Появилась возможность предсказывать солнечные затмения с точностью до секунды

Астрономы составили карты затмений на сотни лет вперед.

14 октября в Западном полушарии будет наблюдаться кольцеобразное солнечное затмение. Луна будет слишком мала и далека от нас, чтобы полностью перекрыть солнечный диск. Вместо этого она закроет его центр, оставив по краям кольцо. Лучше всего это огненное кольцо будет видно на пути, проходящем через Орегон, Техас, Центральную Америку, Колумбию и, наконец, север Бразилии. Возможно, вы решите посетить Альбукерке (штат Нью-Мексико), где кольцеобразное затмение продлится ровно 4 минуты 48 секунд.

Яндекс фото

А если вы хотите увидеть настоящее полное затмение, то вам придется подождать еще полгода. 8 апреля 2024 года в 14: 10 по восточному времени (12: 10 по местному времени) город Мазатлан (Мексика) станет первым городом в Северной Америке, где большая часть Солнца исчезнет в тени. Затем траектория полного солнечного сияния пройдет через Даллас и Индианаполис в Монреаль, Нью-Брансуик и Ньюфаундленд в Канаде. Все эти и другие подробности нам известны благодаря нашим знаниям о том, где Луна и Солнце находятся на небе в каждый конкретный момент времени.

Более того, мы можем предсказывать и составлять карты затмений на более отдаленную перспективу, даже на столетия вперед. Зная точное положение Луны и Солнца и то, как они меняются со временем, ученые могут спроецировать тень Луны на земной шар. А с помощью современных компьютеров можно проложить траекторию затмения с точностью до нескольких футов.

Для солнечного затмения необходимы три условия. Оно происходит, когда Луна перекрывает свет Солнца с нашей точки обзора на Земле. Поэтому, чтобы предсказать затмение, необходимо знать, где и как движутся Солнце, Луна и Земля по отношению друг к другу. Это не так элементарно, как может показаться, поскольку Солнечная система не является плоской. Орбита Луны наклонена примерно на 5 градусов по отношению к траектории движения Солнца, которую астрономы называют эклиптикой. Хотя наш спутник проходит между Землей и Солнцем примерно раз в месяц, что мы называем новолунием, эти два явления редко пересекаются.

Солнечные затмения происходят только тогда, когда Луна находится в одной из двух точек пересечения лунной орбиты с эклиптикой, называемой узлом. Если в момент пересечения орбиты Луна находится в новой точке, то происходит солнечное затмение.

В прошлые века попытки предсказать затмения означали предсказание мельчайших деталей сложных орбит. Но по мере того как астрономы узнавали все больше о движении небесных объектов, они начали составлять так называемые эфемериды - предсказания того, где на небе будут находиться Луна, Солнце и планеты. Эфемериды до сих пор являются ключом к предсказанию затмений.

"Все, что вам нужно, - это данные эфемерид... Вам не нужно отслеживать орбиту", - говорит К. Алекс Янг, специалист по физике Солнца из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда.

Используя данные эфемерид, астрономы могут точно определить дату и время пересечения траекторий Луны и Солнца. Если известна дата, то картирование затмения становится относительно простым делом. Эфемериды позволяют ученым спроецировать тень Луны на земную сферу и, используя математику XIX века, рассчитать форму и широту двух элементов этой тени - умбры и полутени. Затем, зная время и угол поворота Земли, можно определить долготу. Соединив их вместе, можно получить карту затмения.

В прошлом астрономы печатали эфемериды в альманахах - длинных томах, заполненных страницами координатных таблиц. Как вся астрономия перешла в эпоху компьютеров, так и эфемериды перешли на новый уровень. Сегодня ученые математически моделируют траектории движения Луны, Солнца, планет, других лун, астероидов и многого другого.

Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL) регулярно, раз в несколько лет, выпускает новый сборник небесных ориентиров. В последнем издании - DE440 от 2021 года - учтены такие детали, как ядро и мантия Луны, которые замедляют ее вращение. "В общем, мы знаем, где находится Луна от Земли с точностью до метра, может быть, до пары метров", - говорит Райан Парк, инженер из JPL.

"Обычно мы знаем, где находится Солнце, с точностью до пары сотен метров, может быть, до 300 метров".

Эфемериды служат и для других целей, особенно при планировании космических полетов. Но именно благодаря более совершенным эфемеридам мы теперь можем надежно предсказывать движение Луны на столетия вперед. Более того, можно найти подробные карты солнечных затмений почти на тысячелетие вперед. (Если вам посчастливится оказаться в Сиэтле 23 апреля 2563 года или в Амстердаме 7 сентября 2974 года, готовьтесь к полному затмению).

Но на этих картах, как и на большинстве карт затмений, путь полного или кольцевого затмения изображен в виде плавной линии, пересекающей поверхность Земли. Это не совсем точное представление. "Она была разработана для расчетов на карандаше и бумаге, поэтому в ней сделано много упрощающих предположений, которые просто немного ошибочны, - говорит Эрни Райт, составляющий карты затмений для NASA Goddard, - например, что Луна представляет собой идеально гладкую сферу".

И Луна, и Земля имеют неровные края. Рельеф Земли может закрывать некоторые виды на Солнце, а Луна имеет свою собственную сеть гор и долин. Фактически, солнечные лучи, проходящие через лунные долины, создают бусины Бейли и "бриллиантовое кольцо", часто наблюдаемые на краю затмения.

"Теперь у нас есть подробная информация о рельефе этих гор, полученная с помощью аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter", - говорит Янг.

Райт помог разработать новый способ составления карт, в котором математика викторианской эпохи заменена на современную компьютерную графику. Его метод превращает поверхность Земли в карту пикселей, каждый из которых имеет свою широту, долготу и высоту над уровнем моря, а солнце и луна находятся в небе над ним. Затем метод рассчитывает, какие пиксели видят, какие части Луны блокируют какие части Солнца.

"Затем составляется целая последовательность карт с интервалом, скажем, в одну секунду в течение всего времени затмения", - говорит Райт. "В итоге получается последовательность кадров, из которых можно составить фильм о тени".

Эта новая техника, возможная только с помощью современных компьютеров и сверхточных эфемерид, может позволить нам создавать карты затмений, на которых будет четко видно, сможете ли вы увидеть затмение, скажем, из своего дома.

"Я думаю, что в будущем это позволит создать совершенно новый набор карт, которые будут гораздо более точными", - говорит Янг. "Это будет очень интересно".

Источник