4.7: Eclipses ya Jua na Mwezi

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza nini kinachosababisha kupungua kwa mwezi na jua
• Tofauti kati ya kupatwa kwa jua kwa jumla na sehemu
• Eleza kwa nini kupungua kwa mwezi ni kawaida zaidi kuliko kupungua kwa jua

Moja ya sanjari ya kuishi duniani kwa wakati huu ni kwamba vitu viwili maarufu zaidi vya astronomical, Jua na Mwezi, vina karibu sawa na ukubwa wa dhahiri mbinguni. Ingawa Jua lina kipenyo cha karibu mara 400 kuliko Mwezi, pia ni karibu mara 400 mbali zaidi, hivyo Jua na Mwezi wote vina ukubwa wa angular ule—takriban 1/2°. Matokeo yake, Mwezi, kama inavyoonekana kutoka duniani, unaweza kuonekana kufunika Jua, kuzalisha moja ya matukio ya kushangaza zaidi katika asili.

Kitu chochote kilicho imara katika mfumo wa jua kinatoa kivuli kwa kuzuia nuru ya Jua kutoka eneo nyuma yake. Kivuli hiki katika nafasi kinakuwa dhahiri kila kitu kingine kinachoingia ndani yake. Kwa ujumla, kupatwa hutokea wakati wowote sehemu yoyote ya Dunia au Mwezi inapoingia kivuli cha nyingine. Kivuli cha Mwezi kinapopiga Dunia, watu ndani ya kivuli hicho wanaona Jua angalau sehemu inayofunikwa na Mwezi; yaani wanashuhudia kupatwa kwa jua. Mwezi unapopita katika kivuli cha Dunia, watu upande wa usiku wa Dunia wanaona Mwezi kuwa giza katika kile kinachoitwa kupatwa kwa mwezi. Hebu tuangalie jinsi haya yanatokea kwa undani zaidi.

Vivuli vya Dunia na Mwezi vinajumuisha sehemu mbili: koni ambapo kivuli ni giza, kinachoitwa umbra, na kanda nyepesi, iliyoenea zaidi ya giza inayoitwa penumbra. Kama unaweza kufikiria, eclipses ya kuvutia zaidi hutokea wakati kitu kinaingia kwenye umbra. Kielelezo\(\PageIndex{1}\) inaonyesha muonekano wa kivuli cha Mwezi na kile Jua na Mwezi bila kuangalia kama kutoka pointi tofauti ndani ya kivuli.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) jua Eclipse. (a) Kivuli kilichopigwa na mwili wa mviringo (Mwezi, kwa mfano) kinaonyeshwa. Angalia umbra ya giza na penumbra nyepesi. Pointi nne katika kivuli zimeandikwa na namba. Katika (b) unaona nini Jua na Mwezi ungeonekana kama mbinguni kwenye pointi nne zilizoandikwa. Katika nafasi ya 1, unaona kupatwa kwa jumla. Katika nafasi 2 na 3, kupatwa ni sehemu. Katika nafasi ya 4, Mwezi uko mbali zaidi na hivyo hauwezi kufunika Jua kabisa; hivyo pete ya nuru inaonyesha kuzunguka Jua, na kuunda kile kinachoitwa kupatwa kwa “annular”.

Kama njia ya Mwezi angani ilikuwa sawa na njia ya Jua (ecliptic), tunaweza kutarajia kuona kupatwa kwa Jua na Mwezi kila mwezi—wakati wowote Mwezi ulipoingia mbele ya Jua au katika kivuli cha Dunia. Hata hivyo, kama tulivyosema, obiti ya Mwezi inakabiliwa na ndege ya obiti ya Dunia kuhusu Jua kwa karibu 5° (fikiria hoops mbili za hula zilizo na kituo cha kawaida, lakini zimeelekezwa kidogo). Matokeo yake, wakati wa miezi mingi, Mwezi ni wa kutosha juu au chini ya ndege ya ecliptic ili kuepuka kupatwa. Lakini wakati njia mbili zinavuka (mara mbili kwa mwaka), basi ni “msimu wa kupatwa” na kupungua kunawezekana.

Eclipses ya Jua

Ukubwa wa dhahiri au wa angular wa Jua na Mwezi hutofautiana kidogo mara kwa mara kama umbali wao kutoka Dunia unatofautiana. (Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha umbali wa mwangalizi tofauti katika pointi A-D, lakini wazo ni sawa.) Muda mwingi, Mwezi unaonekana mdogo kidogo kuliko Jua na hauwezi kuifunika kabisa, hata kama hizo mbili zimeunganishwa kikamilifu. Katika aina hii ya “kupatwa kwa annular,” kuna pete ya mwanga karibu na nyanja ya giza ya Mwezi.

Hata hivyo, ikiwa kupatwa kwa jua hutokea wakati Mwezi ni karibu zaidi kuliko umbali wake wa wastani, Mwezi unaweza kuficha kabisa Jua, na kuzalisha kupatwa kwa jua kwa jumla. Njia nyingine ya kusema ni kwamba kupatwa kwa jumla kwa Jua hutokea wakati huo ambapo umbra ya kivuli cha Mwezi hufikia uso wa Dunia.

Jiometri ya kupatwa kwa jua kwa jumla inaonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{2}\). Ikiwa Jua na Mwezi zimeunganishwa vizuri, basi kivuli cha giza cha Mwezi kinazunguka ardhi kwa hatua ndogo juu ya uso wa Dunia. Mtu yeyote duniani ndani ya eneo ndogo lililofunikwa na ncha ya kivuli cha Mwezi atakuwa, kwa dakika chache, hawezi kuona Jua na atashuhudia kupatwa kwa jumla. Wakati huo huo, waangalizi juu ya eneo kubwa la uso wa dunia walio kwenye penumbra wataona sehemu tu ya jua iliyopigwa na Mwezi: tunaita hii kupungua kwa jua kwa sehemu.

Kati ya mzunguko wa Dunia na mwendo wa Mwezi katika obiti yake, ncha ya kivuli cha Mwezi inafagia upande wa mashariki kwa takriban kilomita 1500 kwa saa pamoja na bendi nyembamba kwenye uso wa Dunia. Eneo nyembamba duniani kote ambako kupatwa kwa jua kwa jumla kunaonekana (kuruhusu hali ya hewa) inaitwa njia ya kupatwa. Ndani ya eneo karibu kilomita 3000 upande wowote wa njia ya kupatwa, kupungua kwa jua kwa sehemu kunaonekana. Haitachukua muda mrefu kwa kivuli cha Mwezi kufagia nyuma hatua fulani duniani. Muda wa jumla inaweza kuwa papo mfupi tu; haiwezi kuzidi dakika 7.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Jiometri ya Jumla ya jua Eclipse. Kumbuka kwamba mchoro wetu sio kiwango. Mwezi huzuia Jua wakati wa awamu mpya ya mwezi kama inavyoonekana kutoka sehemu fulani za Dunia na kutupa kivuli kwenye sayari yetu.

Kwa sababu kupatwa kwa jumla kwa jua ni ya kushangaza, ni muhimu kujaribu kuona moja ikiwa unaweza. Kuna baadhi ya watu ambao hobby ni “kupatwa kwa chasing” na ambao wanajivunia kuhusu wangapi wameona katika maisha yao. Kwa sababu sehemu kubwa ya uso wa Dunia ni maji, kupatwa kwa chasing kunaweza kuhusisha safari ndefu za mashua (na mara nyingi inahitaji usafiri wa hewa pia). Matokeo yake, kupatwa kwa chasing ni mara chache ndani ya bajeti ya mwanafunzi wa chuo kikuu. Hata hivyo, orodha ya kupatwa kwa siku zijazo hutolewa kwa kumbukumbu yako katika Kiambatisho H, tu ikiwa unapiga matajiri mapema. (Na, kama unaweza kuona katika Kiambatisho, kutakuwa na jumla ya eclipses inayoonekana nchini Marekani mwaka 2017 na 2024, ambayo hata wanafunzi wa chuo wanaweza kumudu kusafiri.)

Uonekano wa Eclipse Jumla

Je! Unaweza kuona nini ikiwa una bahati ya kukamata kupatwa kwa jumla? Kuanguka kwa jua huanza wakati Mwezi unapoanza silhouette yenyewe dhidi ya makali ya disk ya Sun. Awamu ya sehemu ifuatavyo, wakati ambapo Jua zaidi na zaidi linafunikwa na Mwezi. Karibu saa baada ya kupatwa kwa kuanza, Jua linafichwa kabisa nyuma ya Mwezi. Katika dakika chache mara moja kabla ya kipindi hiki cha jumla kinaanza, anga inaonekana giza, maua mengine yanakaribia, na kuku huweza kwenda kwenye mizizi. Kama jioni kali hutoka ghafla wakati wa mchana, wanyama wengine (na watu) wanaweza kupotoshwa. Wakati wa jumla, anga ni giza ya kutosha kwamba sayari zionekane angani, na kwa kawaida nyota angavu zinafanya vilevile.

Kama disk mkali ya Jua inakuwa siri kabisa nyuma ya Mwezi, corona ya ajabu ya Jua inaangaza katika mtazamo (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Corona ni angahewa ya nje ya Jua, yenye gesi chache zinazopanua kwa mamilioni ya maili pande zote kutoka kwenye uso unaoonekana wa Jua. Kwa kawaida haionekani kwa sababu nuru ya corona ni dhaifu ikilinganishwa na nuru kutoka kwenye tabaka za msingi za Jua. Tu wakati glare ya kipaji kutoka kwenye diski inayoonekana ya jua inafutwa na Mwezi wakati wa kupatwa kwa jumla ni corona nyeupe ya pearly inayoonekana. (Tutazungumzia zaidi kuhusu corona katika sura ya Sun: Star Bustani-Variety.)

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Sun ya Corona. Corona (anga nyembamba ya nje) ya Jua inaonekana wakati wa kupatwa kwa jua kwa jumla. (Inaonekana kina zaidi katika picha kuliko ingekuwa kwa jicho unaided.)

Awamu ya jumla ya kupatwa kwa mwisho, kwa ghafla kama ilianza, wakati Mwezi unapoanza kufungua Jua. Hatua kwa hatua, awamu ya sehemu ya kupatwa hurudia wenyewe, kwa utaratibu wa reverse, mpaka Mwezi umefunua kabisa Jua. Tunapaswa kufanya hatua moja muhimu ya usalama hapa: wakati dakika chache za kupatwa kwa jumla ni salama kuangalia, ikiwa sehemu yoyote ya jua imefunuliwa, unapaswa kulinda macho yako na glasi za kupatwa salama ² au kwa kuonyesha picha ya jua (badala ya kuiangalia moja kwa moja). Kwa zaidi, soma Jinsi ya Kuchunguza sanduku la jua la jua katika sehemu hii.

Eclipses ya Mwezi

Kuanguka kwa mwezi hutokea wakati Mwezi unapoingia kivuli cha Dunia. Jiometri ya kupatwa kwa mwezi inavyoonyeshwa kwenye Mchoro\(\PageIndex{4}\). Kivuli cha giza cha Dunia kina urefu wa kilomita milioni 1.4, hivyo kwa umbali wa Mwezi (wastani wa kilomita 384,000), inaweza kufunika karibu miezi minne kamili. Tofauti na kupatwa kwa jua, ambayo inaonekana tu katika maeneo fulani ya ndani duniani, kupatwa kwa mwezi kunaonekana kwa kila mtu anayeweza kuona Mwezi. Kwa sababu kupatwa kwa mwezi kunaweza kuonekana (hali ya hewa inaruhusu) kutoka upande wote wa usiku wa Dunia, kupungua kwa mwezi kunazingatiwa mara nyingi zaidi kutoka mahali fulani duniani kuliko kupatwa kwa jua.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) Jiometri ya Eclipse Lunar Mwezi unaonyeshwa kusonga kupitia sehemu mbalimbali za kivuli cha Dunia wakati wa kupatwa kwa mwezi kwa jumla. Kumbuka kuwa umbali wa Mwezi unaoingia katika obiti yake wakati wa kupatwa umekuwa umeenea hapa kwa uwazi.

Kupatwa kwa Mwezi ni jumla tu kama njia ya Mwezi hubeba ingawa umbra ya Dunia. Ikiwa Mwezi hauingii kabisa umbra, tuna kupungua kwa sehemu ya Mwezi. Lakini kwa sababu Dunia ni kubwa zaidi kuliko Mwezi, umbra yake ni kubwa, ili kupungua kwa mwezi kwa muda mrefu zaidi kuliko kupungua kwa jua, kama tutakavyojadili hapa chini.

Kuanguka kwa mwezi kunaweza kutokea tu wakati Jua, Dunia, na Mwezi ziko kwenye mstari. Mwezi ni kinyume na Jua, ambayo inamaanisha Mwezi utakuwa katika awamu kamili kabla ya kupatwa, na kufanya giza hata zaidi. Karibu dakika 20 kabla ya Mwezi kufikia kivuli giza, hupungua kiasi fulani kama Dunia inazuia jua. Kama Mwezi unapoanza kuzama ndani ya kivuli, sura ya mviringo ya kivuli cha Dunia juu yake hivi karibuni inakuwa dhahiri.

Hata wakati umepungua kabisa, Mwezi bado unaonekana wazi, kwa kawaida huonekana nyekundu nyekundu ya shaba. Mwangaza juu ya Mwezi uliopatwa ni jua ambalo limeingizwa katika kivuli cha Dunia kwa kupitia angahewa ya Dunia.

Baada ya jumla, Mwezi hutoka nje ya kivuli na mlolongo wa matukio hubadilishwa. Muda wa jumla wa kupatwa hutegemea jinsi njia ya Mwezi inakaribia karibu na mhimili wa kivuli. Kwa kupatwa ambapo Mwezi hupitia katikati ya kivuli cha Dunia, kila awamu ya sehemu hutumia angalau saa 1, na jumla inaweza kudumu kwa muda mrefu kama saa 1 na dakika 40. Eclipses ya Mwezi ni zaidi “kidemokrasia” kuliko kupungua kwa jua. Kwa kuwa mwezi kamili unaonekana upande wote wa usiku wa Dunia, kupatwa kwa mwezi kunaonekana kwa wale wote wanaoishi katika ulimwengu huo. (Kumbuka kwamba kupatwa kwa jumla ya Jua kunaonekana tu katika njia nyembamba ambapo kivuli cha umbra kinaanguka.) Jumla ya kupungua kwa Mwezi hutokea, kwa wastani, mara moja kila baada ya miaka miwili au mitatu. Kwa kuongeza, tangu kupatwa kwa mwezi hutokea kwa mwezi kamili, na mwezi kamili sio hatari kuangalia, kila mtu anaweza kuangalia mwezi wakati wa maeneo yote ya kupatwa bila wasiwasi juu ya usalama.

Shukrani kwa ufahamu wetu wa mvuto na mwendo (tazama Orbits na Gravity), eclipses sasa inaweza kutabiri karne mapema. Tumekuja kwa muda mrefu tangu ubinadamu alisimama hofu na giza la jua au Mwezi, wakiogopa hasira ya miungu. Leo, tunafurahia maonyesho ya anga kwa kuthamini afya ya vikosi vingi vinavyoweka mfumo wetu wa jua uendelee.

Jinsi ya kuchunguza eclipses ya jua

Kuanguka kwa jumla kwa Jua ni macho ya kushangaza na haipaswi kukosa. Hata hivyo, ni hatari sana kuangalia moja kwa moja kwenye Jua: hata mfiduo mfupi unaweza kuharibu macho yako. Kwa kawaida, watu wachache wenye busara wanajaribiwa kufanya hivyo kwa sababu ni chungu (na kitu ambacho mama yako alikuambia kamwe usifanye!). Lakini wakati wa awamu ya sehemu ya kupatwa kwa jua, jaribu la kuangalia ni nguvu. Fikiria kabla ya kutoa katika. Ukweli kwamba Mwezi unaifunika sehemu ya Jua haufanyi sehemu isiyofunuliwa kuwa hatari zaidi kuitazama. Hata hivyo, kuna njia salama kabisa za kufuata mwendo wa kupatwa kwa jua, ikiwa una bahati ya kuwa katika njia ya kivuli.

Mbinu rahisi ni kufanya mradi wa pinhole. Kuchukua kipande cha mbao na shimo ndogo (1 millimeter) iliyopigwa ndani yake, na kushikilia miguu kadhaa juu ya uso wa mwanga, kama vile sidewalk halisi au karatasi nyeupe, ili shimo ni “lengo” kwenye jua. Shimo hutoa picha ya fuzzy lakini ya kutosha ya Jua lililopatwa. Vinginevyo, ikiwa ni wakati unaofaa wa mwaka, unaweza kuruhusu nafasi ndogo kati ya majani ya mti huunda picha nyingi za pinhole dhidi ya ukuta au sidewalk. Kuangalia mamia ya crescent kidogo Suns kucheza katika breeze inaweza captivating. Colander ya jikoni pia hufanya mradi bora wa pinhole.

Ingawa kuna filters salama kwa kutazama Jua moja kwa moja, watu wamepata uharibifu wa jicho kwa kuangalia kupitia vichujio visivyofaa, au hakuna chujio kabisa. Kwa mfano, vichujio vya picha vya wiani vya neutral si salama kwa sababu vinatumia mionzi ya infrared ambayo inaweza kusababisha uharibifu mkubwa kwa retina. Pia salama ni kioo cha kuvuta sigara, filamu ya rangi iliyo wazi kabisa, miwani ya miwani, na filters nyingine nyingi za kibinafsi. Filters salama ni pamoja na viboko vya welders na glasi maalum za kupatwa.

Lazima hakika kuangalia jua moja kwa moja wakati ni kabisa eclipsed, hata kwa njia ya binoculars au darubini. Kwa bahati mbaya, awamu ya jumla, kama tulivyojadiliwa, ni mfupi sana. Lakini ikiwa unajua wakati unakuja na kwenda, hakikisha unatazama, kwa kuwa ni macho mazuri sana. Na, licha ya ngano ya kale ambayo inatoa eclipses kama nyakati hatari kuwa nje, awamu ya sehemu ya kupatwa-kwa muda mrefu kama wewe si kuangalia moja kwa moja katika jua-si hatari zaidi kuliko kuwa nje katika jua.

Wakati wa kupungua kwa zamani, hofu isiyohitajika imeundwa na viongozi wa umma wasiojulikana wanaofanya kazi kwa nia nzuri. Kulikuwa na matukio mawili ya ajabu ya jumla nchini Australia katika karne ya ishirini, wakati ambapo watu wa miji walifanya magazeti juu ya vichwa vyao kwa ajili ya ulinzi na watoto wa shule walipungua ndani ya nyumba na vichwa vyao chini ya madawati yao. Ni huruma gani kwamba watu wote walikosa nini ingekuwa moja ya uzoefu wa kukumbukwa zaidi wa maisha yao.

Mnamo Agosti 21, 2017, kupatwa kwa jumla kwa Jua kulionekana katika sehemu kubwa ya bara la Marekani, na ilionekana na mamilioni ya watu kutoka kote nchini na dunia (a).

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) 2017 Jumla ya jua na Lunar Eclipse (a) Jua lililopungua Agosti 21, 2017, likionyesha maelezo ya ajabu katika anga ya nje ya jua. Hii ni kipande cha muda mfupi, wa kati, na wa muda mrefu, kwa kuwa hakuna mfiduo mmoja anayeweza kukamata mwangaza mkubwa wa maonyesho ya Jua. (b) Kupatwa kwa jumla kwa Mwezi kuonekana juu ya California Januari 31, 2018. Mwezi unahamia polepole katika kivuli cha Dunia, unaonekana kuwa nyekundu wakati kupatwa kwa jumla na jua nyekundu hupasuka kupitia angahewa ya Dunia, halafu polepole hutoka nje ya kivuli. (mikopo a: muundo wa kazi na Rick Fienberg, American Astronomical Socity/TravelQuest International; mikopo b: mabadiliko ya kazi na Brian Day.)

Kielelezo Ramani\(\PageIndex{6}\) hii ya Marekani inaonyesha njia ya kupatwa kwa jua kwa 2017. Mnamo Agosti 21, 2017, kivuli hicho kilivuka kwanza kwenye Pwani ya Magharibi karibu na Portland, Oregon, ikipitia Marekani na kutoka Pwani ya Mashariki huko South Carolina takriban dakika 90 baadaye, ikifunika takriban maili 3000 katika mchakato huo.

Kwa kupatwa kwa Agosti 2017, huduma ya posta ya Marekani ilitoa muhuri maalum wa kumbukumbu - wa kwanza kabisa na “wino wa thermochromic” ambao hubadilika unapogusa.

Dhana muhimu na Muhtasari

Jua na Mwezi vina karibu ukubwa sawa wa angular (takriban 1/2°). Kuanguka kwa jua hutokea wakati Mwezi unapoendelea kati ya Jua na Dunia, ukitupa kivuli chake kwenye sehemu ya uso wa Dunia. Ikiwa kupatwa ni jumla, mwanga kutoka kwenye disk mkali wa Jua umezuiwa kabisa, na anga ya jua (corona) inakuja. Kupungua kwa jua hufanyika mara chache katika eneo lolote, lakini ni miongoni mwa vituko vya kuvutia zaidi katika asili. Kuanguka kwa mwezi hufanyika wakati Mwezi unapoingia kwenye kivuli cha Dunia; inaonekana (hali ya hewa inaruhusu) kutoka ulimwengu wote wa usiku wa Dunia.

maelezo ya chini

² Eclipse glasi zinapatikana katika maduka mengi usayaria na uchunguzi zawadi, na pia kutoka mbili kuu Marekani wazalishaji: American Paper Optics na Rainbow Symphony.

faharasa

kupatwa kwa mwezi

kupatwa kwa Mwezi, ambapo Mwezi huingia katika kivuli cha Dunia; kupungua kwa mwezi kunaweza kutokea tu wakati wa mwezi kamili