Затмения возникают, когда Солнце, Луна и Земля оказываются в пространстве на одной прямой. Если Луна оказывается между нашей планетой и Солнцем, ее тень проецируется на земную поверхность, закрывая днем видимость Солнца. И наоборот, если Земля оказывается между Солнцем и Луной, наш спутник попадает в конусообразную тень, отбрасываемую Землей, а сам становится темным.
СОЛНЕЧНЫЕ ЗАТМЕНИЯ В ДРЕВНОСТИ. История затмений древности — это история человечества. В мифах и рассказах, дошедших до нас, говорится о тайне погасшего Солнца. Вероятно, и сама астрономия развивалась из-за желания предсказывать лунные и солнечные затмения. Можно себе представить, какой славой пользовались в прошлом те астрономы, которые, анализируя данные, накопившиеся за столетие, могли заметить их регулярную повторяемость, на первый взгляд незаметную, и предсказать следующее затмение. Историк Геродот с некоторой иронией рассказывает о затмении, которое напугало Серсея, когда он собирался атаковать греков в 480 году до н. э. Плутарх придавал в своих сочинениях большое значение затмениям. Многочисленные персонажи «Сравнительных жизнеописаний» рождаются, умирают, совершают подвиги в соответствии с солнечными и лунными затмениями. Для древних астрономов солнечные затмения в отсутствие искусственных спутников давали единственную возможность изучать солнечную поверхность, в том числе корону, которая становилась заменой во время затмений.
СОЛНЕЧНЫЕ ЗАТМЕНИЯ. Рассмотрим случай солнечного затмения. Как и все прочие непрозрачные тела, Луна «перехватывает» часть солнечных лучей, которые достигают ее поверхности. Если бы мы могли расположить позади освещаемой Солнцем Луны гигантский лист бумаги, мы бы увидели на нем темный круг, то есть тень от Луны. Наблюдателю, находящемуся в таком темном круге, не будет видно Солнце.Но полная тень от Луны на листе будет окружена полутенью, возникающей от Солнца, частично видимого из-за диска Луны.Если заменить гипотетический лист Землей, в зоне тени будет видно полное солнечное затмение, тогда как в зоне полутени можно будет наблюдать частичное затмение. Так как Луна обращается вокруг Земли, зона тени все время смещается, и это объясняет, почему солнечные затмения продолжаются всего лишь несколько минут. Скорость движения Луны по орбите в сочетании с вращением Земли вокруг собственной оси приводит к тому, что лунный диск смещается в небе под углом в 0,5° (то есть на расстояние, равное его диаметру) примерно за час. Особый случай солнечного затмения - затмения большой фазы. Центральная часть солнечного диска, закрытая нашим спутником, становится невидимой, а вокруг образуется блестящее кольцо.
Вверху: схема солнечного затмения. Внизу: солнечная корона, хорошо просматриваемая во время полного солнечного затмения ЧАСТОТА ЗАТМЕНИЙ. Так как солнечные затмения происходят, когда Луна и Солнце, как мы уже говорили, оказываются на одной прямой, можно было бы ожидать солнечных затмений во время каждого новолуния. Но в действительности этого не случается. Почему? И почему иногда мы наблюдаем полное затмение, а иногда частичное? Ответ на первый вопрос такой: лунная орбита не лежит в той же плоскости, что и орбита, по которой Земля обращается вокруг Солнца, а отклоняется на 5° по отношению к ней. Когда Луна и Солнце находятся с одной стороны от Земли, наш спутник может оказываться немного «выше» или немного «ниже» по отношению к Солнцу, а конусообразная лунная тень не закрывает Землю. В этом случае мы не можем наблюдать затмение с нашей планеты, но его видно из космоса. Ответ на второй вопрос сложнее. Солнце и Луна почти одинакового видимого размера. То есть Луна может почти полностью закрывать солнечный диск, образуя на земной поверхности «ограниченную» зону тени. Таким образом, объясняется, почему только в некоторых районах можно видеть полное затмение, а в прилегающих областях, в зоне полутени, будет видно только частичное затмение.Причина, по которой иногда бывает частичное затмение, заключается в том, что земная и лунная орбиты не круглые, а эллипсоидные, и расстояние между Солнцем и Землей и Землей и Луной хотя и чуть-чуть, но меняется, как меняются и видимые с Земли диаметры этих двух небесных тел.Если затмение случается, когда Земля находится в точке, относительно близкой к Солнцу, а Луна — относительно далеко от Земли, лунный диск не настолько большой, чтобы полностью закрыть солнечный. И наоборот, если Земля достаточно далеко от Солнца, а Луна достаточно близко от Земли, наш спутник затмевает нашу звезду полностью, и тогда бывает полное затмение.
ЛУННЫЕ ЗАТМЕНИЯ. Происходят в случае расположения Земли между Луной и Солнцем. Так как Земля имеет очень большие размеры по сравнению с лунными, проецируемая конусообразная тень тоже большая и может полностью закрыть Луну. Попав в конусообразную тень от Земли, Луна исчезает из нашей видимости, и происходит затмение. Но и в этом случае не в каждое полнолуние, то есть когда Луна и Солнце находятся в противоположной стороне от Земли, случается затмение, что связано с наклоном лунной орбиты по отношению к земной. Исходя из этой особенности лунной орбиты, можно понять и почему лунное затмение может быть частичным. Луна только частично оказывается в тени от Земли или даже в полутени, когда лунный диск попадает только в зону полутени от Земли. Когда случается лунное затмение, его видно только в тех зонах на Земле, где в этот момент должен быть виден наш спутник. Луна никогда не исчезает полностью, но ее свечение заглушается. Это любопытное явление связано с тем, что солнечные лучи, преломляясь в земной атмосфере, отклоняются, а поэтому становится возможной частичная освещенность в зонах, оказавшихся в тени. Так как длина волны соответствует красному цвету, можно проследить ее путь вблизи от земной тени до Луны, которую она освещает, поэтому во время полного затмения Луна кажется красноватой.
Вверху: характерная красноватая окраска Луны во время затмения. Внизу: схема лунного затмения САРОС. Интерес к затмениям побуждал человека с древних времен изучать цикличность этого явления. В отношении Луны нетрудно установить закономерность, которая бы позволила предсказывать затмения хотя бы приблизительно. Внимательно наблюдая, можно установить, что лунные затмения происходят с частотой раз в 5—6 месяцев.Промежуток времени между двумя затмениями называется сарос, его можно вычислить с большой точностью благодаря цикличности явления. Такой период соответствует 223 лунным месяцам (6585,32 сут, около 1 8 лет), а продолжительность лунного месяца составляет приблизительно 29,5 сут.Вычисление же солнечных затмений гораздо сложнее. Поскольку солнечное затмение — явление локальное, его не видно со всей поверхности Земли, и расчет зависит от точных координат Луны на небесном своде. Но несмотря на это, уже в древности человек умел предсказывать солнечные затмения. Например, Фалес предсказал полное затмение, происшедшее в 585 году до н. э.
ДРУГИЕ ЗАТМЕНИЯ. Затмения происходят не только в системе Луна —Земля— Солнце, они случаются с большим количеством небесных тел как в самой Солнечной системе, так и за ее пределами.Характерный пример — затмения спутников Юпитера, на основе изучения которых производились первые вычисления скорости света.Другой интересный случай — когда одна звезда оказывается на орбите другой звезды, плоскость которой проходит через место наблюдения. В этом случае две звезды периодически оказываются одна перед другой, затмевая при этом свет оказавшейся сзади «товарки». Так возникает затменность звезд.Вверху: частичное затмение. Внизу: фотография, на которой показаны различные фазы Солнца.
