Слънчево затъмнение и промяна на времето
Тъмна, безлунна и безоблачна нощ. Цялото небе е осеяно със звезди. Фигурите на съзвездия с ярки звезди са ясно разграничени. Струва си да се вгледате внимателно в звездното небе, тъй като е лесно да забележите бавното му въртене от изток на запад. Съзвездията Голяма мечка, Воловар, Херкулес, Лира и Лебед се движат величествено едно след друго, както и останалите, без да нарушават реда на движение и характерните си фигури. Поради източната страна на хоризонта, други съзвездия постепенно се появяват и се издигат над него, а тези, които се намират в западната половина на небето, бавно се спускат към хоризонта и изчезват зад тях. Оказва се пълното впечатление, че небето с всичките му светила се върти около Земята.
Сега е добре известно, че небето е чисто привидно явление и в действителност в природата няма небесна твърд, а небесните тела са разпръснати в безкрайното пространство на най-различни разстояния от Земята, но тези разстояния са толкова невъобразимо големи, че очите ни не могат да ги различат и затова всички небесни тела ни изглеждат еднакво отдалечени и сякаш разположени върху сферична повърхност, във въображаемо небе. Етапът на видимата сферична повърхност в астрономията се нарича небесна сфера, а в центъра й е наблюдателят.
Елементи на практическата астрономия.
За да се изследват както видимите, така и реалните движения на небесните тела, трябва да се определят взаимното им разстояние в небето, което може да стане само чрез измерване на ъглите между посоките към светилата. Следователно всички измервания на небесната сфера се извършват само в ъглови единици - градуси (°), минути (`) и секунди (``) на дъгата. По същество наблюдателят измерва с гониометър централния ъгъл (ρ) между посоките към различни точки (A иB) небесната сфера, но на самата сфера видимото разстояние между точките е представено чрез дъга (AB), изваждаща този ъгъл. Като пример отбелязваме, че ъгловите (или видимите) диаметри на Слънцето и Луната са близки до
Съвременната наука за небесните тела, астрономията, разполага с мощни средства за измерване на разстоянията до небесните тела, изучаване на тяхното движение и физическа природа. Оказа се, че Слънцето е на 149,6 милиона км от Земята и затова го виждаме като малък диск с диаметър 0,5, но в действителност е огромна топка, чийто истински (линеен) диаметър превишава средния диаметър на Земята (12740 км) 109 пъти и е близо 1400 хиляди км. Масата на Слънцето надвишава масата на Земята 333 000 пъти, а средната плътност на слънчевата материя, получена чрез разделяне на масата на Слънцето на
3 обемът, напротив, е по-малък от средната плътност на Земята (5,52 g/cm[3]) и възлиза на 1,4 g/cm[3]. За разлика от твърдата Земя, Слънцето е газообразно и по-голямата част от слънчевия газ е плазма, тоест смес от електрически заредени йонни частици и електрони. Слънцето ни изглежда като правилен диск с рязко очертани ръбове, защото неговата външна, изключително изрязана и слабо светеща обвивка просто не се вижда на фона на яркото дневно небе и вече виждаме по-дълбок плътен слой, който има сферична форма. Нашият поглед не може да проникне през уплътнения слой от газообразна слънчева материя и ние виждаме ярката повърхност на Слънцето, която наричаме фотосфера, тоест светеща сфера. Именно тази видима повърхност на Слънцето определя неговите ъглови и истински размери.
Слънчевата фотосфера се състои главно от водород, температурата му е близо до 6000 °, а налягането в нея е около 0,1 atm. , но тези параметри нарастват бързо с дълбочина и вВ недрата на Слънцето температурата достига 15 милиона градуса, налягането е 200 милиарда атмосфери, а плътността на материята нараства до 150 g/cm[3]. В същото време в дълбините на Слънцето протичат ядрени процеси, генериращи огромна енергия, която се излъчва в световното пространство. Мощността на слънчевата радиация е 4x10[23] kW.
Външните слоеве на Слънцето се виждат само по време на пълни слънчеви затъмнения на фона на затъмнено небе.
3. 1. Основни понятия.
А какво е слънчево затъмнение?
Нека разгледаме по-подробно причината за началото на слънчевото затъмнение.
В своето движение заедно със Земята около Слънцето Луната често закрива (закрива) звездите от зодиакалните съзвездия, по които минава лунната пътека. Затъмненията от Луната на планети, които са в небето в непосредствена близост до лунния път, се случват много по-рядко. Периодично Луната частично или напълно закрива Слънцето - настъпват слънчеви затъмнения. Слънчевите затъмнения са възможни само по време на новолуние, когато Луната минава между Слънцето и Земята, но не и изобщо, тъй като Луната може да се отдалечи от еклиптиката (на която се намира Слънцето) с 5,2 градуса, а диаметрите на слънчевия и лунния диск са близки до 0 °,5 и следователно покриването на Слънцето с Луната не винаги е възможно.
Слънчевите затъмнения по никакъв начин не се виждат от всички области на дневното полукълбо на Земята, тъй като поради малкия си размер Луната не може да скрие Слънцето от цялото земно полукълбо.
Слънцето е по-далеч от Земята, отколкото Луната, около 390 пъти, но неговият линеен диаметър (1 392 000 км) е почти 400 пъти по-голям от диаметъра на Луната (3476 км) и следователно Луната, осветена от Слънцето, хвърля в космоса сближаващ се конус от сянка и отклоняващ се конус от полусянка около нея.
Когато тези конуси се пресичат със земната повърхност, тогававърху него пада лунната сянка и полусянката и върху него настъпва слънчево затъмнение. От места на земната повърхност, които са в лунната сянка (А), се вижда пълно слънчево затъмнение (Слънцето е напълно покрито от Луната), а в области, покрити с лунна полусянка (В и С), настъпва частично слънчево затъмнение (слънчевият диск не е напълно закрит от Луната); поради близостта на Луната до Земята, от южната зона (C) на полусянката се вижда северната (горната) част на слънчевия диск, а от северната зона (D) - неговата южна (долна) част. Така от различни места на земната повърхност Луната се вижда в малко по-различни посоки и такова видимо изместване се нарича паралактично (от гръцки „паралакс“ – отклонение). Лесно е да го демонстрирате експериментално, за което е достатъчно да погледнете много близък обект (дори собствения си пръст) последователно с дясното и лявото око. На Луната паралактичното изместване може да достигне 1°. Лунната сянка и полусянката на земната повърхност изглеждат като овални петна, чиято форма зависи от положението на Слънцето и Луната над хоризонта. Колкото по-малка е височината им, толкова по-нежно оста на двата конуса е насочена към земната повърхност и толкова по-удължени са петната на сянка и полусянка. Ако слънчевото затъмнение се случи близо до зенита, което е възможно само в тропическата зона на Земята, тогава оста на конусите е почти перпендикулярна на земната повърхност и формата на лунната сянка и полусянка върху нея е близка до кръглата. Мнозина са виждали как сянката на облаците се движи по земната повърхност или колко бързо сянката на нисколетящ самолет преминава през нея. По същия начин, поради движението на Луната от запад на изток, нейната сянка и полусянка бързо се втурват по земната повърхност в приблизително една и съща посока, отклонявайки се на север или на юг, и съвкупността от места, през които последователно преминава лунната сянка, се формира наЗемята има особена ивица, наречена пълна фазова ивица, в средата на която минава централната линия на затъмнението. Големината на сянката на земната повърхност се дължи на взаимното разстояние между Земята, Луната и Слънцето по време на затъмнение. Поради периодичната промяна на тези разстояния конусът на лунната сянка може да има дължина от 367 000 до 379 700 км и следователно дори при най-малкото геоцентрично разстояние на Луната от 356 410 км (Луната в перигея) и най-големия диаметър на нейния диск (33',5), диаметърът на лунната сянка близо до земната повърхност не надвишава 270 км. При същите условия диаметърът на лунната полусянка е близо до 6750 km и следователно частично слънчево затъмнение се вижда на юг и север от общата фазова лента до разстояние от около 3240 km. Но вече при средните разстояния на Луната от Земята (384 400 km) и Земята от Слънцето лунният диск (диаметър 31') е по-малък от слънчевия диск (32'), а конусът на лунната сянка има дължина около 373 300 km и не достига земната повърхност с около 4700 km.
Следователно Луната не покрива изцяло Слънцето и вместо пълно затъмнение се получава пръстеновидно затъмнение, при което около тъмния лунен диск се вижда тесен светъл пръстен от непокритата слънчева повърхност. Ивицата на земната повърхност, от която се вижда пръстеновидно затъмнение, се нарича лентата на пръстеновидната фаза, от двете страни на която има частично затъмнение. Тук отбелязваме, че лентата на пръстеновидната фаза и лентата на пълната фаза често се наричат лента на основната фаза и двата вида затъмнения се наричат централни. При най-голямото разстояние на Луната от Земята до 406740 km (Луна в апогей), върхът на конуса на лунната сянка не достига земната повърхност с 33360 km, ширината на пръстеновидната фазова лента се увеличава до 380 km, а диаметърът на лунната полусянка се увеличава до 7340 km, което все още е далеч от покриване на цялото полукълбо на Земята. По този начин, общо слънчевозатъмненията могат да се появят само при геоцентрични разстояния на Луната, по-малки от средното разстояние, когато лунният диск е равен или по-голям от слънчевия, а конусът на лунната сянка е насочен към Земята, а ширината на общата фазова лента за различните затъмнения е различна и най-често е от 40 до 100 km.
3. 2. Примери за слънчево затъмнение от собствения ми живот:
3. 3. Описание на промените във времето по време на затъмнение:
През първия половин час всичко остава както преди, но когато слънцето се скрие наполовина, отначало постепенно, а след това все по-бързо и по-бързо, започват да се случват странни неща. Небето все още е ясно, но синевата му малко избледнява. На земята светлината започва да намалява. С всяка минута темпото се увеличава. Четвърт час преди началото на максималното затъмнение, небето спрямо местоположението на слънцето на запад е по-тъмно, отколкото на изток. Появява се сянката на луната. Дори никога преди да не сте виждали пълно слънчево затъмнение, разбирате, че се случва нещо невероятно, което надхвърля нормалните човешки усещания.
По-малко от петнадесет минути до пълното затъмнение. Слънцето, тесен полумесец, все още е заплашително ярко, но синьото на небето, постепенно наситено, се превръща в синкаво-сиво или лилаво. Небесна тъмнина започва да обгръща слънцето, което вече не осветява небесата.
Пет минути до пълното затъмнение. Мракът на запад е поразителен и докато набира сила, нещо тъмно и безформено се издига и се простира покрай западния хоризонт. Появява се като масивна буря, но в изключителна тишина, без тътена на приближаващата гръмотевица. И сега тъмнината започва плавно да се простира покрай хоризонта, оставяйки след себе си жълтеникаво-оранжев здрач. Вече можете да видите през тясната сянка на луната възраждащата се слънчева светлина на заден план.
Събитията ескалират. Полумесецът на слънцето вече е искрящо бяла тясна ивица. Потъмняващото небе продължава все по-бързо да обгръща слънцето, поглъщайки го.
Минутите се превръщат в секунди. Краищата на ярката ивица на слънцето се разпадат на отделни фрагменти от богата бяла светлина - последните лъчи на слънчевата светлина, проникващи в дълбоките лунни долини. Срещу полумесеца е смътно изразен призрачен кръгъл силует. Това е тъмен сегмент от луната, ограден от опалово бяло сияние, което създава ореол около потъмнелото слънце. Постепенно се появява корона – най-ярката и неочаквана от всички прояви на пълното затъмнение.
Почти мигновено невероятно тесният слънчев полумесец образува поредица от блестящи мъниста и къси арки, които бързо се свиват и изчезват. И сега само едно мънисто блести като един-единствен ослепителен диамант на пръстена.
Но блясъкът, който се появява, бързо потъмнява, сякаш е погълнат от бездната.
След цялата тази страст всичко изчезва също толкова бързо, времето повече или по-малко се успокоява: вятърът утихва, небето накрая се разсейва и става същото като преди затъмнението.
3. 4. Причини за промените във времето.
Защо се случват такива промени във времето по време на слънчево затъмнение?
Слънцето е звезда, която излъчва огромно количество енергия в космоса. Енергията се разпространява в космическото пространство под формата на електромагнитни вълни и малка част от нея, приблизително 10,5 GJ/m[2] годишно, пада на Земята. Около 40% от това количество веднага се отразява от атмосферата и земната повърхност без топлинен ефект. Други 15% се абсорбират от атмосферата и се превръщат в топлинна енергия или се използват за изпаряване на водата. Останалите 45% от енергията се усвояват от растенията или от земната повърхност. Средно товае 5 GJ/m [2] на година, въпреки че действителното количество зависи от географската ширина. По-голямата част от енергията се преизлъчва от земната повърхност и затопля атмосферата; приблизително две трети от енергията навлиза в атмосферата по този път. По време на затъмнение слънчевата енергия пада върху повърхността на Луната, отразява се от нея и не пада върху Земята, което води до намаляване на температурата в зоната на затъмнение. Намаляването на температурата води до кондензация на водни пари в атмосферата, допринася за превръщането на перестите облаци в купести и увеличава вероятността от дъжд.
В допълнение, в зоната на затъмнение, поради спад на температурата, атмосферното налягане се променя, което от своя страна е причината за вятъра.