Solförmörkelser är förutsägbara eftersom jordens och månens rörelser följer regelbundna omloppsmönster. Det svåra är att inte veta att en förmörkelse kommer att hända. Det svåra är att beräkna exakt var månens skugga kommer att falla, när varje kontakt inträffar och vad en observatör på en plats kommer att se.
Modern förmörkelseförutsägelse kombinerar orbital mekanik, exakta tidsstandarder, jordens form och månens ojämna terräng. Resultatet är ett lokalt schema tillräckligt noggrant för reseplanering, fotografering, skolobservationer och vetenskapligt arbete.
Börja med månens bana
En solförmörkelse kan bara inträffa vid nymåne, när månen är mellan jorden och solen. Men de flesta nymånar skapar inga förmörkelser eftersom månens bana lutar cirka fem grader i förhållande till jordens bana runt solen.
En förmörkelse kräver att nymånen inträffar nära en av månens orbitalnoder, där månens bana korsar planet för jordens omloppsbana. Det är därför det finns förmörkelsesäsonger och varför förmörkelser inte inträffar varje månad.
Förutsägelse börjar med att beräkna var solen, jorden och månen kommer att vara vid en given tidpunkt och om deras inriktning är tillräckligt nära för att månens skugga ska nå jorden.
Från justering till skuggbana
När geometrin väl är känd är nästa steg att projicera månens skugga på jorden. Umbra markerar var helheten är möjlig. Penumbra markerar den mycket bredare delen av partiell förmörkelse. För ringformiga förmörkelser markerar antumbra var eldringen är synlig.
Jorden är inte en platt skärm. Det är en roterande, något tillplattad sfär med berg, dalar och observatörer på olika höjder. Skuggbanan ändras när jorden vänder sig under den rörliga månskuggan.
Det är därför förmörkelsekartor har krökta banor snarare än enkla raka linjer.
Vad besseliska element gör
Många solförmörkelseberäkningar använder besseliska element, en kompakt uppsättning siffror som beskriver månens skuggas geometri relativt jorden nära tidpunkten för en förmörkelse.
Istället för att räkna om varje omloppsdetalj från början för varje stad, kan programvaran använda dessa element för att beräkna lokala omständigheter: kontakttider, magnitud, förmörkelse, solhöjd och om helheten inträffar.
Besseliska element är inte hela förmörkelsen av sig själva. De är en exakt matematisk sammanfattning som gör lokala beräkningar praktiska.
Månterräng spelar roll
Månens kant är inte slät. Berg och dalar längs månens lem påverkar de exakta ögonblicken när solljuset försvinner och återvänder. Det är därför Bailys pärlor inträffar och varför andra och tredje kontakt kan bero på observatörens plats.
Moderna förutsägelser kan redogöra för detaljerad måntopografi. Det förbättrar tidpunkten för kontaktpunkter, särskilt nära kanten av helhetens väg där sekunder spelar roll.
Varför gamla förutsägelser fortfarande var imponerande
Forntida astronomer, särskilt i Mesopotamien, kände igen förmörkelsemönster långt före modern fysik. Saros-cykeln visade att relaterade förmörkelser upprepas efter cirka 18 år, 11 dagar och 8 timmar.
Det mönstret är kraftfullt, men det räcker inte för modern lokal förutsägelse. Saros kan berätta att en relaterad förmörkelse kan inträffa. Det kan inte ge dig exakta lokala kontakttider för en stad, strand, bergspass eller tak.
Vad exakthet betyder för observatörer
För de flesta förmörkelseskådare betyder noggrannhet att veta om du är inne på vägen, när du ska sätta på eller ta bort dem, hur länge helheten varar och hur hög solen kommer att stå.
Små skillnader spelar roll. En kort biltur kan ändra hela varaktigheten. En låg sol kan få en byggnad eller ås att blockera sikten. En plats nära vägkanten kan ha en dramatisk annan tidpunkt än en nära mittlinjen.
Källor och relaterade guider
- NASA GSFC:s förklaring av solförmörkelseförutsägelser beskriver efemerider, besseliska element och lokala omständigheter.
- NASA beskriver hur Lunar Reconnaissance Orbiter-topografin förbättrar moderna förmörkelsekartas noggrannhet.
- Relaterade SolarWatch-guider: Saros-cykeln, förmörkelsetal förklarade, kontakttider för förmörkelse och Månens elliptiska bana.
Se det i SolarWatch
SolarWatch använder solförmörkelseelement och lokala omständighetsberäkningar för att förvandla en global förmörkelse till en platsspecifik plan. Öppna en förmörkelse, tryck på en punkt på kartan och jämför de förutsedda kontakttiderna, förmörkelsen, magnituden, solhöjden och totaltiden för den exakta platsen.