Dziś wrześniowy Superksiężyc

Przed nami kolejna Superpełnia, którą będziemy mogli podziwiać już dziś. Geocentryczna opozycja Słońca i Księżyca w rektascensji nastąpiła 29 września 2023 roku o godzinie 11.57,a Księżyc był w perygeum swojej orbity 28 września o godzinie 3.01.

W tym krótkim artykule skupiono się na wpływie odległości Księżyca od Ziemi na jego jasność i rozmiary kątowe oraz na natężenie oświetlenia. Zjawisko Superksiężyca, czy też Superpełni, zachodzi wtedy, gdy pełnia Księżyca wypada w pobliżu lub dokładnie w perygeum jego wokółziemskiej orbity. Sprawdźmy, o ile Księżyc jest większy będąc w perygeum w stosunku do rozmiarów Księżyca znajdującego się w apogeum.

Superksiężyc 19 marca 2011 r. (z prawej) w porównaniu ze „zwykłym” widocznym 20 grudnia 2010 r. Źródło: Wikipedia/Marcoaliaslama

Rozmiary kątowe Księżyca. Źródło: Jerzy Kreiner, Astronomia z astrofizyką, Wydawnictwo Naukowe PWN, 1992.

Przy średnim mimośrodzie (0,0549) Księżyc w perygeum jest o około 11,62 % większy od rozmiarów Księżyca znajdującego w apogeum. Przy mimośrodzie najmniejszym i wynoszącym 0,0255 rozmiary kątowe Księżyca w perygeum są większe od rozmiarów kątowym Księżyca w apogeum o około 5,23 %. Przy mimośrodzie ekstremalnie dużym, wynoszącym 0,0775, Księżyc będzie nawet o 16,8% większy od Księżyca w apogeum.

Z czystej ciekawości przeliczmy, jak zmieniać się będą rozmiary kątowe Księżyca wraz ze zwiększaniem mimośrodu, w stosunku do rozmiarów kątowych Księżyca znajdującego się w średniej odległości. Dla mimośrodu 0,0255, Księżyc w perygeum będzie większy o 2,6% od rozmiarów kątowych Księżyca znajdującego się w średniej odległości od Ziemi. Dla mimośrodu 0,0549, Księżyc w perygeum będzie większy o 5,8% od Księżyca znajdującego się w średniej odległości od Ziemi. Dla mimośrodu 0,0775, Księżyc w perygeum będzie większy o 8,4% od Księżyca znajdującego się w średniej odległości od Ziemi. Zatem rozmiary Superksiężyca w pełni są na ogół większe od rozmiarów Księżyca w pełni przypadającej na położenie Księżyca inne niż perygeum, a więc wtedy, kiedy Księżyc nie jest najbliżej Ziemi.

Czy mimośród orbity wpływa na jasność Księżyca? Odpowiedź jest oczywista, tak. Wraz ze wzrostem mimośrodu orbity odległość Księżyca od Ziemi w perygeum maleje, a zatem zwiększa się natężenie oświetlenia, a więc także i jego jasność. Czy szerokość geograficzna położenia obserwatora ma wpływ na jego jasność? Otóż elementarne obliczenia wskazują, że tak. Im wyższa szerokość geograficzna, tym jego jasność będzie malała, co jest związane ze zwiększaniem się odległości obserwatora od Księżyca.

Tab. 1. Wpływ mimośrodu orbity Księżyca na jego jasność.

Tab. 2. Wpływ szerokości geograficznej położenia obserwatora na jasność Księżyca (przy założeniu, że obserwator widzi 100 % oświetlenie tarczy księżycowej).

A czy odległość Ziemi od Słońca wpływa na jasność Księżyca? Jak wiadomo, Ziemia obiega Słońce po orbicie eliptycznej. Obecnie mimośród orbity Ziemskiej wynosi 0,0167. Kiedy Ziemia znajduje się w peryhelium, wówczas znajduje się najbliżej Słońca, zatem jasność Księżyca powinna być większa niż w sytuacji, kiedy Ziemia znajdować się będzie w aphelium swej orbity. Z prostych obliczeń wynika, że różnica w natężeniu oświetlenia wynosi 6,95%, zaś w jasności – 0m,073. Z mechaniki nieba wiemy, że orbita ziemska jest perturbowana i jej mimośród zmienia się: od 0,06 do 0,0023 w 29500 roku, a nawet do 0,0006 w 465000 roku, gdzie orbita będzie niemal kołowa. Zmiany mimośrodu orbity w zakresie wartości ekstremalnych nie są regularne, co w wynika z oddziaływania większych planet.

Zakładając, że odległość Księżyca od Ziemi nie zmieni się w tym okresie, sprawdźmy, jak zmieni się jego jasność. Wraz ze wzrostem mimośrodu orbity zmniejsza się odległość najmniejsza między Słońcem i Ziemią, co wpływać będzie na jego jasność.

Tab. 3. Wpływ eliptyczności orbity ziemskiej na zmianę jasności Księżyca.

Powyższe rozważania dotyczyły sytuacji, gdy Księżyc znajduje się w płaszczyźnie ekliptyki, co odpowiada sytuacji, kiedy Księżyc znajduje się w jednym z węzłów orbity. Kiedy Księżyc znajduje się w odległości 90 stopni od węzłów księżycowych, obserwator ziemski nie widzi w pełni oświetlonej tarczy księżycowej. Przy odległości od ekliptyki o 5°18’ Ziemianin widzi już 99,79 % całej oświetlonej przez Słońce tarczy księżycowej. Czy wpływa to na jego jasność? Jak wskazują obliczenia – wpływa. Jego jasności wynosi 85% jasności obserwowanej przy widzeniu 100 % oświetlenia jego powierzchni.

Należy zwrócić jeszcze uwagę na jeden aspekt. Z astronomicznego punktu widzenia z pełnią mamy do czynienia wtedy, gdy występuje geocentryczna opozycja Księżyca i Słońca w rektascensji. Można postawić pytanie: czy podczas geocentrycznej opozycji kąt fazowy jest najmniejszy i wynosi zero? Otóż okazuje się, że kąt fazowy osiąga minimum i wynosi zero tylko wówczas, kiedy Księżyc znajdować się będzie w jednym z węzłów swojej orbity, oraz drugie minimum jest osiągane wtedy, kiedy Księżyc znajduje się w maksymalnej szerokości południowej lub północnej. Przy każdym innym położeniu Księżyca geocentryczna opozycja w rektascensji nie zbiega się z minimum kąta fazowego. W tym wypadku pełnia astronomiczna nie zbiega się z minimum kąta fazowego. Interwał czasowy będzie największy, kiedy Księżyc znajdować się będzie w odległości 45° od węzła księżycowego. Jak wskazują obliczenia, różnica w czasie między geocentryczną opozycją Księżyca i Słońca a chwilą, kiedy kąt fazowy osiąga minimum, może wynosić nawet 33 minuty.

Powyżej przeanalizowano wpływ szerokości geograficznej obserwatora na jasność obserwowaną Księżyca oraz jego rozmiary kątowe. Obliczenia były przeprowadzone przy założeniu, że obserwator znajdujący się na różnych szerokościach geograficznych widzi prawdziwą pełnię, czyli wtedy, kiedy obserwuje 100 % tarczy księżycowej. Położenie obserwatora na różnych szerokościach geograficznych skutkuje tym, że dla każdego obserwatora kąt fazowy może nieco się różnic. Jest to tzw. efekt paralaksy. Dla obserwatorów z różnych szerokości geograficznych Księżyc jest w innej odległości od obserwatora, a nie każdy obserwator będzie mógł obserwować „w pełni” 100 % oświetlenia powierzchni Księżyca. Zatem rzeczywiste zwiększenie natężenie oświetlenia i jasności będzie nieco mniejsze od wyliczonych dla sytuacji idealnej. Oprócz efektu paralaksy również zjawisko libracji może wpływać na kąt fazy.

Przeanalizowano tu sytuacje idealne, czyli takie, gdy pełnia wypada dokładnie w perygeum orbity księżycowej, a obserwator widzi w 100 % oświetloną tarczę Księżyca. W rzeczywistości pełnia wypada czasem tylko w pobliżu perygeum, chociaż może się zdarzyć, że wypadnie idealnie w perygeum. Zatem uwzględniając fakt paralaksy, zjawisko libracji oraz efekt fazy Księżyca, zwiększenie natężenie oświetlenia i jego jasności będzie nieco mniejsze od tych analizowanych w poszczególnych sytuacjach teoretycznych.

Zatem czego dziś możemy spodziewać się podczas Superksiężyca na niebie? Zwiększonego natężenia oświetlenia oraz większych rozmiarów. Dla jednych obserwatorów będzie to piękne, romantyczne wydarzenie, inni będą cierpieć na bezsenność.

Jeśli pogoda dopisze, nie przegapmy tego pięknego zjawiska przyrodniczego. Następne dopiero za około 412 dni!

Czytaj więcej:

• Prognoza pola zachmurzenia i warunków obserwacyjnych dla obserwatorów Superpełni
• Superksiężyc i rozmaitości o orbicie księżycowej

Źródło: CMN IMGW PIB

Opracowanie: Grzegorz Duniec

Na zdjęciu: Pełnia Księżyca w perygeum nad Filadelfią, 2016 rok. Źródło: APOD.pl