З

Затмения Солнца и Луны

Солнечные и лунные затмения - интереснейшие явления природы, знакомые человеку с глубокой древности. Они бывают сравнительно часто, но видны не из всех местностей земной поверхности и поэтому многим кажутся редкими.

Солнечные затмения происходят в новолуния, когда Луна, обращаясь вокруг Земли, оказывается между Землей и Солнцем и полностью или частично заслоняет его. Луна расположена ближе к Земле, чем Солнце, почти в 400 раз, и в то же время ее диаметр меньше диаметра Солнца также приблизительно в 400 раз. Поэтому видимые размеры Луны и Солнца почти одинаковы, и Луна может закрыть собой Солнце.

Казалось бы, солнечные затмения должны происходить через 29,53 сут, т. е. каждое новолуние (см. Фазы Луны и планет). На самом деле это не так.

Луна движется вокруг Земли с запада на восток, и ее видимый путь на небе пересекается под углом 5° с эклиптикой - видимым путем, по которому происходит кажущееся годичное перемещение Солнца на фоне звезд из-за обращения Земли вокруг него. Точки пересечения лунного пути с эклиптикой называются лунными узлами и отстоят друг от друга на 180°. Лунные узлы все время смещаются по эклиптике к западу (т. е. навстречу движению Луны) на 19,3° за год, или на 1,5° за месяц. Поэтому Луна поочередно проходит лунные узлы (т. е. пересекает эклиптику) через каждые 13,6 сут и в середине этих промежутков времени удаляется от эклиптики на 5°. Когда новолуния происходят вдали от лунных узлов, Луна не закрывает Солнца (рис. 1, новолуния 1, 2, 6, 7, 8, 9, 13, 14). Но примерно через каждые полгода новолуния бывают вблизи лунных узлов, и тогда происходят солнечные затмения (рис. 1, новолуния 3, 4, 5, 10, 11, 12).

Шарообразная Луна освещается Солнцем, и так как линейный диаметр Луны почти в 400 раз меньше солнечного диаметра, то лунная тень имеет форму сходящегося круглого конуса и окружена расходящимся конусом полутени (рис. 2). Когда новолуние наступает на расстоянии не более 11° от лунного узла, то лунная тень и полутень падают на Землю в виде овальных пятен, которые с большой скоростью - около 1 км/с - пробегают по земной поверхности с запада на восток. В районах земной поверхности, оказавшихся в лунной тени (А на рис. 2), видно полное солнечное затмение, т. е. Солнце полностью закрыто Луной. В местностях, покрытых полутенью (В, С на рис. 2), происходит частное солнечное затмение: из южной зоны С полутени видна закрытой северная (верхняя) часть солнечного диска, а из северной зоны В - южная (нижняя) его часть. За границей лунной полутени затмения вообще не происходит. Таким образом, солнечное затмение видно не на всей поверхности Земли, а только там, где пробегает тень и полутень Луны.

Путь лунной тени по земной поверхности называется полосой полного солнечного затмения. Ширина этой полосы и продолжительность полного солнечного затмения зависят от взаимных расстояний Солнца, Земли и Луны во время затмения. Чаще всего ее ширина бывает от 40 до 100 км, а продолжительность полной фазы затмения - 2÷3 мин. Наибольшая же возможная ширина полосы полного затмения не превышает 270 км, длительность полного затмения доходит до 7 мин 31 с. Но такие затмения крайне редки.

Если во время солнечного затмения Луна находится в наибольшем удалении от Земли, то лунный диск будет немного меньше солнечного, и лунная тень не доходит до Земли. Вокруг темной Луны видно яркое кольцо незакрытой поверхности Солнца, т. е. произойдет кольцеобразное солнечное затмение (рис. 3, А), которое может продолжаться до 12 мин.

По обе стороны от полосы полного или кольцеобразного затмения, иногда до расстояния почти в 3500 км, видно только частное затмение (В и С).

Полное и кольцеобразное солнечные затмения начинаются с частных фаз. Наблюдать затмение можно только сквозь темный светофильтр (темное стекло). Сквозь темное стекло хорошо видно, как Луна постепенно заслоняет Солнце с его правого края. Когда же Луна полностью закроет Солнце, т. е. только при полном затмении, наступает полумрак, на потемневшем небе появляются яркие звезды и планеты, а вокруг затмившегося Солнца видно красивое лучистое сияние жемчужного цвета - солнечная корона. По окончании полного (или кольцеобразного) затмения следуют убывающие частные фазы.

Когда новолуния наступают на расстоянии от 11 до 17° от лунного узла, то лунная тень проходит мимо Земли, а на земную поверхность падает только лунная полутень, и тогда в покрытых ею местностях происходит только частное затмение. При новолуниях же, наступающих на расстоянии более 18° от лунных узлов, тень и полутень Луны проходят мимо Земли и солнечных затмений вообще не происходит.

Рис. 1. Положения Солнца на эклиптике и Луны на лунном пути в различные новолуния. В новолуния, отмеченные числами 1,2,6,7,8,9, 13, 14, солнечного затмения не происходит. В новолуния - 3, 4, 5, 10, 11, 12 - наступает солнечное затмение

Рис. 2. Схема полного солнечного затмения. А - точка в зоне полного солнечного затмения; В, С - точки в зоне частного солнечного затмения

Так как новолуния вблизи лунных узлов наступают приблизительно через полгода (177-178 сут), то ежегодно обязательно бывает два солнечных затмения разного вида. Значительно реже могут наступать два новолуния подряд, разделенные промежутком времени в один месяц, по обе стороны от одного и того же лунного узла, и тогда у каждого узла произойдет по два частных затмения. На протяжении года их будет четыре, а в исключительных случаях даже пять. Такой случай произошел в 1935 г. и до 2206 г. больше не повторится.

Чаще всего за год бывает 2-3 солнечных затмения, причем одно из них, как правило, полное или кольцеобразное. Но так как в разные годы лунная тень пробегает по различным районам земной поверхности, то в каждом таком районе полные или кольцеобразные солнечные затмения происходят очень редко. Так, в окрестностях Москвы полное солнечное затмение было 19 августа 1887 г., а очередное произойдет лишь 16 октября 2126 г. Частные же солнечные затмения наблюдаются в среднем в каждой местности через 2-3 года.

Лунные затмения происходят тогда, когда Луна попадает в земную тень, которая также имеет форму круглого конуса и окружена полутенью (рис. 4). Так как земная тень направлена в сторону, противоположную Солнцу, то Луна может пройти сквозь нее только в полнолуния, когда они наступают вблизи одного из лунных узлов. Если полнолуние наступает на расстоянии не более 5° от узла, то Луна полностью погружается в земную тень, и происходит полное лунное затмение. Если же полнолуние наступает на расстоянии от 5 до 11° от узла, то лунное затмение бывает частным, т. е. Луна погружается в земную тень не полностью. При полнолуниях же, происходящих далее 11° от лунного узла, Луна в земную тень не попадает, а может пройти сквозь земную полутень. При этом ослабления лунного света практически не произойдет, и такое затмение замечено не будет.

Луна постепенно погружается в земную тень своим левым краем. При полном затмении цвет Луны становится бурым или темно-красным, поскольку солнечный свет, преломляясь в земной атмосфере, все же слабо освещает Луну преимущественно красными лучами, так как они менее всего рассеиваются и ослабляются земной атмосферой. Полное лунное затмение может длиться до 1,8 ч, а вместе с предшествующими и последующими частными фазами - до 3,8 ч.

Рис. 3. Кольцеообразное солнечное затмение. А - точка в зоне кольцеобразного солнечного затмения: В и С - точки в зоне частного затмения

Как правило, каждый год происходит 1 - 2 лунных затмения, но бывают годы, когда затмений совсем нет. Лунные затмения видны со всего ночного полушария Земли, где в это время Луна находится над горизонтом. По этой причине в каждой местности они наблюдаются чаще солнечных, хотя происходят в 1,5 раза реже.

Еще в VI в. до н. э. астрономы установили, что через 6585 1/3 сут, что составляет 18 лет 11 1/3 сут (или 10 1/3 сут, если в этом периоде было 5 високосных лет), все затмения повторяются в одной и той же последовательности. Этот период повторения затмений называется саросом и позволяет заранее определить дни предстоящих затмений на много лет вперед. В течение одного сароса бывает 43 затмения Солнца и 28 затмений Луны. Прибавляя к датам затмений, наблюдавшихся в течение одного сароса, 18 лет 11 1/3 (или 10 1/3 сут), мы можем определить наступление затмений в будущем. Так, затмение Солнца, которое было 25 февраля 1952 г., повторилось 7 марта 1970 г., затем оно будет наблюдаться 18 марта 1988 г. и т. д. На основании сароса можно предсказать день затмения, но без точного указания места видимости и момента наступления. В настоящее время наступление затмений вычисляется с большой точностью на основе теории движения Луны.