Сонячне затемнення схема фізики. Чому відбувається сонячне затемнення? Явища під час Сонячного затемнення

Текст слайду: Презентація на тему: Сонячне затемненняПрезентацію підготувала: Мірабова Іра

Текст слайда: Затемнення Під час руху навколо Землі Місяць проходить перед більш далекими світилами і своїм диском може їх заслонити. Це носить загальну назву покриттів світил Місяцем. Визначення точних моментів початку та кінця покриттів має велике значення для вивчення руху Місяця та форми його диска. Найчастіше відбуваються покриття зірок, рідше трапляються покриття планет.

Текст слайду: Покриття Сонця Місяцем називаються сонячними затемненнями. Сонячне затемнення має різний вигляд для різних точок. земної поверхні. Диск Сонця повністю закритий лише спостерігача, що усередині конуса місячної тіні, максимальний діаметр якої лежить на поверхні Землі вбирається у 270 км. У цій порівняно вузькій ділянці земної поверхні, куди падає тінь від Місяця, буде видно повне сонячне затемнення (рис. 59). В областях земної поверхні, куди падає півтінь від Місяця, всередині так званого конуса місячної півтіні буде видно приватне сонячне затемнення - диск Місяця закриє лише частину сонячного диска. Чим ближче спостерігач до осі тіні, тим більша частинадиска Сонця закрита, тим більше фаза затемнення. Поза конусом півтіні видно весь диск Сонця, і ніякого затемнення не спостерігається.

Текст слайду: Так як відстань Місяця від Землі змінюється від 405500 км до 363300 км, а довжина конуса повної тіні від Місяця в середньому дорівнює 374 000 км, то вершина конуса місячної тіні іноді не доходить до поверхні Землі. У цьому випадку для спостерігача поблизу осі конуса місячної тіні сонячне затемнення буде кільцеподібним - краї сонячного диска залишаться незакритими і утворюватимуть навколо темного диска Місяця тонке блискуче кільце.

Текст слайду: У різних точках Землі сонячне затемнення настає в різний час. Внаслідок руху Місяця навколо Землі та обертання Землі навколо своєї осі тінь від Місяця переміщається по земній поверхні приблизно із заходу на схід, утворюючи смугу тіні завдовжки кілька тисяч кілометрів і шириною в середньому близько 200 км (максимальна ширина 270 км).

Текст слайду: Так як Місяць рухається із заходу на схід, то сонячне затемнення починається з західного краюсонячний диск. Спочатку на ньому з'являється шкода, що має форму дуги кола радіусу, що дорівнює радіусу диска Сонця. Потім збитки поступово зростають, і Сонце набуває форми все більш і більш вузького серпу. Коли зникне остання точка сонячного диска, настає фаза повного затемнення, яка триває лише кілька хвилин - трохи більше семи, а найчастіше дві-три хвилини. Потім темний диск Місяця поступово сходить із сонячного диска, і затемнення закінчується. Загальна тривалість всіх фаз сонячного затемнення може тривати понад дві години. Цілком очевидно, що затемнення Сонця можуть відбуватися тільки під час молодика.

Затьмарення— астрономічна ситуація, коли одне небесне тіло заступає світло від іншого небесного тіла.

Найбільш відомі місячніі сонячнізатемнення. Також існують такі явища, як проходження планет (Меркурія та Венери) диском Сонця.

Місячне затемнення

Місячне затемнення настає, коли Місяць входить у конус тіні, що відкидається Землею. Діаметр плями тіні Землі з відривом 363 000 км (мінімальна відстань Місяця від Землі) становить близько 2,5 діаметрів Місяця, тому Місяць може бути затінена цілком.

Схема місячного затемнення

У кожен момент затемнення ступінь покриття диска Місяця земною тінню виражається фазою затемнення Ф. Розмір фази визначається відстанню 0 від центру Місяця до центру тіні. В астрономічних календарях наводяться величини Ф і 0 різних моментів затемнення.

Коли Місяць під час затемнення повністю входить у тінь Землі, говорять про повному місячному затемненні, коли частково - про приватному затемненні. Двома необхідними та достатніми умовами настання місячного затемнення є повний місяць та близькість Землі до місячного вузла.

Як видно для спостерігача на Землі, на уявній небесній сфері Місяць перетинає екліптику двічі на місяць у званих позиціях вузли. Повний місяць може припасти на таку позицію, на вузол, тоді можна спостерігати місячне затемнення. (Примітка: не дотримується масштабу)

Повне затемнення

Місячне затемнення може спостерігатися на половині Землі (там, де на момент затемнення Місяць знаходиться над горизонтом). Вигляд затемненого Місяця з будь-якої точки спостереження дуже мало відрізняється від іншої точки, і однаковий. Максимальна теоретично можлива тривалість повної фази місячного затемнення становить 108 хвилин; такими були, наприклад, місячні затемнення 26 липня 1953, 16 липня 2000 року. У цьому Місяць проходить через центр земної тіні; повні місячні затемнення такого типу називають центральними, вони відрізняються від нецентральних більшою тривалістю і меншою яскравістю Місяця під час повної фази затемнення.

Під час затемнення (навіть повного) Місяць не зникає повністю, а стає темно-червоним. Цей факт пояснюється тим, що Місяць навіть у фазі повного затемнення продовжує висвітлюватись. Сонячні промені, що проходять по дотичній до земної поверхні, розсіюються в атмосфері Землі і рахунок цього розсіювання частково досягають Місяця. Оскільки земна атмосфера найбільш прозора для променів червоно-жовтогарячої частини спектру, саме ці промені більшою мірою досягають поверхні Місяця при затемненні, що пояснює забарвлення місячного диска. По суті, це той самий ефект, що й оранжево-червоне свічення неба біля горизонту (зоря) перед сходом сонця або відразу після заходу сонця. Для оцінки яскравості затемнення використовується шкала Данжона.

Спостерігач, що знаходиться на Місяці, у момент повного (або часткового, якщо він знаходиться на затіненій частині Місяця) місячного затемнення бачить повне сонячне затемнення (затемнення Сонця Землею).

Шкала Данжона використовується з метою оцінки ступеня потемніння Місяця під час повного місячного затемнення. Запропонована астрономом Андре Данжоном у результаті дослідження такого явища, як попелясте світло Місяцяколи Місяць освітлений світлом, що проходить через верхні шари земної атмосфери. Яскравість Місяця під час затемнення залежить і від того, наскільки глибоко Місяць увійшов у тінь Землі.

Два повних місячних затемнення. Відповідають 2 (ліворуч) та 4 (праворуч) за шкалою Данжона

Попелясте світло Місяця — явище, коли бачимо Місяць цілком, хоча Сонцем освітлена лише його частина. При цьому неосвітлена прямим сонячним світлом частина поверхні Місяця має характерний попелястий колір.

Попелясте світло Місяця

Спостерігається незадовго до і незабаром після молодика (на початку першої чверті та наприкінці останньої чверті фаз Місяця).

Світіння неосвітленої прямим сонячним світлом поверхні Місяця утворюється сонячним світлом, розсіяним Землею, та був вдруге відбитим Місяцем Землю. Таким чином, маршрут фотонів попелястого світла Місяця такий: Сонце → Земля → Місяць → спостерігач Землі.

Маршрут фотонів при спостереженні попелястого світла: Сонце → Земля → Місяць → Земля

Причина цього явища добре відома з часів Леонардо Да Вінчіі Михайла Местліна,

Передбачуваний Автопортрет Леонардо да Вінчі

Міхаель Мєстлін

вчителі Кеплера,вперше дали правильне пояснення попелястого світла.

Йоган Кеплер

Серп Місяця з попелястим світлом, намальований Леонардо да Вінчі в Лестерському кодексі

Вперше інструментальні порівняння яскравості попелястого світла та серпа Місяця були зроблені у 1850 році французькими астрономами. Арагоі Брехня.

Домінік Франсуа Жан Араго

Яскравий серп - частина, що безпосередньо освітлена Сонцем. Решта Місяця освітлена світлом, відбитим від Землі

Фотографічні дослідження попелястого світла Місяця у Пулківській обсерваторії, виконані Г. А. Тиховим,привели його до висновку, що Земля з Місяця має виглядати як диск блакитного кольору, що й підтвердилося в 1969 році, коли людина висадилася на Місяць.

Гавриїл Адріанович Тихов

Він вважав за важливе вести систематичні спостереження попелястого світла. Спостереження за попелястим світлом Місяця дозволяють судити про зміну клімату Землі. Інтенсивність попелястого кольору певною мірою залежить від кількості хмарності на освітленій в Наразістороні Землі; для європейської частини Росії яскраве попелясте світло, відбите від потужної циклонічної діяльності в Атлантиці, передбачає випадання опадів через 7-10 днів.

Приватне затемнення

Якщо Місяць потрапляє у повну тінь Землі лише частково, спостерігається приватне затемнення. При ньому частина Місяця є темною, а частина навіть у максимальній фазі залишається в півтіні і освітлюється сонячними променями.

Вид Місяця при місячному затемненні

Напівтіньове затемнення

Навколо конуса тіні Землі є півтінь - область простору, в якій Земля заступає Сонце лише частково. Якщо Місяць проходить область півтіні, але не входить у тінь, відбувається напівтіньове затемнення. При ньому яскравість Місяця зменшується, але трохи: таке зменшення практично непомітно неозброєним оком і фіксується тільки приладами. Лише коли Місяць у напівтіньовому затемненні проходить поблизу конуса повної тіні, при ясному небі можна побачити незначне потемніння з краю місячного диска.

Періодичність

У зв'язку з розбіжністю площин місячної та земної орбіт, далеко не кожен повний місяць супроводжується місячним затемненням, і далеко не кожне місячне затемнення - повне. Максимальна кількість місячних затемнень за рік - 3, але в деякі роки не відбувається жодного місячного затемнення. Затемнення повторюються в колишньому порядку кожні 6585⅓ днів (або 18 років 11 днів і ~8 годин - період, званий сарос); знаючи, де і коли спостерігалося повне місячне затемнення, можна точно визначити час наступних та попередніх затемнень, що добре проглядаються в цій місцевості. Ця циклічність часто допомагає точно датувати події, що описуються в історичних літописах.

Саросабо драконічний період, Що складається з 223 синодичних місяців(У середньому приблизно 6585,3213 дня або 18,03 тропічного року), після яких затемнення Місяця та Сонця приблизно повторюються в колишньому порядку.

Синодійний(Від др.-грец. σύνοδος «з'єднання, зближення») місяць- Проміжок часу між двома послідовними однаковими фазами Місяця (наприклад, новолуннями). Тривалість є непостійною; середнє значення становить 29,53058812 середньої сонячної доби (29 діб 12 годин 44 хвилини 2,8 секунди), дійсна тривалість синодичного місяця відрізняється від середнього в межах 13 годин.

Аномалістичний місяць- проміжок часу між двома послідовними проходженнями Місяця через перигей у її русі навколо Землі. Тривалість на початку 1900 року становила 27,554551 середньої сонячної доби (27 діб 13 годин 18 хвилин 33,16 секунд), зменшується на 0,095 сек за 100 років.

Цей період є наслідком того, що 223 синодичні місяці Місяця (18 календарних років і 10⅓ або 11⅓ дня, залежно від кількості високосних років у даному періоді) майже дорівнюють 242 драконічним місяцям (6585,36 ​​дня), тобто через 6585⅓ дня Місяць повертається до тієї ж сизигії та до вузла орбіти. До того ж вузлу повертається друге важливе для настання затемнення світило - Сонце - оскільки минає майже ціле число драконічних років (19, або 6585,78 дня) - періодів проходження Сонця через один і той самий вузол орбіти Місяця. Крім того, 239 аномалістичних місяцівМісяця дорівнюють 6585,54 дня, тому відповідні затемнення в кожному саросі наступають при однаковому віддаленні Місяця від Землі і мають одну і ту ж тривалість. Протягом одного сароса в середньому відбувається 41 сонячне затемнення (з них приблизно 10 – повні) та 29 місячних затемнень. Вперше передбачати місячні затемнення за допомогою сароса навчилися у стародавньому Вавилоні. Найкращі можливостідля передбачення затемнень надає період, що дорівнює потрійному саросу. екселігмос, що містить ціле число днів, який використовувався в антикітерському механізмі.

Бероз саросом називає календарний період 3600 років; менші періоди носили назви: нерос у 600 років і соссос у 60 років.

Сонячне затемнення

Найдовше сонячне затемнення відбулося 15 січня 2010 року в Південно- Східної Азіїі тривало понад 11 хвилин.

Сонячне затемнення - астрономічне явище, яке полягає в тому, що Місяць закриває (затьмарює) повністю або частково Сонце від спостерігача на Землі. Сонячне затемнення можливе тільки в молодик, коли сторона Місяця, звернена до Землі, не освітлена, і сам Місяць не видно. Затемнення можливі, тільки якщо молодик відбувається поблизу одного з двох місячних вузлів (точки перетину видимих ​​орбіт Місяця та Сонця), не далі ніж приблизно 12 градусів від одного з них.

Тінь Місяця на земній поверхні не перевищує в діаметрі 270 км, тому сонячне затемнення спостерігається лише у вузькій смузі по дорозі тіні. Оскільки Місяць звертається по еліптичній орбіті, відстань між Землею та Місяцем у момент затемнення може бути різною, відповідно, діаметр плями місячної тіні на поверхні Землі може змінюватись у широких межах від максимального до нуля (коли вершина конуса місячної тіні не досягає поверхні Землі). Якщо спостерігач перебуває у смузі тіні, він бачить повне сонячне затемненняпри якому Місяць повністю приховує Сонце, небо темніє, і на ньому можуть з'явитися планети та яскраві зірки. Навколо прихованого Місяцем сонячного диска можна спостерігати сонячну корону,яка при звичайному яскравому світлі Сонця не видно.

Витягнута форма корони під час повного сонячного затемнення 1 серпня 2008 року (близько до мінімуму між 23-м та 24-м циклами сонячної активності)

При спостереженні затемнення нерухомим наземним спостерігачем повна фаза триває трохи більше кількох хвилин. Мінімальна швидкість руху місячної тіні земною поверхнею становить трохи більше 1 км/с. Під час повного сонячного затемнення космонавти, що знаходяться на орбіті, можуть спостерігати на поверхні Землі тінь, що біжить від Місяця.

Спостерігачі, що знаходяться поблизу смуги повного затемнення, можуть бачити його як приватне сонячне затемнення. При приватному затемненні Місяць проходить по диску Сонця не точно центром, приховуючи тільки його частину. При цьому небо темніє набагато слабше, ніж за повного затемнення, зірки не з'являються. Приватне затемнення може спостерігатись на відстані близько двох тисяч кілометрів від зони повного затемнення.

Повнота сонячного затемнення також виражається фазою Φ . Максимальна фаза приватного затемнення зазвичай виявляється у сотих частках від одиниці, де 1 повна фаза затемнення. Повна фаза може бути і більше одиниці, наприклад 1,01, якщо діаметр видимого місячного диска більший за діаметр видимого сонячного диска. Приватні фази мають значення менше 1. На краю місячної півтіні фаза дорівнює 0.

Момент, коли передній/задній край диска Місяця стосується краю Сонця, називається торканням. Перший торкання - момент, коли Місяць вступає на диск Сонця (початок затемнення, його приватної фази). Останній дотик (четвертий у разі повного затемнення) - це останній момент затемнення, коли Місяць сходить з диска Сонця. У разі повного затемнення другий дотик — момент, коли передня частина Місяця, пройшовши по всьому Сонцю, починає виходити з диска. Повне сонячне затемнення відбувається між другим та третім торканнями. Через 600 мільйонів років припливне гальмування віддалить Місяць від Землі настільки, що повне сонячне затемнення стане неможливим.

Астрономічна класифікація сонячних затемнень

За астрономічною класифікацією, якщо затемнення хоча б десь на поверхні Землі може спостерігатися як повне, воно називається повним.

Схема повного сонячного затемнення

Якщо затемнення може спостерігатися тільки як приватне (таке буває, коли конус тіні Місяця проходить поблизу земної поверхні, але не стосується її), затемнення класифікується як приватне. Коли спостерігач перебуває у тіні від Місяця, він спостерігає повне сонячне затемнення. Коли він знаходиться в ділянці напівтіні, він може спостерігати приватне сонячне затемнення. Крім повних та приватних сонячних затемнень, бувають кільцеподібні затемнення.

Анімоване кільцеве затемнення

Схема кільцеподібного сонячного затемнення

Кільцеподібне затемнення відбувається, коли в момент затемнення Місяць знаходиться на більшій відстані від Землі, ніж під час повного затемнення, і конус тіні проходить над земною поверхнею, не досягаючи її. Візуально при кільцеподібному затемненні Місяць проходить диском Сонця, але виявляється менше Сонця в діаметрі, і не може приховати його повністю. У максимальній фазі затемнення Сонце закривається Місяцем, але навколо Місяця видно яскраве кільце незакритої частини сонячного диска. Небо за кільцеподібного затемнення залишається світлим, зірки не з'являються, спостерігати корону Сонця неможливо. Одне й те затемнення може бути видно в різних частинах смуги затемнення як повне або кільцеподібне. Таке затемнення іноді називають повним кільцеподібним (або гібридним).

Тінь від Місяця на землі під час затемнення, фотографія з МКС. На фото видно Кіпр і Туреччина

Частота сонячних затемнень

У рік Землі може відбуватися від 2 до 5 сонячних затемнень, у тому числі трохи більше двох — повні чи кільцеподібні. У середньому за сто років відбувається 237 сонячних затемнень, з яких 160 – приватні, 63 – повні, 14 – кільцеподібні. У певній точці земної поверхні затемнення у великій фазі відбуваються досить рідко, рідше спостерігаються повні сонячні затемнення. Так, на території Москви з XI по XVIII століття можна було спостерігати 159 сонячних затемнень з фазою більше 0,5, з яких всього 3 повних (11 серпня 1124 р., 20 березня 1140 р. і 7 червня 1415 р.). Ще одне повне сонячне затемнення відбулося 19 серпня 1887 року. Кільцеподібне затемнення можна було спостерігати у Москві 26 квітня 1827 року. Дуже сильне затемнення із фазою 0,96 сталося 9 липня 1945 року. Наступне повне сонячне затемнення очікується у Москві лише 16 жовтня 2126 року.

Згадування затемнень в історичних документах

Сонячні затемнення часто згадуються в античних джерелах. Ще більше датованих описів міститься у західноєвропейських середньовічних хроніках та анналах. Наприклад, сонячне затемнення згадано в Анналах св. Максиміна Трірського: «538 р. 16 лютого, з першої до третьої години було сонячне затемнення». Велика кількість описів сонячних затемнень з найдавніших часів міститься також у хроніках Східної Азії, насамперед у Династійних історіях Китаю, в арабських хроніках та російських літописах.

Згадування сонячних затемнень в історичних джерелах зазвичай дає можливість незалежної перевірки або уточнення хронологічної прив'язки описаних у них подій. Якщо затемнення описане у джерелі недостатньо докладно, без зазначення місця спостереження, календарної дати, часу та фази, така ідентифікація часто неоднозначна. У разі при ігноруванні тимчасової прив'язки джерела по всьому історичному інтервалі часто можна підібрати кілька можливих «кандидатів» на роль історичного затемнення, чим активно користуються деякі автори псевдоісторичних теорій.

Відкриття, зроблені завдяки сонячним затемненням

Повні сонячні затемнення дозволяють спостерігати корону та найближчі околиці Сонця, що у звичайних умовах вкрай утруднено (хоча з 1996 року астрономи отримали можливість постійно оглядати околиці нашої зірки завдяки роботі супутника SOHO(англ. SolarandHeliosphericObservatory- Сонячна і геліосферна обсерваторія).

SOHO - космічний апаратдля спостереження за Сонцем

Французький вчений П'єр Жансенпід час повного сонячного затемнення в Індії 18 серпня 1868 року вперше дослідив хромосферу Сонця та отримав спектр нового хімічного елемента

П'єр Жуль Сезар Жансен

(Щоправда, як потім з'ясувалося, цей спектр можна було отримати і не чекаючи сонячного затемнення, що й зробив на два місяці пізніше англійський астроном Норман Лок'єр). Цей елемент назвали на честь Сонця. гелієм.

У 1882 році, 17 травня, під час сонячного затемнення спостерігачами з Єгипту було помічено комету, що пролітає поблизу Сонця. Вона отримала назву Комети затемнення, хоча в неї є ще одна назва - комета Тевфіка(в честь хедиваЄгипту на той час).

Комета затемнення 1882 року(сучасне офіційне позначення: X/1882 K1) - Комета, яка була виявлена ​​спостерігачами в Єгипті під час сонячного затемнення 1882 року.Її поява була повним сюрпризом, і вона спостерігалася під час затемнення вперше і востаннє. Вона є членом сімействанавколосонячних комет Крейца (Kreutz Sungrazers), і на 4 місяці випередила появу іншого члена цього сімейства – великої вересневої комети 1882 року. Іноді її називають кометою Тевфікана честь того часу хедива Єгипту Тевфіка.

Хедів(Хедива, хедіф) (перс. - Пан, государ) - титул віце-султана Єгипту, що існував у період залежності Єгипту від Туреччини (1867-1914). Цей титул носили Ісмаїл, Тауфік та Аббас II.

Тауфік-паша

Роль затемнень у культурі та науці людства

З найдавніших часів сонячні та місячні затемнення, як і інші рідкісні астрономічні явища, такі як поява комет, сприймалися як негативні події. Люди дуже боялися затемнень, тому що вони відбуваються рідко і є незвичними і лякаючими явищами природи. У багатьох культурах затемнення вважалися провісниками нещасть і катастроф (особливо це стосувалося місячних затемнень, очевидно, через червоний затінений Місяць, що асоціювався з кров'ю). У міфології затемнення пов'язувалися з боротьбою вищих сил, одна з яких бажає порушити встановлений порядок у світі («погасити» або «з'їсти» Сонце, «вбити» або «залити кров'ю» Місяць), а інша — зберегти його. Повір'я одних народів вимагали повної тиші та бездіяльності під час затемнень, інших, навпаки, активних чаклунських дій для допомоги «світлим силам». Якоюсь мірою таке ставлення до затемнень зберігалося аж до нових часів, незважаючи на те, що механізм затемнень був уже давно вивчений та загальновідомий.

Затемнення дали багатий матеріал науці. У давнину спостереження затемнень допомагали вивчати небесну механіку та розбиратися у будові Сонячна система. Спостереження тіні Землі на Місяці дало перший «космічний» доказ факту кулястості нашої планети. Аристотель вперше вказав на те, що форма земної тіні при місячних затемненнях завжди округла, що доводить кулястість Землі. Сонячні затемнення дозволили приступити до вивчення корони Сонця, яку неможливо спостерігати у звичайний час. Під час сонячних затемнень вперше було зафіксовано явища гравітаційного викривлення ходу світлових променів поблизу значної маси, що стало одним із перших експериментальних доказів висновків загальної теорії відносності. Велику роль у вивченні внутрішніх планет Сонячної системи відіграли спостереження проходжень їх по сонячному диску. Так, Ломоносов, спостерігаючи проходження в 1761 році Венери по диску Сонця, вперше (за 30 років до Шретера і Гершеля) відкрив венеріанську атмосферу, виявивши заломлення сонячних променів при вході та виході Венери з сонячного диска.

Сонячне затемнення за допомогою МДУ

Затемнення Сонця Сатурном 15 вересня 2006 року. Фото міжпланетної станції Кассіні з відстані 2,2 млн км