Någonstans på jorden skuggar månen solen i genomsnitt var 18:e månad. Stannar du på ett ställe däremot är väntetiden mycket längre: en total solförmörkelse återvänder till samma plats bara en gång var 360 till 410 år i genomsnitt. Det är just denna sällenhet som får människor att flyga över kontinenter för att stå i månens skugga under några få flyktig minuter.
En solförmörkelse uppstår när månen passerar direkt mellan solen och jorden och kastar en smal skugga på planetens yta. Inne i den skuggan blir dagen kort till skymning, och solens normalt osynliga yttre atmosfär blinkar i sikte. Det som följer är vad århundraden av förmörkelseiakttagelser och mer än ett århundrande av förmörkelsefysik har avslöjat.
En gång var tredje århundrade: Hur sällsynt (och hur långt) kan totalitet vara
Även under perfekta förhållanden varar totaliteten inte länge. När en förmörkelse inträffar med månen mycket nära perigeum – sin närmaste punkt till jorden – kan skuggbanan breda ut sig till så mycket som 267 km (166 miles), och totaliteten själv kan pågå längre än 7 minuter. Verkliga förmörkelser når sällan den gränsen: den längsta beräknade förmörkelsen kommer inte att inträffa förrän 16 juli 2186, då totaliteten över norra Guyana varar 7 minuter 29 sekunder.
Förmörkelser som dessa kan förutsägas århundraden i förväg eftersom de upprepas i en fast cykel som kallas saros. En full cykel omfattar exakt 223 synodiska månader, vilket motsvarar 18 år, 11 dagar och 8 timmar, tillsammans med nära motsvarande två andra månkyckliser, de drakoniska och anomalistiska månaderna. Att känna till denna cykel är det som gör det möjligt för astronomer att beräkna århundraden i förväg exakt hur länge en given stad måste vänta på sin nästa glimt av totalitet.
Förmörkelsen 1919 som skrev om fysiken
Ingen förmörkelse gjorde mer för vetenskapen än den 1919. När totaliteten svepte över tropikerna det året observerade astronom Arthur Eddington stjärnljus glida förbi solens kant och fann att det hade böjts, precis som Einsteins ännu nya teori om allmän relativitet förutspådde. Några månader senare, 8 november 1919, tillkännagavs resultaten i London, vilket markerade slutet på Newtons århundradeslånga gravitationsmodell och början på Einsteins.
Albert Einstein, den 40-årige berliner bakom idén, blev praktiskt taget över natten världens mest kände vetenskapsman. Själva mätningarna från 1919 var dock inte helt enhetliga: ljusbryningen registrerad på observatorieplatsen på Príncipe visade sig vara något lägre än det förväntade värdet, medan mätningen från den brasilianska platsen var något högre – ett glapp som kritiker skulle peka på i decennier.
Konstigt beteende av gravitation under totalitet
Relativiteten bekräftades inte bara en gång. Decennier senare levererade ESA:s Hipparcos-satellit, som flög från 1989 till 1993, spårning av stjärnljus med tillräcklig precision för att ge den tydligaste bekräftelsen till dato av samma förutsägelse från 1919.
Inte allt om förmörkelser och gravitation stämmer dock perfekt. En studie som mätte gravitationen under en total solförmörkelse upptäckte en liten men verklig anomali, en förskjutning på 7,0 ± 2,7 × 10^-8 m/s² i den lokala gravitationskraften, och dess författare föreslog att resultatet skulle kunna peka på en slags skärmningseffekt under totaliteten. Det är en påminnelse om att även ett århundrade efter Eddington ger en total förmörkelse fysiker fortfarande en möjlighet att testa gravitation på sätt som inget jordlaboratorium kan.
Solens dolda krona
En total förmörkelse är i huvudsak den enda tiden då någon på jorden kan se corona – solens yttre atmosfär – med blotta ögat. Det beter sig som en märklig vändning av hur värme normalt fungerar: solens synliga yta ligger omkring 4500-6000°C, men den tunna corona ovanför det klättrar förbi en miljon grader Celsius, ett hopp som fysiker fortfarande inte helt kan förklara.
Människor har dokumenterat denna kusliga ljuskrans i över tusen år – den tidigaste kända redogörelsen för en observerad corona kommer från Konstantinopel år 968 e.Kr. Eftersom naturlig totalitet är så kort byggde Europeiska rymdorganisationen ett sätt att framställa mer av det: dubbelsatellit-Proba-3-missionen flyger en satellit framför solen för att blockera den för den andra, vilket producerar konstgjorda förmörkelser som summerar till 1000 timmars observationstid under två år, långt mer än någon naturlig förmörkelse någonsin skulle kunna erbjuda.
Pärlor av ljus och den första förmörkelsefotografin
I sekunderna före och efter totaliteten brister solljus som pressas genom dalar på månens tandade kant sig i en sträng av lysande punkter. År 1715, decennier innan någon uppfann ett namn för det, blev astronom Edmund Halley den första personen som antecknade vad vi nu kallar Baileys pärlor och diamantringseffekten.
Fotografin nådde i kapp astronomin mer än ett århundrade senare. Det tidigast kända fotografiet av en solförmörkelse togs 28 juli 1851 av Julius Berkowski, som använde daguerreotypiprocessen, den sköraste silverplåttekniken bakom några av fotografiets äldsta bevarade bilder.
Amerikas förmörkelse 2017, efter siffrorna
Den mest observerade förmörkelsen i senare tid fejde från kust till kust över USA i augusti 2017, dess väg av totalitet rörde både Stilla havet och Atlanten – något som inte hade hänt sedan 1918.
Den skuggan var enorm: den fejde över ungefär 16 procent av USA:s hela område, även om de flesta av denna väg gick över öppet hav snarare än land. På marken höll totaliteten längre över Giant City State Park i södra Illinois, precis utanför Carbondale, och varade 2 minuter 41,6 sekunder – den längsta perioden som någon enskild plats på land upplevde den dagen.