Условия наступления затмения солнца

Затмение

Рис. 9. Определение горизонтально­го параллакса (а) и прохождение пла­неты по диску Солнца (б)

Лунное затмение

Луна светит отражённым светом Солн­ца; поэтому, когда она попадает в тень Земли (рис. 30), она перестаёт светить — наступает лунное затмение. Строго гово­ря, Луна продолжает светить за счёт того, что часть лучей Солнца, преломляясь в атмосфере Земли, освещает Луну, и мы видим её в виде темно-красного диска. Голубые лучи рас­сеиваются в земной атмосфере, в результате человек видит днём голубое небо и красное Солнце на закате.

Тень Земли имеет форму конуса, диаметр сечения которо­го на расстоянии Луны в 2,5 раза больше диаметра Луны, по­этому лунное затмение продолжается довольно долго. Макси­мальная продолжительность полного лунного затмения 1 ч 45 мин. Затмение видно на всем ночном полушарии Земли. Затмение может быть полным, если Луна входит в тень пол­ностью, или частным, если в тень попадает только часть Луны.

Солнечное затмение

Когда тень Луны падает на Зем­лю, наступает солнечное затмение (рис. 30). Оно может быть полным там, где падает тень, и частным в области по­лутени. Если в момент затмения Луна оказывается в самой далёкой от Земли точке орбиты, а Земля — в самой близкой к Солнцу, то диск Луны не полностью закрывает диск Солн­ца, и наступает кольцеобразное затмение.

Тень Луны прочерчивает на Земле длинную полосу шири­ной не более 200 км, ширина полутени может составлять не­сколько тысяч километров. Поэтому полные солнечные затме­ния видны в каждой конкретной местности очень редко, в среднем раз в 300 лет. В Москве очередное полное затмение Солнца будет в 2126 г. (предыдущее было в 1887 г.). Макси­мальная продолжительность полного солнечного затмения (на экваторе) 7,5 мин. В местности, далёкой от экватора, затме­ние, как правило, продолжается не более 2—2,5 мин.

Условия наступления затмений

Затмение может про­изойти только в полнолуние (лунное) или в новолуние (сол­нечное). На рисунках 31, 32 показаны проекции на небесную сферу дисков Луны и Солнца для моментов трёх последо­вательных новолуний и двух последовательных полнолуний. Угол между эклиптикой и лунной орбитой сильно преуве­личен.

Следует обратить внимание на то, что на рисунке 31 показаны три проекции диска Луны и одна проекция диска Солнца, а на рисунке 32 — по одному положению проекции диска Луны и земной тени.

В первом полнолунии дис­ки земной тени (на расстоянии Луны) и Луны не совмещают­ся (рис. 32). В этом полнолунии затмения нет. В момент следующего полнолуния Луна и тень Земли попадают в узел лунной ор­биты. Происходит полное лунное затмение.

Затмение (полное или частное) обязательно произойдёт, ес­ли в момент полнолуния расстояние между центрами тени и Луны окажется меньше суммы их радиусов. Но это возмож­но только в том случае, если Луна и тень Земли в момент полнолуния окажутся не далее 11° от узла. Участок эклипти­ки в 22° Солнце проходит за 23 дня. Но в этот промежуток времени полнолуния может и не быть (оно повторяется через 29,5 дня), т. е. лунные затмения происходят не каждый раз, когда земная тень, скользя по эклиптике, подходит к узлу. Следовательно, лунных затмений в течение года может не быть вообще. Максимальное число лунных затмений в году — два.

На рисунке 31 изображены види­мые положения диска Солнца для всех наблюдателей на Зем­ле (одинаковые в данный момент времени) и диска Луны для разных наблюдателей (Луна расположена к Земле очень близ­ко, поэтому каждый наблюдатель проецирует её на небесную сферу по-своему). Из рисунка видно, что солнечное затмение происходит тогда, когда Солнце проходит через узел лунной орбиты или находится вблизи него (расстояние от узла состав­ляет не более 16°). Солнце проходит его за 32 дня (16 дней до узла и 16 — после). Но за это время обязательно будет хо­тя бы одно новолуние, а, следовательно, и затмение Солнца. Итак, за год произойдёт не менее двух, но не более пяти сол­нечных затмений; общее число затмений в году (солнечных и лунных) — не более семи.

Периодичность затмений (сарос)

Последовательность затмений повторяется почти точно через промежуток времени, который называется «сарос». Повторение обусловлено тем, что затме­ние происходит в одной и той же фазе Луны (ново- или пол­нолуние) и на одном и том же расстоянии от узла.

Фазы Луны повторяются через 29,53 сут. (синодический месяц). Возвращение к узлу требует 27,21 сут. (драконический месяц), Солнце возвращается к тому же узлу через 346,53 сут. (драконический год). Оказывается, что 242 драконических месяца = 6585,36 сут., 223 синодических меся­ца = 6585,32 сут. = 18 лет 11 дней 7 ч 42 мин, 19 драконических лет = 6585,78 сут., т. е. через 18 лет 11 дней 7 ч 42 мин затмение повторится, но положение Солнца относи­тельно узла несколько изменится, и зона видимости затмения сместится примерно на 120°. В течение каждого сароса проис­ходит 70 затмений, из них 41 солнечное (примерно 10 пол­ных) и 29 лунных.

В XXI в. в России имеют место только несколь­ко полных солнечных и лунных затмений. Так, полные солнечные затмения произошли 29 марта 2006 г. и 1 августа 2008 г. Следующие пол­ные солнечные затмения можно увидеть только в 2036 и 2063 гг. Причём за это время пройдёт больше трёх саросов, т. е. произойдёт более 30 полных солнечных затмений. Материал с сайта http://wikiwhat.ru

Похожие явления

Прохождение Венеры по диску солнца

Два раза за столетие Венера проходит между Землёй и Солн­цем так, что её диск проецируется на диск Солнца (рис. 9). Такое прохождение, например, было 8 июня 2004 г. в 9 ч 10—20 мин по московскому времени. Продолжалось оно около 6 ч (для каждого места наблюдения вре­мя начала и конца прохождения немного отличается). Наблю­дать прохождение нужно на экране, на который проецирует­ся изображение Солнца. Планета видна как небольшой тёмный кружок, движущийся на фоне диска Солнца. Если диаметр проекции солнечного диска 10 см (что доступно школьному телескопу), то диаметр проекции Венеры 3 мм. Невооружённым глазом (защищённым плотным фильтром) её могут увидеть только люди с очень острым зрением. Очень интересно наблюдать момент, когда планета пересекает край диска Солнца. Именно в такой момент, в 1761 г., М. В. Ло­моносов заметил, что диск Венеры, частично уже пересёкший край диска, был окружён сиянием (рис. 10). Он совершенно правильно заключил, что это результат преломления света Солнца в верхних слоях атмосферы Венеры.

Источник

Солнечное затмение как природное явление

Содержание статьи:

• Затмения в прошлом и настоящем
• Условия и причины
• Механизм и время
• Основные разновидности
• Опыты для любителей

Солнечное затмение — это периодически повторяющееся астрономическое явление, причиной которого выступает закрытие Луной солнечного диска, полное либо частичное. В статье раскрыт механизм затмений, рассмотрены его виды и даны рекомендации по самостоятельному наблюдению.

Солнечные затмения в прошлом и настоящем

Древнейшими письменными источниками, рассказывающими о внезапном наступлении ночи среди ясного дня, были написанные более 2 тыс. лет назад китайские рукописи. Они, как и более поздние источники из других стран, повествуют о чрезвычайном волнении и страхе населения при внезапном исчезновении Солнца.

Многие тысячи лет человеческой истории затмения считались исключительно предвестниками больших несчастий и катастроф. Но времена менялись, знания множились, и за ничтожный в исторической перспективе срок из предвестника катастроф кратковременные исчезновения солнца превратились для людей в грандиозное шоу, устраиваемое самой природой.

Предсказание точного времени начала астрономических событий тоже было когда-то уделом посвященных жрецов. К слову, использовавших это знание, исходя из соображений выгод и утверждения своего могущества в обществе.

Ученые наших дней, наоборот, охотно делятся такой информацией. На десятилетия вперед известны годы солнечных затмений, места в которых они будут наблюдаться. Ведь чем больше людей участвуют в наблюдениях — тем больше информации стекается в астрономические центры.

Ниже приведен график солнечных затмений на ближайшее время:

Сентябрь, 01, 2016. Наблюдаться будет в Индийском океане, на Мадагаскаре, частично в Африке.

Февраль, 26, 2017. Южная часть Африки, Антарктика, Чили и Аргентина.

Август, 21, 2017. Большинство штатов США, северная часть Европы, Португалия.

Февраль, 15, 2018. Антарктика, Чили и Аргентина.

Июль, 13, 2018. Южный берег австралийского континента, п-ов Тасмания, часть Индийского океана.

Август, 11, 2018. Большинство стран Северного полушария, в т.ч. территория России, Арктика, часть Северной Азии.

Понимание причин тех или иных природных процессов и системные научные знания позволили естественной человеческой любознательности взять верх над иррациональными страхами, осмыслить механизм того или иного происходящего события во Вселенной. В наши дни не только профессиональные астрономы, но и многие любители готовы преодолевать многие тысячи километров, чтобы вновь и вновь наблюдать это явление.

Условия и причины солнечных затмений

В бесконечном пространстве Вселенной со скоростью 250 километров в секунду движутся Солнце и окружающие его планеты системы. В свою очередь внутри этой системы происходит движение всех составляющих ее небесных тел вокруг центрального светила, по разным траекториям (орбитам) и с различной скоростью.

Большинство из этих планет имеет собственные планеты-сателлиты, называемые спутниками. Наличием спутников, постоянным движением их вокруг своих планет и существованием определенных закономерностей в соотношениях размеров указанных небесных тел и расстояний между ними объясняются причины солнечных затмений.

Каждое из небесных тел, входящих в нашу систему, освещается солнечными лучами и ежесекундно отбрасывает длинную тень в окружающее пространство. Такую же тень конусовидной формы отбрасывает Луна на поверхность нашей планеты, когда при движении по своей орбите оказывается между Землей и Солнцем. В месте, куда падает лунная тень, наступает затмение.

В нормальных условиях видимые диаметры Солнца и Луны практически одинаковы. Находясь на расстоянии в 400 раз меньшем, чем расстояние от Земли до единственной звезды нашей системы, Луна при этом по своим размерам в 400 раз меньше Солнца. Благодаря такому, удивительно точному соотношению, человечество имеет возможность периодически наблюдать полное солнечное затмение.

Это событие может происходить только в периоды, когда соблюдается несколько условий одновременно:

Новолуние — Луна обращена «лицом» к Солнцу.

Луна находится на линии узлов: так называется воображаемая линия пересечения лунной и земной орбит.

Луна находится на достаточно близком к Земле расстоянии.

Линия узлов направлена на Солнце.

На протяжении одного календарного года может быть два таких периода, т.е. минимум 2 затмения в 365 дней. Причем, в течении каждого периода подобных явлений может быть несколько, но не больше 5 в год, в разных местах земного шара.

Механизм и время солнечного затмения

Описания того, как происходит солнечное затмение, в целом не изменялись за всю документально зафиксированную историю наблюдений. На краю Солнца появляется темное пятно наползающего справа лунного диска, которое постепенно увеличивается в размерах, становится все темнее и четче.

Чем большая поверхность светила покрывается Луной, тем темнее становится небо, на котором появляются яркие звезды. Тени теряют привычные очертания, становятся расплывчатыми.

Воздух значительно холодеет. Его температура, в зависимости от географической широты, по которой проходит полоса затмения, может снижаться на величину до 5 градусов Цельсия. Животные в это время становятся тревожными, часто мечутся в поисках убежища. Птицы смолкают, некоторые укладываются спать.

Темный диск Луны все больше наползает на Солнце, оставляя от него все более истончающийся серп. Наконец, Солнце исчезает полностью. Вокруг закрывшего его черного кружка видно солнечную корону — серебристое сияние с размытыми краями. Некоторое освещение придает вспыхивающая на всем протяжении горизонта вокруг наблюдателя заря, необычного лимонно-оранжевого оттенка.

Момент полного исчезновения солнечного диска длится обычно не более трех-четырех минут. Максимально возможное время солнечного затмения, рассчитанное по специальной формуле, исходя из соотношения величин угловых диаметров Солнца и Луны, составляет 481 секунду (немногим менее 8 минут).

Затем черный лунный диск смещается далее влево, обнажая слепящую кромку Солнца. В этот момент исчезает солнечная корона и заревное кольцо, небо светлеет, звезды гаснут. Постепенно освобождающееся Солнце отдает все больше света и тепла, природа возвращается к своему обычному виду.

Основные разновидности солнечных затмений

Площадь земного шара, на которой может наблюдаться описанное выше полное солнечное затмение, всегда ограничена узкой и длинной полосой, формирующейся на пути конусовидной тени Луны, несущейся по земной поверхности со скоростью более 1 километра в секунду. Ширина полосы обычно не бывает больше 260-270 километров, в длину может достигать 10-15 тысяч километров.

Орбиты движения Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли представляют собой эллипс, поэтому расстояния между этими небесными телами не являются постоянными величинами и могут колебаться в некоторых пределах. Благодаря этому принципу природной механики солнечные затмения бывают разными.

На значительно большем удалении от полосы полного затмения можно наблюдать частное солнечное затмение, которое в просторечии нередко называют также частичным. В этом случае для находящегося в месте вне полосы тени наблюдателя орбиты ночного и дневного светил пересекаются таким образом, что солнечный диск закрывается лишь частично. Наблюдаются такие явления намного чаще и на гораздо большей территории, при этом область солнечного затмения может составлять несколько миллионов квадратных километров.

Частные затмения происходят ежегодно практически в каждой точке земного шара, но для большинства людей, не входящих в профессиональное астрономическое сообщество, они остаются незамеченными. Редко глядящий на небо человек увидит такое явление только в случае, когда Луна закроет Солнце наполовину, т.е. если значение его фазы будет приближаться к 0,5.

Вычисление фазы солнечного затмения в астрономии может производиться по формулам разной степени сложности. В самом простом варианте она определяется через отношение диаметров закрытой Луной части и общего диаметра солнечного диска. Значение фазы выражается всегда только в виде десятичной дроби.

Иногда Луна проходит от Земли на расстоянии, чуть большем обычного, и ее угловой (видимый) размер меньше видимого размера солнечного диска. В таком случае имеет место кольцевое или кольцеобразное затмение: сверкающее кольцо Солнца вокруг черного круга Луны. При этом наблюдение солнечной короны, звезд и зари невозможно, так как небо практически не темнеет.

Ширина полосы наблюдения при аналогичной длине существенно выше — до 350 километров. Ширина полутени также больше — до 7340 километров в диаметре. Если при полном затмении фаза равняется единице или может быть даже больше, то при кольцевом значение фазы всегда будет больше 0,95, но меньше 1.

Стоит отметить любопытный факт, что наблюдаемое разнообразие затмений приходится как раз на период существования человеческой цивилизации. С момента формирования Земли и Луны как небесных тел расстояние между ними медленно, но непрерывно увеличивается. При изменении расстояний схема солнечного затмения в целом остается прежней, аналогичной описанной выше.

Более миллиарда лет назад расстояние между нашей планетой и ее спутником было меньшим, чем сейчас. Соответственно, видимый размер лунного диска был намного больше размера солнечного. Происходили только полные затмения с намного более широкой полосой тени, наблюдение короны было практически невозможным, как и образование кольцевидных затмений.

В далеком будущем, через миллионы лет, расстояние между Землей и Луной станет еще большим. Далеким потомкам современного человечества будут доступны для наблюдения исключительно кольцеобразные затмения.

Научные опыты для любителей

Наблюдение затмений Солнца в свое время помогло совершить ряд значимых открытий. К примеру, еще во времена древних греков тогдашние мудрецы сделали выводы о возможном движении небесных тел, их шарообразной форме.

Со временем методы и инструменты исследований позволили сделать заключения о химическом составе нашей звезды, о протекающих в ней физических процессах. Всем известный химический элемент гелий также был открыт в период затмения, наблюдаемого французским ученым Жансеном в Индии, в 1868 году.

Солнечные затмения — одно из немногих астрономических явлений, доступных для наблюдения любителями. И не только для наблюдений: внести посильный вклад в науку и зафиксировать обстоятельства редкого природного явления по силам любому.

Что можно сделать астроному-любителю:

Отметить моменты контакта солнечного и лунного дисков;

Зафиксировать длительность происходящего;

Зарисовать или сфотографировать солнечную корону;

Поучаствовать в эксперименте по уточнению данных о диаметре Солнца;

В некоторых случаях или при использовании приборов можно увидеть протуберанцы;

Сфотографировать круговое зарево на линии горизонта;

Произвести простейшие наблюдения за изменениями окружающей среды.

Как любой научный опыт, наблюдение затмений требует соблюдения ряда правил, которые помогут сделать процесс одним из самых запоминающихся событий в жизни и обезопасить наблюдателя от вполне реального вреда здоровью. Прежде всего, от возможного теплового поражения сетчатки глаза, вероятность получить которое повышается практически до 100% при незащищенном использовании оптических приборов.

Отсюда главное правило наблюдения солнца: обязательно применять защиту для глаз. Таковой могут послужить специальные светофильтры для телескопов и биноклей, маски-хамелеоны для сварочных работ. На самый крайний случай подойдет простое закопченное стекло.

Как выглядит солнечное затмение — смотрите на видео:

Источник