Månförmörkelse: När Jordens Skugga Gör Månen Blodröd

En månförmörkelse är inte att Månen blir mörk. Det är Månen som glider genom en skugga så stor att den på Jordens andra sida sträcker sig ungefär 1,4 miljoner kilometer ut i rymden – och istället för att försvinna, blir Månen vanligtvis bara djupt, rostiga rött.

Den skuggan är Jordens egen skugga, kastad av solljus på samma sätt som något föremål kastar en. Det som gör en månförmörkelse värd att titta på är allt emellan: hur länge Månen förblir i den skuggan, varför den ändrar färg istället för att bli svart, och hur gamla himmelsobservanter förvandlade dess rytm till en fungerande kalender århundraden innan någon förstod varför det hände.

Den här guiden går igenom mekaniken för en månförmörkelse – skuggan, färgen, tidpunkten – och några av de märkligare hörnena, från en profetia byggd omkring fyra på varandra följande förmörkelser till att fånga Solen och den förmörkade Månen på himlen i samma ögonblick.

Jorden är ungefär 3,7 gånger bredare än Månen, och denna storleksskillnad är viktigare än du förväntar: det gör att konen av Jordens fullständiga skugga, kallad umbra, sträcker sig ungefär 1,4 miljoner kilometer ut i rymden innan den smalnar till en punkt. Det är mycket mer utrymme än Månen behöver för att försvinna.

Månens egen skugga fungerar tvärtom. Eftersom Månen är mycket mindre, når dess umbra en punkt efter bara ungefär 384 402 kilometer – genom en tillfällighet nära den faktiska Jord-Måne-avståndet, vilket är varför en total solförmörkelsens totalitetsväg på Jorden bara är en smal rem. Jordens skugga har inte detta problem; det uppslukar helt Månen, med plats att slösa.

Om Jorden inte hade en atmosfär skulle en helt förmörkad Måne ganska enkelt bli svart. Istället glidar solljuset längs kanterna av Jordens atmosfär på vägen till Månen, och detta tunna luftlager fungerar som ett filter: blåa våglängder sprids över avståndet, vilket lämnar mestadels varma, rödaktiga toner för att slutföra resan. Det som landar på Månen är i huvudsak ljuset från varje soluppgång och solnedgång på jorden som inträffar på en gång, böjd omkring planeten och återfokuserad på månens yta.

Astronomer bedömer faktiskt hur livlig det visar sig. Fransk astronom André Danjon utformade en skala, fortfarande använd idag, för att bedöma hur mörk eller ljus en helt förmörkad Måne verkar. I den svaga änden, L=0, kan Månen vara nästan osynlig vid mitten av totaliteten. I den ljusa änden, L=4, glöder det istället med levande koppar eller orange. Samma förmörkelsemekanik, samma röda ljus – men hur mycket damm och moln som händer att sitta i Jordens atmosfär den veckan kan flytta resultatet från en ände till den andra.

Inte varje månförmörkelse levererar det här fullständiga röda spektaklet. En partiell månförmörkelse uppstår när Sol, Jord och Måne inte är helt på linje, så Månen korsar bara en del av Jordens umbra medan resten förblir i solljus. En penumbrförmörkelse är ännu mer subtil – Månen passerar bara genom den ljusare yttre kanten av Jordens skugga, dimmer något utan den djupa färgförändringen. Ungefär en tredjedel av alla månförmörkelser är penumbrförmörkelser, och bara 3% av dessa penumbrförmörkelser är så djupa att de kvalificeras som totala penumbrförmörkelser – vilket betyder att de flesta förmörkelser du kanske läser som "en månförmörkelse i kväll" faktiskt är av den svaga sorten, lätt att missa om du inte vet var du ska titta.

Totaliteten varar så länge den varar för att Månen är, relativt sett, ett långsamt rörligt mål. Det driver längs sin bana med bara ungefär 1,03 km/s – knappast mer än sin egen diameter per timme – vilket är långsamt nog för att totaliteten inne i Jordens mörka umbra kan sträcka sig till närmare 107 minuter i de mest gynnsamma justeringarna. Räknar de svagare partiella faserna på båda sidor är hela händelsen, från Månens första beröring av skuggan till dess sista, kan köra så länge som 236 minuter.

Förmörkelsen 27 juli 2018 visade exakt hur lång det kan vara i praktiken: Månen tillbringade 1 timme och 43 minuter helt inne i Jordens umbra, ur en total förmörkelse på 3 timmar och 55 minuter – en kontinuerlig, gradvis rödnande show för alla som är tålmodig nog att se från början till slut.

Långt innan någon visste vad en umbra var, noterade babyloniska och senare grekiska astronomer att förmörkelser upprepades i en rytm. Den här rytmen kallas saros: en period på 18 år och 11 dagar varefter geometrien för Sol, Jord och Måne linjeras upp på nästan samma sätt igen. Varje saros-cykel innehåller vanligtvis 70 förmörkelser totalt, 29 av dem måne – ett mönster regelbundet nog för att förutsäga förmörkelser tusen år fram, utan fysik bortom noggrann journalföring.

NASA har sedan dess förvandlat den förutsägbarheten till sina egna referensarbeten. En medfölјande katalog, det fem tusen årskanonet för månförmörkelser, tabulerar varje månförmörkelse från 2000 f.Kr. till 3000 e.Kr., och dess tilläggskat fem tusen årskatalog löper till 201 sidor förmörkelse-för-förmörkelse detalj – en fem tusen års reservationsbok för en skugga.

En månförmörkelse kan bara inträffa under fullmåne, med Jorden positionerad mellan Sol och Måne – vilket skulle göra det omöjligt att se båda objekten på himlen samtidigt. Atmosfärisk refraktion bryter ibland denna regel, i en effekt kallad selenelion: i några minuter strax efter soluppgång eller strax före solnedgång kan den stigande eller inställande solen och den förmörkade Månen båda dyka upp bara ovanför motsatta horisonter samtidigt, var och en böjd något över sin sanna position av luften själv. Det är ett kort optiskt kryphål i en annars streng orbital geometri.

Månförmörkelser har oroat människor i årtusenden – enligt Sångernas Sång togs en röd måne uppslukad av mörkret som en varning om kommande hungersnöd eller sjukdom. Denna instinkt återuppstod 2014 när den totala månförmörkelsen 15 april öppnade en tetrad: fyra på varandra följande totala månförmörkelser, avslutade med förmörkelser 8 oktober 2014, 4 april 2015 och 28 september 2015. Kristna predikanter John Hagee och Mark Biltz byggde sina blodmåneprofetior omkring denna serie av fullmånar.

Tetraderna själva är inte så sällsynta – sedan 1 århundradet e.Kr. har 62 av dem uppstått – men 2014-2015 lockade oproportionerlig uppmärksamhet eftersom den överensstämde med betydande religiösa högtidsdagar, något som bara 8 av dessa 62 tetrader gjorde. Förmörkelserna var astronomiskt oremarkable; kalendersamfallet var hela historien.

Ett till nummer binder hela bilden tillsammans, även om det tillhör mer solförmörkelser än månförmörkelser. Mätt över deras skivor är Solen ungefär 400 gånger bredare än Månen – och ändå banan Månen ungefär 400 gånger närmare Jorden än Solen gör. Två orelaterade nummer som hamnar i samma förhållande är varför Sol och Måne verkar nästan exakt samma storlek från Jorden, vilket är anledningen till att solförmörkelser kan bli totala. Det har ingenting att göra med varför Månen blir röd under sin egen förmörkelse – men det är samma orbitala närhet som gör månförmörkelser möjliga först, eftersom en fullmåne bara kan falla in i Jordens skugga för att Jorden sitter mellan två kroppar vars skenbara storlek stämmer så nära överens.

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