Solformørkelsesdiagram fysik. Hvorfor opstår en solformørkelse? Fænomener under en solformørkelse

Slidetekst: Præsentation om emnet: Solformørkelse Præsentation udarbejdet af: Mirabova Ira

Slidetekst: Eclipse Når Månen bevæger sig rundt om Jorden, passerer Månen foran fjernere lyskilder og kan med sin skive skjule dem. Dette fænomen kaldes generelt Månens okkultering af armaturer. At bestemme de nøjagtige øjeblikke for begyndelsen og slutningen af ​​okkultationerne er af stor betydning for at studere Månens bevægelse og formen på dens skive. Okkultationer af stjerner forekommer oftest; okkultationer af planeter forekommer sjældnere.

Slidetekst: Okkultationer af Solen ved Månen kaldes solformørkelser. En solformørkelse ser anderledes ud på forskellige punkter. jordens overflade. Solskiven vil kun være fuldstændig lukket for en observatør placeret inde i måneskyggens kegle, hvis maksimale diameter på jordens overflade ikke overstiger 270 km. I dette relativt smalle område af jordens overflade, hvor Månens skygge falder, vil en total solformørkelse være synlig (fig. 59). I områder af jordoverfladen, hvor Månens halvskive falder, vil en delvis solformørkelse være synlig inde i den såkaldte kegle af månehalvskyv - Månens skive vil kun dække en del af solskiven. Jo tættere observatøren er på skyggens akse, er mest af Solskiven er lukket, jo større formørkelsesfasen er. Uden for penumbrakeglen er hele Solens skive synlig, og der observeres ingen formørkelse.

Slidetekst: Da Månens afstand fra Jorden varierer fra 405.500 km til 363.300 km, og længden af ​​fuldskyggekeglen fra Månen i gennemsnit er 374.000 km, når spidsen af ​​månens skyggekegle nogle gange ikke Jordens overflade. I dette tilfælde vil solformørkelsen for en observatør nær måneskyggekeglens akse være ringformet - solskivens kanter vil forblive afdækkede og vil danne en tynd skinnende ring omkring Månens mørke skive.

Slidetekst: På forskellige steder på Jorden indtræffer en solformørkelse kl anden tid. På grund af Månens bevægelse rundt om Jorden og Jordens rotation omkring dens akse, bevæger Månens skygge sig langs Jordens overflade omtrent fra vest til øst og danner en skyggestribe flere tusinde kilometer lang og en gennemsnitlig bredde på ca. 200 km (maksimal bredde 270 km).

Slidetekst: Da Månen bevæger sig fra vest til øst, begynder en solformørkelse med vestkanten sol disk. For det første opstår der skade på den i form af en cirkelbue med en radius svarende til solskivens radius. Så øges skaden gradvist, og Solen tager form af en smallere og smallere halvmåne. Når det sidste punkt på solskiven forsvinder, begynder den totale formørkelsesfase, som kun varer et par minutter – ikke mere end syv og oftest to-tre minutter. Så forlader Månens mørke skive gradvist solskiven, og formørkelsen slutter. Den samlede varighed af alle faser af en solformørkelse kan vare over to timer. Det er klart, at solformørkelser kun kan forekomme under nymånen.

Formørkelse- en astronomisk situation, hvor et himmellegeme blokerer lyset fra et andet himmellegeme.

Mest berømte måne Og solenergi formørkelser. Der er også sådanne fænomener som passagen af ​​planeter (Merkur og Venus) hen over Solens skive.

Måneformørkelse

En måneformørkelse opstår, når Månen går ind i keglen af ​​den skygge, som Jorden kaster. Diameteren af ​​Jordens skyggeplet i en afstand af 363.000 km (Månens mindste afstand fra Jorden) er omkring 2,5 gange Månens diameter, så hele Månen kan være tilsløret.

Måneformørkelsesdiagram

I hvert øjeblik af formørkelsen er graden af ​​dækning af Månens skive af jordskyggen udtrykt ved formørkelsesfasen F. Fasens størrelse bestemmes af afstanden 0 fra Månens centrum til skyggens centrum . Astronomiske kalendere giver værdierne Ф og 0 for forskellige øjeblikke af formørkelsen.

Når Månen går helt ind i Jordens skygge under en formørkelse, siges den at være det total måneformørkelse, når delvist - om delvis formørkelse. To nødvendige og tilstrækkelige betingelser for forekomsten af ​​en måneformørkelse er fuldmånen og jordens nærhed til måneknude.

Som det kan ses for en observatør på Jorden, krydser Månen på den imaginære himmelsfære ekliptika to gange om måneden i positioner kaldet noder. Fuldmånen kan falde på en sådan position, på en knude, så kan en måneformørkelse observeres. (Bemærk: ikke i skala)

Fuld formørkelse

En måneformørkelse kan observeres over halvdelen af ​​Jordens territorium (hvor Månen er over horisonten på tidspunktet for formørkelsen). Udseendet af den formørkede Måne fra ethvert observationspunkt adskiller sig ubetydeligt fra et andet punkt og er det samme. Den maksimalt teoretisk mulige varighed af den samlede fase af en måneformørkelse er 108 minutter; Det var for eksempel måneformørkelserne den 26. juli 1953 og den 16. juli 2000. I dette tilfælde passerer Månen gennem midten af ​​jordens skygge; totale måneformørkelser af denne type kaldes central, adskiller de sig fra de ikke-centrale i Månens længere varighed og lavere lysstyrke under den samlede fase af formørkelsen.

Under en formørkelse (selv en total) forsvinder Månen ikke helt, men bliver mørkerød. Denne kendsgerning forklares af det faktum, at Månen fortsætter med at blive oplyst selv i fasen med total formørkelse. Solens stråler, der passerer tangentielt til jordens overflade, er spredt i jordens atmosfære og på grund af denne spredning når de delvist til månen. Da jordens atmosfære er mest gennemsigtig for stråler fra den rød-orange del af spektret, er det disse stråler, der i højere grad når Månens overflade under en formørkelse, hvilket forklarer farven på måneskiven. I bund og grund er dette den samme effekt som himlens orangerøde skær nær horisonten (daggry) før solopgang eller lige efter solnedgang. For at vurdere lysstyrken af ​​en formørkelse bruges den Danjon skala.

En observatør, der befinder sig på Månen, i øjeblikket af en total (eller delvis, hvis han er på den skyggefulde del af Månen) måneformørkelse ser en total solformørkelse (solformørkelse af Jorden).

Danjon skala bruges til at estimere graden af ​​mørklægning af Månen under en total måneformørkelse. Foreslået af astronomen Andre Danjon som et resultat af forskning i et sådant fænomen som asket måneskin når Månen oplyses af lys, der passerer gennem de øverste lag af Jordens atmosfære. Månens lysstyrke under en formørkelse afhænger også af, hvor dybt Månen trådte ind i jordens skygge.

To totale måneformørkelser. Svarende til 2 (venstre) og 4 (højre) på Danjon-skalaen

Ask måneskin - et fænomen, når vi ser hele Månen, selvom kun en del af den er oplyst af Solen. Samtidig har den del af Månens overflade, der ikke er oplyst af direkte sollys, en karakteristisk askefarvet farve.

Ask måneskin

Det observeres kort før og kort efter nymånen (i begyndelsen af ​​den første fjerdedel og i slutningen af ​​den sidste fjerdedel af månefaserne).

Gløden fra Månens overflade, der ikke er oplyst af direkte sollys, dannes af sollys spredt af Jorden og reflekteres derefter igen af ​​Månen til Jorden. Således er ruten for fotoner af Månens aske lys som følger: Sol → Jorden → Månen → observatør på Jorden.

Fotonrute ved observation af asket lys: Solen → Jorden → Månen → Jorden

Årsagen til dette fænomen har været velkendt siden Leonardo Da Vinci Og Mikhail Mestlin,

Påstået selvportræt af Leonardo da Vinci

Michael Möstlin

lærere Kepler, som for første gang gav den rigtige forklaring på det aske lys.

Johannes Kepler

Halvmånen med asket lys, tegnet af Leonardo da Vinci i Codex Leicester

De første instrumentelle sammenligninger af lysstyrken af ​​det aske lys og den halvmåne blev foretaget i 1850 af franske astronomer Arago Og Lozhie.

Dominique Francois Jean Arago

Den lyse halvmåne er den del, der er direkte oplyst af Solen. Resten af ​​Månen er oplyst af lys reflekteret fra Jorden

Der er udført fotografiske undersøgelser af Månens askelys ved Pulkovo-observatoriet G.A. Tikhov, førte ham til den konklusion, at Jorden fra Månen skulle ligne en blålig skive, hvilket blev bekræftet i 1969, da mennesket landede på Månen.

Gabriel Adrianovich Tikhov

Han anså det for vigtigt at foretage systematiske observationer af det aske lys. Observationer af Månens askelys giver os mulighed for at bedømme ændringen i Jordens klima. Intensiteten af ​​den askefarve afhænger til en vis grad af mængden af ​​skydække på den aktuelt oplyste side af Jorden; For den europæiske del af Rusland forudsiger skarpt askelys reflekteret fra kraftig cyklonaktivitet i Atlanterhavet nedbør om 7-10 dage.

Delvis formørkelse

Hvis Månen kun delvist falder ind i Jordens totale skygge, observeres det delvis formørkelse. Med den er en del af Månen mørk, og en del, selv i sin maksimale fase, forbliver i delvis skygge og oplyses af solens stråler.

Udsigt over månen under en måneformørkelse

Penumbral formørkelse

Omkring keglen af ​​Jordens skygge er der en halvskrå - et område af rummet, hvor Jorden kun delvist skjuler Solen. Hvis Månen passerer gennem penumbra-området, men ikke kommer ind i skyggen, sker det penumbral formørkelse. Med det falder Månens lysstyrke, men kun lidt: et sådant fald er næsten umærkeligt for det blotte øje og registreres kun af instrumenter. Kun når Månen i en penumbral formørkelse passerer nær keglen af ​​total skygge, kan en let mørkfarvning ved den ene kant af måneskiven bemærkes på en klar himmel.

Periodicitet

På grund af uoverensstemmelsen mellem månens og jordens baner er ikke hver fuldmåne ledsaget af en måneformørkelse, og ikke hver måneformørkelse er en total. Det maksimale antal måneformørkelser om året er 3, men i nogle år er der ikke en eneste måneformørkelse. Formørkelser gentages i samme rækkefølge hver 6585⅓ dag (eller 18 år 11 dage og ~8 timer - en periode kaldet saros); Ved at vide, hvor og hvornår en total måneformørkelse blev observeret, kan du nøjagtigt bestemme tidspunktet for efterfølgende og tidligere formørkelser, der er tydeligt synlige i dette område. Denne cyklikalitet hjælper ofte til nøjagtigt at datere begivenheder beskrevet i historiske optegnelser.

Saros eller drakonisk periode, bestående af 223 synodiske måneder(gennemsnit på ca. 6585,3213 dage eller 18,03 tropiske år), hvorefter Måne- og Solformørkelserne omtrent gentages i samme rækkefølge.

Synodisk(fra oldgræsk σύνοδος "forbindelse, tilnærmelse") måned- tidsrummet mellem to på hinanden følgende identiske faser af Månen (f.eks. nymåner). Varighed er variabel; gennemsnitsværdien er 29,53058812 gennemsnitlige soldage (29 dage 12 timer 44 minutter 2,8 sekunder), den faktiske varighed af den synodiske måned afviger fra gennemsnittet inden for 13 timer.

Anomalistisk måned- tidsrummet mellem to på hinanden følgende passager af Månen gennem perigeum i dens bevægelse rundt om Jorden. Varigheden i begyndelsen af ​​1900 var 27,554551 gennemsnitlige soldage (27 dage 13 timer 18 minutter 33,16 sekunder), faldende med 0,095 sekunder pr. 100 år.

Denne periode er en konsekvens af, at Månens 223 synodiske måneder (18 kalenderår og 10⅓ eller 11⅓ dage, afhængigt af antallet af skudår i en given periode) er næsten lig med 242 drakoniske måneder (6585,36 ​​dage), det vil sige, efter 6585⅓ dage vender Månen tilbage til den samme syzygy og til orbitalknuden. Den anden lyskilde, der er vigtig for begyndelsen af ​​formørkelsen - Solen - vender tilbage til den samme knude, da der går næsten et helt antal drakoniske år (19 eller 6585,78 dage) - perioderne for Solens passage gennem den samme knude på Månens kredsløb. Derudover 239 anomalistiske måneder Månerne er 6585,54 dage lange, så de tilsvarende formørkelser i hver Saros forekommer i samme afstand af Månen fra Jorden og har samme varighed. Under en Saros forekommer der i gennemsnit 41 solformørkelser (hvoraf cirka 10 er i alt) og 29 måneformørkelser. De lærte først at forudsige måneformørkelser ved hjælp af saros i det gamle Babylon. Bedste funktioner til at forudsige formørkelser giver det en periode svarende til tredobbelt Saros - exeligmos, indeholdende et helt antal dage, som blev brugt i Antikythera-mekanismen.

Berosus kalder en kalenderperiode på 3600 år for en saros; mindre perioder blev kaldt: neros på 600 år og sosos på 60 år.

Solformørkelse

Den længste solformørkelse fandt sted den 15. januar 2010 i Syd øst Asien og varede mere end 11 minutter.

En solformørkelse er et astronomisk fænomen, hvor Månen dækker (formørker) hele eller en del af Solen fra en observatør på Jorden. En solformørkelse er kun mulig under en nymåne, når den side af Månen, der vender mod Jorden, ikke er oplyst, og Månen selv ikke er synlig. Formørkelser er kun mulige, hvis nymånen opstår i nærheden af ​​en af ​​de to måneknuder (det punkt, hvor Månens og Solens synlige baner skærer hinanden), ikke mere end omkring 12 grader fra en af ​​dem.

Månens skygge på jordens overflade overstiger ikke 270 km i diameter, så en solformørkelse observeres kun i en smal stribe langs skyggens bane. Da Månen drejer i en elliptisk bane, kan afstanden mellem Jorden og Månen på tidspunktet for en formørkelse være anderledes; derfor kan diameteren af ​​månens skyggeplet på Jordens overflade variere meget fra maksimum til nul (når toppen af ​​månens skyggekegle når ikke jordens overflade). Hvis observatøren er i skyggebåndet, ser han total solformørkelse hvor Månen fuldstændig skjuler Solen, himlen bliver mørkere, og planeter og klare stjerner kan dukke op på den. Omkring solskiven skjult af Månen kan du observere sol corona, som ikke er synlig i Solens normale skarpe lys.

Aflang koronaform under den totale solformørkelse den 1. august 2008 (tæt på minimum mellem solcyklusser 23 og 24)

Når en formørkelse observeres af en stationær jordbaseret observatør, varer den samlede fase ikke mere end et par minutter. Måneskyggens mindste bevægelseshastighed på jordens overflade er lidt over 1 km/s. Under en total solformørkelse kan astronauter i kredsløb observere Månens løbende skygge på Jordens overflade.

Observatører tæt på den totale formørkelse kan se det som delvis solformørkelse. Under en delvis formørkelse passerer Månen hen over Solens skive, ikke ligefrem i centrum, og skjuler kun en del af den. Samtidig bliver himlen meget mindre mørkere end ved en total formørkelse, og stjernerne dukker ikke op. En delvis formørkelse kan observeres i en afstand af omkring to tusinde kilometer fra den totale formørkelseszone.

Helheden af ​​en solformørkelse udtrykkes også af fasen Φ . Den maksimale fase af en delvis formørkelse er normalt udtrykt i hundrededele af enhed, hvor 1 er den samlede fase af formørkelsen. Den samlede fase kan være større end en, for eksempel 1,01, hvis diameteren af ​​den synlige måneskive er større end diameteren af ​​den synlige solskive. Delfaser har en værdi mindre end 1. Ved kanten af ​​månens penumbra er fasen 0.

Øjeblikket, hvor for-/bagkanten af ​​Månens skive rører Solens kant, kaldes røre ved. Den første berøring er det øjeblik, hvor Månen går ind i Solens skive (begyndelsen af ​​en formørkelse, dens delvise fase). Den sidste berøring (den fjerde i tilfælde af en total formørkelse) er det sidste øjeblik af formørkelsen, når Månen forlader Solens skive. I tilfælde af en total formørkelse er den anden berøring det øjeblik, hvor Månens front, efter at have passeret hele Solen, begynder at dukke op fra skiven. En total solformørkelse opstår mellem anden og tredje berøring. Om 600 millioner år vil tidevandsbremsning flytte Månen så langt væk fra Jorden, at en total solformørkelse bliver umulig.

Astronomisk klassificering af solformørkelser

Ifølge astronomisk klassifikation, hvis en formørkelse i det mindste et sted på jordens overflade kan observeres som total, kaldes det fuld.

Diagram af en total solformørkelse

Hvis en formørkelse kun kan observeres som en delvis formørkelse (dette sker, når keglen af ​​månens skygge passerer tæt på jordens overflade, men ikke rører den), klassificeres formørkelsen som privat. Når en observatør er i månens skygge, observerer han en total solformørkelse. Når han er i penumbra-regionen, kan han observere en delvis solformørkelse. Ud over totale og delvise solformørkelser er der ringformede formørkelser.

Animeret ringformørkelse

Diagram af en ringformet solformørkelse

En ringformet formørkelse opstår, når Månen på tidspunktet for formørkelsen er længere væk fra Jorden end under en total formørkelse, og skyggens kegle passerer over Jordens overflade uden at nå den. Visuelt passerer Månen under en ringformet formørkelse hen over Solens skive, men den viser sig at være mindre i diameter end Solen og kan ikke skjule den helt. I den maksimale fase af formørkelsen er Solen dækket af Månen, men omkring Månen er en lys ring af den udækkede del af solskiven synlig. Under en ringformet formørkelse forbliver himlen lys, stjerner vises ikke, og det er umuligt at observere solkoronaen. Den samme formørkelse kan være synlig i forskellige dele af formørkelsesbåndet som total eller ringformet. Denne type formørkelse kaldes undertiden en total ringformet (eller hybrid) formørkelse.

Månens skygge på Jorden under en formørkelse, fotografi fra ISS. Billedet viser Cypern og Türkiye

Hyppigheden af ​​solformørkelser

Fra 2 til 5 solformørkelser kan forekomme på Jorden om året, hvoraf ikke mere end to er totale eller ringformede. I gennemsnit forekommer 237 solformørkelser pr. hundrede år, hvoraf 160 er partielle, 63 er totale, 14 er ringformede. På et bestemt tidspunkt på jordens overflade forekommer formørkelser i en stor fase ret sjældent, og totale solformørkelser observeres endnu sjældnere. På Moskvas territorium fra det 11. til det 18. århundrede kunne der således observeres 159 solformørkelser med en fase større end 0,5, hvoraf kun 3 var i alt (11. august 1124, 20. marts 1140 og 7. juni 1415 ). En anden total solformørkelse fandt sted den 19. august 1887. En ringformet formørkelse kunne observeres i Moskva den 26. april 1827. En meget stærk formørkelse med en fase på 0,96 indtraf den 9. juli 1945. Den næste totale solformørkelse forventes først i Moskva den 16. oktober 2126.

Omtale af formørkelser i historiske dokumenter

Solformørkelser er ofte nævnt i gamle kilder. Et endnu større antal daterede beskrivelser er indeholdt i vesteuropæiske middelalderkrøniker og annaler. For eksempel er en solformørkelse nævnt i Annals of St. Maximin af Trier: "538 16. februar, fra den første til den tredje time var der en solformørkelse." En lang række beskrivelser af solformørkelser fra oldtiden er også indeholdt i Østasiens krøniker, primært i Kinas dynastiske historier, i arabiske krøniker og russiske krøniker.

Omtaler af solformørkelser i historiske kilder giver normalt mulighed for uafhængig verifikation eller afklaring af det kronologiske forhold mellem begivenhederne beskrevet i dem. Hvis formørkelsen er beskrevet i kilden i utilstrækkelig detaljering, uden at angive observationsstedet, kalenderdato, tidspunkt og fase, er en sådan identifikation ofte tvetydig. I sådanne tilfælde, når man ignorerer kildens timing over hele det historiske interval, er det ofte muligt at vælge flere mulige "kandidater" til rollen som en historisk formørkelse, som bruges aktivt af nogle forfattere af pseudohistoriske teorier.

Opdagelser gjort takket være solformørkelser

Totale solformørkelser gør det muligt at observere koronaen og Solens umiddelbare omgivelser, hvilket er ekstremt vanskeligt under normale forhold (selvom siden 1996 har astronomer været i stand til konstant at observere vores stjernes omgivelser takket være arbejdet SOHO satellit(Engelsk) SolarogHeliosfæriskObservatorium- sol- og heliosfærisk observatorium).

SOHO - rumfartøj for at observere Solen

fransk videnskabsmand Pierre Jansen Under en total solformørkelse i Indien den 18. august 1868 udforskede han først Solens kromosfære og opnåede spektret af et nyt kemisk grundstof

Pierre Jules César Jansen

(selvom, som det viste sig senere, kunne dette spektrum opnås uden at vente på en solformørkelse, hvilket blev udført to måneder senere af den engelske astronom Norman Lockyer). Dette element blev opkaldt efter Solen - helium.

I 1882, den 17. maj, under en solformørkelse, bemærkede observatører fra Egypten en komet, der fløj nær Solen. Hun fik navnet Eclipse kometer selvom det har et andet navn - kometen Tewfik(til ære for Khedive Egypten på det tidspunkt).

1882 Eclipse Comet(moderne officiel betegnelse: X/1882 K1) er en komet, der blev opdaget af observatører i Egypten under en solformørkelse i 1882.Hendes udseende var en komplet overraskelse, og hun blev observeret under en formørkelse for første og sidste gang. Hun er medlem af familiencircumsolar kometer Kreutz Sungrazers, og var 4 måneder forud for et andet medlem af denne familie - den store septemberkomet i 1882. Nogle gange bliver hun kaldt kometen Tewfik til ære for Khedive i Egypten på det tidspunkt Tevfika.

Khedive(khedive, khedif) (persisk - herre, suveræn) - titlen på Egyptens vice-sultan, som eksisterede i perioden med Egyptens afhængighed af Tyrkiet (1867-1914). Denne titel blev holdt af Ismail, Tawfik og Abbas II.

Taufik Pasha

Formørkelsernes rolle i menneskehedens kultur og videnskab

Siden oldtiden er sol- og måneformørkelser, ligesom andre sjældne astronomiske fænomener som forekomsten af ​​kometer, blevet opfattet som negative begivenheder. Folk var meget bange for formørkelser, da de forekommer sjældent og er usædvanlige og skræmmende naturfænomener. I mange kulturer blev formørkelser betragtet som varsler om ulykke og katastrofe (især måneformørkelser, tilsyneladende på grund af den røde farve på den skyggefulde måne, som var forbundet med blod). I mytologien var formørkelser forbundet med højere magters kamp, ​​hvoraf den ene ønsker at forstyrre den etablerede orden i verden ("slukke" eller "spise" Solen, "dræbe" eller "gennembløde" Månen med blod), og den anden vil bevare den. Nogle folkeslags tro krævede fuldstændig stilhed og passivitet under formørkelser, mens andre tværtimod krævede aktiv hekseri for at hjælpe "lyskræfterne". Til en vis grad holdt denne holdning til formørkelser ved indtil moderne tid, på trods af at mekanismen for formørkelser længe var blevet undersøgt og generelt kendt.

Formørkelser har givet rigt materiale til videnskaben. I oldtiden hjalp observationer af formørkelser til at studere himmelmekanik og forstå strukturen af solsystem. Observationen af ​​Jordens skygge på Månen gav det første "kosmiske" bevis på, at vores planet er sfærisk. Aristoteles var den første til at påpege, at formen af ​​jordens skygge under måneformørkelser altid er rund, hvilket beviser Jordens sfæriskhed. Solformørkelser gjorde det muligt at begynde at studere Solens korona, som ikke kan observeres i normale tider. Under solformørkelser blev fænomenerne med gravitationel krumning af lysstråler nær en betydelig masse først registreret, hvilket blev et af de første eksperimentelle beviser for konklusionerne fra den generelle relativitetsteori. Observationer af deres passager over solskiven spillede en stor rolle i studiet af solsystemets indre planeter. Således opdagede Lomonosov, der observerede Venus' passage hen over Solens skive i 1761, for første gang (30 år før Schröter og Herschel) den venusiske atmosfære og opdagede solstrålernes brydning, når Venus går ind og ud af solskiven.

Solformørkelse med hjælp fra Moscow State University

Solformørkelse af Saturn den 15. september 2006. Foto af Cassini interplanetariske station fra en afstand af 2,2 millioner km