, gdy przez cały czas jego trwania pewna część tarczy Słońca pozostaje widoczna, i całkowite, gdy w pewnej chwili cała tarcza Słońca zostaje zasłonięta, a kątowe rozmiary obserwowanych z Ziemi tarcz Księżyca i Słońca są prawie dokładnie równe. Szczególny przypadek stanowi tzw. zaćmienie Słońca obrączkowe, w którego trakcie dokoła tarczy Ksieżyca widoczne są fragmenty tarczy Słońca (do takich zaćmień dochodzi, gdy Ziemia znajduje się w pobliżu swojego peryhelium).Zaćmienia Słońca możliwe są, gdy Księżyc jest w nowiu, a ponadto znajduje się w pobliżu węzła swojej orbity wokółziemskiej. Zjawisko widoczne jest na małym obszarze Ziemi. Zaćmienia Słońca pojawiają się z pewną regularnością (saros).

ZAĆMIENIE KSIĘŻYCA

Zaćmienia Księżyca mogą zachodzić tylko wtedy, kiedy jest on w pełni. Możemy je obserwować, gdy Księżyc znajdzie się po przeciwnej w stosunku do Słońca stronie Ziemi i wejdzie w zacieniony przez nią obszar. Orbita Księżyca jest nachylona do płaszczyzny, w której Ziemia obiega Słońce. (Tę płaszczyznę nazywamy płaszczyzną ekliptyki). Dlatego nie zawsze może on schować się w cieniu Ziemi. Zwykle przechodzi nad nim albo pod nim. Aby mogło dojść do zaćmienia, Księżyc w pełni musi się znaleźć blisko płaszczyzny ekliptyki, czyli w niedużej odległości od jednego z punktów, w których jego orbita przecina tę płaszczyznę. Są dwa takie punkty - nazywamy je węzłami.Ponieważ układ Ziemia-Księżyc wędruje dookoła Słońca, więc w ciągu roku zostanie oświetlony z każdej strony. Cień Ziemi padnie też na każdy z węzłów, ale to nie gwarantuje jeszcze zaćmienia, bo wtedy Księżyc może nie być w pełni. Z drugiej strony ze względu na pokaźne rozmiary cienia (w średniej odległości Księżyca od Ziemi średnica jej cienia jest 2,5 razy większa od średnicy Księżyca) do zaćmienia nie musi dochodzić w samym węźle. Wystarczy, żeby odległość kątowa Księżyca od węzła nie przekraczała 10.Zaćmienie rozpoczyna się, gdy Księżyc wkracza w obszar półcienia. Na tym etapie zmiana jego jasności jest prawie niezauważalna. Po mniej więcej godzinie Księżyc znajduje się już w cieniu. Nie znika jednak zupełnie. Ze względu na rozproszenie światła w atmosferze ziemskiej ma zwykle czerwonawe zabarwienie. Jasność Księżyca zależy od wielu czynników związanych z aktywnością słoneczną i stanem atmosfery. Określa się ją, stosując tzw. wizualną skalę Dajnona. Całkowite zaćmienie może trwać do godziny i trzech kwadransów i zdarza się najwyżej trzy razy w roku.Ze względu na brak atmosfery na Księżycu podczas zaćmienia jego powierzchnia zaczyna szybko tracić ciepło. Widać wtedy wiele jaśniejszych, wolniej stygnących obszarów. Pozwala to poznawać strukturę i przewodność cieplną skał księżycowych. Brak atmosfery powoduje jeszcze jeden interesujący efekt. Skały są wystawione na bezpośrednie działanie promieniowania ultrafioletowego. W niektórych materiałach wzbudza to fluorescencję, czyli krótkotrwałe samorzutne świecenie. To również obserwowano podczas zaćmień.

ZAĆMIENIE SŁOŃCA

Oprócz zaćmień Księżyca możemy z Ziemi obserwować także zaćmienia Słońca. Tym razem to Księżyc musi się znaleźć między Słońcem a Ziemią. Podobnie jak poprzednio, występują strefy cienia i półcienia. Obserwator znajdujący się wewnątrz cienia widzi zaćmienie całkowite, jednak ta strefa jest zwykle bardzo wąska. Dużo szersza jest strefa półcienia, w której dochodzi do zaćmienia tylko częściowego. Obliczenia pokazują, że długość stożka cienia rzucanego przez Księżyc jest mniejsza niż jego średnia odległość od Ziemi! Może więc się zdarzyć, że do Ziemi dotrze tylko półcień. Księżyc nie jest wtedy w stanie przesłonić całego Słońca i dookoła jego tarczy widać szeroki jasny pierścień. Takie zaćmienie nazywa się zaćmieniem pierścieniowym albo obrączkowym.Warunkiem zaćmienia Słońca jest Księżyc w fazie nowiu, to znaczy, że dla obserwatora patrzącego z Ziemi musi być widziany w tym samym kierunku, co Słońce. To jednak nie wystarcza, bo może on przecież zajmować położenie powyżej albo poniżej Słońca. Dodatkowym warunkiem jest nieduża odległość od ekliptyki. To oznacza, że węzeł orbity musi się znajdować blisko linii łączącej Ziemię ze Słońcem. Odległość kątowa nie może tu przekraczać 19. Okazuje się, że to wystarczająco dużo, żeby w czasie, gdy Słońce oświetla okolice węzła, Księżyc przeszedł przez wszystkie fazy swego cyklu. W nowiu będzie więc raz albo nawet dwa razy. Za każdym razem oznacza to zaćmienie! Ponieważ orbita Księżyca ma dwa węzły i są one oświetlane przez Słońce w odstępie półrocznym, więc w ciągu roku mogą zajść cztery zaćmienia. Okazuje się, że jeżeli węzeł został oświetlony w styczniu, to ponowne jego oświetlenie może rozpocząć się jeszcze w grudniu. Dzięki temu czasem następuje piąte zaćmienie Słońca w jednym roku kalendarzowym.Zaćmienia Słońca są częstsze od zaćmień Księżyca. Zasadnicza różnica polega jednak na tym, że widoczne są tylko z bardzo wąskiego pasa. Z dowolnego punktu na Ziemi zaobserwować można zaćmienie Słońca raz na trzy, cztery stulecia, a jego czas trwania nie przekracza ośmiu minut. Aby przedłużyć czas badania tego pięknego i jakże interesującego zjawiska astronomicznego, naukowcy, począwszy od lat sześćdziesiątych, używają specjalnie wyposażonych samolotów. Z ich pokładów, podążając za przesuwającym się cieniem Księżyca, można przedłużyć czas obserwacji nawet ponad godzinę. Zaćmienia Słońca są okazją do prowadzenia wielu badań nad koroną słoneczną. Jej wielkość i kształt jest bardzo silnie warunkowana przez aktywność słoneczną. Czasem na koronę składają się olbrzymie strumienie gazów wyrzucane na odległość kilku promieni słonecznych, kiedy indziej korona jest prawie regularną otoczką wokół Słońca. Jej jasność jest około 500 tysięcy razy mniejsza niż jasność samego Słońca i dlatego bez użycia specjalnych przyrządów nie jest możliwa do obserwowania poza okresem zaćmień.W 1918 roku dzięki obserwacjom zaćmienia potwierdzono słuszność przewidywań ogólnej teorii względności Einsteina. Zgodnie z nią światło powinno ulegać odchyleniu w silnym polu grawitacyjnym w pobliżu Słońca. Fotografując zaćmienie, a następnie pozostawiając sprzęt na miejscu przez rok i robiąc następne zdjęcia (tym razem w nocy), można uzyskać dwa obrazy tego samego regionu nieba. Wystarczy teraz sprawdzić, czy położenie gwiazd w pobliżu Słońca jest identyczne na obu zdjęciach.

Historyczne doniesienia o zaćmieniach Słońca i Księżyca są bardzo bogate. Ludzie już od najdawniejszych czasów interesowali się tymi zjawiskami. Często się ich obawiali, biorąc je za zapowiedź przyszłych kataklizmów, ale także starali się je zrozumieć, a nawet przewidywać. Wiadomo, że potrafili tego dokonać Babilończycy i Grecy, na przykład Tales z Miletu. Zaćmienia znalazły swoje odbicie w Biblii. Wspomina też o nich Homer i wielu historyków starożytnych. Dzięki temu, że obecnie potrafimy z dużą dokładnością określić czas występowania zaćmień, zarówno przyszłych, jak i dawno minionych, możemy weryfikować daty wielu wydarzeń historycznych, przy okazji których kronikarze powołują się także i na te zjawiska astronomiczne.Najprościej odpowiedzieć, że zaćmienie Słońca to zjawisko astronomiczne polegające na przesłonięciu tarczy słonecznej przez Księżyc. Efektem tego jest cień padający na fragment powierzchni Ziemi, widoczny w różnych miejscach globu w różnym czasie. Jak do tego dochodzi? W zasadzie bardzo prosto. Na drodze promieni słonecznych biegnących w kierunku Ziemi pojawia się Księżyc.

Dzieje się tak bardzo często, ale tylko czasem dochodzi do tak specyficznej sytuacji, że cień rzucony przez naszego naturalnego satelitę pada dokładnie na powierzchnię Ziemi i dodatkowo odległość pomiędzy Ziemią, Księżycem i Słońcem jest taka,że bryła Księżyca pokrywa dokładnie powierzchnię Słońca.Zaćmienie może mieć charakter całkowity, wtedy tarcza Słońca zakryta jest w 100% - tak jak to będzie 11 sierpnia - lub częściowy. W szczególnych przypadkach mówimy o zaćmieniu obrączkowym.Zbliżające się całkowite zaćmienie nie będzie widoczne z terytorium Polski. Strefa maksymalnego zaćmienie przebiega na południe od naszych granic, ciągnie się od północno zachodniej części Wielkiej Brytanii, poprzez Francję, południowe Niemcy, Węgry, Turcję, Iran, aż po Pakistan.
Podczas całkowitego zaćmienia Słońca jaskrawe światło tarczy słonecznej (fotosfera) zostaje zasłonięte przez Księżyc, dzięki czemu możemy obserwować chromosferę i koronę słoneczną.

FOTOSFERA

W uproszczeniu można powiedzieć, że fotosfera jest powierzchnią Słońca - jednak powierzchnią w tym samym znaczeniu co np. powierzchnia chmury. Słońce jest kulą gazową i to, co obserwujemy jako jego "powierzchnię", stanowią powierzchniowe warstwy gazu. Fotosferą nazywamy więc powierzchniowe warstwy kuli słonecznej o grubości kilkuset kilometrów. I właśnie z powodu fotosfery nie możemy zobaczyć tych elementów, które widzimy podczas zaćmienia.

CHROMOMOSFERA

Kolejna po fotosferze warstwa gazów słonecznych, sięgająca swoimi wybuchami do 5000-10 000 km ponad fotosferę. Podczas zaćmienia będzie widoczna jako cienka czerwonawa obręcz.

KORONA SŁONECZNA

Najwyższa warstwa gazów słonecznych znajdująca się ponad chromosferą i rozciągająca się do odległości bliżej nieokreślonych. Jej ogniste języki sięgają zapewne do orbity Merkurego, a i w pobliżu naszej orbity można napotkać cząstki pochodzenia koronalnego. Jednak gęstość korony jest bardzo mała, a w związku z tym najsłabiej widoczna. Podczas zaćmienia Słońca Księżyc zasłoni fotosferę słoneczną i nie pozwala przeniknąć jej promieniowaniu do naszej atmosfery. Gaśnie wtedy promieniowanie rozproszone i na tle ciemnego nieba zobaczymy na krótki czas piękną, perłowo świecącą koronę słoneczną.

Na codzień jest słabo lub wcale niewidoczna, ponieważ jej światło pochłaniane jest przez atmosferę.