Zaćmienia Słońca i Księżyca

Jednym z typów zjawisk wyjaśnionych za sprawą rozwoju astronomii są zaćmienia, które polegają na tym, że oświetlane ciało niebieskie rzuca cień na inne. Obserwator ziemski może odnotować dwa rodzaje tego zjawiska – zaćmienie Słońca oraz zaćmienie Księżyca. W obydwu przypadkach udział biorą trzy elementy, tj. źródło światła, czyli gwiazda centralna Układu Słonecznego, oraz dwa komponenty zasłaniające – Ziemia i jej naturalny satelita. Określenie dokładnego wariantu zaćmienia zależy od rozmiarów kątowych obserwowanych ciał, a także od tego, czy posiadają one atmosferę. Słońce i Księżyc monitorowane z Ziemi przyjmują zbliżone rozmiary kątowe (około 0,5°). Ma to związek z tym, że Srebrny Glob jest około 400 razy mniejszy od Słońca i znajduje się około 400 razy bliżej Ziemi, a co za tym idzie - wspomniane ciała niebieskie mogą pokrywać się w ponad 100%, tworząc przy tym zaćmienie całkowite.

Zaćmienia Słońca

Charakter zaćmienia Słońca zależy od odległości położenia Księżyca względem Ziemi oraz Ziemi względem Słońca podczas ustawienia wszystkich trzech ciał niebieskich w linii prostej. Sprawia to, że tarcza Słońca przysłaniana jest w różnym procencie, a cień rzucany przez Srebrny Glob przyjmuje różne wielkości. Zaćmienie Słońca zachodzi jedynie podczas trwania nowiu, gdy Księżyc jest położony między Ziemią i Gwiazdą Dzienną w linii prostej. Zjawisko to nie występuje podczas każdego nowiu. Aby Zaćmienie Słońca miało miejsce, orbita Ziemi musi zostać przecięta przez orbitę Księżyca.

R19H9gxzwAWBU

Schemat przedstawia zaćmienie Słońca. Na pierwszym obrazku po prawej stronie jest Słońce, po lewej Ziemia, a po jej lewej stronie Księżyc. Połowa kuli ziemskiej od strony Słońca jest zacieniona. Od dwóch wierzchołków Słońca poprowadzono linie przerywane przechodzące przez wierzchołki kuli ziemskiej. Linie te nie stykają się z Księżycem. Drugi obrazek różni się położeniem Księżyca - znajduje się on dokładnie w prostej linii pomiędzy Ziemią a Słońcem. Linie przerywane poprowadzone od wierzchołków Słońca przechodzą przez jego wierzchołki i stykają się w punkcie leżącym w połowie kuli ziemskiej. Punkt ten to miejsce obserwacji zaćmienia Słońca. Linie przerywane przechodzą również przez wierzchołki kuli ziemskiej.

Zaćmienia Księżyca

Zjawisko zaćmienia Księżyca zachodzi podczas przemieszczania się Księżyca w obrębie stożków cienia rzucanego przez Ziemię. W celu zrozumienia pojęcia zaćmienia częściowego oraz całkowitego Księżyca należy najpierw wyjaśnić, czym jest stożek półcienia oraz stożek cienia całkowitego. Stożkiem półcienia nazywamy miejsce geometrycznych punktów, z których można zaobserwować jedynie fragment Słońca, ponieważ reszta ciała jest zasłonięta przez Ziemię. Stożek cienia całkowitego  to miejsce geometryczne tych punktów, które znajdują się po przeciwległej stronie Ziemi niż Słońce. Słońce w tych punktach jest całkowicie niewidoczne.

RZkHHbGaaggy9

Ilustracja prezentuje zaćmienie Księżyca. Po prawej stronie znajduje się Słońce - jest większe do Ziemi, która na ilustracji jest po lewej stronie. Po lewej stronie kuli ziemskiej na przerywanym okręgu znajduje się Księżyc. Połowa kuli ziemskiej od strony Słońca jest ciemniejsza. Od wierzchołków Słońca poprowadzono cztery linie przerywane - dwie na górze, dwie na dole. Linie przerywane przecinają się w dwóch trzecich odległości od Słońca i stykają się na wierzchołkach kuli ziemskiej. Po lewej stronie Ziemi powstają dwa trójkątne cienie - jeden trójkąt biegnie od wierzchołków w lewo, gdzie ma wierzchołek. To stożek półcienia. Drugi trójkąt skierowany jest w przeciwną stronę - jego podstawa przechodzi przez wierzchołek stożka półcienia. Kieruje się wierzchołkiem w stronę kuli ziemskiej - to stożek cienia całkowitego.

Fazy Księżyca

Księżyc jest około 400 razy mniejszy od Słońca, którego światło odbija. Jego powierzchnia wynosi 3,793×10Indeks górny 7⁷ km² i składa się głównie z jasnoszarych skał, dzięki czemu jest on bardzo dobrze widoczny na ciemnym nieboskłonie. Barwa widoczna na tarczy Księżyca zależy od długości fal promieniowania elektromagnetycznego. Mogą być to odcienie pomarańczu/czerwieni (Krwawy Księżyc) oraz srebra/bieli (stąd określenie Srebrny Glob).

Średnica Księżyca obserwowanego z Ziemi sięga przeciętnie od kilku do kilkunastu centymetrów, dzieje się tak za sprawą odległości, której średnia wartość wynosi około 384 400 km, co w skali kosmosu jest niewielkim dystansem. Kształtem Księżyc może przypominać rogal lub talerz. Satelita może być też całkowicie zaciemniony i ukrywać się na nocnym niebie. Sylwetka Księżyca przeobraża się wraz ze zmianą jego pozycji na orbicie, wydzielając jego fazy, wśród których głównymi są:

RB0NY2TDPaqyP

Ilustracja przedstawia niebieską kulę. Kula znajduje się w centralnym miejscu ilustracji. Wokół niej jest okrąg, na którym dookoła znajdują się szare kulki - to różne położenia Księżyca. Księżyce ponumerowano od 1 do 8. Poruszają się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Po prawej stronie ilustracji są poziome paski tego samego koloru.

R13XtXuOIqns5

Ilustracja przedstawia następujące po sobie fazy Księżyca obserwowane z północnej półkuli Ziemi. Na ilustracji w poziomym rzędzie znajduje się osiem kul. Różnią się stopniem oświetlenia. Pierwsza kula, po lewej stronie, jest ciemna, druga jest po prawej stronie nieznacznie oświetlona - oświetlenie tworzy kształt rogala, trzecia kula ma oświetloną prawą połowę, czwarta jest niemal cała oświetlona, z wyjątkiem ciemnego rogala po lewej stronie. Piąta kula jest całkowicie oświetlona. Szósta prawie cała jasna z wyjątkiem wąskiego rogala po prawej stronie. Siódma ma oświetloną lewą połowę, ósma ma jasną lewą stronę w kształcie wąskiego rogala.

RUabtUXqJhtZF

Ilustracja przedstawia następujące po sobie fazy Księżyca obserwowane z południowej półkuli Ziemi. Na ilustracji w poziomym rzędzie znajduje się osiem kul. Różnią się stopniem oświetlenia. Pierwsza kula, po lewej stronie, jest ciemna, druga jest po lewej stronie nieznacznie oświetlona - oświetlenie tworzy kształt rogala, trzecia kula ma oświetloną lewą połowę, czwarta jest niemal cała oświetlona, z wyjątkiem ciemnego rogala po prawej stronie. Piąta kula jest całkowicie oświetlona. Szósta prawie cała jasna z wyjątkiem wąskiego, ciemnego rogala po lewej stronie. Siódma ma oświetloną prawą połowę, ósma ma jasną prawą stronę w kształcie wąskiego rogala.

Ruch obiegowy wykonywany przez Księżyc względem Ziemi jest zsynchronizowany z jego rotacją wokół własnej osi, co oznacza, że jest on obrócony do niebieskiej planety zawsze tą samą stroną. Nie jest to jednak jednoznaczne z możliwością rejestrowania jedynie połowy ziemskiego satelity. Dzięki zjawisku libracji ziemski obserwator jest w stanie dostrzec aż 59% księżycowej powierzchni.

Pływy – skutek odziaływanie Księżyca i Słońca

Pływy to okresowe i regularne ruchy wód oceanicznych, które polegają na wznoszeniu i opadaniu poziomu morza. Cykliczny wzrost poziomu od najniższego położenia do najwyższego nazywamy przypływem, a zjawisko odwrotne - odpływem. Długość trwania tych zjawisk nazywamy odpowiednio czasem trwania przypływu i czasem trwania odpływu.

RO6OKFUQ1D6AG

Dwa zdjęcie obok siebie ukazują zmianę, która zaszła w zatoce. Na zdjęciu po lewej stronie niewielka łódka jest zacumowana przy pomoście, na którym stoją liczne skrzynie. Na pierwszym planie jest kamienisty brzeg. Na zdjęciu po prawej stronie ta sama łódka stoi w tym samym miejscu przy pomoście, ale nie unosi się na wodzie, tylko stoi na kamienistym podłożu. W oddali widać ziemię zamiast wody. Woda się cofnęła.

Bezpośrednią przyczyną powstawania pływów jest oddziaływanie grawitacyjne Księżyca i Słońca na Ziemię, a także ich wzajemne położenie. Pod względem fizycznym wpływ ciał niebieskich na siebie można zrozumieć za pomocą prawa powszechnego ciążenia: F oznacza siłę oddziaływania, m to masa ciała, r to odległość między nimi, a G to stała grawitacji.

$F=G\frac{m_1\times m_2}{r^2}$

RaANZOgj6rkQj

Ilustracja przedstawia sposób formowania pływów przez siły grawitacyjne Księżyca i siłę odśrodkową. Po prawej stronie ilustracji jest Księżyc. Strzałkami skierowanymi w górę i w dół zaznaczono krążenie Księżyca wokół Ziemi. Po lewej stronie ilustracji jest kula ziemska z Amerykami. Na północy kuli ziemskiej zaznaczono odpływ, na wschodzie przypływ. Pomiędzy Księżycem a Ziemią, za pomocą strzałki skierowanej w dwie strony, zachodzi przyciąganie wód oceanicznych przez siłę ciężkości Księżyca. Ziemia i Księżyc są umieszczone na tle gwieździstego nieba.

Na powyższej grafice przedstawiono sposób formowania pływów przez siły grawitacyjne Księżyca i siłę odśrodkową wywołaną obrotem Ziemi wokół środka ciężkości układu Ziemia–ciało niebieskie, która działa na naszą planetę. Księżyc przyciąga Ziemię najsilniej w zenicie, słabiej w centrum planety, zaś najsłabiej - po przeciwnej stronie – w nadirze. Siła odśrodkowa Ziemi wynika z ruchu układu Ziemia‑Księżyc. Efektem podanych sił jest mocniejsze przyciąganie powierzchni oceanów po stronie bliżej Księżyca, tam pływy będą największe. Po drugiej stronie Ziemi Księżyc mocniej przyciąga skorupę niż oceany, gdyż te są od niego dalej, więc słabiej przyciągana woda oceaniczna oddala się od skorupy. Dodatkowo zjawisko to potęguje siła odśrodkowa. Efektem końcowym jest powstanie dwóch nabrzmień wody – dwóch wybrzuszeń przypływowych.

RRp6twzy7vhdj

Dwie grafiki jedna nad drugą przedstawiają dwa rodzaje przypływów: kwadraturowy i syzygijny. Na obu grafikach po lewej stronie są słońca, po prawej kule ziemskie. Przypływ kwadraturowy. Od Słońca do Ziemi poprowadzono wygiętą łukowato strzałkę z napisem „przypływ wywołany przez Słońce”, a pod nią strzałkę przerywaną z napisem „Księżyc”. Nad i pod kulą ziemską, prostopadle do niej, umieszczono dwa ujęcia Księżyca: nad Ziemią Księżyc w pierwszej kwadrze. Pod kulą ziemską Księżyc w ostatniej kwadrze – tutaj dodano strzałkę od Księżyca do Ziemi z napisem „przypływ wywołany przez Księżyc”. Od Słońca do Księżyca w ostatniej kwadrze biegnie linia z napisem „przypływ kwadraturowy”. Przypływ syzygijny. Od Słońca do Ziemi poprowadzono wygiętą łukowato strzałkę z napisem „przypływ wywołany przez Słońce”. Pod nią umieszczono strzałkę przerywaną do Księżyca w nowiu, od którego odchodzi łukowato wygięta strzałka do kuli ziemskiej z napisem „przypływ wywołany przez Księżyc”. Po przeciwległej stronie Ziemi znajduje się drugie ujęcie Księżyca – w pełni. Od Słońca do Księżyca w pełni biegnie linia z napisem „przypływ syzygijny”.

Na pływy na Ziemi oddziałuje także, choć w mniejszym stopniu, siła przyciągania Słońca. Gdy środki Ziemi, Księżyca i Słońca znajdują się w prostej linii, wtedy ich   oddziaływanie grawitacyjne sumuje się. W takim przypadku pływy osiągają maksymalne wartości – powstaje przypływ syzygijny. Z kolei, gdy Księżyc jest w położeniu prostopadłym do Słońca, będąc w pierwszej lub ostatniej kwadrze, zachodzi przypływ kwadraturowy. Podczas jego trwania wielkość pływu równa jest różnicy wysokości fali przypływu wywołanego przez Księżyc i Słońce. Jeżeli za wysokość fali przypływu wywołanego tylko przez Księżyc przyjmiemy wartość równą 1, to przy przypływie syzygijnym wartość ta wzrośnie do 1,46, zaś przy kwadraturowym spadnie do 0,54.

R1H81Yd0cz8RV

Wykres amplitudy pływów w miesiącu. Amplituda pływów w skali od zera do czterech - oś y. Dni miesiąca od jeden do trzydziestu jeden - oś x. Dodatkowo zaznaczono piktogramami fazy Księżyca. Największa amplituda pływów występuje podczas pełni i nowiu, czyli od siódmego do dziewiątego dnia każdego miesiąca od dwudziestego czwartego do dwudziestego siódmego. Najmniejsze pływy - kwadraturowe pojawiają się w pierwszej i ostatniej kwadrze - od piętnastego do osiemnastego dnia miesiąca.

Rytmika pływów morskich – animacja

R1UCXaedUXmvo

Animacja przedstawia rytmikę występowania pływów morskich. Wyjaśnia występowanie dwóch przypływów i odpływów dziennie.

Animacja przedstawia rytmikę występowania pływów morskich. Wyjaśnia występowanie dwóch przypływów i odpływów dziennie.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1UCXaedUXmvo

Animacja przedstawia rytmikę występowania pływów morskich. Wyjaśnia występowanie dwóch przypływów i odpływów dziennie.

Na wielkość pływów, oprócz czynników astronomicznych, wpływ mają:

• głębokość morza - im głębsze morze, tym pływy większe, im płytsze, tym mniej jest wody, która może podlegać pływom;

• typ wybrzeża - wybrzeża fiordowe czy estuariowe z długimi zatokami sprzyjają pływom, zaś wybrzeża płaskie nie;

• kształt i wielkość morza - im zbiorniki większe i równoleżnikowo wydłużone, tym łatwiej kumuluje się woda;

• zjawiska rezonansowe powstają w wyniku nakładania się powyższych.

Na pełnym oceanie wielkość fal pływowych oscyluje w granicach 60‑70 cm. W morzach zamkniętych i półzamkniętych dochodzą one do kilku centymetrów, dla Bałtyku średnia to 5 cm. Największe wartości obserwuje się w długich zatokach i głębokich estuariach: Zatoka Fundy - 19,6 m; Port of Rio Gallegos - 18,0 m; Zatoka Frobishera - 17,4 m; Rzeka Severn - 16,8 m; Zatoka Penżyńska - 14,7 m.