Едно затъмнение може да има свой аналог, който настъпва приблизително 18 години по-късно. Двете събития може да споделят сходно подреждане, сходно разстояние между Земята и Луната и сходен път през геометрията на земната сянка или лунната сянка. Тази връзка се нарича цикъл Сарос — един от най-полезните примери в астрономията за закономерност, която се дължи на това, че няколко несъвършени ритъма почти съвпадат.
Един цикъл Сарос продължава около 18 години, 11 дни и 8 часа. Той не е уговорка за идентично затъмнение над същия град. Допълнителните часове променят геометрията спрямо Земята, а малките разлики се натрупват при всяко повторение. Всяко затъмнение принадлежи към развиваща се серия, а не към безкрайна поредица от дубликати.
Каталогът на лунните затъмнения предоставя информация за отделните събития — техните видове, контактни моменти, продължителност и видимост от вашето местоположение. Сарос обяснява по-дълбоката връзка между някои от тези събития: защо даден вид подреждане може да се повтори десетилетия по-късно.
Три лунни часовника трябва почти да съвпаднат
Луната следва повече от един полезен цикъл. Цикълът на фазите ѝ, или синодичният месец, е средно 29,53059 дни. Той измерва интервала от едно новолуние до следващото или от едно пълнолуние до следващото. За слънчево затъмнение е необходимо новолуние, а за лунно — пълнолуние. Следователно връщането към правилната фаза е първото условие за повторение на затъмнение.
Вторият часовник е свързан с наклона на лунната орбита. Равнината на орбитата ѝ е наклонена под 5,14 градуса спрямо еклиптиката — равнината на орбитата на Земята около Слънцето. Двете равнини се пресичат по линия, а точките, в които Луната пресича тази равнина, се наричат възли. За да настъпи затъмнение, Луната трябва да е близо до възел, както и в подходящата фаза. Интервалът между две последователни преминавания през даден възел се нарича драконичен месец и е около 27,21 дни.
Третият часовник измерва завръщането на Луната в перигей — най-близката ѝ до Земята точка. Този аномалистичен месец продължава около 27,55 дни. Разстоянието влияе върху видимия размер на Луната и скоростта ѝ по орбитата, затова повторението на този цикъл помага да се получат затъмнения със сходни характеристики.
Тези месеци се различават, защото посоките на възлите и перигея се променят бавно. Един обикновен месец не може да занули едновременно и трите часовника.
Аритметиката зад 18-те години
Цикълът Сарос действа, защото 223 синодични месеца са почти равни на 242 драконични месеца и 239 аномалистични месеца. След този интервал Луната се връща приблизително в същата фаза, приблизително на същото място спрямо възел и приблизително в същата точка от цикъла на разстоянието ѝ от Земята.
Използването на средната продължителност на фазовия цикъл дава полезен пример: 223 × 29,53059 дни = 6 585,32157 дни. Дробната част, 0,32157 от денонощието, се равнява на около 7 часа и 43 минути. Оттук идва познатото закръглено описание „18 години, 11 дни и 8 часа“. Остатъкът от календарни дни варира според това колко високосни дни попадат в интервала; понякога той е около 10, а не 11 дни.
Това е приблизително съвпадение, а не точно общо кратно. Подреждането спрямо възлите и разстоянието не се възстановяват напълно, затова затъмнението се променя с развитието на серията. Реалните интервали между съответните моменти на затъмненията също варират донякъде, така че прибавянето на средната продължителност на цикъла Сарос не замества изчисляването на контактните моменти на дадено събитие.
Има още едно важно разграничение: броят от 223 месеца свързва едно слънчево затъмнение със следващо слънчево затъмнение или едно лунно затъмнение със следващо лунно затъмнение. Той не превръща затъмнение при новолуние в затъмнение при пълнолуние. Двата вида имат отделни серии Сарос.
Защо следващото затъмнение се измества на запад
Допълнителната част от денонощието има сериозно географско последствие. Земята се завърта, докато изтече следващият интервал Сарос. Около 8 часа съответстват на приблизително една трета от завъртането, затова областта, обърната към затъмнението, се измества с около 120 градуса географска дължина на запад при всяко следващо събитие от серията.
При слънчево затъмнение това помага да се обясни защо по-късно затъмнение от позната серия обикновено пресича друга част от Земята. Дори ако подреждането Слънце–Луна много прилича на предишното, наблюдателното ви място вече се е завъртяло и не заема същото положение под сянката. С промяната в подреждането се измества и трасето на север или юг.
При лунно затъмнение няма тясна ивица на пълна фаза, която да пресича земната повърхност. Важният въпрос е кои места виждат Луната над хоризонта през всеки етап. Изместването по дължина променя кои части на света могат да наблюдават събитието, макар че обширните зони на видимост може да се припокриват.
Три цикъла Сарос образуват един екселигмос с продължителност около 54 години и един месец. Допълнителните часове се натрупват до почти цяло денонощие, с което времето на денонощието се доближава до първоначалното. Това подобрява географската прилика, но пак не възпроизвежда затъмнението точно.
Жизненият път на една серия от затъмнения
Серия Сарос е групата от свързани затъмнения, проследени през интервали от един цикъл Сарос. Цикълът е повтарящият се интервал, а серията — верига от събития, свързани чрез него. Едновременно протичат много серии, чиито събития се редуват в календара на затъмненията. Затова две последователни затъмнения не са непременно част от една и съща серия.
Всяка серия продължава много столетия, защото малкото несъответствие в подреждането спрямо възлите се натрупва бавно. Лунната серия започва, когато Луната едва навлиза в земната полусянка — външната част на сянката. При следващите събития тя може да навлиза по-дълбоко в сянката и затъмненията стават частични, а в някои серии — пълни. В крайна сметка преминаванията отново стават по-плитки и серията приключва. Не всяка серия достига до пълно затъмнение.
Разликите между полусянковите, частичните и пълните лунни затъмнения дават визуална представа за това развитие. Сарос добавя по-широк поглед: тези категории може да представят различни етапи от развитието на една серия, а не несвързани видове събития.
Слънчевите серии също започват и завършват с частични затъмнения, а между тези етапи са възможни централни затъмнения. Променящата се геометрия може да доведе до пълни, пръстеновидни или хибридни затъмнения. Приликата в рамките на една серия е реална, но никога не гарантира неизменен вид на затъмнението.
Какво са могли да предскажат древните наблюдатели
Вавилонските астрономи разпознали повтарящи се закономерности при лунните затъмнения много преди да съществува съвременно физично обяснение за орбиталното движение. Записи, събирани в продължение на поколения, позволили да се свържат събития, разделени от много години. Същественото постижение било осъзнаването, че в дългата поредица има структура, вместо всяко затъмнение да се възприема като изолирано знамение или изненада.
Лунните затъмнения имали практическо предимство при откриването на такива закономерности. Те се виждат от голяма част от нощната страна на Земята, така че наблюдател от дадено място има повече възможности да ги види, отколкото слънчево пълно затъмнение, което следва тясна ивица. Въпреки това облачното време, дневната светлина и Луната под хоризонта можели да оставят празнини в местните наблюдения.
Повтарящият се интервал можел да посочи възможност за затъмнение, без да дава цялата информация, която очаква съвременният наблюдател. За да се предскаже трасето на слънчево затъмнение през конкретно място или точният момент на началото на пълната фаза на лунно затъмнение, е необходима по-подробна геометрия. Следователно историческата сила на Сарос не се състояла в съвършената точност, а в надеждната връзка, която можела да бъде извлечена от наблюденията без цялостна теория за гравитацията.
Използвайте цикъла, без да обещавате прекалено много
За практическо сравнение изберете лунно затъмнение от каталог и потърсете събитие, настъпило около 18 години по-рано или по-късно. Ако каталогът посочва номера на Сарос, използвайте ги, за да потвърдите връзката, вместо да разчитате само на календарния интервал. Сравнете вида и продължителността на затъмненията: голямата прилика е доказателство за повтарящата се геометрия, а разликите разкриват постепенното развитие на серията.
Не отбелязвайте просто същата календарна дата 18 години по-късно. Допълнителните дни имат значение, както и допълнителните часове. Използвайте календара на лунните фази за точните моменти на пълнолуние, а след това проверете контактите със сянката в каталога на затъмненията. Пълнолунието показва необходимата фаза, но не гарантира, че Луната ще навлезе в земната сянка.
Накрая разграничете настъпването на затъмнение от възможността да го наблюдавате. Таблата с лунни данни за градовете предоставят часа на изгрев и залез на Луната, височината и азимута ѝ, за да проверите условията при местния хоризонт. Геометрично затъмнението може да е добре разположено, но Луната да е под хоризонта във вашето местоположение или да започне, докато тя все още е ниско зад сградите. Сарос обяснява защо се завръща свързано събитие; местното време и хоризонтът определят дали ще можете да го видите.