Солнечные затмения предсказуемы, поскольку движения Земли и Луны следуют регулярным орбитальным закономерностям. Самое сложное — не знать, что произойдет затмение. Сложнее всего рассчитать, куда именно упадет тень Луны, когда произойдет каждый контакт и что увидит наблюдатель в одном месте.
Современное предсказание затмений сочетает в себе орбитальную механику, точные стандарты времени, форму Земли и неровный рельеф Луны. В результате получается местный график, достаточно точный для планирования путешествий, фотографирования, школьных наблюдений и научной работы.
Начните с орбиты Луны
Солнечное затмение может произойти только в новолуние, когда Луна находится между Землей и Солнцем. Но большинство новолуний не вызывают затмений, потому что орбита Луны наклонена примерно на пять градусов относительно орбиты Земли вокруг Солнца.
Для затмения новолуние должно произойти вблизи одного из узлов орбиты Луны, где траектория Луны пересекает плоскость орбиты Земли. Вот почему существуют сезоны затмений и почему затмения не происходят каждый месяц.
Прогнозирование начинается с расчета того, где будут находиться Солнце, Земля и Луна в данный момент и достаточно ли близко их расположение, чтобы тень Луны могла достичь Земли.
От выравнивания к теневому пути
Как только геометрия станет известна, следующим шагом будет проецирование тени Луны на Землю. Тень отмечает, где возможна тотальность. Полутень отмечает гораздо более широкую область частичного затмения. При кольцевых затмениях антумбра отмечает место, где видно огненное кольцо.
Земля – это не плоский экран. Это вращающаяся, слегка приплюснутая сфера с горами, долинами и наблюдателями на разных высотах. Путь тени меняется, когда Земля поворачивается под движущейся тенью Луны.
Вот почему карты затмений имеют изогнутые пути, а не простые прямые линии.
Что делают элементы Бесселя
Во многих расчетах солнечного затмения используются элементы Бесселя — компактный набор чисел, описывающий геометрию тени Луны относительно Земли во время затмения.
Вместо того, чтобы пересчитывать каждую деталь орбиты с нуля для каждого города, программное обеспечение может использовать эти элементы для расчета местных условий: времени контакта, звездной величины, затемнения, высоты Солнца и того, произойдет ли полное событие.
Бесселевские элементы сами по себе не составляют всего затмения. Они представляют собой точное математическое изложение, которое делает локальные вычисления практичными.
Лунный рельеф имеет значение
Край Луны не гладкий. Горы и долины вдоль лимба Луны влияют на те моменты, когда солнечный свет исчезает и возвращается. Вот почему происходят бусины Бейли и почему второй и третий контакт могут зависеть от местоположения наблюдателя.
Современные предсказания могут объяснить детальную топографию Луны. Это улучшает время точек контакта, особенно на краю пути тотальности, где секунды имеют значение.
Почему старые предсказания все еще впечатляли
Древние астрономы, особенно в Месопотамии, распознали закономерности затмений задолго до современной физики. Цикл Сароса показал, что соответствующие затмения повторяются примерно через 18 лет, 11 дней и 8 часов.
Эта закономерность сильна, но ее недостаточно для современных местных прогнозов. Сарос может сказать вам, что может произойти соответствующее затмение. Он не может дать вам точное местное время контакта для города, пляжа, горного перевала или крыши.
Что означает точность для наблюдателей
Для большинства наблюдателей за затмением точность означает знание того, находитесь ли вы на пути, когда включать или снимать фильтры, как долго длится полное затмение и насколько высоко будет находиться Солнце.
Небольшие различия имеют значение. Короткая поездка может изменить продолжительность всей поездки. Низкое солнце может привести к тому, что здание или гребень закроют обзор. Время вблизи края пути может существенно отличаться от местоположения вблизи центральной линии.
Источники и соответствующие руководства
- В документе NASA GSFC объяснение предсказаний солнечного затмения описываются эфемериды, элементы Бесселя и местные обстоятельства.
- НАСА описывает, как топография Lunar Reconnaissance Orbiter улучшает точность современных карт затмений.
- Сопутствующие руководства SolarWatch: цикл Сароса, объяснение чисел затмений, время контакта затмений и эллиптическая орбита Луны.
Посмотрите это в SolarWatch
SolarWatch использует элементы затмения и расчеты местных обстоятельств, чтобы превратить глобальное затмение в план с учетом конкретного местоположения. Откройте затмение, коснитесь точки на карте и сравните прогнозируемое время контакта, затемнение, величину, высоту Солнца и продолжительность полного затмения для этого конкретного места.