Затмение

Солнечное затмение в 1999 во Франции

Затме́ние — астрономическая ситуация, при которой одно небесное тело загораживает свет от другого небесного тела.

Наиболее известны лунные и солнечные затмения. Также существуют такие явления, как прохождения планет (Меркурия и Венеры) по диску Солнца.

Лунное затмение

Схема лунного затмения

Лунное затмение наступает, когда Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землёй. Диаметр пятна тени Земли на расстоянии 360000 км (радиус орбиты Луны) составляет около 2,5 диаметров Луны, поэтому Луна может быть затенена целиком.

В каждый момент затмения степень покрытия диска Луны земной тенью выражается фазой затмения Ф. Величина фазы определяется расстоянием 0 центра Луны от центра тени. В астрономических календарях приводятся величины Ф и 0 для разных моментов затмения.

Когда Луна во время затмения полностью входит в тень Земли, говорят о полном лунном затмении, когда частично — о частном затмении.

Полутеневое затмение

Вокруг конуса тени Земли имеется область пространства, в которой Земля заслоняет Солнце лишь частично (полутень). Если Луна проходит область полутени, но не входит в тень, происходит полутеневое затмение. При нём яркость Луны уменьшается, но незначительно, такое уменьшение незаметно невооружённым глазом и фиксируется только приборами. Лишь когда Луна в полутеневом затмении проходит вблизи конуса полной тени, при ясном небе можно заметить незначительное потемнение с одного края лунного диска.

Полное затмение

Лунное затмение наблюдается на половине территории Земли (там, где на момент затмения ночь). Вид затенённой Луны с любой точки наблюдения одинаков. Полная фаза лунного затмения может длиться более полутора часов.

Во время затмения (даже полного) Луна не исчезает полностью, а становится тёмно-красной. Этот факт объясняется тем, что Луна даже в фазе полного затмения продолжает освещаться. Солнечные лучи, проходящие по касательной к земной поверхности, рассеиваются в атмосфере Земли и за счёт этого рассеяния частично достигают Луны. Поскольку земная атмосфера наиболее прозрачна для лучей красно-оранжевой части спектра, именно эти лучи в большей мере достигают поверхности Луны при затмении, что и объясняет окраску лунного диска.

Солнечное затмение

Солнечное затмение происходит, когда Луна попадает между наблюдателем и Солнцем, и загораживает (затмевает) его. Поскольку Луна светит отражённым светом, и перед затмением обращена к нам неосвещённой стороной, то непосредственно перед затмением всегда имеет место новолуние, то есть Луна не видна. Создаётся впечатление, что Солнце закрывается чернотой неизвестной природы. Во время солнечного затмения космонавты, находящиеся на орбите могут наблюдать на поверхности Земли тень от Луны. Те, кто на Земле попадают в эту тень — наблюдают солнечное затмение.

Конус тени Луны, естественно, в диаметре намного меньше Земли, поэтому солнечное затмение наблюдается только на территории, по которой проходит во время затмения лунная тень. Поскольку орбита Луны эллиптическая, расстояние между Землёй и Луной в момент затмения может быть различным, соответственно, различным бывает и диаметр пятна лунной тени на поверхности Земли. При достаточно близком положении Луны и подходящем взаимном расположении Земли, Луны и Солнца конус лунной тени достигает земной поверхности. Такое затмение называется полным солнечным затмением. Наземный наблюдатель, находящийся в полосе прохождения тени, будет видеть, что Луна скрывает Солнце полностью, небо темнеет, на нём становятся видны звёзды. Вокруг скрытого Луной солнечного диска можно наблюдать солнечную корону, которую при обычном ярком свете Солнца не видно. При наблюдении затмения неподвижным наземным наблюдателем полная фаза длится не более нескольких минут. Минимальная скорость движения лунной тени по земной поверхности составляет чуть более 1 км/с.

Полоса полного затмения может достигать в ширину около двухсот километров. Наблюдатели, находящиеся вблизи полосы полного затмения, могут видеть его как частное солнечное затмение. При частном затмении Луна проходит по диску Солнца не точно по центру, скрывая только его часть. При этом небо темнеет гораздо слабее, чем при полном затмении, звёзды не появляются. Частное затмение может наблюдаться невооружённым глазом на расстоянии порядка двух тысяч километров от зоны полного затмения.

Полнота солнечного затмения также выражается фазой Φ. Максимальная фаза частного затмения обычно выражается в сотых долях от единицы, где 1 – полная фаза затмения. Полная фаза может быть и больше единицы, например 1,01, если диаметр видимого лунного диска больше диаметра видимого солнечного диска. Частные фазы имеют обозначения 0,90, 0,85 и т.п. На краю лунной полутени фаза равна 0, т.е. Ф=0.

По астрономической классификации, если затмение хотя бы где-то на поверхности Земли может наблюдаться как полное, оно называется полным. Если затмение может наблюдаться только как частное (такое бывает, когда конус тени Луны проходит вблизи земной поверхности, но не касается её), затмение классифицируется как частное. Помимо полных и частных солнечных затмений, бывают кольцеобразные затмения. Кольцеобразное затмение имеет место, когда в момент затмения Луна находится на большом удалении от Земли и конус тени проходит над земной поверхностью, не достигая её. Визуально при кольцеобразном затмении Луна проходит по диску Солнца, но оказывается меньше Солнца в диаметре, и не может скрыть его полностью. В максимальной фазе затмения Солнце закрывается Луной, но вокруг Луны видно яркое кольцо незакрытой части солнечного диска. Небо при кольцеобразном затмении остаётся светлым, звёзды не появляются, наблюдать корону Солнца невозможно.

Когда мы наблюдаем солнечное затмение, то жители Луны могли бы видеть «земное» затмение: светящая голубым светом наша планета в этот момент для них темнеет, поскольку на неё падает тень от Луны. Правда, тень от Луны невелика и полного «выключения» земного света для жителей Луны не происходит.

«Черный День»

Описаны случаи наступления днём темноты и исчезновения Солнца, не связанные с затмением последнего какими-то известными астрономическими телами.

• 19 мая 1780 года около 13:25 по местному времени солнце померкло по неизвестной причине на значительной территории Северной Америки. Очевидцы описывали явление как «чёрное полотно, застилающее небо». Не были видны ни звёзды, ни Луна, хотя было полнолуние. Лишь после полуночи Луна стала видна, сначала кроваво-красного цвета, затем стали проступать звёзды. Следующее утро было вполне обычным. Явление было описано в газете «Бостон Индепендент Кроникл» от 22.05.1780, упомянуто в толковом словаре Уэбстера.
• 2 июня 1802 года в Тихом океане команда шхуны «Эльдорадо» наблюдала похожее явление — днём, при практически полном штиле, небо потемнело, солнце померкло, наступила полная темнота, в которой не было видно ничего. Затемнение продолжалось около получаса, после чего тьма рассеялась, солнце стало видно.
• Аналогичные явления наблюдались в 1884 году Англии. 19 марта 1886 года в Висконсине, 3 декабря 1904 года в Мемфисе (США).
• 18 сентября 1938 года необъяснимое затемнение зафиксировано в СССР, на полуострове Ямал (его описали работники геологической партии, работавшие в этом районе). По сведениям метеорологов, полоса затемнения имела ширину 200—250 километров. Она перемещалась с запада на восток, пересекла южную часть Ямала и захватила Обскую губу. Во время затемнения наступило полное радиомолчание — невозможно было найти в эфире ни одной станции. Запусками сигнальных ракет геологи смогли определить, что небо было закрыто чрезвычайно плотными тучами, висящими на малой высоте — запущенные вверх ракеты уходили в тучи и переставали быть видны, в то время как такие же ракеты, направленные горизонтально, отчётливо наблюдались на всём протяжении полёта. Непосредственно у земли никаких частиц, пыли или чего-то подобного не наблюдалось. Полное затемнение продолжалось около часа, после чего темнота рассеялась.

Описанные явления, ввиду их редкости и непредсказуемости, совершенно не изучены. Гипотезы, выдвигавшиеся для их объяснения, многочисленны, но ни одна из них не может быть проверена. Религиозные авторы приводят описанные случаи (чаще всего — первый из них) в качестве примеров сбывшихся библейских пророчеств.

Частота лунных и солнечных затмений. Сарос

В настоящее время существуют математические модели, достаточно точно описывающие движение Луны, Земли и планет. Благодаря им с помощью компьютеров расположение любых наблюдаемых объектов на небе может быть вычислено с высокой точностью на тысячи лет в прошлое и в будущее. Но и до появления современных вычислительных средств и математических моделей учёные умели предсказывать солнечные и лунные затмения. По историческим сведениям, ближневосточные и китайские учёные ещё несколько тысяч лет назад делали это. Успешно предсказывали затмения и во времена античности.

Если бы орбита Луны лежала в плоскости эклиптики, каждый месяц (строго говоря — каждые 29,5 суток) на Земле наблюдалось бы одно лунное (в полнолуние) и одно солнечное (в новолуние) затмение. Но наклон лунной орбиты составляет около 5 градусов, поэтому для затмения необходимо, чтобы Луна во время новолуния или полнолуния проходила вблизи одного из узлов орбиты (то есть вблизи точки пересечения орбиты и эклиптики). Такие совпадения происходят нечасто и нерегулярно, что и является причиной сравнительной редкости затмений. Многолетние наблюдения и фиксирование затмений показали, что лунные и солнечные затмения происходят с циклом, длина которого составляет 6585,3 суток, или 18 лет, 11 дней и чуть менее 8 часов. Этот период называется cарос. За один сарос происходит 28 лунных и 43 солнечных затмения (из солнечных — 15 частных, 15 кольцеобразных и 13 полных). Вопреки широко распространённому заблуждению, в целом лунные затмения происходят реже солнечных. Однако лунное затмение наблюдается на половине земного шара, солнечное же — только в узкой полосе. Из-за того, что сарос не кратен суткам, полоса затмения в следующий период проходит не там, где она проходила в предыдущий. В результате в одной местности полные солнечные затмения действительно повторяются редко: в среднем один раз за триста лет. Именно поэтому наблюдатель, проживающий в одном месте, может видеть за свою жизнь множество лунных затмений и ни одного солнечного. Так, например, в Москве за исторический период зафиксировано четыре полных солнечных затмения: в 1140, 1450, 1476 и 1887 годах, а следующее будет наблюдаться в 2126 году.

Сарос был известен ещё астрономам древнего Египта и Вавилона. Благодаря саросу древние астрономы достаточно точно предсказывали затмения, не имея ни чёткого представления о небесной механике, ни вычислительных устройств. Действительно, для того, чтобы предсказать дату и время затмения, достаточно иметь перечень последних происходивших затмений и прибавить к дате и времени каждого из них целое число саросов. Предсказание лунных затмений вообще не представляет сложности. С солнечными затмениями всё несколько сложнее, поскольку нужно учитывать, что при повторении затмения через сарос его полоса пройдёт в другом месте, и уметь рассчитывать это место. Для облегчения рассчётов солнечных затмений древние учёные пользовались тройным саросом — периодом, равным 19755,9 суток, который существенно меньше расходится с целым числом суток.

Предсказания затмений по саросу дают приемлемую точность в пределах плюс-минус 300 лет, в более удалённые времена начинаются сбои, вызванные накоплением ошибок.

Другие типы затмений

Кроме лунных и солнечных затмений, на небе постоянно происходят затмения других тел. Например, планеты могут затмевать звёзды, когда оказываются на пути луча света от звезды к Земле. Подобные явления называются покрытиями. Многие звёзды являются двойными и кратными, то есть, представлять собой несколько звёзд, вращающихся друг вокруг друга. Разрешающей способности телескопов может быть недостаточно, чтобы увидеть звёзды по отдельности, а вот их затмения друг друга наблюдаются как вариации блеска у затменных переменных звёзд.

Роль затмений в культуре и науке человечества

С древнейших времён солнечные и лунные затмения, как и другие редкие астрономические явления, такие как появление комет, воспринимались как события негативные. Люди очень боялись затмений, так как они происходят редко и представляют собой непривычные и пугающие явления природы. Во многих культурах затмения считались предвестниками несчастий и катастроф (особенно это касалось лунных затмений, очевидно, из-за красного цвета затенённой Луны, ассоциировавшегося с кровью). В мифологии затмения связывались с борьбой высших сил, одна из которых желает нарушить установившийся порядок в мире («погасить» или «съесть» Солнце, «убить» или «залить кровью» Луну), а другая — сохранить его. Поверья одних народов требовали полной тишины и бездействия во время затмений, других, наоборот, активных колдовских действий для помощи «светлым силам». В какой-то мере такое отношение к затмениям сохранялось вплоть до новых времён, несмотря на то, что механизм затмений был уже давно изучен и общеизвестен.

Затмения дали богатый материал науке. В древности наблюдения затмений помогали изучать небесную механику и разбираться в строении Солнечной системы. Наблюдение тени Земли на Луне дало первое «космическое» доказательство факта шарообразности нашей планеты. Аристотель впервые указал на то, что форма земной тени при лунных затмениях всегда округлая, что доказывает шарообразность Земли. Солнечные затмения позволили приступить к изучению короны Солнца, которую невозможно наблюдать в обычное время. Во время солнечных затмений впервые были зафиксированы явления гравитационного искривления хода световых лучей вблизи значительной массы, что стало одним из первых экспериментальных доказательств выводов общей теории относительности. Большую роль в изучении внутренних планет Солнечной системы сыграли наблюдения их прохождений по солнечному диску. Так, Ломоносов, наблюдая прохождение в 1761 году Венеры по диску Солнца, впервые (за 30 лет до Шретера и Гершеля) открыл венерианскую атмосферу, обнаружив преломление солнечных лучей при вхождении и выходе Венеры с солнечного диска.

Ближайшие затмения

• 1 августа 2008 - полное солнечное затмение, видимое в Западной Сибири

Ссылки

• Почему редки затмения

Затмения в Кино

• затмению на другой планете посвящён фильм «Pitch Black» («Кромешная тьма»), называющийся в российском прокате «Чёрная дыра»
• Книга Стивена Кинга «Долорес Клэйборн» описывает убийство во время полного солнечного затмения. По книге поставлен одноимённый фильм.