Dziś półcieniowe częściowe zaćmienie Księżyca

W ten piątek o godzinie 19.35 nastąpi geocentryczna opozycja Słońca i Księżyca w rektascensji. Księżyc podczas swej niebieskiej wędrówki znajdzie się w pobliżu węzła zstępującego orbity, a to warunki sprzyjające wystąpieniu zaćmienia Księżyca. Podczas tego zaćmienia trajektoria ruchu naszego naturalnego satelity przetnie stożek półcienia i częściowo zanurzy się w półcieniu – będzie można obserwować zaćmienie częściowe półcieniowe.

Faza tego zaćmienia będzie dość duża i wyniesie 0,9636. W Polsce zaćmienie będzie można zaobserwować przy wschodzie Księżyca.

Przebieg częściowego zaćmienia półcieniowego. Źródło: Almanach astronomiczny 2023, PTA, 2022.

Jak powstaje zaćmienie Księżyca?

Przy okazji niedawnego zaćmienia Słońca poznaliśmy mechanizm zaćmień, polegający na tym, że jedno ciało niebieskie chowa się (całkowicie lub częściowo) w cieniu lub półcieniu stożka drugiego ciała niebieskiego. Podczas zbliżającego się zaćmienia Księżyc zanurzy się częściowo w stożek półcienia. Podczas maksymalnej fazy 96,36% jego powierzchni będzie zanurzone w półcieniu.

Na gruncie optyki geometrycznej mechanizm powstawania cienia i półcienia jest bardzo prosty. Załóżmy, że oświetlać będziemy ciało kuliste (w rzeczywistości może to być ciało o dowolnym kształcie) źródłem, którego rozmiary są większe od oświetlanego ciała. Po przeciwnej stronie źródła, za kulą, powstanie obszar, w którym będzie panowała ciemność. Obszar, do którego nie będą docierały żadne promienie słoneczne, jest ograniczony prostymi stycznymi do powierzchni kulistej ciała. Rejon ten nazywać będzie obszarem cienia. Źródło światła emitowane jest w przestrzeń we wszystkich kierunkach, zatem pęk prostych stycznych do powierzchni oświetlanego ciała utworzy stożek. Styczne do powierzchni oświetlanego ciała stanowią tworzącą stożka. Wewnątrz tego obszaru nie docierają promienie słoneczne i jest tam po prostu ciemno, dlatego stożek ten nazywamy stożkiem cienia. Wierzchołek stożka znajdzie się po przeciwnej stronie źródła.

Jeśli teraz poprowadzimy ze źródła światła proste, symbolizujące rozchodzące się światło, będące stycznymi wewnętrznymi, utworzą one pewien obszar, do którego, będą docierały promienie światła wyemitowane przez niektóre punkty źródła. Taki obszar nazywamy półcieniem. Styczne wewnętrzne stanowić będą natomiast tworzące stożka półcienia. Wierzchołek stożka półcienia znajduje się między źródłem światła a oświetlonym ciałem.

Zaćmienie Księżyca: A — całkowite, B — częściowe, C – półcieniowe, źródło: Konrad Rudnicki, Astronomia dla kl. IV LO i Technikum i Liceum zawodowego, WSiP, 1988, Wydanie XV, wersja zmodyfikowana.

Rysunek schematyczny cienia Ziemi i Księżyca, C — stożki cienia całkowitego, P — stożki półcienia. Obserwator znajdujący się w punkcie E nie widziałby w ogóle Słońca. Dla obserwatora w punkcie F byłaby niewidoczna tylko część Słońca leżąca ponad linią przerywaną. Obserwator znajdujący się na zewnątrz stożków, np. w punkcie G, widzi całe Słońce. Źródło: Konrad Rudnicki, Astronomia dla kl. IV LO i Technikum i Liceum zawodowego, WSiP, 1988, Wydanie XV, wersja zmodyfikowana.

Aby mogło zaistnieć zaćmienie Księżyca, nasz naturalny satelita musi być fazie pełni i znajdować się w pobliżu węzła księżycowego. Długość ekliptyczna Księżyca podczas pełni musi różnić się od długość ekliptycznej węzła księżycowego o mniej niż 9° 30'. Zaćmienie natomiast nie nastąpi (zaćmienie częściowe) gdy różnica ta będzie większa od 12° 15'.

Wyróżniamy następujące rodzaje zaćmień:

całkowite
częściowe
półcieniowe

Kiedy podczas ruchu orbitalnego Księżyc całkowicie zanurzy się w stożku cienia Ziemi, występuje całkowite zaćmienie Księżyca. Przy częściowym zanurzeniu Księżyca w stożku cienia Ziemi występuje zaćmienie częściowe. Natomiast w sytuacji, gdy Księżyc zanurzy się jedynie w stożku półcienia Ziemi, obserwator będzie miał możliwość obserwacji zaćmienia półcieniowego. Jeżeli Księżyc zanurzy się częściowo w półcieniu, obserwator zaobserwuje zaćmienie częściowe półcieniowe.

Długość stożka cienia Ziemi wynosi, przy średniej odległości Ziemi od Słońca, 1384000 km. Księżyc obiega Ziemię po orbicie zbliżonej do elipsy, perturbowanej głównie przez Słońce, w średniej odległości 384402 km. W tej odległości średnica stożka cienia Ziemi wynosi około 9200 km. Oczywiście są to wartości otrzymane przy założeniu, że Ziemia znajduje się w średniej odległości od Słońca, a Księżyc w średniej odległości od Ziemi.

Ile zaćmień występuje w ciągu roku?

W ciągu miesiąca synodycznego, a więc czasu, jaki upływa między dwiema tymi samymi lunacjami, np. pełniami, Słońce przesuwa się wzdłuż ekliptyki względem węzłów o 30°40’ (jest to wartość średnia). Łuk ten jest krótszy od 24°30’. Z warunków występowania zaćmienia wiemy, że jeżeli długość ekliptyczna Księżyca jest większa niż 12°15’ to zaćmienie częściowe nie wystąpi. A więc jeżeli Księżyc znajdzie się w odległości większej niż 12°15’, zarówno w kierunku wschodnim jak i zachodnim od węzła, Księżyc nie będzie miał możliwości zanurzenia się w stożek cienia Ziemi. Zatem łączna długość wynosi 2*12°15’=24°30’. Słońce w ciągu jednego miesiąca synodycznego zakreśla łuk większy i to ponad 6°. Z prostej geometrii wynika, że nie przy każdym położeniu Księżyca w pobliżu węzła zajdzie zaćmienie Księżyca. Z prostych obliczeń wynika z kolei, że długość średniego roku zaćmieniowego, czyli odstępu czasu jaki upływa między przejściem Słońca przez ten sam węzeł orbity Księżyca, wynosi 346,62 dni. Rok zaćmieniowy jest krótszy od roku zwrotnikowego, za sprawą poruszających się w kierunku wstecznym węzłów orbitalnych Księżyca. Zatem jeżeli w ciągu roku kalendarzowego Słońce przejdzie trzykrotnie przez węzeł orbity księżycowej, to wówczas mogą zajść aż trzy zaćmienia księżycowe. Ale może zdarzyć się taki rok, w którym nie wystąpi żadne zaćmienie.

Jeżeli podobne obliczenia przeprowadzimy z uwzględnieniem warunków zaistnienia zaćmień półcieniowych, ich liczba w roku się zwiększy. Warunkiem koniecznym wystąpienia zaćmienia półcieniowego jest odległość Księżyca od węzła w odległości nie większej niż 17°. Zatem długość łuku zwiększa się z 24°30’ na 34°. A więc w ciągu roku liczba zaćmień może wzrosnąć do 5.

Przeprowadzając obliczenia obejmujące okres 5000 lat (2000 r. p. n. e. – 3000 r. n. e.) można spostrzec, że najczęściej występują zaćmienia półcieniowe, a najrzadziej całkowite. Spośród zaćmień półcieniowych najczęściej występują zaćmienia częściowe półcieniowe. Analizując liczbę całkowitych zaćmień Księżyca stwierdzamy, że najwięcej jest zaćmień centralnych. Najczęściej występują dwa zaćmienia Księżycowe w roku. Najrzadziej jest ich pięć.

Ekstremalny czas trwania zaćmienia Księżyca

Najdłuższe zaćmienie całkowite występuje w chwili, kiedy Księżyc znajduje się w apogeum swojej orbity, a Ziemi w aphelium. Księżyc znajdujący się w apogeum orbity porusza się najwolniej oraz jego rozmiary kątowe są najmniejsze. Kiedy Ziemia znajduje się w apogeum, rozmiary stożka cienia są największe. Skutkuje to tym, że Księżyc po zanurzeniu w stożek cienia dłużej w nim pozostaje. Szesnastego lipca 2000 roku całkowita faza zaćmienia trwała 106,4 minuty. Następne tak długie zaćmienie będzie miało miejsce dopiero 9 stycznia 2123 roku. Wówczas maksymalna faza zaćmienia będzie trwała ekstremalnie długo, 106,1 minuty.

Najkrótsze zaćmienie całkowite Księżyca wystąpiło 4 kwietnia 2015 roku. Trwało zaledwie 4,7 minuty. Następne tak ekstremalnie krótkie zaćmienie wystąpi 11 sierpnia 2155 roku i będzie trwało 2,6 minuty.

Podobnie jak w przypadku zaćmienia całkowitego, najdłuższe zaćmienie częściowe występuje, kiedy Księżyc znajduje się w pobliżu apogeum. Ostatnie zaćmienie częściowe, które trwało 209,6 minuty, wystąpiło 23 wrześnie 1382 roku. Następne będzie można podziwiać dopiero 8 lutego 2669 roku, będzie trwało 210 minut.

Najkrótsze zaćmienie częściowe miało miejsce w XIX wieku, a dokładniej 26 listopada 1890 roku. Trwało 9,8 minuty. Najbliższe ekstremalnie krótkie zaćmienie częściowe Księżyca wystąpi dopiero 24 lutego 2157 roku, a czas trwania zjawiska wyniesie 5,6 minuty.

Zaćmienia półcieniowe również trwają najdłużej wtedy, gdy Księżyc znajdzie się w apogeum orbity, a Ziemia w pobliżu aphelium. Przy takim położeniu Ziemi rozmiary stożka półcienia osiągają największe rozmiary. Ostatnie zaćmienie półcieniowe, które trwało 293,8 minuty, miało miejsce 3 marca 1988 roku. Kolejne będzie można obserwować dopiero 2 kwietnia 2732 roku i będzie trwało 293,2 minuty. Najkrótsze zaćmienie częściowe półcieniowe jest przed nami. Osiemnastego lipca 2027 roku Księżyca zanurzy się w półcieniu na niewielką głębokość. Czas trwania zaćmienia wyniesie 11,8 minuty.

Czy podczas całkowitego zaćmienia Księżyc jest widoczny?

Jeżeli Ziemia nie posiadałaby atmosfery, Księżyc po zanurzeniu w stożku cienia przestałby być widoczny dla obserwatora. Jednak Ziemia ma atmosferą, zatem pomimo zanurzenia w stożku cienia Księżyc jest obserwowany. Przyczyn należy upatrywać w zjawisku rozpraszania i ugięciu promieni świetlnych w gazowej otoczce planety. Z fizyki wiemy, że najsilniej rozpraszane są promienie świetlne o długości światła niebieskiego i fioletowego, a najsłabiej rozpraszane jest światło czerwone. Kiedy spojrzy się na zaćmiony Księżyc, uważny obserwator spostrzeże właśnie jego czerwoną barwę. Jasność każdorazowo zaćmionego Księżyca będzie inna. Wpływa na to kilka czynników, w tym aktualna aktywność słoneczna i aktualna zawartość pary wodnej, pyłów oraz ozonu w atmosferze. Jasność zaćmionego Księżyca określa się przy pomocy pięciostopniowej skali metodą Danjona. Metoda ta polega na określeniu zabarwienia tarczy księżycowej podczas zaćmienia:

0 - zaćmienie bardzo ciemne;
1 - Zaćmienie ciemnoszare;
2 - Zaćmienie ciemnoczerwone lub rudawe;
3 - Zaćmienie ceglastoczerwone;
4 - Zaćmienie miedzianoczerwone.

Przebieg zaćmienia w Polsce

W Polsce centralnej Księżyc wzejdzie o godzinie 20:14 i będzie znajdował się wówczas w odległości 380113,55 km. Na niebie Księżyc znajdować się będzie na tle konstelacji Wagi. W momencie wschodu Księżyc będzie już po maksymalnej fazie zaćmienia, która nastąpi o godzinie 19:24. Choć w chwili wschodu Księżyca Słońce już będzie znajdowało się pod horyzontem, na niebie będzie jeszcze w dalszym ciągu dość jasno (zmierzch cywilny). Około 20:50 rozpocznie zmierzch żeglarski. Niebo będzie ciemniejsze, ale faza zaćmienia półcieniowego będzie już mniejsza. Wizualne efekty pociemnienia tarczy księżycowej są obserwowane w pobliżu maksymalnej fazy. Dlatego obecne warunki są mało sprzyjające i dla obserwatorów naziemnych pociemnienie tarczy księżycowej będzie właściwie niezauważalne.

Widok nieba przy obecności atmosfery. Wygląd nieba na godzinę 2033. Źródło: https://stellarium-web.org/

Prognoza pogody

Zachmurzenie ogólne początkowo duże w NW części kraju. W województwie opolskim, śląskim małopolskim oraz podkarpackim umiarkowane i małe. Na pozostałym obszarze zachmurzenie umiarkowane i duże. Z upływem czasu strefa zachmurzenia umiarkowanego i małego będzie przemieszczała się na wschód. O 23 jedynie krańce SE Polski w zasięgu zachmurzenia umiarkowanego i małego. Na pozostałym obszarze zachmurzenie duże.

Początkowo jedynie w województwie opolskim, śląskim małopolskim oraz podkarpackim umiarkowane warunki do obserwacji. Z upływem czasu warunki do obserwacji będą się pogarszać. Na pozostałym obszarze brak warunków do obserwacji lub warunki obserwacyjne będą trudne.

Czytaj więcej: