Місячне затемнення: Коли тінь Землі робить Місяць кривавочервоним

Місячне затемнення – це не затемнення Місяця. Це Місяць, який ковзає крізь тінь настільки величезну, що з іншого боку Землі вона простягається приблизно на 1,4 мільйона кілометрів у космос – і замість того, щоб зникнути, Місяць зазвичай просто набуває глибокого іржавого червоного кольору.

Ця тінь – це власна тінь Землі, кинута сонячним світлом так само, як будь-який об'єкт кидає тінь. Те, що робить місячне затемнення гідним спостереження, це все, що між: як довго Місяць залишається в цій тіні, чому він змінює колір замість того, щоб стати чорним, і як стародавні спостерігачі неба перетворили його ритм у функціональний календар за століття до того, як хто-небудь зрозумів, чому це сталося.

Цей посібник проходить через механіку місячного затемнення – тінь, колір, час – та кілька дивніших закутків, від пророцтва, побудованого навколо чотирьох послідовних затемнень, до ловління Сонця та затемненого Місяця в небі в один момент.

Земля приблизно в 3,7 разів ширша за Місяць, і ця різниця розмірів важливіша, ніж ви очікували б: вона робить конус повної земної тіні, називаної умброю, простяганням приблизно на 1,4 мільйона кілометрів у космос, перш ніж звужатися до точки. Це набагато більше місця, ніж Місяцю потрібно, щоб зникнути.

Власна тінь Місяця працює навпаки. Оскільки Місяць набагато менший, його умбра доходить до точки лише приблизно через 384 402 кілометра – випадково близько до фактичної відстані Земля-Місяць, через що шлях повноти повного сонячного затемнення на Землі завжди лише вузька смуга. Земна тінь не має цієї проблеми; вона повністю поглинає Місяць з простором для грошей.

Якби Земля не мала атмосфери, повністю затемнений Місяць просто став би чорним. Замість цього сонячне світло торкається країв земної атмосфери на шляху до Місяця, і цей тонкий шар повітря діє як фільтр: сині довжини хвиль розсіюються на відстані, залишаючи переважно теплі, червонуваті тони для завершення подорожі. Те, що потрапляє на Місяць, це по суті світло кожного сходу та заходу сонця на Землі, що відбуваються одночасно, зігнуте навколо планети і переосвітлене на поверхні Місяця.

Астрономи насправді оцінюють, наскільки яскраво це проявляється. Французький астроном Андре Данжон розробив шкалу, яка все ще використовується сьогодні, для оцінки того, наскільки темним або яскравим виглядає повністю затемнений Місяць. На слабкому кінці, L=0, Місяць може бути майже невидимий у середині повноти. На яскравому кінці, L=4, він замість цього сяє яскравою мідю або помаранчевим кольором. Та сама механіка затемнення, те саме червоне світло – але скільки пилу та хмар випадково перебуває в земній атмосфері того тижня, може змінити результат від одного крайності до іншого.

Не кожне місячне затемнення забезпечує цей повний червоний спектакль. Часткове місячне затемнення трапляється, коли Сонце, Земля та Місяць перебувають не зовсім на одній лінії, тому Місяць перетинає лише частину земної умбри, а решта залишається на сонячному світлі. Напіввітне затемнення ще більш тонке – Місяць проходить лише крізь світліший зовнішній край земної тіні, дещо темніючи без глибокої зміни кольору. Приблизно третина всіх місячних затемнень – це напіввітні затемнення, і лише 3% цих напіввітних затемнень достатньо глибокі, щоб кваліфікуватися як повні напіввітні затемнення – це означає, що більшість затемнень, які ви можете прочитати як "місячне затемнення сьогодні ввечері", насправді належать до слабкого типу, легко пропустити, якщо ви не знаєте, де шукати.

Повнота триває стільки часу, скільки вона триває, оскільки Місяць, порівняно кажучи, повільно рухається. Він дрейфує по своїй орбіті лише приблизно на 1,03 км/с – ледве більше, ніж його власний діаметр за годину – що досить повільно, щоб повнота всередині темної земної умбри могла простягатися до майже 107 хвилин у найбільш сприятливих вирівняннях. Якщо порахувати блідіші часткові фази з обох боків, вся подія, від першого дотику Місяця з тінню до його останнього дотику, може тривати до 236 хвилин.

Затемнення 27 липня 2018 року показало, наскільки довгим це може бути на практиці: Місяць провів 1 годину та 43 хвилини повністю всередині земної умбри, із загального затемнення на 3 години та 55 хвилин – безперервне, поступово червоніюче шоу для того, хто достатньо терпеливий, щоб дивитися від початку до кінця.

Задовго до того, як хто-небудь знав, що таке умбра, вавилонські, а пізніше грецькі астрономи помітили, що затемнення повторюються за ритмом. Цей ритм називається саро: період 18 років та 11 днів, після якого геометрія Сонця, Землі та Місяця вишиковується майже однаково. Кожен цикл саро зазвичай містить 70 затемнень загалом, 29 з них місячних – достатньо регулярна схема для передбачення затемнень тисячі років без будь-якої фізики крім терпеливого ведення записів.

НАСА відтоді перетворило цю передбачуваність у власні довідкові роботи. Супровідний каталог, П'ятитисячолітній канон місячних затемнень, перелічує кожне місячне затемнення від 2000 р. до н. е. до 3000 р. н. е., а його додатковий П'ятитисячолітній каталог становить 201 сторінку деталей затемнення за затемненням – п'ятитисячолітню записну книжку для тіні.

Місячне затемнення може статися лише в часи повного місяця, коли Земля розташована між Сонцем та Місяцем – що повинно зробити неможливим бачити обидва об'єкти в небі одночасно. Атмосферна рефракція іноді порушує це правило, в ефекті, називаному селеніліон: протягом кількох хвилин невдовзі після сходу або незадовго до заходу сонця, сонце, що сходить або заходить, та затемнений Місяць можуть обидва з'являтися прямо над протилежними горизонтами одночасно, кожне дещо вигнуте над своєю справжньою позицією самим повітрям. Це коротка оптична лазівка в іншому суворої орбітальної геометрії.

Місячні затемнення непокоять людей протягом тисячоліть – згідно з Книгою пісень, червоний місяць, поглинений темрявою, розглядався як попередження про голод або хворобу. Цей інстинкт знову виник у 2014 році, коли повне місячне затемнення 15 квітня відкрило тетраду: чотири послідовні повні місячні затемнення, завершені затемненнями 8 жовтня 2014 року, 4 квітня 2015 року та 28 вересня 2015 року. Христіянські проповідники Джон Хегі та Марк Більц побудували свої пророцтва про кривавий місяць навколо цієї серії повних місяців.

Самі по собі тетради не такі рідкісні – з 1-го століття нашої ери 62 з них сталися – але 2014-2015 привабила непропорційну увагу, тому що вирівнялася зі значущими релігійними святковими датами, чого лише 8 з цих 62 тетрад зробили. Затемнення були астрономічно непримітні; збіг календаря була вся історія.

Ще один номер зв'язує всю картину, хоча він належить більше до сонячних затемнень, ніж місячних. Виміряні по їх дискам, Сонце приблизно в 400 разів ширше за Місяць – і все ж Місяць обертається приблизно в 400 разів ближче до Землі, ніж Сонце. Два непов'язані числа, що потрапляють на один і той же коефіцієнт, – це те, чому Сонце та Місяць здаються майже однаково великими від Землі, що є причиною того, що сонячні затемнення можуть бути повними. Це не має нічого спільного з тим, чому Місяць стає червоним під час власного затемнення – але це те саме орбітальне сусідство, яке робить можливим місячні затемнення, оскільки повний місяць може впасти в земну тінь, тільки тому, що Земля сидить між двома тілами, чиї видимі розміри так близько збігаються.

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