Warto przeczytać

W układach planetarnych istnieją dwa rodzaje zaćmień:

• zasłaniane jest ciało, które jest źródłem światła (np. Słońce),

• zasłaniane jest ciało, które odbija światło gwiazdy centralnej (np. zaćmienie Księżyca).

Zaćmienia Księżyca odnoszą się do drugiego z powyższych rodzajów zaćmień. Aby zrozumieć, czym są zaćmienia Księżyca, najpierw musimy rozważyć jego ruch wokół Ziemi i Słońca.

KsiężycKsiężycKsiężyc to ciało niebieskie okrążające Ziemię po eliptycznej orbicie. Wraz z Ziemią okrąża Słońce. Jest ciałem ciemnym, to znaczy nie świeci własnym światłem, podobnie jak planety i inne ciała niebieskie (poza centralną gwiazdą) w Układzie Słonecznym. Jego orbita nachylona jest do płaszczyzny ekliptyki, czyli płaszczyzny zawierającej orbitę Ziemi i Słońce, pod kątem 5,14°. Ekscentryczność orbityekscentryczność orbityEkscentryczność orbity jest niewielka, wynosi $e$ = 0,055. Oznacza to, że orbita kształtem jest bardzo zbliżona do okręgu, jej spłaszczenie jest niewielkie. Maksymalna odległość Księżyca od Ziemi w najdalszym punkcie orbity (najdalsze apogeum) wynosi 406731 km, natomiast najmniejsza w punkcie najbliższym Ziemi (najbliższe perygeum) to 364397 km. W skali astronomicznej jest to niewielka różnica, jednak dostrzegalna gołym okiem przez ziemskiego obserwatora. Obserwowana średnica Księżyca zależy od tego, w jakim punkcie swojej orbity znajduje się Księżyc.

RECJE5557GOBN

Rys. 1. Ilustracja przedstawia rysunek, na którym widoczne są orbity Ziemi i Księżyca. W centralnej części widoczna jest kula o niebieskiej krawędzi i białym wypełnieniu. Na tle białego wypełnienia widoczne są niebieskie zarysy kontynentów. Kula podpisana jest jako Ziemia. Przez środek Ziemi przechodzi pozioma, czarna i ciągła linia podpisana jako ekliptyka. Również przez środek Ziemi przechodzą dwie, przerywane i czarne linie, które są prostopadłe względem siebie. Jedna z nich jest odchylona w prawo od kierunku pionowego o dwadzieścia trzy i pięć dziesiątych stopnia. Linia ta podpisana jest jako oś obrotu Ziemi. Prostopadła względem niej jest druga przerywana i czarna linia, którą podpisano jako równik niebieski Ziemi. Przez środek Ziemi przechodzi jeszcze jedna, czarna i ciągła linia. Jest ona odchylona o pięć stopni w górę od ekliptyki. Na linii tej w lewej i górnej części ilustracji widoczna jest mniejsza od Ziemi szara kula symbolizująca Księżyc. Oś, na której widoczny jest Księżyc opisano, jako orbita Księżyca.

Zaćmieniem Księżyca nazywa się zjawisko powstające, gdy Ziemia znajduje się dokładnie na linii pomiędzy Słońcem i Księżycem w pełni, a Księżyc znajdzie się w stożku cienia Ziemi.

Pełnia Księżyca zdarza się co najmniej raz w miesiącu, kiedy widoczna z Ziemi połowa tarczy Księżyca jest całkowicie oświetlona przez Słońce. Jednak do zaćmień zachodzi znacznie rzadziej. Jest to spowodowane nachyleniem orbity Księżyca względem ekliptyki (Rys. 1.). Aby doszło do zaćmienia muszą mieć miejsce dwie sytuacje:

• pełnia Księżyca,

• Księżyc znajduje się w okolicy węzła swojej orbity.

Węzłem orbity nazywamy punkt na orbicie ciała niebieskiego, w którym ciało to, w tym przypadku Księżyc, przecina płaszczyznę ekliptyki. Jeżeli Księżyc znajduje się w dalszych częściach orbity, to nie będzie znajdował się w cieniu Ziemi.

RGJBmtptZYmNU

Rys. 2. Ilustracja przedstawia rysunek, na którym widoczny jest układ Słońca, Ziemi i Księżyca podczas zaćmienia. Słońce widoczne jest w postaci dużej, żółtej kuli po lewej stronie. Ziemia, narysowana jest jako mniejsza niebiesko‑biała kula po prawej stronie. Wokół Ziemi widoczna jest orbita Księżyca w postaci współśrodkowego do Ziemi okręgu, narysowanego czarną i przerywaną linią. Z najwyższego i najniższego punktu na Słońcu wychodzą po dwa czerwone promienie świetlne skierowane do Ziemi. Promienie są styczne do najwyższego i najniższego punktu na kuli symbolizującej Ziemię. Za Ziemią tworzy się kształt stożka symbolizujący zacieniony obszar z prawej strony Ziemi. Centrum tego stożka jest czerwone i podpisane, jako stożek cienia całkowitego. Obrzeż stożka są pomarańczowe i podpisane, jako stożek półcienia. Księżyc znajduje się w obszarze stożka cienia całkowitego.

Ziemia jest kulą o określonych rozmiarach. Słońce będące niepunktowym źródłem światła, oświetla tę kulę, przez co Ziemia rzuca cień. Obszar cienia w przestrzeni ma kształt stożka. Gdybyśmy przecięli ten obszar płaszczyzną równoległą do podstawy, to uzyskamy cień w kształcie koła. Do ciała znajdującego się w cieniu całkowitym nie docierają promienie świetlne, bo Ziemia całkowicie zakrywa Słońce. Średnica podstawy tego stożka równa jest średnicy Ziemi. Natomiast wysokość stożka zależy od odległości Ziemi od Słońca. Poza obszarem stożka cienia całkowitego istnieje obszar stożka półcienia. W tak zwanym półcieniu widać fragment tarczy Słońca, od którego docierają promienie świetlne. Obszar ten kształtem przypomina stożek ścięty, którego górna podstawa ma średnicę równą średnicy Ziemi i pokrywa się z podstawą stożka cienia całkowitego. Efekt cienia i półcienia można zauważyć w nocy obserwując swój cień lub cień dowolnego przedmiotu, oświetlonego z dwóch punktów świetlnych znajdujących się blisko siebie. Zjawisko to obrazuje Rys. 3.

R1bEgl5gFFhbW

Rys. 3. Ilustracja przedstawia zdjęcie, na którym zasymulowano Ziemię oświetlaną przez Słońce. Na zdjęciu widoczny jest niebieski blat stołu, na którym umieszczono szarą kulę. W dolnej części ilustracji widoczne są dwie lampy oświetlające kulę. Jedna z lamp jest bardziej po prawej a druga bardziej po lewej. Za oświetloną kulą widoczne są dwa obszary cienia pochodzące od dwóch źródeł światła. W centralnej części zdjęcia za kulą, gdzie oba obszary cienia nachodzą na siebie widać ciemniejsze pole. Jest to obszar całkowitego cienia.

Zaćmienia Księżyca dzieli się na trzy typy związane z przejściem Księżyca przez różne fragmenty cienia Ziemi:

• zaćmienie całkowite, gdy Księżyc przechodzi przez stożek cienia całkowitego (ang. umbra);

• zaćmienie częściowe, gdy Księżyc znajduje się częściowo w stożku cienia całkowitego, a pozostała jego część w stożku półcienia (ang. penumbra);

• zaćmienie półcieniowe, gdy Księżyc przechodzi jedynie przez stożek półcienia Ziemi (ang. penumbra), ale całkowicie poza stożkiem cienia całkowitego.

Podczas zaćmień Księżyc zmienia swój kolor. Gdy światło słoneczne przenika do atmosfery ziemskiej, warstwa gazu filtruje i załamuje część promieni świetlnych. Światło o długościach fal, którym odpowiadają kolory od zielonego do fioletowego w widmie widzialnym rozprasza się silniej niż czerwone. Fale świetlne, którym odpowiada kolor czerwony przenikają przez ziemską atmosferę. To one głównie docierają do powierzchni Księżyca. Dzięki temu obserwator na Ziemi widzi Księżyc w różnych odcieniach barwy czerwonej: od koloru rdzawobrunatnego do krwistoczerwonego.

R1embCJs3g4G0

Rys. 4. Ilustracja przedstawia grafiką, na której zaprezentowano różne sposoby załamywania się światła w atmosferze ziemskiej. W dolnej części ilustracji widoczne są cztery obrazy, na których w centralnej części widać czarną Ziemię na tle Słońca. Na lewym zdjęciu, białe Słońce widoczne jest po prawej stronie kuli Ziemskiej, a do obserwatora dociera niebieski promień świetlny z prawej strony planety. Na drugim od lewej zdjęciu widoczne jest białe Słońce blisko prawej krawędzi kuli ziemskiej. Do obserwatora docierają dwa niebieskie promienie świetlne z prawej i lewej strony Ziemi. Na drugim z prawej strony zdjęciu widoczne jest żółte Słońce na prawej krawędzi Ziemi. Do obserwatora docierają dwa pomarańczowoniebieskie promienie świetlne z prawej oraz lewej strony planety. Na prawym zdjęciu Słońce jest przesłonięte przez kulę ziemską. Do obserwatora docierają dwie wiązki światła o barwach tęczy z prawej i lewej strony Ziemi. W górnej części grafiki widoczne są trzy rysunki, na których widać w dolnej części ciemną kulę symbolizującą Ziemię a nad nią wiązki światła biegnące w górę. Rysunki widoczne są jeden obok drugiego. Wiązki światła nad Ziemią tworzą czarny stożek, po którego bokach widoczne są wiązki czerwone w pobliżu czarnego obszaru i niebieskie na obrzeżach. Czarny obszar symbolizuje obszar całkowitego cienia. Nad Ziemią znajduje się Księżyc w postaci ciemnej i mniejszej kuli. Na lewym zdjęciu Księżyc znajduje się po lewej stronie od stożka światła. Na środkowym zdjęciu Księżyc widoczny jest w obszarze niebieskich promieni, a na prawym w obszarze cienia całkowitego. Na prawym zdjęciu widoczna jest sytuacja, w której dochodzi do zaćmienia Księżyca.

Zaćmienia Księżyca zdarzają się średnio dwa razy do roku. Ponieważ samo zaćmienie jest krótkim zjawiskiem, to w danym momencie widoczne jest tylko w tych miejscach na Ziemi, gdzie akurat panuje noc.

Najbardziej spektakularnym zaćmieniem Księżyca jest moment, kiedy Księżyc jest w tak zwanej super pełni. Jest to sytuacja, kiedy Księżyc znajduje się najbliżej Ziemi w swoim ruchu po orbicie i dodatkowo jest w faziefaza Księżycafazie pełni. Takie zaćmienie zdarza się tylko kilka razy w ciągu stulecia. Zgodnie z wyliczeniami ruchów Księżyca i Ziemi najbliższe będzie miało miejsce 31 stycznia 2033 roku.

RGuwgMqzX7tNF

Rys. 5. Ilustracja przedstawia grafiką powstałą z nałożenia kilkunastu zdjęć wykonanych podczas zaćmienia Księżyca. W dolnej części grafiki widoczny jest krajobraz z niewielką, trawiastą górką podczas zachodu Słońca. W górnej części grafiki widoczne jest ciemnoniebieskie niebo. Na tle nieba widać Księżyc w kilkunastu położeniach. Księżyc widoczny jest w postaci małej pomarańczowej kuli. Położenia Księżyca układają się w linię prostą biegnącą w górę i w prawo. Im niżej nad horyzontem znajduje się Księżyc, tym jest jaśniejszy. W prawym i górnym rogu grafiki Księżyc jest ciemnopomarańczowy.

Słowniczek