Jak powstają zaćmienia Słońca? Wyjaśniamy, co się dzieje, gdy mały zasłania dużego

Zaćmienie Słońca to nic strasznego

Zaćmienia Słońca to jedno z tych zjawisk na niebie, z którym ludzkość ma do czynienia od początków swego istnienia. Dawniej, gdy nie rozumiano mechanizmu powstawania zaćmień, budziły one prawdziwe przerażenie i stawały się częścią mitów.

Zresztą nawet dziś, w epoce, w której doskonale rozumiemy, że Słońce nie zniknęło ani nie zostało pożarte przez potwory, niektórzy widzą w tym fenomenie jakieś złowróżbne znaki albo upomnienia skierowane do osób nieposłusznych boskim instancjom. Tak było na przykład przed całkowitym zaćmieniem Słońca, które było widoczne na amerykańskim niebie 8 kwietnia 2024 roku.

Gdybyśmy mogli swobodnie poruszać się w Kosmosie, moglibyśmy w zasadzie obserwować zaćmienie słońca bez przerwy.

Zaćmienie jednak nie jest wynikiem działań sił boskich, demonicznych albo magicznych. Wydarza się ono wtedy, gdy z perspektywy obserwatora tarcza naszego naturalnego satelity - Księżyca - przysłoni w całości lub w części tarczę Słońca. Żeby zobaczyć zaćmienie Słońca, wspomniany obserwator musi znajdować się w takim miejscu kuli ziemskiej, na który pada tzw. umbra (cień całkowity) lub penumbra (półcień).

W skali międzyplanetarnej do zaistnienia obserwowanego na powierzchni Ziemi zaćmienia konieczne jest zajęcie odpowiednich pozycji w przestrzeni kosmicznej przez trzy ciała niebieskie - Słońce, Ziemię i Księżyc, przy czym ten ostatni musi znaleźć się pomiędzy dwoma pierwszymi.

Geometria zaćmienia Słońca - schematyczna grafika nie oddająca skali ciał niebieskich ani skali Układu Słonecznego/ Foto: Polskie Radio/grafika na podstawie zasobów serwisu Canva

Zaćmienie Słońca to zresztą zjawisko, które nie jest wyłącznie domeną Ziemi. W Układzie Słonecznym co chwilę następują takie wzajemne układy obiektów, w których co najmniej jeden znajduje się pomiędzy naszą gwiazdą a jakimś ciałem niebieskim. Fakt, że nie ma tam faktycznych obserwatorów tego widowiska (a przynajmniej nic o nich nie wiemy), nie oznacza, że nie możemy wyobrazić sobie teoretycznego widza.

Zaćmienie Słońca występuje na przykład na Księżycu - dzieje się to wtedy, gdy nasz satelita znajdzie się w cieniu rzucanym przez Ziemię. W tym samym czasie ziemski obserwator ogląda zjawisko zwane zaćmieniem Księżyca, czyli tymczasowe pociemnienie tarczy Srebrnego Globu.

Gdybyśmy mogli swobodnie poruszać się w Kosmosie, moglibyśmy w zasadzie obserwować zaćmienie słońca bez przerwy. Wystarczyłoby bowiem zawsze ustawić się w takiej pozycji względem naszej gwiazdy i jednego z okrążających ją ciał, aby znajdować się w cieniu rzucanym przez to ciało.

Okoliczność tę wykorzystali naukowcy z NASA, którzy w 2006 roku za pośrednictwem sterowanego z Ziemi aparatu bezzałogowej sondy Cassini wykonali fotografię zaćmienia Słońca przez planetę Saturn.

Chwila, w której Saturn zaćmiewa Słońce 15 września 2006 roku, widziana w obiektywie aparatu sondy Cassini/ Foto: NASA/JPL/Space Science Institute

Rodzaje zaćmień Słońca

Słońce to prawie idealna kula o promieniu wynoszącym około 696 340 kilometrów. Promień Księżyca (który w przybliżeniu również jest kulisty) to zaledwie 1737 kilometry. Nawet w porównaniu z Ziemią nasz satelita jest stosunkowo niewielki (średni promień naszej planety to 6371 kilometry).

Te liczby oznaczają jednak wyłącznie wymiary bezwzględne, czyli określają faktyczne rozmiary ciał niebieskich, ale jako obserwatorzy w przestrzeni trójwymiarowej mamy do czynienia z rozmiarami względnymi (lub pozornymi) obiektów – rzeczy położone w pewnej odległości od nas widzimy jako mniejsze od tych, które znajdują się blisko. W praktyce okoliczność tę wykorzystuje każdy, kto udaje przed obiektywem aparatu fotograficznego, że podtrzymuje Krzywą Wieżę w Pizie.

Przykład pozornych rozmiarów obiektów widzianych z perspektywy obserwatora/ Foto: Shutterstock

Pozorny rozmiar Księżyca na niebie jest z reguły taki sam, jak pozorny rozmiar Słońca. Z reguły - bowiem odległość Księżyca od Ziemi oraz odległość Ziemi od Słońca podlega niewielkim wahaniom, co jest spowodowane faktem, że zarówno orbita Księżyca, jak i orbita Ziemi mają kształt nie koła, lecz elipsy. Fakt ten ma duże znaczenie dla zjawiska zaćmienia Słońca, a konkretnie - dla jego klasyfikacji.

Zaćmienie - poza faktem przysłonięcia tarczy słonecznej – jest również jedyną w swoim rodzaju możliwością zobaczenia Księżyca w nowiu.

Wyróżniamy bowiem trzy rodzaje zaćmień Słońca. Najbardziej spektakularne jest zaćmienie całkowite, gdy wzajemny układ Słońca, Księżyca i Ziemi sprawia, że względny rozmiar Srebrnego Globu pokrywa się ze względnym rozmiarem Słońca i tarcza Księżyca całkowicie zakrywa tarczę Słońca.

Obserwator, który znajdzie się w obszarze padania umbry, na krótką chwilę doświadcza wówczas niezupełnej ciemności podobnej do tej, jaka występuje w pochmurny dzień. Wokół czarnej tarczy księżyca widoczna jest jedynie korona słoneczna - najbardziej zewnętrzna część atmosfery słonecznej, którą właśnie wówczas, gdy nie oślepia nas ostre światło, można oglądać w pełnej krasie.

Rodzaje zaćmień Słońca/ Foto: Polskie Radio/grafika na podstawie zasobów NASA i serwisu Canva

Drugi rodzaj to zaćmienie częściowe. Zgodnie z nazwą ma ono miejsce wtedy, gdy tylko część tarczy Księżyca przysłoni tarczę słoneczną. Nie robi się ciemniej, ponieważ Słońce emituje tak silne światło, że częściowe przysłonięcie go nie ma żadnego wpływu na jego jasność. Częściowe zaćmienie Słońca występuje samodzielnie albo w tym samym czasie, gdy trwa zaćmienie całkowite - jest wówczas widoczne dla tych, którzy znajdują się w obszarze padania penumbry.

Jest wreszcie zaćmienie obrączkowe, które powstaje tak samo, jak całkowite, jednak w chwili, gdy wskutek wzajemnej pozycji Słońca, Księżyca i Ziemi pozorny rozmiar Księżyca "kurczy się". Jego tarcza staje się nieco mniejsza od tarczy Słońca, kiedy więc zasłania gwiazdę, tworzy się wokół niego świetlista aureola lub właśnie "obrączka".

Starożytni astronomowie z Mezopotamii, analizując zapisy o przeszłych zaćmieniach, odkryli pewną prawidłowość, której nadano później nazwę "cykl Saros".

Warto tu wspomnieć, że podczas zaćmienia Słońca Księżyc zawsze znajduje się w nowiu, czyli jest oświetlony wyłącznie po stronie niewidocznej z Ziemi. Zwykle podczas tej fazy satelita jest dla nas niewidoczny. Zaćmienie więc - poza faktem nadzwyczajnego przysłonięcia tarczy słonecznej – jest również jedyną w swoim rodzaju możliwością zobaczenia Księżyca w nowiu.

Bezwzględne wielkości Słońca, Ziemi i Księżyca (grafika nie uwzględnia skali Układu Słonecznego, tylko skalę samych obiektów)/ Foto: Polskie Radio

Skąd wiemy, kiedy zaćmienie?

Choć przewidywanie zaćmień Słońca wiąże się ze skomplikowanymi obliczeniami matematycznymi, dziś to w zasadzie rutyna dla astronomów (oraz wspierających ich komputerów). To dzięki temu z dużym wyprzedzeniem wiemy, kiedy będzie miało miejsce następne zaćmienie i jakiego będzie rodzaju. Jednak już starożytni astronomowie z Chaldei w Mezopotamii, analizując zapisy o przeszłych zaćmieniach, odkryli pewną prawidłowość, której nadano później nazwę "cykl Saros". To okres, po którym Ziemia, Słońce i Księżyc powracają do niemal identycznego położenia względem siebie, w jakim znalazły się około 18 lat, 11 dni i 8 godzin wcześniej.

Zgodnie z tym powtarzać zaczynają się także - prawie na tej samej szerokości geograficznej - cykle zaćmień Słońca i Księżyca, jak zaćmienie Słońca z 30 czerwca 1973 roku, prawie takie samo jak zaćmienie z 11 lipca 1991 roku.