Тотални слънчеви затъмнения: колко често се случват (и защо)?

Ефектът на диамантения пръстен от пълното слънчево затъмнение за 2013 г. се вижда на тази невероятна снимка от фотографа, преследващ затъмненията Бен Купър, който засне изображението от самолет на 43 000 фута на 3 ноември 2013 г. по време на рядкото хибридно годишно/пълно слънчево затъмнение.

Ефектът на диамантения пръстен от пълното слънчево затъмнение за 2013 г. се вижда на тази невероятна снимка от фотографа, преследващ затъмненията Бен Купър, който засне изображението от самолет на 43 000 фута на 3 ноември 2013 г. по време на рядкото хибридно годишно/пълно слънчево затъмнение. (Изображение кредит: Бен Купър/LaunchPhotography.com )



Популярно е погрешното схващане, че явлението пълно затъмнение на слънцето е рядко явление. Точно обратното. Приблизително веднъж на всеки 18 месеца (средно) от някакво място на земната повърхност се вижда пълно слънчево затъмнение. Това са две съвкупности за всеки три години.



Но колко често е a пълно слънчево затъмнение видими от определено място на Земята? Това е съвсем друга история.

Как работят слънчевите затъмнения: Когато луната покрива слънцето, наблюдателите на небето се радват на възможността да видят рядък спектакъл. Вижте как се случват слънчевите затъмнения в тази инфографика на demokratija.eu.



Как работят слънчевите затъмнения: Когато луната покрива слънцето, наблюдателите на небето се радват на възможността да видят рядък спектакъл. Вижте как се случват слънчевите затъмнения в тази инфографика на demokratija.eu.(Изображение кредит: Карл Тейт, сътрудник на demokratija.eu)

Сенчестите детайли на слънчевото затъмнение

Средно дължината на лунната сянка при новолуние е 233 100 мили (373 530 км), а разстоянието на Луната до земната повърхност е средно 234 900 мили (378 030 км). Това означава, че когато Луната премине директно пред Слънцето, лунният диск ще изглежда малко по -малък от диска на Слънцето, а наблюдателите на небето ще станат свидетели на това, което е известно като пръстеновидно затъмнение, с ослепителен пръстен от слънчева светлина, който все още се вижда около лунен силует.



Разбира се, настъпват пълни слънчеви затъмнения, тъй като разстоянието на новолунието може да варира между 217 730 мили (350 400 км) и 247 930 мили (399 000 км) от земната повърхност, поради елиптичната орбита на Луната.

Така че сега, нека се върнем към първоначалния ни въпрос: Колко често може да се види пълно затъмнение от определена точка на земната повърхност?

Наука за предсказване



Предсказването на детайлите на слънчевото затъмнение изисква не само доста добра представа за движенията на слънцето и луна, но също и точно разстояние до Луната и точни географски координати. Грубите определения на обстоятелствата на затъмнение станаха възможни след работата на Клавдий Птолемей (около 150 г. от н.е.), а диаграми на затъмненото слънце са открити в средновековните ръкописи и в първите книги, отпечатани за астрономията.

От разстоянието до Луната варира, ширината на пътя на съвкупността се различава от едно затъмнение до друго. Тази ширина ще се промени дори по време на едно затъмнение, тъй като различните части на Земята лежат на различни разстояния от Луната, а също и поради геометрични ефекти, тъй като сянката пада под наклонен ъгъл върху земната повърхност.

При изчисляване на слънчево затъмнение, една от първите стъпки е да се определи отношението на сянката към „фундаменталната равнина“, която преминава през центъра на Земята и е перпендикулярна на линията луна-слънце. Пътят на оста на сянката през тази равнина е практически права линия. Именно от тази специална геометрия трябва да се разработи пресечната точка на конуса на тъмната сянка на Луната с въртящия се сфероид на нашата Земя, като се използват дълги процедури в тригонометрията. Най-меко казано, тези фактори могат да направят изчисленията доста сложни (въпреки че съвременните високоскоростни компютри могат без усилие да смачкат числата, което значително улеснява задачата).

В техния класически учебник „Астрономия“ (Бостън, 1926), авторите H.N. Russell, R.S. Dugan и J.Q. Стюарт отбеляза, че:

„Тъй като следата на слънчево затъмнение е много тесен път над земната повърхност, със средна ширина само 60 или 70 мили, откриваме, че в дългосрочен план пълно затъмнение се случва на всяка дадена станция само веднъж на около 360 години.“

Съвсем наскоро Жан Меус от Белгия, чийто специален интерес е сферичната и математическата астрономия, преизчисли тази цифра статистически на микрокомпютър HP-85 и установи, че средната честота за пълно затъмнение на Слънцето за всяка точка на земната повърхност е веднъж за 375 години. Стойност, която е много близка до цифрата, до която са стигнали Ръсел, Дюган и Стюарт.

Свързани: Невероятни снимки на слънчево затъмнение

Без да се проследяват тези изчисления, може би има друг начин да се провери валидността на тези отговори. В таблицата по -долу е даден списък на 25 града. Двадесет и три са в Северна Америка, плюс още две: Хонолулу, на хавайския остров Оаху, и Хамилтън, столицата на Бермудите. Използвайки две компютърни програми, предназначени да сканират през вековете за затъмнения, първо потърсих датата на най -новото пълно слънчево затъмнение, което се виждаше от всеки град, след което потърсих датата, когато ще се случи следващото пълно затъмнение за този град.

Но първо трябва да се подчертае, че почти четиривековното чакане е просто статистическа средна стойност. Всъщност, за много по -кратък период от време, пътищата на различни затъмнения понякога могат да се пресичат над определено място, така че в някои случаи чакането може изобщо да не е толкова дълго. Всъщност един участък от 40 мили от атлантическото крайбрежие на Ангола, северно от Лобито, претърпява пълно слънчево затъмнение на 21 юни 2001 г. и е третиран с друг на 4 декември 2002 г., след по-малко от 18 месеца!

От друга страна, както наскоро откри Мей, някои петна по повърхността на Земята може да не видят пълно слънчево затъмнение в продължение на 36 века („... макар това да е изключително рядко“, отбелязва той).

В нашия списък с 25 избрани града, колко близо бихме стигнали до изчислената средна честота от почти 400 години между пълните затъмнения?

Ето списъка:

Една звездичка (*) означава, че или северната, или южната граница на сенката на Луната пасе само определен град; само част от тази столична област ще види пълно затъмнение, докато другата част ще види частично затъмнение. Двойна звездичка (**) показва дата, когато вече несъществуващият юлиански календар е в сила.

Средният брой години между затъмненията се оказа близо 534 години. Като се има предвид сравнително малкото ни проучване на 25 града, това е доста близо до правилото веднъж на почти четири века.

Неуспешна възможност

Всички ние, които се наслаждаваме на слънчевите затъмнения, трябва да сме длъжни на онези астрономи, които са били пионери в тези обширни изчисления; иначе нямаше да знаем къде точно да се позиционираме за голямото събитие. Пруският астроном Фридрих Бесел въвежда група математически формули през 1824 г. (сега наричани „Беселиски елементи“), които значително опростяват изчисляването на положението на Слънцето, Луната и Земята.

Свързани: Първото в света телевизионно слънчево затъмнение

Жалко е, че процедурите на Бесел не са били достъпни в края на 18 век, когато Самюъл Уилямс, професор в Харвард, ръководи експедиция до залива Пенобскот, Мейн, за да наблюдава пълното слънчево затъмнение на 27 октомври 1780 г. Както се оказа навън, това затъмнение се случи по време на Войната за независимост и заливът Пенобскот лежеше зад вражеските линии. За щастие, британците предоставиха на експедицията безопасно преминаване, като се позоваха на интереса на науката над политическите различия.

И все пак в крайна сметка всичко беше напразно.

Уилямс очевидно е направил фатална грешка в своите изчисления (или е използвал лоша карта) и по невнимание е разположил хората си в Ислесборо -извън пътя на тоталността- вероятно ще откриете това с тежко сърце, когато намаляващият полумесец на слънчевата светлина се плъзна изцяло около тъмния ръб на Луната и започна да се сгъстява!

ВНИМАНИЕ:Никога не гледайте директно слънцето по време на затъмнение с телескоп или с невъоръжено око; може да се стигне до тежко увреждане на очите. (Учените използват специални филтри за безопасно гледане на слънцето.)

Бележка на редактора:Ако направите невероятна снимка на 2 юли 2019 г. пълно слънчево затъмнение , можете да изпращате снимки, коментари и вашето име и местоположение до управляващия редактор Tariq Malik на адрес spacephotos@demokratija.eu .

Джо Рао служи като инструктор и гост -лектор в Нюйоркския планетариум Хейдън. Той пише за астрономията за списание Natural History, Farm's Almanac и други публикации, а също така е метеоролог на камера за News 12 Westchester, NY Следвайте ни @Spacedotcom , Facebook и Google+ . Оригинална статия на demokratija.eu .