W jaki sposób dochodzi do zaćmienia Księżyca?

Węzły orbity i cienie: wszystko o mechanice nieba kryjącą się za magią zaćmień Księżyca

Zaćmienie Księżyca to jedno z tych zjawisk widocznych na niebie, które niosą ze sobą bardzo dużą dawkę estetyki. Mało kto może powiedzieć, że nigdy nie widział całkowitego zaćmienia Księżyca. A przecież ten typ zaćmienia jest dość rzadki, bo w ciągu roku można obserwować maksymalnie dwa.

Jak to jest, że dana osoba obserwuje znacznie rzadziej zaćmienia Słońca niż zaćmienia Księżyca? Pytanie jest słuszne, a odpowiedź prosta: podczas, gdy zaćmienie Księżyca widać na całej nocnej stronie Ziemi, całkowite zaćmienie Słońca to zjawisko bardzo lokalne, ponieważ pas widoczności zaćmienia ma jedynie około 100 kilometrów szerokości. Obecnie zaćmienie Księżyca jest jedynie wydarzeniem o ograniczonej wartości naukowej. Po prostu rozkoszuj się urokiem tego zjawiska.

Jednak zaćmienie Księżyca daje o wiele więcej radości, gdy poznasz przyczyny jego występowania. Jak więc dochodzi do takiego zaćmienia? Zasadniczo, zjawisko zaćmienia Księżyca występuje tylko podczas pełni. No ale przecież co miesiąc mamy pełnię, więc co miesiąc musi być zaćmienie Księżyca.

Niestety, nie jest to do końca takie proste, ponieważ płaszczyzna orbity Księżyca jest nachylona względem płaszczyzny orbity Ziemi o 5°. Można powiedzieć, że Księżyc porusza się pod kątem. Nasza kulista Ziemia oświetlona przez Słońce rzuca w przestrzeń kosmiczną stożkowy cień, który sięga około 1,4 miliona kilometrów. Na skrajnym końcu stożka jest jego wierzchołek.

Podczas zwykłej pełni Księżyca nie zachodzi zaćmienie, widzimy je dopiero wtedy, gdy Księżyc w pełni znajdzie się w pobliżu przecięcia płaszczyzny orbity Ksieżyca z płaszczyzną orbity Ziemi. Ten punkt przecięcia zwany jest węzłem orbity; wstępującym lub zstępującym. Dopiero po spełnieniu tych warunków Księżyc w pełni może przejść przez cień Ziemi. Z tego powodu tylko około 30% zaćmień jest całkowitych, wszystkie pozostałe są częściowe lub półcieniowe.

Cień Ziemi, w okolicy orbity Księżyca ma średnicę mniej więcej 10000 kilometrów. To około trzykrotność średnicy Księżyca; zaćmienie całkowite trwa więc maksymalnie nieco ponad 100 minut. Ta długość nie jest stała, bo często Księżyc przechodzi przy górnej lub dolnej krawędzi cienia i wtedy zaćmieniem cieszymy się krócej. Oczywiście, fazy częściowe są również interesujące, ale prawdziwie fascynująca jest jednak faza całkowita.

Tę fascynację zawdzięczamy Ziemi, ponieważ to dzięki niej Księżyc nie jest czarny, zaciemniony i nieciekawy, ale często brązowawy lub rdzawoczerwony. Powodem jest sposób załamywania się światła słonecznego w atmosferze ziemskiej. Podczas gdy niebieska część światła rozpraszana jest w atmosferze, czerwona część światła jest załamywana. I właśnie to widzimy na całkowicie zaćmionym Księżycu. Doprawdy, to niezwykle fascynujące zjawisko!

Ale zaćmienia Księżyca nie zdarzają się co roku. Często nawet musimy się obejść bez zaćmienia całkowitego i zadowolić się jedynie częściowym. Dzieje się tak, gdy Księżyc w pełni nie przechodzi dokładnie przez lub w najbliższym sąsiedztwie węzła orbity, a w odległości około od 4° do 9°. Wtedy Księżyc zanurza się jedynie częściowo w cień Ziemi. Mimo, że nie wygląda to tak fascynująco jak w przypadku zaćmienia całkowitego, ten rodzaj zaćmienia również warto obserwować.

Jeśli Księżyc przechodzi jeszcze dalej od węzła, a więc ponad 9°, nie łapie już cienia, a jedynie zanurza się w półcieniu, który rociąga się w przestrzeni wachlarzowato, jak "stożek światła latarki". O ile podczas całkowitego zaćmienia jasność Księżyca spada o około 2 magnitudo, to zaćmienia półcieniowego prawie nie zauważysz, chyba że bacznie się przyjrzysz. Zaćmienie półcieniowe nie jest zatem zbyt fascynujące.

Istnieją zasadnicze momenty (kontakty), które zawsze rozpoczynają lub kończą daną fazę zaćmienia. Oto one:

• wejście w półcień,
• wejście w cień,
• początek fazy całkowitej,
• koniec fazy całkowitej,
• wyjście z cienia,
• wyjście z półcienia.

Jak już wspomniano, fazy półcieniowe nie są szczególnie atrakcyjne do obserwacji. Interesująco robi się od momentu wejścia w cień. Cień należy sobie wyobrazić jako stosunkowo rozmyty i nieostro zarysowany, ponieważ jest onograniczony przez atmosferę ziemską, a ta również nie jest ostro zarysowana. Tu warto sięgnąć po swój aparat i zrobić zdjęcie Księżyca, czy to teleobiektywem czy przez teleskop. Jeśli korzystasz z lustrzanki cyfrowej, to przy ogniskowej około 1200mm Księżyc dobrze wypełni chip. Jeśli jednak korzystasz z webcama lub podobnej kamery z małym chipem, warto wybrać znacznie krótszą ogniskową, około 280mm.

Ciekawie robi się podczas fazy całkowitej, bo czerwonawe zabarwienie Księżyca nie zawsze musi być takie samo. Dzieje się tak za sprawą atmosfery ziemskiej, a podstawy tego zjawiska został już opisane wyżej. Na podstawie barwy można mniej więcej ocenić stopień zanieczyszczenia atmosfery ziemskiej. Na przykład po dużych erupcjach wulkanicznych zaćmiony Księżyc może być bardzo ciemnoczerwony, czy nawet brązowawy. Jest to ciekawe zjawisko, które obserwator może sam oszacować. Intensywność zabarwienia zaćmienia określa się według skali nazwanej na cześć astronoma A. Danjona.

• L0 = zaćmienie bardzo ciemne (Księżyc bardzo szary do niewidocznego)
• L1 = zaćmienie ciemne (Księżyc bardziej brązowy niż czerwony, prawie nie widać szczegółów)
• L2 = zaćmienie rdzawoczerwone (Księżyc z ciemnym środkiem i jaśniejszą krawędzią)
• L3 = zaćmienie ceglastoczerwone (Księżyc jaśniejszy niż w przypadku L2, tym razem z prawie żółtawą krawędzią)
• L4 = zaćmienie miedzianoczerwone (bardzo jasne zaćmienie Księżyca, czasem wydaje się pomarańczowe, często z widoczną niebieskawą obwódką przy krawędzi)

Ponadto, ciekawe może być określanie jasności Księżyca w trakcie trwania zaćmienia. Można to zrobić stosunkowo łatwo, po prostu szacując jasność korzystając z lornetki. W tym celu należy obserwować Księżyc nie w normalny sposób, ale trzymając lornetkę odwrotnie, czyli patrząc od strony obiektywów. Dzięki temu Księżyc wydaje się ekstremalnie mały, co bardzo ułatwia ocenę jasności, ponieważ rozmiar Księżyca zmniejsza się do około 180" (w zależności od ogniskowej okularów). Aby to zrobić, wystarczy znać jasności różnych gwiazd widocznych na niebie podczas zaćmienia Księżyca.

Jednym z parametrów zaćmienia, który można często spotkać w rocznikach, jest jego wielkość. Określa on głębokość zanurzenia się Księżyca w cień Ziemi. Jeśli ta wielkość wynosi 1, mamy całkowite zaćmienie Księżyca. Jeśli ta wielkość jest mniejsza niż 1 i wynosi np. 0,9 czy 0,7, mamy do czynienia z zaćmieniem częściowym.

Czasami jednak wielkość może być również podana jako 1,8. W takim przypadku Księżyc przechodzi na swojej orbicie dokładnie przez środek cienia. Ponieważ cień jest okrągły, można sobie wyobrazić, że długość fazy całkowitej zależy od położenia Księżyca względem cienia. Maksymalna długość trwania wynosi tu 1 ¾ godziny.

Księżyc w pełni rzadko jest celem fotograficznym, ponieważ ciekawe struktury najlepiej widoczne są na linii terminatora, czyli granicy świtała i cienia.

Znakomitym wyjątkiem są tu zaćmienia Księżyca. Z reguły stosuje się do tego kamery kolorowe, które potrafią uchwycić zachwycającą grę barw.

Do podłączenia lustrzanki cyfrowej do teleskopu potrzebny jest adapter fotograficzny ze złączem T2. Ogniskowa teleskopu nie powinna przekraczać 2000 milimetrów.