Десь на Землі Місяць затьмарює Сонце в середньому кожні 18 місяців. Але якщо ви залишитесь на одному місці, то чекати доведеться набагато довше: повне сонячне затемнення повертається в те саме місце в середньому лише один раз на 360-410 років. Саме ця рідкість змушує людей летіти через континенти, щоб постояти під тінню Місяця кілька хвилин.
Сонячне затемнення відбувається, коли Місяць проходить прямо між Сонцем і Землею, кидаючи вузьку тінь на поверхню планети. Всередину цієї тіні день на короткий час перетворюється на сутінки, а зазвичай невидима зовнішня атмосфера Сонця блимає у поле зору. Те, що відбувається далі – це те, що відкрили століття спостереження затемнень та понад сто років дослідження фізики затемнень.
Один раз на три століття: Наскільки рідко (і як довго) може тривати повна фаза
Навіть за ідеальних умов повна фаза не триває довго. Коли затемнення відбувається з Місяцем дуже близько до перигею – найближчої точки до Землі – тінь може розширитися до 267 км (166 миль), а сама повна фаза може тривати понад 7 хвилин. Реальні затемнення рідко досягають цієї межі: найдовше обраховане затемнення відбудеться лише 16 липня 2186 року, коли повна фаза над північною Гайаною триватиме 7 хвилин 29 секунд.
Такі затемнення можна передбачити на століття вперед, оскільки вони повторюються за фіксованим ритмом, який називається саросом. Один повний цикл охоплює рівно 223 синодичних місяці, що дорівнює 18 років, 11 днів і 8 годинам, разом з близькими збігами до двох інших місячних ритмів – драконічного та аномалістичного місяців. Знаючи цей ритм, астрономи можуть обчислити на століття вперед, рівно скільки часу певному місту доведеться чекати на наступний погляд на повну фазу.
Затемнення 1919 року, яке переписало фізику
Жодне затемнення не зробило більше для науки, ніж затемнення 1919 року. Коли повна фаза охопила тропіки того року, астроном Артур Еддінгтон спостерігав світло зірок, що огинає край Сонця, і виявив, що воно вигнулось рівно так, як передбачала досі нова теорія загальної відносності Ейнштейна. Кілька місяців пізніше, 8 листопада 1919 року, результати були оголошені в Лондоні, позначивши кінець вікових законів гравітації Ньютона та початок законів Ейнштейна.
Альберт Ейнштейн, 40-річний берлінець, автор ідеї, практично за ніч став найвідомішим у світі вченим. Однак самі вимірювання 1919 року не були цілком однорідними: вигин світла, записаний на спостережній станції на острові Принсіпе, виявився дещо нижчим від передбачуваного значення, тоді як показання з бразильської станції виявилося дещо вищим – розбіжність, на яку критики вказували б протягом десятиліть.
Дивна поведінка гравітації під час повної фази
Відносність була підтверджена не один раз. Десятки років пізніше супутник Гіпарх Європейського космічного агентства, який летів з 1989 по 1993 рік, відстежував світло зірок з такою точністю, щоб забезпечити найчіткіше підтвердження тієї ж передбачення 1919 року.
Однак не все щодо затемнень і гравітації вишиковується акуратно. Одне дослідження, яке вимірювало гравітацію під час повного сонячного затемнення, виявило малу, але реальну аномалію – зміщення на 7,0 ± 2,7 × 10^-8 м/с² у локальному тяжінні гравітації, і її автори припустили, що результат може вказувати на якийсь ефект екранування під час повної фази. Це нагадування про те, що навіть століття після Еддінгтона, повне затемнення все ще дає фізикам можливість перевіряти гравітацію способами, які жодна земна лабораторія не може.
Прихована корона Сонця
Повне затемнення – це по суті єдиний раз, коли хтось на Землі може побачити корону – зовнішню атмосферу Сонця – неозброєним оком. Вона поводиться як дивна інверсія того, як зазвичай працює тепло: видима поверхня Сонця має температуру близько 4500-6000°C, але тонка корона вище неї піднімається вище мільйона градусів Цельсія – стрибок, який фізики все ще не можуть повністю пояснити.
Люди документують цей химерний光 протягом понад тисячи років – найдавніший відомий запис спостережуваної корони походить з Константинополя в 968 році н.е. Оскільки природна повна фаза така коротка, Європейське космічне агентство побудувало спосіб створити більше: місія двійного супутника Проба-3 посилає один супутник перед Сонцем, щоб блокувати його для іншого, створюючи штучні затемнення, які складають 1000 годин часу спостереження протягом двох років – набагато більше, ніж може запропонувати будь-яке природне затемнення.
Намистинки світла та перша фотографія затемнення
За кілька секунд до і після повної фази сонячне світло, що пробивається крізь долини на невирівняному краю Місяця, розбивається на ряд яскравих точок. У 1715 році, десятиліття раніше, ніж хтось придумав для цього назву, астроном Едмунд Галлей став першою людиною, яка записала те, що ми тепер називаємо намистинками Бейлі та ефектом алмазного кільця.
Фотографія наздогнала астрономію більш ніж на століття пізніше. Найдавніша відома фотографія сонячного затемнення була зроблена 28 липня 1851 року Юліусом Берковським, який використовував процес дагеротипу – крихкий метод срібної пластини, який лежить в основі деяких найстаріших збережених фотографій.
Американське затемнення 2017 року в цифрах
Найбільш спостережуване затемнення в пам'яті була від 2017 року, коли повна фаза проходила від берега до берега через Сполучені Штати у серпні, його траєкторія торкалася як Тихого, так і Атлантичного океану – щось, що не трапляється з 1918 року.
Ця тінь була величезною: вона охопила близько 16 відсотків усієї території Сполучених Штатів, хоча більшість цієї траєкторії проходила над відкритим океаном, а не над землею. На землі повна фаза найдовше тривала над парком штату Giant City в південному Іллінойсі, недалеко від Карбондейла, тримаючись протягом 2 хвилин 41,6 секунди – найдовшої тривалості, яку будь-яке одне місце на землі пережило того дня.