Солнечные затмения

Полные солнечные затмения

Полные солнечные затмения относятся к числу наиболее величественных и красивых явлений природы. В голубых просторах неба светит Солнце. Оно безраздельно господствует над земным шаром - над материками и океанами. Неисчерпаемые потоки света и тепла излучаемых Солнцем на земную поверхность.

Но вот, без всякой видимой причины, Солнце начинает угасать сначала медленно, затем быстрее. С правой стороны солнечного края все больше и больше начинает надвигаться какое темный круг.

Солнце принимает вид выщербленных Луны. Дневной свет начинает заметно ослабевать. Небо приобретает тяжелого свинцового оттенка, воздух словно теряет свою прозрачность, тени от предметов становятся слабо очерченными, лица людей серыми. А Солнце продолжает угасать. Скоро от него остается только узенький серпик. Вот-вот и он исчезнет. Небо темнеет еще больше, становится заметно прохладнее. Кругом природа принимает совсем необычный вид. Все живое охвачено тревогой, беспокойством. Животные чувствуют некий особое состояние: слышать вой псов, домашний скот направляется с пастбища домой, куры поднимаются на насест и т. д.

Но пока светит хотя бы незначительная часть Солнца, пока остается тонкий серповидный его ободок, все еще сохраняется впечатление, что господство принадлежит дню. Еще секунда - и Солнце, послав Земли прощальный луч, совсем исчезает. Наблюдателю кажется, что весь мир мгновенно погружается в темноту, словно некое гигантское покрывало с невероятной скоростью обволакивает всю Землю: поля и леса, горы и долины. На небе загораются звезды, как это бывает во время сумерек. В это время на том месте, где только что светило Солнце, появляется прекрасный серебристо-жемчужное сияние, окружающее черный кружок - солнечная корона.

Это удивительное зрелище длится 1 - 3 минуты, а затем вся картина внезапно меняется. Из-за черного круглого завесу неожиданно вырываются брызги слепящих лучей Солнца, которое снова освещает Землю. С первыми же лучами Солнца природа будто пробуждается от минутной очарованности и события начинают протекать в обратном порядке. Все постепенно приобретает свой естественный вид. Наконец, исчезает последняя темная точка у левого края Солнца, и природа вновь принимает свой обычный вид. Затмение закончилось.

Почему происходят солнечные затмения

Известно, что Земля и Луна представляют собой холодные, лишенные собственного света небесные тела, освещаемые солнечным светом. Поэтому, когда Луна в своем движении вокруг Земли оказывается между Солнцем и Землей, лунная тень падает на земную поверхность, последовательно затемняя то одну, то другую ее часть.

Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет около 150 миллионов км, а среднее расстояние от Земли до Луны - 384 тысячи км. Таким образом, Солнце расположено от нас в 400 раз дальше, чем Луна. Кроме того, поперечное сечение Солнца в 400 раз больше, чем поперечное сечение Луны. С этой случайной равенства соотношений следует, что видимые угловые размеры поперечных сечений Солнца и Луны примерно равны между собой.

Так как Земля вокруг Солнца и Луна вокруг Земли движутся по эллипсам, то видимые угловые размеры Солнца и Луны слегка изменяются в ту или другую стороны. В результате этого оказывается возможным закрытие лунным диском Солнца частично или даже полностью.

Полные, кольцеобразные и частичные солнечные затмения

Разберем этот вопрос более подробно. Представим себе конус, описанный около Солнца и Луны. В части этого конуса от Луны до его вершины находится лунная тень. Во время солнечного затмения этот конус возвращен своим острием к Земле, поэтому тень Луны падает на Землю и образует на ней пятно, не освещенную прямыми лучами Солнца. Отсюда наблюдателю затмение представляется полным, так как Солнце от него скрытое полностью. Однако на Землю ложится не только полная тень, но и полутень. Внутри этой полутени Солнце лишь частично закрыто Луной, причем видимая, незакрытая часть солнечного диска тем больше, чем дальше расположен наблюдатель от места полной тени Луны. На некотором расстоянии от полной тени мы уже не наблюдаем затмение. Внутри полутени затмение наблюдается как частное.

Моменты столкновения края диска Луны с краем солнечного диска называются контактами. Первый контакт происходит в момент начала частного затмения, когда диск Луны впервые сталкивается с краем диска Солнца и начинает надвигаться на него. Второй контакт происходит в момент начала полного затмения, когда диск Солнца полностью скрывается за диском Луны.

Третий контакт происходит в момент конца полного затмения, когда край солнечного диска снова появляется из-за диска Луны. Наконец, четвертый контакт происходит в момент окончания частичного затмения, когда Луна полностью сходит с солнечного диска.

Ввиду того, что Земля вокруг Солнца и Луна вокруг Земли движутся по эллипсам, их видимые диаметры меняются. Отсюда ясно, что характер солнечного затмения будет в значительной степени зависеть от видимых диаметров Солнца и Луны в момент затмения.

Если видимый диаметр Луны оказывается значительно больше видимого диаметра Солнца, то мы будем иметь более длительное полное затмение, если же видимый диаметр Луны очень мало отличается от диаметра Солнца, но все же больше его, то полное затмение будет очень кратковременным.

Однако может оказаться, что видимый диаметр Луны будет меньше видимого диаметра Солнца и тогда при наибольшем перекрытии диску Солнца наблюдатель увидит только узенькое яркое колечко, а вся остальная поверхность Солнца будет перекрыта Луной. Такое затмение называется кольцеобразным. Наконец, расположение Солнца и Луны может оказаться таким, что на Земле произойдет лишь частичное затмение. В этом случае степень перекрытия Луной Солнца сначала возрастает до известного предела, наступает самая фаза затмения, после чего Луна начинает сходить с Солнца, не закрыв его полностью.

Простые расчеты показывают, что при существующих расстояниях до Солнца и Луны и их размерах лунная тень должна образовать на земной поверхности небольшое пятно с поперечным сечением, не превышает 270 км. Что же касается полутени, то она достигает значительно больших размеров и ее поперечное сечение 6 - 7 тысяч км. Так как Луна движется вокруг Земли со скоростью около 1 км / с, то лунная тень перемещается по земной поверхности со скоростью того же порядка (разница между скоростью Луны и скоростью вращения соответствующей точки на поверхности Земли), описывая узкую, но очень длинную ленту длиной в 10 - 12 тысяч км.

Нетрудно подсчитать, как долго может длиться полное затмение Солнца в каком-либо пункте земной поверхности. Представим, что мимо нас проносится тень со скоростью 1 км /с, а размер тени около 300 км. Очевидно, что мы окажемся в тени примерно 5 минут. В наиболее благоприятных и чрезвычайно редких случаях длительность полного затмения может достигать 8 минут. Это случается тогда, когда при больших размерах тени скорость движения лунной тени по земной поверхности оказывается наименьшей. Конечно же продолжительность полного затмения для одного пункта бывает 2 - 3 минуты.

Продолжительность же полного затмения для Земли в целом, т.е. время, за которое лунная тень пробегает по земной поверхности, составляет примерно 2 - 3 часа. Что касается продолжительности частичного затмения, то с одного и того же места его можно конечно наблюдать примерно около 2 часов.

Нетрудно сообразить, что солнечные затмения могут происходить только в периоды новолуния, так как именно в это время Луна располагается между Солнцем и Землей. Но наблюдения показывают, что солнечные затмения бывают далеко не в каждый юнец.

Земля из года в год осуществляет свое движение вокруг Солнца. Это движение происходит в некоторой плоскости, положение которой в пространстве изменяется настолько медленно, что мы можем для наших целей считать его неизменным. Плоскость эта называется плоскостью орбиты Земли, или плоскостью эклиптики. Эклиптикой же, как известно, называется большой круг, которое описывается центром солнечного диска на небесной сфере при видимом перемещении Солнца в течение года.

В свою очередь, и Луна ежемесячно вращается вокруг Земли в плоскости лунной орбиты. Плоскость лунной орбиты наклонена под небольшим углом 5 ° к плоскости орбиты Земли. Линия пересечения этих плоскостей называется линией узлов лунной орбиты. Когда Луна оказывается на линии узлов, она очевидно находится также и в плоскости земной орбиты. Во всех же остальных случаях Луна должна находиться либо над плоскостью орбиты Земли, или под этой плоскостью. При этом Луна будет расположен или севернее, или южнее плоскости эклиптики.

За время своего месячного оборота вокруг Земли Луна дважды пересекает плоскость земной орбиты в точках, расположенных на линии узлов. Направление линии узлов, соответствующий точке, в которой Луна поднимается к северу от эклиптики, называется направлением восходящего узла; противоположное направление, где Луна опускается к югу от эклиптики, называется направлением нисходящего узла.

Так как Земля движется вокруг Солнца, плоскость лунной орбиты перемещается в пространстве параллельно самой себе. Поэтому и линия узлов, проходящей всегда через Землю, будет перемещаться в плоскости земной орбиты параллельно самой себе, и тогда линия узлов дважды в год будет повернута к Солнцу: один раз направлением восходящего узла, второй раз направлению нисходящего узла.

Постараемся прежде всего выяснить, какую роль в возможности солнечного затмения играет расположение плоскости лунной орбиты к плоскости орбиты Земли. С этой целью мы рассмотрим два крайних случая.

Предположим сначала, что обе плоскости совпадают друг с другом. Легко представить, что в этом случае затмения Солнца регулярно будут иметь место в каждое новолуние, то есть один раз в месяц.

Рассмотрим теперь второй крайний случай, допустив, что плоскость лунной орбиты расположена перпендикулярно к плоскости орбиты Земли. Тогда затмение Солнца окажется исключительно редким явлением. Оно будет возможным только тогда, когда и Луна и Солнце одновременно окажутся на линии узлов.

В действительности же, как было отмечено выше, плоскость лунной орбиты лишь незначительно наклонена к плоскости орбиты Земли. Следствием этого будет то, что Луна, даже при большом удалении от линии узлов, т.е. при наибольшем отклонении от плоскости земной орбиты, все же будет расположен от этой плоскости сравнительно недалеко - выше или ниже нее.

Поэтому солнечное затмение может произойти не только тогда, когда Солнце и Луна будут строго расположены на самой линии узлов, но и тогда, когда оба небесных тела окажутся достаточно близко к этой линии. Так как угловые диаметры каждого из них примерно равны 160, то очевидно, что край Луны в состоянии заслонить часть солнечного диска уже в том случае, когда угловое расстояние между центрами Солнца и Луны окажется меньше. Таким образом можно сказать, что существует некий «допуск», в рамках которого Солнце и Луна могут отклоняться от линии узлов, и когда все же Солнце будет закрытым Луной.

Угол между плоскостями орбиты Луны и Земли такой незначительный и путь Луны относительно земной орбиты расположен так полого, что граница «допуска» имеет место тогда, когда линия узлов образует с направлением на Солнце угол приблизительно 16 °. Иначе говоря, дуга эклиптики 16 °, начиная от узла, соответствует положению Солнца, при которых затмения возможно. Эту дугу 16 ° в один и 16 ° в сторону от узла, то есть дугу 32 - 33 °, можно назвать зоной солнечных затмений. Если будет новолуние, когда Солнце и Луна окажутся в этой зоне, будут происходить солнечные затмения.

Так как Солнце в своем видимом движении по эклиптике за сутки проходит примерно один градус оно будет находиться в зоне затмений около 32 дня. Для того чтобы произошло солнечное затмение, достаточно лишь, чтобы в течение этого срока был парень. Но так как молодой бывает через каждый синодический месяц, т.е. через каждые 29,5 суток, то очевидно, что всякий раз, когда Солнце будет попадать в зону затмений, неизбежно должно произойти солнечное затмение.

Таких зон будет две: одна, соответствующая направлению восходящего, а другая - нисходящего узла. Поскольку Солнце вступает в каждую из этих зон по одному разу в год, то в течение года должно быть не менее двух солнечных затмений, разделенных сроком на полгода.

Но обстоятельства могут сложиться и так, что за время пребывания Солнца в какие из зон состоится не одно затмение, а два. Это будет тогда, когда новолуние произойдет при вступлении Солнца в зону затмения. Тогда через 29,5 суток наступит следующий парень, который застанет Солнце еще на краю зоны до его полного выхода из него. Таким образом, за время пребывания Солнца в одной зоне могут состояться два солнечных затмения, отделенных друг от друга промежутком в один месяц. Такой благоприятный для солнечных затмений стечение обстоятельств возможен потому, что продолжительность пребывания Солнца в любой из зон больше продолжительности синодического месяца.

При этом следует учесть, что когда Солнце в момент новолуния находится далеко от линии узлов (у границы зоны), Луна в состоянии закрыть лишь небольшую часть Солнца (непосредственно после вступления в зону и перед выходом Солнца из зоны). Но чем ближе будут оба светила к линии узлов, тем большая часть Солнца окажется закрытой. Если же Луна и Солнце будут достаточно близко от линии узлов, то Солнце может оказаться вполне заступлених Луной, и произойдет полное затмение.

Это произойдет тогда, когда Солнце будет находиться от узла на расстоянии не более 10 ° в ту или иную сторону. Из этого следует, что если зона частичных затмений Солнца в среднем составляет 32 - 33 °, то для полных солнечных затмений существует зона протяженностью в среднем в 20 - 21 °.

Из того, что было разобрано выше, следует, что в течение года не может быть менее двух затмений: по одному при прохождении Солнцем каждой из зон затмений.

Что касается максимального количества затмений за один календарный год, то оно при наиболее благоприятных условиях может достигать пяти. Это произойдет, если Солнце окажется в зоне одного из узлов в самом начале года и если за время пребывания Солнца в этой зоне будут два парня. Спустя примерно полгода Солнце вступит в зону вторым узлом, и здесь тоже произойдет два солнечных затмения. Наконец, в самом конце года Солнце вновь окажется в зоне первого узла, где случится еще одно затмение. Так, в благоприятный год может состояться пятый солнечных затмений.

Наряду с солнечными затмениями будут происходить и лунные затмения. Во всех перечисленных случаях в течение года происходит семь затмений: в первом случаев пять солнечных и два лунных, а во втором - четыре солнечных и три лунных. В первом случае в течение одного календарного года мы имеем две группы, по три затмения в каждой, и одно изолированное затмение в конце или в начале года, а во втором случае - две группы затмений, по два затмения в каждой, в начале и в конце года , и одна группа из трех затмений в середине года.

Такие удачные годы в смысле обилия затмений встречаются очень редко. Первый случай (пять солнечных и два лунных затмения) имел место в прошлом тысячелетии только три раза: в 1285 г., 1805 г., и совсем недавно, в 1935 г.

Что касается второго случая, то и он бывает крайне редко. Последний раз он имел место в 1917 и в 1982 г.г.

 Значение теории о лунные и солнечные затмения

Теория затмений имеет огромное значение для различных разделов астрономии и, как увидим дальше, даже для истории. Современные наблюдательные средства позволяют с большой точностью определять моменты наступления солнечных затмений. Сопоставление наблюдательных данных с теоретическими расчетами дает богатый материал для уточнения теории движения Луны, вращения Земли вокруг оси и т. д. По этой причине большую роль играют наблюдения моментов контактов краев Солнца и Луны, дающие точное время начала и конца затмения. Кроме того, очень важными являются старинные наблюдения затмений, ценность которых, несмотря на их крайнюю неточность, растет тем больше, чем больший промежуток отделяет нас от эпохи наблюдения.

Теория затмений играет важную роль и в установлении хронологических данных о времени того или иного исторического события, когда это событие случайно совпало с затмением. Так было, например, в день боя между лидийцами и мидянами. В исторической науке шла длительная дискуссия относительно этой даты. Историки устанавливали для этого события разные сроки, и у них не было данных для окончательного решения вопроса.

Бесспорное решение вопроса пришло тогда, когда астрономы, следуя указаниям Геродота о наступлении затмения в день битвы, сделали исчисления и установили, что указанная битва должна была произойти 25 мая 585 г. до н. э Об этом затмение Геродот рассказывает следующее: два войска - лидийцев и мидян - сошлись на поле у реки Алис. Битва была жестокой. Однако в момент решительной схватки неожиданно для воинов наступило затмение Солнца, которое вызвало у всех огромный ужас. Воины побросали оружие и бежали.

Установление точной даты этого затмения позволило пролить свет на хронологию других известных исторических событий.

Кроме того, теория затмений дает возможность уточнить имеющиеся в летописях данные о времени того или иного затмения для освещения вопроса о начале счета часов в сутках и продолжительность часа.

И в старину счет часов в сутках велся по-разному и, кроме того, различной была продолжительность одного часа. Все эти неясные вопросы решаются на основании исторических данных о месячных или солнечные затмения. Если, например, в летописи указано время начала затмения спустя счета часов, который был в старину то, сделав нужные вычисления, мы установим, во сколько по нашему отсчету должно было произойти затмение, а следовательно, узнаем как отчислялись часа в прежние времена.

Отправить