Kuuvarjutus: Kui Maa vari muudab Kuu verevarevaks

Kuuvarjutus ei ole Kuu tuhmenemine. See on Kuu libisemas varjuga, mis on nii suur, et Maa teisest küljest ulatub see ligikaudu 1,4 miljoni kilomeetri kaugusele kosmosesse – ja selle asemel, et kaotada, muutub Kuu tavaliselt lihtsalt sügavaks, roostetavaks punaseks.

See vari on Maa enda vari, millele heitleb päikesevalgus nii, nagu heitleb mis tahes objekt. Mis teeb kuuvarjutuse jälgimisväärseks, on kõik vahepeal: kui kaua Kuu selles varjus viibib, miks ta värvi muudab, selle asemel et mustaks muutuda, ja kuidas iidsed taevajälgijad selle rütmi funktioneerivaks kalenderiks muutsid sajandeid, enne kui keegi aru sai, miks see juhtus.

See juhend käib läbi kuuvarjutuse mehaanika – vari, värv, aeg – ja mõned veelgi kummalised nurgad, alates neljast järjestikusest varjutusest koosnevast ennustusest kuni Päikese ja varjutatud Kuu tabamise peale taevas samal hetkel.

Maa on ligikaudu 3,7 korda laiem kui Kuu ja see suuruste erinevus on olulisem, kui arvaksite: see teeb Maa täievarjust koonuse, mida nimetatakse umbra, ulatuvaks ligikaudu 1,4 miljoni kilomeetri kaugusele kosmosesse, enne kui see punktini kitsendub. See on palju rohkem ruumi, kui Kuul on vaja kaotada.

Kuu omavari toimib vastupidi. Kuna Kuu on palju väiksem, jõuab selle umbra punktini vaid ligikaudu 384 402 kilomeetri pärast – juhuslikult Maa-Kuu tegeliku kauguse lähedal, millest tulenevalt on täisvarjutuse totaliteedistee Maad ainult kitsas riba. Maa varjul pole seda probleemi; see neelab Kuu täielikult, lisaruumiga.

Kui Maale ei oleks atmosfääri, muutuks täielikult varjutatud Kuu lihtsalt mustaks. Selle asemel libiseb päikesevalgus Maa atmosfääri serva ületades teel Kuule ja see õhuke kiht toimib filtrina: sinised lainepikkused hajuvad kauguse üle, jättes peamiselt soojad, punakad toonid sõidu lõpetamiseks. See, mis Kuule langeb, on sisuliselt iga päikesetõusu ja -lojumise valgus Maal, mis aeg kokku võtab, planeeditaolne ja Kuu pinnale keskendatud.

Astronoomid hindavad tegelikult, kui elavalt see avaldub. Prantsusmaa astronoom André Danjon töötas välja skaala, mida kasutatakse tänapäevalgi, et hinnata, kui tume või hele näeb välja täielikult varjutatud Kuu. Nõrga otsa puhul L=0 võib Kuu totaliteedi keskel olla peaaegu nähtamatu. Heledal otsas, L=4, helendab see selle asemel elava vasega või oranžiga. Sama varjutusmehaanika, sama punane valgus – kuid kui palju tolmu ja pilvi juhuslikult Maa atmosfääris selles nädalalas istub, võib tulemust ühest äärmusest teise muuta.

Mitte iga kuuvarjutus ei paku seda täielikku punast kujundurit. Osaline kuuvarjutus juhtub, kui Päike, Maa ja Kuu ei ole täpselt joondatud, nii et Kuu ületab ainult osa Maa umbrast, samas kui ülejäänud osa jääb päikesevalgusesse. Poolvarjutus on veelgi subtiilem – Kuu läbib vaid Maa varju leebema välisserva, tembutudes veidi ilma sügava värvuse muutuseta. Ligikaudu kolmandik kõigist kuuvarjutustest on poolvarjutused ja vaid 3% nendest poolvarjutustest on piisavalt sügavad, et kvalifitseeruda täispoolvarjutustena – mis tähendab, et enamik varjutusist, millest võiksite lugeda "kuuvarjutus täna õhtul", on tegelikult nõrgad, hõlpsasti missida, kui te ei tea, kuhu vaadata.

Totaliteet kestab nii kaua, kuni ta kestab, sest Kuu on suhteliselt öeldes aeglaselt liikuv siht. See triivib orbiidil vaid umbes 1,03 km/s – vaid veidi rohkem kui oma enda läbimõõt tunni kohta – mis on aeglane piisavalt, et totaliteet Maa tumeda umbra sees võib ulatuda peaaegu 107 minutini kõige soodsamas joondamises. Lõunakaare nõrgema osalise faaside arvestus kummalgi küljel, kogu sündmus, Kuu esimesest varjuga puutumisest kuni viimase, võib kestus kuni 236 minutit.

1. juuli 2018 varjutus näitas täpselt, kui pikka see saab praktikas olla: Kuu veetis 1 tunni ja 43 minutit täielikult Maa umbrasse, välja arvatud kogu varjutus 3 tundi ja 55 minutit – pidev, graduaalselt punastav show kõigile, kes on piisavalt kannatlikud, et vaadata algusest lõpuni.

Ammu enne, kui keegi teadis, mis on umbra, märkasid babiloonlased ja hiljem kreeklased astronoomid, et varjutused korduvad rütmi järgi. Seda rütmi nimetatakse sarosiks: periood 18 aastat ja 11 päeva, mille järel joondab Päikese, Maa ja Kuu geomeetria peaaegu samal viisil uuesti. Iga sarosi tsükkel sisaldab tavaliselt kokku 70 varjutust, neist 29 kuuvarjutust – piisavalt regulaarne muster, et ennustada varjutusi tuhandeid aastaid edasi, ilma füüsikaga väljaspool hoolikat dokumenteerimist.

NASA on sellest ajast saadik muutunud selle ennustatavuse oma referentsteosteks. Kaasasolev kataloog, Five Millennium Canon of Lunar Eclipses, tabeleerib iga kuuvarjutuse aastast 2000 eKr kuni 3000 pKr ja selle täiendav Five Millennium Catalog ulatub 201 lehele varjutuse jagu varjutusjärgse detailiga – viietuhande aasta broneerimisraamat vari.

Kuuvarjutus võib juhtuda ainult täiskuul, Maa positsioneeritud Päikese ja Kuu vahele – mis peaks muutma võimatuks näha mõlemat objekti taevas korraga. Atmosfääri murdumine katkestab seda reeglit aeg-ajalt, efektis, mida nimetatakse selenelioniks: mõneks minutiks vahetult pärast päikesetõusu või vahetult enne päikeseelorgu võivad tõusev või looja Päike ja varjutatud Kuu ilmuda mõlemad vastupidi horizondid üle samal ajal, kumbki veidi paindunud tema tegeliku positsiooni kohale õhu ise. See on lühike optiline augukese muidu striktsetes orbiitgeomeetrias.

Kuuvarjutused on muretsenud inimesi aastatuhandete vältel – Lauluraamatu järgi võeti punane kuu, mille pimedus neelas, kui hoiatus tuleva näljahäduse või haiguse eest. See instinkt ilmnes uuesti 2014. aastal, kui 15. aprilli täisvarjutus avas tetradi: neli järjestikust täisvarjutust, täiendatud varjutustega 8. oktoobril 2014, 4. aprillil 2015 ja 28. septembril 2015. Kristlikud predikaatorid John Hagee ja Mark Biltz ehitasid oma verevarjutuste ennustused selle täiskuude seeria ümber.

Tetradid ise pole nii haruldased – alates 1. sajandist pKr on juhtunud 62 neist – kuid 2014-2015 tetradiväljenduse juhendatud ebaproportsionaalne tähelepanu, kuna see joondus oluliste religioossete pühapäevadega, mida tegi vaid 8 neist 62 tetradist. Varjutused olid astronoomiliselt märkamata; kalenderkokkusattumus oli kogu lugu.

Veel üks number seob kogu pildi kokku, kuigi see kuulub pigem päikesevarjutuste kui kuuvarjutuste hulka. Mõõdetud üle nende kettade on Päike ligikaudu 400 korda laiem kui Kuu – ja siiski keeratas Kuu ligikaudu 400 korda lähemal Maale kui Päike. Kaks mitteseotuv numbrit, mis satuvad samale suhtele, on põhjus, miks näevad Päike ja Kuu Maalt peaaegu täpselt sama suurusena, mis on põhjus, miks võivad päikesevarjutused muutuda koguks. Sel pole mingit seost sellega, miks muutub Kuu punaseks oma varjutuse ajal – kuid see on sama orbitaalne naabrus, mis teeb kuuvarjutused võimalikuks esmakordselt, sest täiskuu saab langeda Maa varju ainult sellepärast, et Maa istub kahe keha vahel, mille nähtavad suurused kattuv nii laheda.

• NASA: Lunar Eclipse Page
• NASA Science: Eclipses and the Moon