Слънчеви затъмнения — урок по астрономия

1. Какво е слънчево затъмнение?

Слънчево затъмнение настъпва, когато Луната мине между Земята и Слънцето и сянката ѝ падне върху Земята. Затова то е възможно само при новолуние. За разлика от , което се вижда от цялото нощно полукълбо, слънчевото се вижда само там, където пада лунната сянка.

🎯 Невероятно космическо съвпадение

Слънце: диаметър 1,39 млн. km, разстояние 150 млн. km → $\approx 0{,}53^\circ$ ( $31{,}6'\text{–}32{,}7'$ )
Луна: диаметър 3474 km, разстояние 356 500–406 700 km → ъглов диаметър $\approx 0{,}49^\circ\text{–}0{,}56^\circ$ ( $29{,}4'\text{–}33{,}5'$ )

Луната е около 400 пъти по-малка от Слънцето и около 400 пъти по-близо. Затова двата диска изглеждат почти еднакво големи, а според разстоянието до Луната затъмнението е ту пълно, ту пръстеновидно.

2. Сянка, полусянка и видове затъмнения

Сянката на Луната е конус, дълъг около 374 000 km – почти колкото разстоянието до Земята. Дали върхът му стига до повърхността, решава вида на затъмнението.

Симулатор на слънчево затъмнение

Променете разстоянието до Луната и вижте дали пълната ѝ сянка стига до Земята.

Хоризонталният мащаб е верен; вертикалният е разтегнат, за да се вижда конусът.

Разстояние Земя–Луна: 370 000 km

перигейапогей

Отместване от централната линия: 0′Време спрямо максимума: −36 min

В момента

Частично

Закрита площ от Слънцето

34%

Фаза (дял от диаметъра)

0.45

Ширина на пълната сянка

≈ 147 km

Конус на пълната сянка: 380 хил. km · разстояние до наблюдателя: 364 хил. km · за това място затъмнението е най-много пълно. Ширината е за сянка, падаща перпендикулярно на повърхността.

🎯 Опитайте: намерете най-голямото разстояние до Луната, при което затъмнението още е пълно – веднъж през януари и веднъж през юли. Защо се различават?

Видове слънчеви затъмнения:

Пълно – конусът на пълната сянка стига до Земята. От тясна ивица (до ~270 km) Луната закрива цялото Слънце за до 7 min 31 s.
Пръстеновидно – Луната е твърде далеч, конусът свършва преди Земята. Около черния диск остава ярък пръстен. Короната не се вижда.
Частично – наблюдателят е в полусянката (до ~3500 km от централната линия) и Луната закрива само част от Слънцето.
Хибридно – по продължение на пътя затъмнението е ту пръстеновидно, ту пълно, защото Земята е кълбо и средата на пътя е по-близо до Луната с ~6000 km.

Ход на затъмнението

I контакт

Дискът на Луната докосва Слънцето – начало на частичната фаза.

II контакт

Луната закрива цялото Слънце – начало на пълната фаза. Миг преди това проблясват „броеницата на Бейли“ и „диамантеният пръстен“.

III контакт

Слънцето започва да се показва – край на пълната фаза.

IV контакт

Луната напуска диска на Слънцето – край на затъмнението.

Т

Условие за пълно затъмнение

Затъмнението е пълно, ако ъгловият радиус на Луната е по-голям от този на Слънцето:

R_{\text{☾}} / d_{\text{☾}} > R_{\odot} / d_{\odot}

. Еквивалентно: дължината на конуса на пълната сянка

L = \frac{d_{\odot}\cdot R_{\text{☾}}}{R_{\odot} - R_{\text{☾}}}

е по-голяма от разстоянието от Луната до наблюдателя.

Пример

Колко е дълъг конусът на пълната лунна сянка?

Подобни триъгълници: $\frac{L}{R_{\text{☾}}} = \frac{L + d_{\odot}}{R_{\odot}}$ , откъдето $L = \frac{d_{\odot} \cdot R_{\text{☾}}}{R_{\odot} - R_{\text{☾}}}$ .
$L = \frac{149{,}6\cdot 10^6\ \mathrm{km} \cdot 1737\ \mathrm{km}}{(696\,000 - 1737)\ \mathrm{km}} \approx 374\,000\ \mathrm{km}$ .
Разстоянието от Луната до повърхността на Земята е от ~350 000 km (перигей) до ~400 000 km (апогей).
Следователно сянката понякога стига до Земята (пълно затъмнение), а понякога не (пръстеновидно). Пръстеновидните затъмнения дори са малко по-чести.

3. Корона на Слънцето

Само по време на пълната фаза виждаме с просто око короната – външната атмосфера на Слънцето. Тя е милион пъти по-слаба от и обикновено се губи в нейния блясък.

Характеристики на короната:

Температура 1–3 милиона K – стотици пъти по-гореща от повърхността (5800 K). Защо е така, още се изследва.
Простира се на милиони километри и преминава в
Формата ѝ зависи от слънчевата активност: при максимум е кръгла, при минимум – удължена по екватора
Червените по ръба на Слънцето също се виждат само при пълно затъмнение или със специални телескопи

🔭 Затъмнения, които промениха науката

1868 г. – в на протуберансите е открит нов елемент, наречен хелий (от гр. „хелиос“ – Слънце). Години по-късно го намират и на Земята.
1919 г. – Едингтън измерва отклонението на звездната светлина край Слънцето и потвърждава общата теория на относителността на Айнщайн.

4. Защо затъмненията не се случват всеки месец?

Както при лунните затъмнения (виж „Фази на Луната“), орбитата на Луната е наклонена на ~5,1° спрямо . При повечето новолуния Луната минава над или под Слънцето. Затъмнение има само ако новолунието е близо до възел.

Слънчевото затъмнение е възможно, ако новолунието е до ~18° от възела – по-широко от лунното, защото е достатъчно Луната да закрие Слънцето от някоя точка на Земята.
Затова годишно има от 2 до 5 слънчеви затъмнения – общо повече от лунните.
На едно конкретно място обаче пълно слънчево затъмнение има средно веднъж на ~375 години – много по-рядко от лунното.
Затъмненията се повтарят през един сарос (18 години 11 дни 8 часа), но изместени с ~120° по дължина заради допълнителните 8 часа.

Затъмненията, видими от моя град

Всички слънчеви затъмнения от 2026 до 2045 г., които се виждат от избрания град. Височината на стълбчето е фазата – каква част от диаметъра на Слънцето закрива Луната.

За 20 години от София се виждат 8 слънчеви затъмнения, но всички са частични – пълната сянка на Луната не минава оттук. Ивицата на пълното затъмнение е широка само до ~270 km, затова на едно място то се случва средно веднъж на няколко века, а частични има на всеки няколко години.

5. Как да наблюдаваме безопасно

⚠️ВАЖНО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ!

Никога не гледайте Слънцето директно без специален филтър – дори когато е закрито на 99%!

Това може да причини трайно увреждане на очите, включително слепота, без никаква болка в момента. Използвайте само сертифицирани очила за наблюдение на затъмнения (ISO 12312-2). Обикновените слънчеви очила, опушено стъкло и рентгенови снимки НЕ са безопасни! Само по време на пълната фаза може да се гледа без филтър – и филтърът трябва да се сложи веднага щом Слънцето започне да се показва.

📦 Камера-обскура

Пробийте малка дупка в картон и оставете светлината да падне върху бял лист на ~1 m зад него. На листа ще видите изображението на „нахапаното“ Слънце – напълно безопасно.

🌳 Сърпчета под дърветата

Пролуките между листата действат като хиляди камери-обскури. По време на частичното затъмнение сенките под дърветата се изпълват с малки сърпчета.

Камера обскура

Светлината минава през малка дупка и рисува образа на Слънцето върху лист. Колко далеч трябва да е листът и колко голяма дупката, за да се види сърпът при затъмнение?

Разстояние до листа L = 2 m

Диаметър на дупката: 1,5 mm

Фаза на затъмнението: 60%

Образът е толкова по-голям, колкото по-далеч е листът: Слънцето се вижда под ъгъл 0,53°, затова диаметърът на образа е около 1/107 от разстоянието. Всяка точка обаче се размазва поне колкото дупката – затова при голяма дупка сърпът се губи. Твърде малката дупка също размазва заради дифракцията. Най-остър е образът при дупка около 2 mm за L = 2 m. Под дърветата пролуките са големи, но и разстоянието до земята е няколко метра – затова там сърпчетата се виждат.

📅 Следващото голямо затъмнение

На 2 август 2027 г. ще има пълно слънчево затъмнение над Южна Испания, Северна Африка и Египет – с пълна фаза до над 6 минути край Луксор. От България то ще се вижда като частично. Проверете точните данни за вашия град в сайта за затъмнения на НАСА.

6. 🎯 Бърз тест

1 / 5

✓ 0

При коя фаза на Луната е възможно слънчево затъмнение?

Избери отговор (или натисни 1–4)

7. 📝 Задачи за упражнение

0 / 0

Ниво А· Областен кръг

Ниво В· Национален кръг

Ниво С· Международна олимпиада

8. Обобщение

✓ Слънчеви затъмнения има при новолуние близо до възел
✓ Слънцето и Луната имат почти еднакъв ъглов диаметър (~0,5°)
✓ Конусът на сянката (~374 000 km) понякога стига до Земята (пълно), понякога не (пръстеновидно)
✓ Пълното затъмнение се вижда от ивица до ~270 km, за до 7 min 31 s
✓ Сянката се движи по Земята от запад на изток
✓ Само при пълна фаза се вижда короната
✓ Наблюдавайте само със сертифицирани филтри!

💡Интересен факт

През 1973 г. свръхзвуковият самолет „Конкорд“ лети заедно с лунната сянка над Африка и учените на борда наблюдават пълната фаза цели 74 минути – рекорд, който никой наземен наблюдател не може да достигне.