5. Солнечные затмения

Определения и обозначения

Солнечное затмение — явление, при котором Луна закрывает Солнце для наблюдателя на Земле полностью или частично. Это происходит, когда Луна оказывается между Солнцем и Землёй. По степени закрытия диска определяют вид затмения.

Полная тень — область пространства, куда из-за Луны не попадает прямой солнечный свет. Наблюдатель внутри неё видит, как Луна полностью закрывает Солнце. Размер полной тени определяет область возможного полного затмения.

Полутень — область, куда попадает свет только от части солнечного диска. Поэтому наблюдатель в полутени видит частное затмение: одна часть Солнца скрыта, а другая остаётся видимой. Переход от полной тени к полутени объясняет различия в наблюдениях.

Кольцеобразное солнечное затмение — затмение, при котором видимый диск Луны меньше солнечного и вокруг Луны остаётся светящееся кольцо. Полной тени на поверхности Земли в таком случае нет. Это явление связано не с изменением настоящих размеров Луны, а с расстояниями до Луны и Солнца.

Как это устроено

Солнечное затмение наблюдается только тогда, когда Солнце, Луна и Земля почти выстраиваются на одной прямой. Луна должна находиться между Солнцем и Землёй, чтобы её непрозрачное тело преградило путь свету. Такое положение возможно во время новолуния, когда освещённая Солнцем половина Луны обращена от Земли, а обращённая к нам сторона почти не видна.

Луна не светится сама, а отражает солнечный свет. Когда она оказывается на пути лучей, за ней образуется область полной тени, куда прямые лучи не доходят, и более широкая полутень, куда попадает свет от части солнечного диска. Форма этих областей возникает потому, что Солнце имеет заметные размеры, а свет распространяется почти прямолинейно.

Одно и то же затмение выглядит по-разному в разных точках Земли. Наблюдатель в узкой полосе полной тени увидит полное затмение, а тот, кто окажется рядом, в полутени, увидит лишь частичное закрытие Солнца. На поверхности Земли вне этих областей Луна может проходить перед Солнцем с точки зрения космоса, но затмение для наблюдателя не будет заметно.

Вид затмения определяется несколькими условиями: размерами полной тени и полутени, расстоянием от Луны до наблюдателя и местом наблюдения. Если видимые размеры Луны и Солнца почти равны, Луна может закрыть солнечный диск полностью. Если Луна кажется меньше Солнца, её тень не достигает Земли, и наблюдается кольцеобразное затмение.

Затмения не происходят каждое новолуние, потому что плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости земной орбиты примерно на 5°. Поэтому чаще всего Луна проходит немного выше или ниже направления Солнце—Земля. Затмение возникает только тогда, когда новолуние приходится достаточно близко к пересечению этих двух плоскостей.

Виды солнечных затмений и условия их наблюдения

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите положение наблюдателя относительно полной тени и полутени. Затем сравните видимые размеры Луны и Солнца и посмотрите, какая часть солнечного диска остаётся открытой. Эти два признака позволяют различить основные виды затмений.

Разбор задач

Задача 1. Наблюдатели в тени

По схеме нужно определить, кто увидит полное затмение, кто частное, а кто не заметит затмения. На схеме отмечены Солнце, Луна, полная тень, полутень и несколько наблюдателей. Решение строится не по расстоянию до Луны, а по тому, в какую область попал наблюдатель.

1. Найдите наблюдателя внутри полной тени Луны. Для него солнечный свет полностью перекрыт Луной, значит, затмение будет полным.
2. Найдите наблюдателя в полутени. Он получает свет от части солнечного диска, поэтому увидит частное затмение.
3. Проверьте остальных наблюдателей. Если человек находится вне полной тени и полутени, солнечный диск не закрывается заметно.

Ответ: наблюдатель в полной тени видит полное затмение, в полутени — частное, а вне обеих областей затмение не наблюдает. Такой порядок сохраняется для любой схемы с этими областями.

Задача 2. Новолуние и повторяемость затмений

Нужно объяснить, почему затмение возможно в новолуние, но не возникает при каждом новолунии. Для ответа достаточно связать фазу Луны с расположением тел и учесть наклон её орбиты. Одного условия «Луна между Солнцем и Землёй» недостаточно: нужна ещё почти точная линия выстраивания.

1. В новолуние Луна находится между Солнцем и Землёй. Поэтому она может отбрасывать тень на Землю.
2. Если Луна проходит выше или ниже линии Солнце—Земля, её тень проходит мимо земной поверхности. Такое новолуние не сопровождается затмением.
3. Сделайте вывод: затмение возможно только при новолунии около пересечения лунной орбиты с плоскостью земной орбиты.

Ответ: новолуние создаёт нужное расположение Луны между Солнцем и Землёй, а наклон орбиты объясняет, почему затмение случается лишь иногда.

Задача 3. Полное или кольцеобразное затмение

Пусть по данным задачи видимый диаметр Луны равен 0,50°, а Солнца — 0,53°. Требуется определить вид затмения и обосновать его сравнением угловых размеров. Угловой размер показывает, насколько большим объект кажется наблюдателю, поэтому сравнивать нужно не только настоящие диаметры небесных тел, но и расстояния до них.

1. Сравните числа: 0,50° меньше, чем 0,53°.
2. Следовательно, Луна не может закрыть весь видимый солнечный диск. Её тень заканчивается до поверхности Земли, а вокруг Луны остаётся край Солнца.
3. Назовите результат: светящийся край имеет форму кольца, поэтому затмение является кольцеобразным.

Ответ: наблюдается кольцеобразное затмение, так как видимый диск Луны меньше видимого диска Солнца. Если бы угловой размер Луны был не меньше солнечного, при подходящем положении могло бы наблюдаться полное затмение.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать, что солнечное затмение происходит при полнолунии. Так думают, потому что в полнолуние Луна хорошо видна, но тогда Земля находится между Солнцем и Луной. Проверьте себя: для солнечного затмения Луна должна быть между Солнцем и Землёй, а это фаза новолуния.

Ошибка 2. Утверждать, что затмение видно одновременно на всей Земле. Тень и полутень Луны имеют ограниченные размеры и перемещаются по небольшой области земной поверхности. Проверьте, попадает ли выбранное место в одну из этих областей.

Ошибка 3. Путать полную тень с полутенью. В полной тени Солнце закрыто целиком, а в полутени видна его незакрытая часть. Для проверки определите, доходят ли до наблюдателя лучи от какого-либо участка солнечного диска.

Ошибка 4. Считать, что каждое новолуние сопровождается затмением. Луна чаще проходит выше или ниже нужного направления из-за наклона своей орбиты. Проверьте, близко ли новолуние к месту пересечения плоскостей орбит.

Связь с другими темами

До изучения солнечных затмений нужно знать фазы Луны, распространение света по прямым линиям, а также образование тени и полутени. Эти представления позволяют понять, почему Луна перекрывает солнечный свет и как формируются разные области наблюдения.

Тема связана с лунными затмениями и движением небесных тел. Она также показывает действие законов перспективы: видимые размеры Луны и Солнца зависят не только от их настоящих диаметров, но и от расстояний до наблюдателя.

Знание затмений помогает понимать устройство солнечных и лунных календарей. При наблюдениях особенно важно применять правила безопасности: Солнце рассматривают только через специальные защитные фильтры.

Что запомнить

• Солнечное затмение происходит, когда Луна находится между Солнцем и Землёй.
• Необходимое условие затмения — почти прямолинейное расположение Солнца, Луны и наблюдателя.
• В полной тени наблюдается полное солнечное затмение.
• В полутени наблюдается частное солнечное затмение.
• Кольцеобразное затмение возникает, когда видимый диск Луны меньше диска Солнца.
• Затмения происходят не каждое новолуние из-за наклона орбиты Луны.
• Наблюдать Солнце во время затмения можно только через специальные защитные фильтры.