قد يكون لظاهرة الكسوف أو الخسوف حدثٌ شبيه يفصل بينهما نحو 18 عامًا. وقد يتشابه الحدثان في الاصطفاف، والمسافة بين الأرض والقمر، والمسار عبر هندسة ظل الأرض أو ظل القمر. تُسمى هذه العلاقة دورة ساروس، وهي أحد أكثر الأمثلة فائدة في علم الفلك على نمط ينتج من تقارب عدة إيقاعات غير متطابقة.
تستمر دورة ساروس نحو 18 عامًا و11 يومًا و8 ساعات. لكنها ليست موعدًا لكسوف أو خسوف مطابق فوق البلدة نفسها. فالساعات الزائدة تغيّر هندسة الظاهرة كما تُرى من الأرض، كما تتراكم فروق صغيرة من تكرار إلى آخر. وينتمي كل كسوف أو خسوف إلى سلسلة متطورة، لا إلى تتابع لا نهائي من النسخ المتطابقة.
يعرض فهرس خسوف القمر الأحداث الفردية، مع أنواعها وأوقات بدايتها ونهايتها ومددها ومدى رؤيتها من موقعك. وتشرح ساروس الصلة الأعمق بين بعض هذه الأحداث: لماذا قد يعود نوع معين من الاصطفاف بعد عقود.
لا بد أن تتوافق 3 ساعات قمرية تقريبًا
يتبع القمر أكثر من دورة مفيدة. يبلغ متوسط دورة أطواره، أو الشهر الاقتراني، 29.53059 يومًا. ويقيس ذلك الفاصل بين محاقين متتاليين، أو بين بدرين متتاليين. يتطلب كسوف الشمس حدوث المحاق، ويتطلب خسوف القمر حدوث البدر. لذلك فإن عودة الطور المناسب هي الشرط الأول لتكرار الكسوف أو الخسوف.
تتعلق الساعة الثانية بميل مدار القمر. يميل مستواه المداري بزاوية 5.14 درجة عن دائرة البروج، أي مستوى مدار الأرض حول الشمس. ويلتقي المستويان على خط، وتُسمى النقطتان اللتان يعبر عندهما القمر ذلك المستوى بالعقدتين. ويتطلب حدوث الكسوف أو الخسوف أن يكون القمر قريبًا من إحدى العقدتين، إلى جانب وجوده في الطور المناسب. ويُسمى الفاصل بين عبور القمر عقدة معينة وعودته إليها الشهر العقدي، ومدته نحو 27.21 يومًا.
تقيس الساعة الثالثة عودة القمر إلى الحضيض، أقرب نقطة له من الأرض. وتستمر هذه الدورة، المسماة الشهر الحضيضي، نحو 27.55 يومًا. تؤثر المسافة في الحجم الظاهري للقمر وسرعته في مداره، لذا يساعد تكرار هذه الدورة على حدوث ظواهر كسوف وخسوف متشابهة في خصائصها.
تختلف هذه الأشهر لأن اتجاهَي العقدتين والحضيض يتغيران ببطء. ولا يستطيع شهر قمري واحد إعادة ضبط الساعات الثلاث كلها.
الحساب وراء 18 عامًا
تنجح دورة ساروس لأن 223 شهرًا اقترانيًا تساوي تقريبًا 242 شهرًا عقديًا و239 شهرًا حضيضيًا. وبعد هذه المدة، يعود القمر إلى الطور نفسه تقريبًا، وإلى الموضع نفسه تقريبًا بالنسبة إلى إحدى العقدتين، وإلى الموضع نفسه تقريبًا ضمن دورة انتقاله من أقرب نقطة إلى أبعد نقطة عن الأرض.
يعطي استخدام متوسط طول دورة الأطوار مثالًا توضيحيًا مفيدًا: 223 × 29.53059 يومًا = 6,585.32157 يومًا. والجزء الكسري، 0.32157 من اليوم، يعادل نحو 7 ساعات و43 دقيقة. ومن هنا جاء الوصف الشائع بالتقريب: «18 عامًا و11 يومًا و8 ساعات». ويختلف عدد الأيام المتبقية في التقويم باختلاف الأيام الكبيسة التي تمر خلال الفترة؛ فقد يبلغ نحو 10 أيام بدلًا من 11.
هذا تقارب، وليس مضاعفًا مشتركًا دقيقًا. فلا يعود اصطفاف العقدة والمسافة إلى وضعهما نفسه تمامًا، ولهذا تتغير الظاهرة مع تقدم أفراد سلسلتها. كما تختلف الفواصل الفعلية بين لحظات الكسوف أو الخسوف المتناظرة بعض الشيء، لذا لا يغني جمع متوسط مدة ساروس عن حساب أوقات بداية الظاهرة ونهايتها.
وثمة فرق آخر مفيد: يربط عدد الأشهر البالغ 223 كسوفًا شمسيًا بكسوف شمسي آخر، أو خسوفًا قمريًا بخسوف قمري آخر. لكنه لا يحول كسوفًا يحدث عند المحاق إلى خسوف يحدث عند البدر. فللنوعين سلسلتا ساروس منفصلتان.
لماذا يتحرك الكسوف التالي غربًا
للجزء الكسري الزائد من اليوم أثر جغرافي كبير. فالأرض تواصل دورانها خلال اكتمال فترة ساروس التالية. ويعادل نحو 8 ساعات قرابة ثلث دورة، لذا تنتقل المنطقة المواجهة للكسوف أو الخسوف بنحو 120 درجة من خطوط الطول غربًا، من حدث إلى الحدث التالي في السلسلة.
ويساعد ذلك على تفسير سبب عبور الحدث اللاحق في سلسلة مألوفة جزءًا مختلفًا من الأرض عادةً، في حالة كسوف الشمس. فحتى إن تشابه اصطفاف الشمس والقمر كثيرًا مع الحدث السابق، يكون موقع الرصد قد دار مبتعدًا عن الموضع نفسه تحت الظل. ويتغير المسار أيضًا نحو الشمال أو الجنوب مع تغير الاصطفاف.
أما في خسوف القمر، فلا يوجد مسار ضيق للخسوف الكلي عبر سطح الأرض. والسؤال المهم هو أي المواقع يكون القمر فيها فوق الأفق خلال كل مرحلة. ويغير انتقال خطوط الطول أجزاء العالم التي يمكنها مشاهدة الحدث، وإن كانت مناطق الرؤية الواسعة قد تتداخل.
وتشكّل 3 دورات من ساروس دورةً تُسمى الإكسليغموس، مدتها نحو 54 عامًا وشهر واحد. وتتراكم ساعاتها الزائدة لتقارب يومًا كاملًا، فيقترب وقت حدوث الظاهرة من وقته الأصلي. وهذا يحسن التشابه الجغرافي، لكنه لا يعيد إنتاج كسوف أو خسوف مطابق تمامًا.
لكل سلسلة كسوف وخسوف حكاية
سلسلة ساروس هي مجموعة الأحداث المترابطة التي تتشكل بتتبع تلك الظواهر، بفاصل ساروس واحد بين كل حدث والذي يليه. فالدورة هي الفاصل المتكرر، أما السلسلة فهي تتابع الأحداث المرتبطة به. وتعمل سلاسل كثيرة في الوقت نفسه، وتتداخل أحداثها ضمن تقويم الكسوف والخسوف. لذلك لا ينتمي حدثان متتاليان بالضرورة إلى السلسلة نفسها.
تستمر كل سلسلة قرونًا كثيرة، لأن عدم التطابق البسيط في اصطفاف العقدة يتراكم ببطء. وتبدأ سلسلة خسوف القمر بدخول القمر بالكاد في شبه ظل الأرض، وهو الجزء الخارجي من ظلها. وقد تمر الأحداث اللاحقة في الظل على نحو أعمق، فتتحول إلى خسوفات جزئية، ثم إلى كلية في بعض السلاسل. وفي نهاية المطاف، يصبح مرور القمر أقل عمقًا مجددًا، وتنتهي السلسلة. ولا تصل كل سلسلة إلى الخسوف الكلي.
توضح الفروق بين خسوف القمر شبه الظلي والجزئي والكلي الخلفية المرئية لهذا التدرج. وتضيف ساروس منظورًا زمنيًا أطول: إذ يمكن أن تمثل هذه الأنواع مراحل مختلفة من تطور السلسلة، لا أنواعًا من الأحداث لا صلة بينها.
وتبدأ سلاسل كسوف الشمس وتنتهي بكسوفات جزئية أيضًا، وقد تقع بينها كسوفات مركزية. ويمكن لهندستها المتغيرة أن تنتج كسوفات كلية أو حلقية أو هجينة. والتشابه بين أفراد السلسلة حقيقي، لكنه لا يضمن بقاء نوع الكسوف من دون تغيير.
ما الذي استطاع الراصدون القدماء التنبؤ به
تعرف علماء الفلك البابليون على أنماط متكررة في خسوف القمر قبل زمن طويل من نشوء تفسير فيزيائي حديث لحركة المدارات. وأتاحت السجلات التي جُمعت على مدى أجيال ربط أحداث تفصل بينها سنوات كثيرة. وكان الإنجاز الأساسي هو إدراك أن سلسلة طويلة من الأحداث تنطوي على نمط، بدلًا من التعامل مع كل خسوف على أنه نذير أو مفاجأة منفصلة.
أتاحت خسوفات القمر ميزة عملية لاكتشاف مثل هذه الأنماط. فهي تُرى من مساحة واسعة من الجانب الليلي للأرض، لذا تتاح للراصد في مكان واحد فرص أكثر لمشاهدتها من فرص رؤية الكسوف الكلي للشمس، الذي يتبع مسارًا ضيقًا. ومع ذلك، قد تترك الأحوال الجوية أو ضوء النهار أو وجود القمر تحت الأفق فجوات في السجل المحلي.
كان بإمكان الفاصل المتكرر أن يشير إلى فرصة لحدوث كسوف أو خسوف، من دون أن يوفر كل ما يتوقعه الراصد الحديث. فالتنبؤ بمسار محلي لكسوف الشمس، أو بوقت بداية الخسوف الكلي للقمر بدقة، يتطلب هندسة أكثر تفصيلًا. لذا لم تكن قوة ساروس التاريخية في دقتها المثالية، بل في كونها علاقة موثوقة أمكن استخلاصها من الرصد من دون نظرية مكتملة للجاذبية.
استخدم الدورة من دون مبالغة في التوقعات
لإجراء مقارنة عملية، اختر خسوفًا قمريًا من أحد الفهارس وابحث عن حدث يسبقه أو يليه بنحو 18 عامًا. وإذا أورد الفهرس أرقام ساروس، فاستخدمها لتأكيد العلاقة بدلًا من الاعتماد على الفاصل التقويمي وحده. وقارن نوع الخسوف ومدته: فالتشابه الوثيق دليل على تكرر الهندسة، بينما تكشف الاختلافات عن التطور التدريجي للسلسلة.
لا تكتفِ بتحديد التاريخ نفسه في التقويم بعد 18 عامًا. فالأيام الزائدة مهمة، وكذلك الساعات الزائدة. استخدم تقويم أطوار القمر لمعرفة الأوقات الدقيقة للبدر، ثم راجع فهرس الكسوف والخسوف لمعرفة أوقات عبور الظل. فالبدر يحدد الطور اللازم، لكنه لا يضمن دخول القمر في ظل الأرض.
وأخيرًا، ميّز بين حدوث الكسوف أو الخسوف وإمكان مشاهدته. تعرض لوحات القمر الخاصة بالمدن أوقات شروق القمر وغروبه وارتفاعه وسمته، للتحقق من ظروف الأفق في موقعك. فقد تكون هندسة الكسوف أو الخسوف ملائمة، لكن القمر يحدث تحت أفقك، أو يبدأ الحدث بينما لا يزال منخفضًا خلف المباني. تخبرك ساروس لماذا يعود حدث مرتبط بغيره؛ أما التوقيت المحلي والأفق فيحددان إن كنت ستراه.