4.7: كسوف الشمس والقمر
- Page ID
- 197530
أهداف التعلم
في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:
- وصف أسباب كسوف القمر والشمس
- فرّق بين كسوف الشمس الكلي والجزئي
- اشرح لماذا يعتبر خسوف القمر أكثر شيوعًا من كسوف الشمس
من مصادفات العيش على الأرض في الوقت الحاضر أن الجسمين الفلكيين الأبرز، الشمس والقمر، لهما نفس الحجم الظاهري تقريبًا في السماء. على الرغم من أن قطر الشمس أكبر بحوالي 400 مرة من القمر، إلا أنها تبعد أيضًا حوالي 400 مرة، لذا فإن كل من الشمس والقمر لهما نفس الحجم الزاوي - حوالي 1/2 درجة. ونتيجة لذلك، يمكن للقمر، كما يُرى من الأرض، أن يبدو وكأنه يغطي الشمس، مما ينتج عنه واحدة من أكثر الأحداث إثارة للإعجاب في الطبيعة.
أي جسم صلب في النظام الشمسي يلقي بظلاله عن طريق حجب ضوء الشمس من منطقة خلفها. يصبح هذا الظل في الفضاء واضحًا عندما ينتقل كائن آخر إليه. بشكل عام، يحدث الكسوف عندما يدخل أي جزء من الأرض أو القمر في ظل الآخر. عندما يضرب ظل القمر الأرض، يرى الناس داخل هذا الظل الشمس التي يغطيها القمر جزئيًا على الأقل؛ أي أنهم يشهدون كسوفًا للشمس. عندما يمر القمر في ظل الأرض، يرى الناس على الجانب الليلي من الأرض القمر داكنًا فيما يسمى بخسوف القمر. دعونا نلقي نظرة على كيفية حدوث ذلك بمزيد من التفصيل.
تتكون ظلال الأرض والقمر من جزأين: مخروط حيث يكون الظل أكثر ظلامًا، ويسمى الظلمة، ومنطقة أفتح وأكثر انتشارًا من الظلام تسمى الظليل. كما يمكنك أن تتخيل، تحدث الكسوف الأكثر إثارة عندما يدخل جسم ما إلى الظلمة. \(\PageIndex{1}\)يوضح الشكل مظهر ظل القمر وكيف ستبدو الشمس والقمر من نقاط مختلفة داخل الظل.
إذا كان مسار القمر في السماء مطابقًا لمسار الشمس (مسير الشمس)، فقد نتوقع رؤية كسوف للشمس والقمر كل شهر - كلما وصل القمر أمام الشمس أو في ظل الأرض. ومع ذلك، كما ذكرنا، يميل مدار القمر بالنسبة لمستوى مدار الأرض حول الشمس بحوالي 5 درجات (تخيل طوقين من الهولا بمركز مشترك، ولكنهما مائلان قليلاً). ونتيجة لذلك، خلال معظم الأشهر، يكون القمر فوق مستوى مسير الشمس أو تحته بدرجة كافية لتجنب حدوث كسوف. ولكن عندما يتقاطع المساران (مرتين في السنة)، فإن هذا هو «موسم الكسوف» ويصبح الكسوف ممكنًا.
كسوف الشمس
تختلف الأحجام الظاهرة أو الزاوية لكل من الشمس والقمر قليلاً من وقت لآخر حيث تختلف مسافاتهما عن الأرض. (\(\PageIndex{1}\)يوضح الشكل مسافة الراصد التي تختلف عند النقاط من A إلى D، ولكن الفكرة هي نفسها.) في معظم الأوقات، يبدو القمر أصغر قليلاً من الشمس ولا يمكنه تغطيته بالكامل، حتى لو كان الاثنان متماثلان تمامًا. في هذا النوع من «الكسوف الحلقي»، توجد حلقة من الضوء حول المجال المظلم للقمر.
ومع ذلك، إذا حدث كسوف للشمس عندما يكون القمر أقرب إلى حد ما من متوسط المسافة، يمكن للقمر إخفاء الشمس تمامًا، مما ينتج عنه كسوف كلي للشمس. هناك طريقة أخرى لقول ذلك وهي أن الكسوف الكلي للشمس يحدث في تلك الأوقات عندما يصل ظل القمر إلى سطح الأرض.
يوضح الشكل هندسة الكسوف الكلي للشمس\(\PageIndex{2}\). إذا تمت محاذاة الشمس والقمر بشكل صحيح، فإن أحلك ظل القمر يتقاطع مع الأرض عند نقطة صغيرة على سطح الأرض. لن يتمكن أي شخص على الأرض داخل المنطقة الصغيرة التي يغطيها طرف ظل القمر، لبضع دقائق، من رؤية الشمس وسيشهد كسوفًا كليًا. في الوقت نفسه، لن يرى المراقبون على مساحة أكبر من سطح الأرض والموجودون في الظليل سوى جزء من الشمس يخسوفه القمر: نسمي هذا كسوفًا جزئيًا للشمس.
بين دوران الأرض وحركة القمر في مداره، يكتسح طرف ظل القمر شرقًا بسرعة حوالي 1500 كيلومتر في الساعة على طول شريط رقيق عبر سطح الأرض. تسمى المنطقة الرقيقة عبر الأرض التي يظهر فيها كسوف كلي للشمس (إذا سمحت الأحوال الجوية) بمسار الكسوف. يمكن رؤية كسوف جزئي للشمس داخل منطقة تبعد حوالي 3000 كيلومتر على جانبي مسار الكسوف. لا يستغرق ظل القمر وقتًا طويلاً حتى يتخطى نقطة معينة على الأرض. قد تكون مدة التجميع مجرد لحظة قصيرة؛ لا يمكن أن تتجاوز حوالي 7 دقائق.
نظرًا لأن الكسوف الكلي للشمس مذهل جدًا، فمن الجدير محاولة رؤيته إذا استطعت. هناك بعض الأشخاص الذين هوايتهم هي «مطاردة الكسوف» والذين يتفاخرون بعدد الأشخاص الذين رأوهم في حياتهم. نظرًا لأن معظم سطح الأرض عبارة عن ماء، يمكن أن تتضمن مطاردة الكسوف رحلات طويلة بالقوارب (وغالبًا ما تتطلب السفر الجوي أيضًا). ونتيجة لذلك، نادرًا ما تكون مطاردة الكسوف ضمن ميزانية طالب جامعي نموذجي. ومع ذلك، ترد قائمة بالكسوف المستقبلي للرجوع إليها في الملحق H، فقط في حالة ثرائك مبكرًا. (وكما ترى في الملحق، سيكون هناك كسوف كلي مرئي في الولايات المتحدة في عامي 2017 و 2024، حتى طلاب الجامعات قد يكونون قادرين على تحمل تكاليف السفر إليها.)
ظهور كسوف كلي
ما الذي يمكنك رؤيته إذا كنت محظوظًا بما يكفي لالتقاط كسوف كلي؟ يبدأ كسوف الشمس عندما يبدأ القمر في تصوير نفسه أمام حافة قرص الشمس. تليها مرحلة جزئية، يتم خلالها تغطية المزيد والمزيد من الشمس بالقمر. بعد حوالي ساعة من بدء الكسوف، تصبح الشمس مخفية تمامًا خلف القمر. في الدقائق القليلة التي تسبق مباشرة بدء هذه الفترة الكلية، تصبح السماء مظلمة بشكل ملحوظ، وتقترب بعض الأزهار، وقد يتجمد الدجاج. عندما يسقط الشفق الغريب فجأة خلال النهار، قد تشعر الحيوانات الأخرى (والأشخاص) بالارتباك. خلال الفترة الكلية، تكون السماء مظلمة بدرجة كافية بحيث تصبح الكواكب مرئية في السماء، وعادة ما تكون النجوم الأكثر سطوعًا كذلك.
عندما يصبح القرص الساطع للشمس مخفيًا تمامًا خلف القمر، تومض الهالة الرائعة للشمس في الأفق (الشكل\(\PageIndex{3}\)). الإكليل هو الغلاف الجوي الخارجي للشمس، ويتكون من غازات متفرقة تمتد لملايين الأميال في جميع الاتجاهات من السطح الظاهر للشمس. عادة ما تكون غير مرئية لأن ضوء الهالة ضعيف مقارنة بالضوء من الطبقات الأساسية للشمس. لا يمكن رؤية الهالة البيضاء اللؤلؤية إلا عندما يمسح القمر الوهج اللامع من القرص المرئي للشمس أثناء الكسوف الكلي. (سنتحدث أكثر عن الكورونا في الفصل الخاص بـ The Sun: A Garden-Variety Star.)
تنتهي المرحلة الكلية للكسوف، فجأة كما بدأت، عندما يبدأ القمر في الكشف عن الشمس. تدريجيًا، تتكرر المراحل الجزئية للكسوف، بترتيب عكسي، حتى يكشف القمر تمامًا عن الشمس. يجب أن نوضح نقطة أمان مهمة هنا: في حين أن الدقائق القليلة من الكسوف الكلي آمنة للنظر إليها، إذا تم الكشف عن أي جزء من الشمس، يجب عليك حماية عينيك باستخدام نظارات الكسوف الآمنة 2 أو عن طريق عرض صورة للشمس (بدلاً من النظر إليها مباشرة). لمزيد من المعلومات، اقرأ مربع كيفية مراقبة كسوف الشمس في هذا القسم.
كسوف القمر
يحدث خسوف القمر عندما يدخل القمر ظل الأرض. تظهر هندسة الكسوف القمري في الشكل\(\PageIndex{4}\). يبلغ طول الظل المظلم للأرض حوالي 1.4 مليون كيلومتر، لذلك عند مسافة القمر (بمتوسط 384000 كيلومتر)، يمكن أن يغطي حوالي أربعة أقمار كاملة. على عكس كسوف الشمس، الذي لا يمكن رؤيته إلا في مناطق محلية معينة على الأرض، فإن الكسوف القمري مرئي لكل من يمكنه رؤية القمر. نظرًا لأنه يمكن رؤية خسوف القمر (إذا سمحت الأحوال الجوية) من الجانب الليلي بأكمله من الأرض، تتم ملاحظة خسوف القمر بشكل متكرر من مكان معين على الأرض أكثر من الكسوف الشمسي.
لا يكون كسوف القمر كليًا إلا إذا كان مسار القمر يحمله عبر مظلة الأرض. إذا لم يدخل القمر الظلمة تمامًا، فسيكون لدينا كسوف جزئي للقمر. ولكن نظرًا لأن الأرض أكبر من القمر، فإن مظلتها أكبر، بحيث يستمر خسوف القمر لفترة أطول من الكسوف الشمسي، كما سنناقش أدناه.
يمكن أن يحدث خسوف القمر فقط عندما تكون الشمس والأرض والقمر في خط. القمر مقابل الشمس، مما يعني أن القمر سيكون في مرحلة كاملة قبل الكسوف، مما يجعل الظلام أكثر إثارة. قبل حوالي 20 دقيقة من وصول القمر إلى الظل المظلم، يخفت إلى حد ما لأن الأرض تحجب جزئيًا ضوء الشمس. عندما يبدأ القمر بالغطس في الظل، سرعان ما يصبح الشكل المنحني لظل الأرض عليه واضحًا.
حتى عند خسوف الشمس تمامًا، لا يزال القمر مرئيًا بشكل ضعيف، وعادة ما يظهر باللون الأحمر النحاسي الباهت. الإضاءة على القمر الخسوف هي ضوء الشمس الذي انحنى في ظل الأرض بالمرور عبر الغلاف الجوي للأرض.
بعد الانتهاء، يتحرك القمر خارج الظل ويتم عكس تسلسل الأحداث. تعتمد المدة الإجمالية للكسوف على مدى قرب مسار القمر من محور الظل. بالنسبة للكسوف الذي يمر فيه القمر عبر مركز ظل الأرض، تستهلك كل مرحلة جزئية ساعة واحدة على الأقل، ويمكن أن تستمر الكلية لمدة تصل إلى ساعة واحدة و 40 دقيقة. يعتبر كسوف القمر أكثر «ديمقراطية» من كسوف الشمس. نظرًا لأن القمر الكامل مرئي على الجانب الليلي بأكمله من الأرض، فإن الكسوف القمري مرئي لجميع أولئك الذين يعيشون في نصف الكرة الأرضية هذا. (تذكر أن الكسوف الكلي للشمس لا يمكن رؤيته إلا في مسار ضيق حيث يسقط ظل الظلمة.) يحدث الكسوف الكلي للقمر، في المتوسط، مرة واحدة كل سنتين أو ثلاث سنوات. توجد قائمة بالخسوف الكلي للقمر في المستقبل في الملحق H. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الكسوف القمري يحدث عند اكتمال القمر، وليس من الخطر النظر إلى البدر، يمكن للجميع النظر إلى القمر خلال جميع أجزاء الكسوف دون القلق بشأن السلامة.
بفضل فهمنا للجاذبية والحركة (انظر المدارات والجاذبية)، يمكن الآن التنبؤ بالكسوف قبل قرون. لقد قطعنا شوطًا طويلاً منذ أن وقفت البشرية خائفة من ظلام الشمس أو القمر، خوفًا من استياء الآلهة. اليوم، نستمتع بعرض السماء بتقدير صحي للقوى المهيبة التي تحافظ على تشغيل نظامنا الشمسي.
كيفية مراقبة كسوف الشمس
يعد الكسوف الكلي للشمس مشهدًا رائعًا ولا ينبغي تفويته. ومع ذلك، من الخطير للغاية النظر مباشرة إلى الشمس: حتى التعرض القصير يمكن أن يضر عينيك. عادةً ما يميل عدد قليل من الأشخاص العقلانيين إلى القيام بذلك لأنه مؤلم (وشيء أخبرتك والدتك بعدم القيام به أبدًا!). ولكن خلال المراحل الجزئية للكسوف الشمسي، يكون إغراء إلقاء نظرة قويًا. فكر قبل أن تستسلم. حقيقة أن القمر يغطي جزءًا من الشمس لا تجعل الجزء المكشوف أقل خطورة عند النظر إليه. ومع ذلك، هناك طرق آمنة تمامًا لمتابعة مسار كسوف الشمس، إذا كنت محظوظًا بما يكفي لتكون في طريق الظل.
أسهل طريقة هي صنع جهاز عرض ذو ثقب. خذ قطعة من الورق المقوى بفتحة صغيرة (1 ملم) مثقوبة فيها، وأمسكها بعدة أقدام فوق سطح فاتح، مثل رصيف خرساني أو ورقة بيضاء، بحيث «تستهدف» الحفرة الشمس. ينتج الثقب صورة غامضة ولكنها كافية للشمس الخسوف. بدلاً من ذلك، إذا كان هذا هو الوقت المناسب من العام، يمكنك السماح للمسافات الصغيرة بين أوراق الشجرة بتشكيل صور متعددة للثقوب على الحائط أو الرصيف. يمكن أن تكون مشاهدة المئات من شموس الهلال الصغيرة وهي ترقص في النسيم أمرًا جذابًا. تعتبر مصفاة المطبخ أيضًا جهاز عرض ذو ثقب ممتاز.
على الرغم من وجود فلاتر آمنة للنظر إلى الشمس مباشرة، فقد عانى الأشخاص من تلف العين من خلال البحث في الفلاتر غير المناسبة، أو عدم وجود فلتر على الإطلاق. على سبيل المثال، لا تعتبر فلاتر التصوير ذات الكثافة المحايدة آمنة لأنها تنقل الأشعة تحت الحمراء التي يمكن أن تسبب أضرارًا جسيمة لشبكية العين. كما أن الزجاج المدخن والأفلام الملونة المكشوفة تمامًا والنظارات الشمسية والعديد من الفلاتر الأخرى محلية الصنع غير آمنة أيضًا. تشمل الفلاتر الآمنة نظارات اللحام ونظارات الكسوف المصممة خصيصًا.
يجب عليك بالتأكيد النظر إلى الشمس مباشرة عندما يتم كسوفها تمامًا، حتى من خلال المناظير أو التلسكوبات. لسوء الحظ، فإن المرحلة الإجمالية، كما ناقشنا، قصيرة للغاية. ولكن إذا كنت تعرف متى يأتي ويذهب، تأكد من أنك تبحث عنه، لأنه مشهد جميل لا يُنسى. وعلى الرغم من الفولكلور القديم الذي يعرض الكسوف كأوقات خطيرة للتواجد في الهواء الطلق، فإن المراحل الجزئية للكسوف - طالما أنك لا تنظر مباشرة إلى الشمس - ليست أكثر خطورة من الخروج في ضوء الشمس.
خلال كسوف الماضي، نشأ الذعر غير الضروري من قبل المسؤولين العموميين غير المطلعين الذين يتصرفون بأفضل النوايا. كان هناك خسوف كلي رائعين في أستراليا في القرن العشرين حيث حمل سكان المدينة الصحف فوق رؤوسهم للحماية وتلامس أطفال المدارس في الداخل ورؤوسهم تحت مكاتبهم. من المؤسف أن كل هؤلاء الأشخاص فقدوا ما كان يمكن أن يكون أحد أكثر التجارب التي لا تنسى في حياتهم.
في 21 أغسطس 2017، كان الكسوف الكلي للشمس مرئيًا عبر مساحة كبيرة من الولايات المتحدة القارية، وشاهده ملايين الأشخاص من جميع أنحاء البلاد والعالم (أ).
بالنسبة لكسوف أغسطس 2017، أصدرت الخدمة البريدية في الولايات المتحدة طابعًا تذكاريًا خاصًا - الأول على الإطلاق بـ «الحبر الحراري» الذي يتغير عند لمسه.
المفاهيم الأساسية والملخص
الشمس والقمر لهما نفس الحجم الزاوي تقريبًا (حوالي 1/2 درجة). يحدث كسوف الشمس عندما يتحرك القمر بين الشمس والأرض، ويلقي بظلاله على جزء من سطح الأرض. إذا كان الكسوف كليًا، يتم حجب الضوء الصادر من قرص الشمس الساطع تمامًا، ويظهر الغلاف الجوي الشمسي (الإكليل). نادرًا ما يحدث كسوف الشمس في أي مكان، ولكنه من بين أروع المشاهد في الطبيعة. يحدث خسوف القمر عندما ينتقل القمر إلى ظل الأرض؛ يمكن رؤيته (إذا سمحت الأحوال الجوية) من نصف الكرة الأرضية الليلي بأكمله.
الحواشي
2 تتوفر نظارات Eclipse في العديد من متاجر هدايا القبة السماوية والمرصد، وأيضًا من المصنعين الرئيسيين في الولايات المتحدة: American Paper Optics و Rainbow Symphony.
مسرد المصطلحات
- كسوف القمر
- كسوف القمر، حيث ينتقل القمر إلى ظل الأرض؛ يمكن أن يحدث خسوف القمر فقط في وقت اكتمال القمر