Zatmenie Slnka

Zatmenie Slnka je astronomický úkaz, ktorý nastane vtedy, ak je Slnko na našej oblohe zakryté Mesiacom. V tomto čase je Mesiac v nove, zo Zeme teda možeme vidieť Mesiac z jeho neosvetlenej strany. Pri každom nove však zatmenie Slnka nenastáva. Je to spôsobené tým, že rovina, v ktorej obieha Mesiac okolo Zeme, nie je totožná s rovinou ekliptiky, t.j. rovinou, v ktorej obieha naša Zem okolo Slnka. Uhol týchto dvoch rovín sa s časom periodicky mení. Jeho stredná hodnota je 5° 43' 43.4" a mení sa s periódou 173 dní a amplitúdou asi 9'. Slnečné zatmenie môže teda nastať len vtedy, ak je Mesiac v nove dostatočne blízko ekliptiky. Táto skutočnosť dokonca dala vzniknúť vlastnému názvu ekliptika. Ekleiptikos znamená v gréčtine zatmenie.

Typy slnečných zatmení

Slnko je asi štyristokrát ďalej od Zeme než Mesiac, je však asi štyristokrát väčšie. Táto zhoda spôsobila, že Slnko a Mesiac majú na pozemskej oblohe približne rovnaký uhlový priemer. Vzhľadom na to, že ani zemská dráha okolo Slnka, ani dráha Mesiaca okolo Zeme nie sú kružnice, ale elipsy, menia sa vzdialenosti ako Zeme od Slnka, tak Mesiaca od Zeme. Môže potom nastať prípad, že Mesiac má väčšie uhlové rozmery než Slnko, i prípad opačný. Zatmenie Slnka preto môže byť úplné, čiastočné alebo prstencové. Pokiaľ uhlový priemer Slnka a Mesiaca je takmer dokonale rovnaký, môže nastať i tzv. hybridné zatmenie, pri ktorom sa prstencové zatmenie zmení na úplné alebo naopak, ako mesačný tieň beží po zemskom povrchu.

Centrálne a necentrálne zatmenie

Centrálne zatmenie Slnka nastáva vtedy, keď priamka určená stredom Slnka a Mesiaca pretne Zem. Pri takomto zatmení nastane v určitej oblasti na Zemi úplné alebo prstencové zatmenie. Pokiaľ nastane zatmenie, pri ktorom uvedená priamka Zem nepretne, nazýva sa zatmenie necentrálne. Pri necentrálnych zatmeniach môže úplné alebo prstencové zatmenie nastať len celkom výnimočne a na veľmi malom území.

Pás totality

Oblasť na zemskom povrchu, kde je v danom okamihu úplné zatmenie Slnka, má približne tvar elipsy. Táto elipsa sa pohybuje rýchlosťou trochu menšou ako 1 km/s po zemskom povrchu a postupne vykreslí tzv. pás totality. Šírka tohoto pásu, kde je vidieť úplné zatmenie, môže byť maximálne 270 km (pri zatmení 11.8.1999 len 112.1 km). Pás totality má po oboch stranách podstatne širšie pásy, v ktorých je vidieť zatmenie čiastočné.

Trvanie úplného zatmenia Slnka

Úplné zatmenie Slnka je bohužiaľ veľmi krátky úkaz. Najdlhšie možné úplné zatmenie môže trvať 7 minút 31 sekúnd (zatmenie 11. 8. 1999 trvalo však maximálne 2 min 22.9 sek, a to v Rumunsku). Vzhľadom na to, že jedno úplné zatmenie pripadá na 1 až 2 roky a na jednom konkrétnom mieste na zemeguli sa opakujú úplné zatmenia v priemere asi po 360 rokoch, je úplné zatmenie Slnka skutočne veľmi vzácne.

Perióda Saros

Zatmenie Slnka (podobne i zatmenie Mesiaca) sa periodicky opakuje. Toto bolo známe už i niektorým starovekým civilizáciám. Kľúčom k pochopeniu tejto periodicity je objavenie cyklu Saros (názov Saros po prvýkrát použil Edmund Halley a toto slovo prevzal z jazyka starých Babylónčanov - saros znamená kľúč). Dĺžka jednoho cyklu (perióda) Saros je S = 6585 dní 7 hodín 42 minút. Prepočtítané na roky je to 18 rokov a 10.3 dňa alebo 11.3 dňa (záleží na počte prestupných rokov). Perióda Saros sa dá odvodiť zo znalosti nasledujúcich troch periód:

Synodický mesiac         M = 29.53059 dní = 29d 12h 44min

Drakonický mesiac        D = 27.21222 dní = 27d 05h 06min

Anomalistický mesiac     A = 27.55455 dní = 27d 13h 19min

Synodický mesiac je obdobie medzi dvoma novami. Drakonický mesiac je obdobie medzi dvoma priechodmi Mesiaca uzlom - priesečíkom ekliptiky a dráhy Mesiaca na oblohe. Anomalistický mesiac je obdobie medzi dvoma priechodmi Mesiaca perigeom - bodom na dráhe Mesiaca, kde je najbližšie k Zemi. Saros je najkratšia perióda, kedy súčasne prebehne celistvý počet periód M, D, A.

S = 223 M      S = 242 D      S = 239 A   (*)

Uvedené rovnosti sú splnené len približne, s chybou niekoľkých hodín. Znamená to, že ľubovoľné dve zatmenia Slnka (to isté platí i pre zatmenie Mesiaca), ktoré sú v čase oddelené periódou Saros, nastanú za veľmi podobných geometrických podmienok. Nastanú však na rôznych miestach Zeme, pretože perióda Saros sa nerovná celému počtu dní, ale 6 585 a asi 1/3 dňa. Za túto 1/3 dňa sa Zem otočí asi o 120°, takže nasledujúce zatmenie po uplynutí periódy Saros je posunuté v zemepisnej dĺžke asi o 120° na západ. Až po uplynutí 3 periód Saros sa teda zatmenie vráti približne na miesto s rovnakou zemepisnou dĺžkou na Zemi. Toto miesto však nemá rovnakú zemepisnú šírku, čo je spôsobené tým, že rovnosti (*) neplatia celkom presne a Mesiac po uplynutí periódy Saros zmení trochu svoju vzdialenosť od uzlu, teda i od ekliptiky. Táto chyba tiež spôsobuje, že zatmenia, ktoré sa opakujú s periódou Saros, sa neopakujú stále. Po určitej dobe táto chyba spôsobí, že sa periódy M, D a A natoľko rozfázujú, že zatmenie už nenastane.

Cyklus Saros

Ako bolo vysvetlené v predošlom odstavci, zatmenia opakujúce sa s periódou Saros nemôžu existovať večne, ale len asi 12 až 13 storočí. Tým vznikajú "rodiny" zatmení patriacich k sebe, nazývajúce sa cykly Saros. Jednotlivé zatmenia jednej rodiny sú v čase oddelené periódou Saros. Cykly Saros sa číslujú a sú veľmi užitočné pre pochopenie toho, kedy a kde sa vyskytne zatmenie Slnka či Mesiaca. Bez pochopenia tohoto cyklu sa výskyt zatmení môže javiť ako chaotický.

Dva typy cyklu Saros

Ekliptika a dráha Mesiaca na našej oblohe tvorí dve kružnice, ktoré sa pretínajú v dvoch bodoch - uzloch. Jeden z týchto bodov sa nazýva výstupný uzol (Mesiac v ňom vystupuje pri svojom pohybe nad ekliptiku pri pohľade zo severnej pologule), druhý sa nazýva zostupný uzol. Mesiac sa pri pohybe po zemskej oblohe oneskoruje oproti hviezdam. Znamená to, že každý ďaľší deň vychádza o necelú hodinu neskôr než deň predchádzajúci. Posúva sa teda po svojej dráhe na oblohe vzhľadom k hviezdam i uzlom smerom od západu na východ. Zatmenie Slnka nastane, keď v nove Mesiac nie je od niektorého z uzlov vzdialený viac ako asi 18°. Po uplynutí periódy Saros sa Mesiac nevráti celkom presne na rovnaké miesto vzhľadom k uzlu, ale nepatrne sa posunie. Pri presnom výpočte totiž zistíme, že nie je presne 223 M = 242 D, ale

223 M  >  242 D.

Mesiac sa teda po uplynutí periódy Saros oneskorí na svojej dráhe a v nove sa posunie vzhľadom k uzlu smerom na západ. Oneskorenie je

223 M  -  242 D  =  0.03567 dňa.

Za tento čas sa Mesiac posunie asi o 0.5° vzhľadom k uzlu. Záverom môžeme teda povedať, že Mesiac zostane v pásme okolo uzla, kde nastávajú zatmenia Slnka, po dobu 70 až 80 periód Saros. Za tento čas prebehne teda 70 až 80 zatmení Slnka, z ktorých je asi 50 centrálnych, ostatné sú necentrálne. Priebeh cyklu Saros, ak je Mesiac v blízkosti výstupného uzla, je iný, ako keď je Mesiac v blízkosti zostupného uzlu.

Priebeh cyklu Saros, ak je Mesiac v blízkosti zostupného uzlu

Prvé zatmenie cyklu nastane, keď je Mesiac asi 18° východne od zostupného uzla (t.j. nachádza sa "pod" ekliptikou). Mesačný tieň minie Zem asi vo vzdialenosti 3 500 km, a to "pod" južným pólom. Zem zasiahne len polotieň. V okolí južného pólu nastane (malé) čiastočné zatmenie. Pri druhom zatmení cyklu (po uplunutí periódy Saros) sa tieň posunie asi o 300 km bližšie k Zemi a nastane trochu väčšie čiastočné zatmenie, opäť viditeľné len na južnej pologuli. Po 10 až 11 periódach (asi 200 rokov) Saros nastane prvé centrálne zatmenie a pri južnom póle je viditeľné po prvýkrát úplné alebo prstencové zatmenie. Po nasledujúcich asi 950 rokoch nastávajú stále centrálne zatmenia, pričom pás totality sa posúva stále viac na sever. Uprostred tohoto obdobia vznikajú najdlhšie zatmenia okolo rovníku. Posledné centrálne zatmenie nastane v okolí severného pólu. Potom nasleduje 10 až 11 čiastočných zatmení, ktoré skončia malým čiastočným zatmením v okolí severného pólu. Tým celý cyklus Saros skončí po asi 13 storočiach.

Priebeh cyklu Saros, ak je Mesiac v blízkosti výstupného uzlu

Prvé zatmenie cyklu nastane, keď je Mesiac asi 18° východne od výstupného uzlu (t.j. nachádza sa "nad" ekliptikou). Mesačný tieň minie Zem asi vo vzdialenosti 3 500 km, tentokrát však "nad" severným pólom. V okolí severného pólu nastane prvé (čiastočné) zatmenie. Pri každom ďaľšom zatmení cyklu sa tieň posunie asi o 300 km bližšie k Zemi, až nastane prvé cetrálne zatmenie v okolí severného pólu. Potom sa zatmenia posúvajú stále k juhu a cyklus skončí v okolí južného pólu. Oproti hore popísanému priebehu ide všetko v opačnom poradí.

Počet súčasne prebiehajúcich cyklov Saros

V jednom roku nastáva na zemeguli 2 - 5 slnečných zatmení. Každé zatmenie musí patriť do niektorého cyklu Saros. Vzhľadom na to, že každému cyklu Saros odpovedá jedno zatmenie Slnka asi jedenkrát za 18 rokov, výjde nám, že súčasne musí prebiehať asi okolo štyridsať rôznych cyklov Saros. Priebežne staré cykly zanikajú a nové vznikajú. Napr. v druhej polovici 20. storočia prebiehali zatmenia celkom 41 cyklov, z ktorých 26 cyklov bolo v štádiu, kedy vznikajú centrálne zatmenia. Práve to, že prebieha viac cyklov súčasne, môže vytvárať mylný dojem, že zatmenia sa objavujú chaoticky. Zatmenie 11.8.1999 bolo 21. z 77 zatmení cykluSaros 145.


Napsísané s využitím materiálu Eclipse Predictions: Fred Espenak, Planetary Systems Branch, NASA/Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771 USA