Zaćmienia Słońca i Księżyca

Nie każde zaćmienie wygląda tak samo. Oto wszystkie rodzaje zaćmień Słońca i Księżyca

Zaćmienia należą do zjawisk wynikających bezpośrednio z geometrii układu Słońce-Ziemia-Księżyc. W zależności od wzajemnego położenia tych trzech ciał możemy obserwować zaćmienie Słońca albo zaćmienie Księżyca. Każda z tych grup dzieli się na kilka rodzajów, różniących się przebiegiem i sposobem, w jaki cień pada na obserwowane ciało.

Zaćmienie Słońca występuje podczas nowiu, gdy Księżyc znajduje się pomiędzy Ziemią a Słońcem. Zaćmienie Księżyca jest możliwe podczas pełni, kiedy to Ziemia przechodzi pomiędzy Słońcem a Księżycem.

Zaćmienie Słońca zależy od położenia obserwatora

Podczas zaćmienia Słońca Księżyc rzuca na Ziemię cień. Ponieważ średnica Księżyca jest około 400 razy mniejsza od średnicy Słońca, ale jednocześnie znajduje się on około 400 razy bliżej Ziemi, oba obiekty mają na naszym niebie zbliżone rozmiary kątowe.

To właśnie ten przypadkowy stosunek rozmiarów i odległości powoduje, że tarcza Księżyca może całkowicie przesłonić fotosferę Słońca. Nie dzieje się tak jednak podczas każdego zaćmienia. Orbita Księżyca jest eliptyczna, dlatego jego pozorny rozmiar zmienia się wraz z odległością od Ziemi.

W cieniu Księżyca wyróżnia się cień całkowity, czyli umbrę, półcień oraz przedłużenie stożka cienia określane jako antumbra. To, w której z tych stref znajdzie się obserwator, określa rodzaj widocznego zaćmienia.

Całkowite zaćmienie Słońca

Całkowite zaćmienie Słońca występuje, gdy obserwator znajduje się w umbrze Księżyca. Pozorna średnica tarczy księżycowej jest wtedy wystarczająca, aby całkowicie zakryć fotosferę.

Faza całkowita jest widoczna tylko w stosunkowo wąskim pasie przebiegającym po powierzchni Ziemi. Poza nim to samo zjawisko obserwowane jest jako zaćmienie częściowe.

W momencie całkowitości możliwa staje się obserwacja korony słonecznej, czyli zewnętrznej części atmosfery Słońca. Przy krawędzi tarczy mogą pojawić się również protuberancje oraz chromosfera. Bezpośrednio przed i po fazie całkowitej światło fotosfery przechodzące przez nierówności księżycowego brzegu tworzy tzw. perły Baily'ego.

Częściowe zaćmienie Słońca

Zaćmienie częściowe obserwujemy, gdy Księżyc zasłania jedynie fragment tarczy słonecznej. Z punktu widzenia obserwatora środek tarczy Księżyca nie przechodzi wystarczająco blisko środka tarczy Słońca, aby mogło dojść do całkowitego zakrycia.

Taka sytuacja występuje również na obszarach położonych poza pasem całkowitości podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Im dalej od osi cienia Księżyca znajduje się stanowisko obserwacyjne, tym mniejsza część tarczy słonecznej zostaje przesłonięta.

W trakcie całej fazy częściowej część fotosfery pozostaje widoczna. Obserwacja wymaga więc stosowania filtrów przeznaczonych do bezpośredniego oglądania Słońca. Zwykłe okulary przeciwsłoneczne nie zapewniają odpowiedniej ochrony wzroku.

Obrączkowe zaćmienie Słońca

Zaćmienie obrączkowe zachodzi wtedy, gdy Księżyc przechodzi na tle centralnej części tarczy Słońca, ale jego średnica kątowa jest od niej mniejsza. Dzieje się tak przede wszystkim wtedy, gdy Księżyc znajduje się odpowiednio daleko od Ziemi, w pobliżu apogeum swojej orbity.

Obserwator znajduje się wówczas w antumbrze. W maksimum zjawiska wokół ciemnej tarczy Księżyca pozostaje widoczny jasny fragment fotosfery mający postać pierścienia.

W przeciwieństwie do zaćmienia całkowitego fotosfera nie zostaje zakryta nawet podczas maksimum. Z tego powodu przez cały czas konieczne jest stosowanie odpowiedniej ochrony wzroku.

Hybrydowe zaćmienie Słońca

Najrzadszym z podstawowych rodzajów zaćmień Słońca jest zaćmienie hybrydowe, nazywane również obrączkowo-całkowitym. W różnych punktach pasa zaćmienia może ono wyglądać jako obrączkowe albo całkowite.

Przyczyną jest krzywizna powierzchni Ziemi oraz bardzo niewielka różnica pomiędzy pozorną średnicą Słońca i Księżyca. W jednej części trasy wierzchołek stożka umbra może nie sięgać powierzchni Ziemi, co powoduje zaćmienie obrączkowe. W innym miejscu powierzchnia planety znajduje się już wewnątrz umbra i obserwowane jest zaćmienie całkowite.

Zmiana rodzaju zaćmienia następuje wzdłuż jednego pasa przemieszczającego się po powierzchni planety. Nie oznacza to więc, że pojedynczy obserwator zobaczy kolejno pełną fazę obrączkową i całkowitą.

Zaćmienia Księżyca przebiegają w cieniu Ziemi

Mechanizm zaćmienia Księżyca jest odwrotny. Ziemia znajduje się pomiędzy Słońcem a Księżycem, a naturalny satelita przechodzi przez cień naszej planety.

Cień Ziemi składa się z półcienia i cienia całkowitego. W półcieniu Ziemia przesłania jedynie część tarczy Słońca widzianej z powierzchni Księżyca. W umbrze Słońce zostaje zasłonięte całkowicie.

W przeciwieństwie do zaćmień Słońca zjawisko można obserwować jednocześnie z całej nocnej półkuli Ziemi, pod warunkiem że Księżyc znajduje się nad lokalnym horyzontem.

Półcieniowe zaćmienie Księżyca

Półcieniowe zaćmienie Księżyca zachodzi, gdy tarcza Księżyca przechodzi wyłącznie przez półcień Ziemi i nie wchodzi do umbra. Zmiana jasności powierzchni jest w takim przypadku stosunkowo niewielka.

Przy płytkich zaćmieniach półcieniowych spadek blasku może być trudny do zauważenia bez fotografii lub pomiarów fotometrycznych. Przy głębokim wejściu w półcień jedna część tarczy staje się wyraźnie ciemniejsza.

Istnieją również całkowite zaćmienia półcieniowe, podczas których cała tarcza Księżyca znajduje się wewnątrz półcienia Ziemi, ale żadna jej część nie przekracza granicy umbra. Nadal klasyfikuje się je jako zaćmienia półcieniowe.

Częściowe zaćmienie Księżyca

Podczas częściowego zaćmienia Księżyca fragment tarczy wchodzi w cień całkowity Ziemi, podczas gdy pozostała część pozostaje poza nim. Na powierzchni satelity widoczna jest wówczas wyraźna, zakrzywiona granica cienia naszej planety.

Zjawisko rozpoczyna się wcześniej od fazy półcieniowej. Po przekroczeniu granicy umbra przez pierwszy fragment tarczy zaczyna się faza częściowa. Maksymalna część średnicy Księżyca zanurzona w cieniu zależy od dokładnej geometrii danego zaćmienia.

Do obserwacji nie są potrzebne żadne filtry ochronne. W przeciwieństwie do Słońca światło odbite od powierzchni Księżyca nie stanowi zagrożenia dla wzroku.

Całkowite zaćmienie Księżyca

Całkowite zaćmienie Księżyca następuje, gdy cała jego tarcza znajduje się wewnątrz umbra Ziemi. Satelita nie staje się jednak całkowicie niewidoczny.

Część promieniowania słonecznego przechodzi przez ziemską atmosferę i ulega refrakcji. Krótsze długości fal są silniej rozpraszane, natomiast światło czerwone i pomarańczowe skuteczniej dociera do wnętrza ziemskiego cienia. Z tego powodu Księżyc podczas fazy całkowitej może przyjmować barwę od ciemnoszarej i brunatnej do czerwonej lub pomarańczowej.

Jasność i kolor zaćmionego Księżyca nie są przy każdym zjawisku identyczne. Zależą między innymi od przebiegu satelity przez cień oraz aktualnych właściwości optycznych ziemskiej atmosfery, w tym ilości aerozoli znajdujących się w stratosferze.

Dlaczego zaćmienia nie występują przy każdym nowiu i pełni

Orbita Księżyca jest nachylona względem płaszczyzny ekliptyki o około 5,1°. Z tego powodu podczas większości nowiów Księżyc przechodzi na niebie powyżej albo poniżej Słońca, a podczas większości pełni omija cień Ziemi.

Do zaćmienia może dojść wtedy, gdy nów lub pełnia wypadają w pobliżu jednego z węzłów orbity Księżyca, czyli punktów, w których jego orbita przecina płaszczyznę ekliptyki. Okresy, w których geometria umożliwia występowanie zaćmień, określa się jako sezony zaćmień.

W efekcie zaćmienia Słońca dzielimy przede wszystkim na częściowe, całkowite, obrączkowe i hybrydowe, natomiast w przypadku Księżyca podstawowy podział obejmuje zaćmienia półcieniowe, częściowe i całkowite. O tym, który wariant wystąpi, decydują położenie Księżyca względem węzłów orbity, jego odległość od Ziemi oraz dokładna geometria cienia w chwili zjawiska.