Całkowite zaćmienie Słońca – transmisja ze Spitsbergenu online - Artykuły naukowe

Pierwszego dnia astronomicznej wiosny, w najbliższy piątek 20 marca będzie miało miejsce zaćmienie Słońca widoczne z obszaru Polski jako zaćmienie częściowe. Księżyc w niektórych miejscach Polski zasłoni aż 75% powierzchni tarczy słonecznej (na północy kraju). Im dalej na południe Polski, tym mniejsza część tarczy słonecznej będzie zasłonięta. W górach Księżyc zasłoni około 60% tarczy słonecznej.

Jak to się dzieje, że mały Księżyc może zasłonić ogromne Słońce?

Zaćmienia Słońca należą do spektakularnych, ale dość rzadkich zjawisk przyrody. Wiążą się z ruchem Księżyca wokół Słońca. Gdyby Ziemia i Księżyc poruszały się w jednej płaszczyźnie zaćmienie Słońca następowałoby w każdym nowiu, czyli co miesiąc, a zaćmienie Księżyca w czasie każdej pełni, czyli także co miesiąc. Księżyc nie porusza się jednak w płaszczyźnie orbity Ziemi, lecz w płaszczyźnie nachylonej do niej pod kątem 5,2°. Zatem zaćmienie Słońca następuje tylko wtedy, gdy Księżyc w nowiu znajdzie się w płaszczyźnie orbity Ziemi, co nie zdarza się już tak bardzo często. Ważne są jeszcze odległości Słońce–Księżyc–Ziemia i rozmiary tych ciał niebieskich. Słońce jest 400 razy większe od Księżyca.

Jak to możliwe, że mały Księżyc zasłania ogromne Słońce? Otóż – jak napisali słowaccy astronomowie, Eduard Pittich i Dušan Kalmančok w książce „Niebo na dłoni” – zaćmienie Słońca zawdzięczamy godnemu podziwu zbiegowi okoliczności, który niekiedy występuje w przyrodzie. Mimo że średnica Słońca jest 400 razy większa od średnicy Księżyca oba ciała widzimy na niebie jednakowo duże. Słońce znajduje się dokładnie tyle razy dalej niż Księżyc, ile razy jest większe od Księżyca. W ten sposób mniejszy Księżyc może zasłonić większe Słońce.

Ryc. 1. Geometryczne warunki zaćmień Słońca i Księżyca. Rys. Dušan Kalmančok. Źródło: Pittich E., Kalmančok D, Niebo na dłoni, Wiedza Powszechna, 1988.

Ze względu na to, że orbity Słońca i Księżyca nie są okręgami rozmiary kątowe tych obiektów na niebie zmieniają się wraz ze zmianą odległości tych ciał od nas (od Ziemi), co wpływa na zaćmienia, a przede wszystkim na ich rodzaje.

Rodzaje zaćmień Słońca:

Zaćmienie całkowite następuje wtedy, gdy Księżyc znajduje się nieco bliżej niż średnia odległość Ziemia–Księżyc i Księżyc zakrywa wówczas tarczę Słońca całkowicie (inaczej mówiąc stożek cienia księżycowego dotyka powierzchni Ziemi).
Zaćmienie obrączkowe jest wtedy, gdy w czasie całkowitego zaćmienia Słońca Księżyc znajduje się nieco dalej niż średnia odległość Ziemia–Księżyc, wówczas Księżyc nie zakrywa Słońca całkowicie i Słońce jest wówczas widoczne zza Księżyca w postaci świecącego pierścienia. Stożek cienia księżycowego w czasie takiego zaćmienia nie dotyka powierzchni Ziemi.
Zaćmienie hybrydowe – to połączenie zaćmienia całkowitego i obrączkowego – wtedy, gdy stożek cienia Księżyca dotyka powierzchni Ziemi tylko w środkowej fazie zaćmienia; wówczas w niektórych miejscach zaćmienie Słońca jest widoczne jako obrączkowe, a w innych jako całkowite.
Zaćmienie częściowe – występuje wtedy, gdy z żadnego miejsca na Ziemi nie można zaobserwować zaćmienia całkowitego lub obrączkowego, a Ziemia znajduje się tylko w półcieniu Księżyca. Przy czym należy pamiętać, że każde zaćmienie całkowite i obrączkowe jest zaćmieniem częściowym dla obszarów sąsiadujących z pasem powierzchni Ziemi, na której zaćmienie jest widoczne jako całkowite, a znajdujących się w półcieniu Księżyca. W czasie piątkowego zaćmienia Słońca pas całkowitego zaćmienia (patrz ryc. 3 – pas obwiedziony ciemnoniebieską linią) będzie przebiegał przez północny Atlantyk (patrz niżej), a Polska i inne obszary aż po Saharę będą znajdowały się w półcieniu, czyli w obszarze częściowego zaćmienia Słońca (ryc. 3 – obszary w zasięgu jasnoniebieskich linii).

Ryc. 2. Trzy typy zaćmień Słońca – od lewej: częściowe, pierścieniowe, całkowite. Rys. Guritxu, źródło: http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Solar_eclipse#/media/File:Eclipses_Solares.png

Cechy zaćmienia Słońca:

Cień Księżyca przemieszcza się po powierzchni Ziemi z zachodu na wschód z prędkością około 0,6 km/s, co jest wynikiem ruchu Ziemi wokół Słońca i ruchu Księżyca wokół Ziemi.
Obszary, przez które przechodzi cień nazywane są pasem zaćmienia całkowitego (pasem całkowitości). Szerokość tego pasa w najkorzystniejszych warunkach geometrycznych nie przekracza 270 km szerokości.
Zaćmienie Słońca trwa najdłużej w środku tego pasa – do 7,5 minuty w jednym miejscu.
Czas, w którym Księżyc rzuca cień na powierzchnię Ziemi jest nie dłuższy niż 6 godzin.
W pasie o szerokości kilku tysięcy kilometrów z obu stron pasa zaćmienia całkowitego jest obserwowane częściowe zaćmienie Słońca.

W danym miejscu na Ziemi całkowite zaćmienia Słońca są zjawiskami niezwykle rzadkimi. Ostatnie całkowite zaćmienie Słońca nad Polską (w rejonie Suwałk) było obserwowane 30 czerwca 1954 roku, kolejne zdarzy się 13 lipca 2075 roku (i będzie to zaćmienie obrączkowe), a następne – 7 października 2135 roku (całkowite zaćmienie Słońca).

O której godzinie 20 marca wybrać się na obserwacje zaćmienia Słońca?

Warto zobaczyć w piątek zaćmienie Słońca. Będzie ono należało do dosyć długich – maksymalny czas trwania fazy całkowitej dla obserwatora na Ziemi będzie wynosił prawie 3 minuty. Czas fazy maksymalnej (czas, w którym stożek cienia Księżyca będzie zasłaniał jakąś część powierzchni Ziemi) będzie oczywiście o wiele dłuższy – będzie trwał od godziny 10.10 do godziny 12.21.

Ryc. 3. Schemat zaćmienia Słońca 20 marca 2015 roku. Z pasa obwiedzionego ciemnoniebieską linią zaćmienie Słońca będzie widoczne jako zaćmienie całkowite. Z obszaru w zasięgu jasnoniebieskich linii będzie można oglądać częściowe zaćmienie Słońca. Źródło: NASA, http://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEplot/SEplot2001/SE2015Mar20T.GIF

O 10.10 zaćmienie rozpocznie się w północnej części Oceanu Atlantyckiego, około 500 km od południowego krańca Grenlandii, a o 12.21 zakończy się na biegunie północnym. Tego dnia na biegunie północnym, ze względu na to, że 20 marca 2015 roku przypada dzień równonocy, Słońce pojawi się pierwszy raz w tym roku na linii horyzontu.

Ryc. 4. Pas całkowitego zaćmienia Słońca 20 marca 2015 roku. Źródło: NASA - http://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEgoogle/SEgoogle2001/SE2015Mar20Tgoogle.html

Obserwacje w Polsce można rozpocząć przed godziną 10 a zakończyć około południa, faza maksymalna jest poprzedzona bowiem zaćmieniem częściowym, w czasie którego Księżyc coraz bardziej zasłania tarczę słoneczną. I tak dla poszczególnych miast Polski przebieg zaćmienia jest następujący (za Almanachem astronomicznym – www.urania.edu.pl):

Gdańsk – początek zaćmienia 9.47, godzina maksymalnego zaćmienia 10.56, koniec zaćmienia 12.06, wysokość Słońca nad horyzontem 34°
Kraków – początek zaćmienia 9.44, godzina maksymalnego zaćmienia 10.53, koniec zaćmienia 12.04, wysokość Słońca nad horyzontem 38°
Szczecin – początek zaćmienia 9.41, godzina maksymalnego zaćmienia 10.50, koniec zaćmienia 12.01, wysokość Słońca nad horyzontem 34°
Wrocław – początek zaćmienia 9.41, godzina maksymalnego zaćmienia 10.50, koniec zaćmienia 12.01, wysokość Słońca nad horyzontem 37°
Warszawa – początek zaćmienia 9.47, godzina maksymalnego zaćmienia 10.57, koniec zaćmienia 12.07, wysokość Słońca nad horyzontem 36°

Kiedy wcześniej zdarzały się nad Polską zaćmienia Słońca, kiedy znowu nastąpią?

Tak głębokie zaćmienia nie zdarzają się bardzo często – poprzednie duże zaćmienia Słońca nad Polską miały miejsce na przykład 11 sierpnia 1999 roku (100% tarczy słonecznej zasłonięte m.in. na Węgrzech, w Polsce – ponad 90%) i 31 maja 2003, 3 października 2005 roku (100% tarczy słonecznej zasłonięte m.in. w Hiszpanii i w Libii, w Polsce zasłonięte około 40% tarczy słonecznej), 01 sierpnia 2008 roku (całkowite zaćmienie m.in. nad Rosją i Mongolią, w Polsce zasłonięte około 30% tarczy słonecznej), 4 stycznia 2011 roku (zaćmienie częściowe, ale nad Polską aż do ponad tarcza słoneczna była zasłonięta aż w 70%).

Następne zaćmienie nad Polską będzie miało miejsce dopiero za 6 lat – 10 czerwca 2021 roku, ale tarcza słoneczna będzie przesłonięta tylko w około 20%, a kolejne – 25 października 2022 roku i też nie będzie tak duże jak tegoroczne (tarcza słoneczna będzie zasłonięta w około 50%). Oba wymienione zaćmienia będą zaćmieniami częściowymi (to znaczy, że nigdzie na powierzchni Ziemi w tych dniach Księżyc nie przysłoni Słońca w 100%).

Na kolejne całkowite zaćmienie Słońca, widoczne w Europie, w tym w Polsce trzeba będzie czekać aż 11 lat do 12 sierpnia 2026 roku.

Jak przebiega całkowite zaćmienie Słońca?

Zaćmienie całkowite, jak już wspomniano wcześniej, zaczyna się od zaćmienia częściowego, Księżyc coraz bardziej zaczyna zasłaniać Słońce. W momencie, gdy Księżyc zasłoni całą tarczę słoneczną zmienia się natężenie światła. Ściemnia się oraz spada temperatura. W czasie zaciemnienia całkowitego niebo jest ciemne i świecą na nim jasne gwiazdy. Wówczas wokół ciemnego koła Księżyca nasuniętego na Słońce widać stalowoniebieską koronę. Po kilku minutach zza Księżyca wyłania się jasno świecący brzeg Słońca, półmrok ustępuje, temperatura wzrasta.

Całkowite zaćmienie Słońca wywołuje niepokój w świecie zwierząt. Ludzie poświęcali mu uwagę od najdawniejszych czasów. Astronomowie starożytni umieli przewidywać zaćmienia Słońca. Obecnie obliczenia czasu trwania zaćmienia, szerokości pasa zaćmień całkowitych są bardzo dokładne, a mapy i schematy każdego zaćmienia z osobna oraz mapy zaćmień z wieloleci od 1900 do 2100 roku są dostępne na stronie NASA (ang. National Aeronautics and Space Administration, pol. Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej) http://eclipse.gsfc.nasa.gov/eclipse.html (w załączeniu kilka map zaćmień całkowitych i obrączkowych).

Zapraszamy na transmisję online z całkowitego zaćmienia Słońca ze Spitsbergenu

W pasie tegorocznego całkowitego zaćmienia Słońca znajdują się m.in. Wyspy Owcze i Archipelagu Svalbard, do którego należy wyspa Spitsbergen. Tam właśnie znajduje się Polska Stacja Polarna Hornsund, skąd na żywo poprzez platfortmę EDUSCIENCE będzie przesyłany obraz nieba z zaćmieniem Słońca.

Podgląd zjawiska całkowitego zaćmienia Słońca na Spitsbergenie w dniu 20 marca (piątek) na żywo możliwy będzie po wejściu na stronę http://platforma.eduscience.pl/ i zalogowaniu się, a następnie wybraniu transmisji pt. „Zaćmienie Słońca w Polskiej Stacji Polarnej na Spitsbergenie”. Początek obserwacji o godz. 10:00.

Jeśli wybierzecie się ze swoimi nauczycielami na oglądanie zaćmienia Słońca na żywo, zabierzcie specjalną folię mylarową (dostępną w sklepach fotograficznych), okulary do spawania lub szybki do maski spawalniczej (powyżej 12 DIN, dostępne np. w sklepach z odzieżą ochronną). Do obserwacji Słońca, ze względu na ryzyko uszkodzenia wzroku, nie nadają się zwykłe okulary przeciwsłoneczne, płyty CD, klisze rentgenowskie, ani zadymione szkiełka.

Jeśli zostaniecie w szkole, skorzystajcie z niepowtarzalnej okazji oglądania zaćmienia Słońca na żywo ze Spitsbergenu – jeszcze raz zapraszamy na naszą transmisję z Polskiej Stacji Polarnej Hornsund im. Stanisława Siedleckiego.

Tekst: Anna Ostrowska

Redakcja EDUSCIENCE

Bibliografia:

Pittich E., Kalamančok D., 1988, tłum. Kleiner J.M, 1988, Niebo na dłoni, Wiedza powszechna.

Ściężor T., 2014, Almanach astronomiczny na rok 2015, PTA, Warszawa.

NASA: http://eclipse.gsfc.nasa.gov/eclipse.html