Egy fogyatkozásnak nagyjából 18 évvel később bekövetkező rokona is lehet. A két esemény hasonló égitest-együttállással, hasonló Föld–Hold-távolsággal és a Föld árnyékának vagy a Hold árnyékának geometriáján átvezető, hasonló pályával járhat. Ezt a kapcsolatot Saros-ciklusnak nevezik; ez a csillagászat egyik leghasznosabb példája arra, hogyan alakulhat ki egy szabályszerűség több, egymással csak közelítőleg összhangban lévő ritmusból.
Egy Saros-ciklus körülbelül 18 évig, 11 napig és 8 óráig tart. Nem olyan időpont, amikor a Nap vagy a Hold ugyanazon település fölött, azonos módon fogyatkozik el. A többletórák eltolják a Földhöz viszonyított geometriát, az egyes ismétlődések közötti apró eltérések pedig összeadódnak. Minden fogyatkozás egy folyamatosan változó családhoz tartozik, nem pedig azonos események végtelen sorozatához.
A holdfogyatkozás-katalógus az egyes események típusát, kontaktusainak időpontját, időtartamát és a megfigyelhetőség helyi körülményeit sorolja fel. A Saros magyarázza meg a katalógus egyes bejegyzései közötti mélyebb kapcsolatot: azt, hogy egy adott együttállás miért térhet vissza évtizedekkel később.
Három holdciklusnak kell közel egybeesnie
A Hold mozgását többféle hasznos ciklus jellemzi. Fázisciklusa, vagyis a szinodikus hónap átlagosan 29.53059 napig tart. Ez az egyik újholdtól a következőig, illetve az egyik teliholdtól a következőig eltelt idő. Napfogyatkozás újholdkor, holdfogyatkozás teliholdkor következhet be. Az ismétlődő fogyatkozás első feltétele tehát az, hogy a Hold visszatérjen a megfelelő fázisba.
A második ciklus a Hold ferde pályájához kapcsolódik. Pályasíkja 5.14 fokos szöget zár be az ekliptikával, vagyis a Föld Nap körüli keringésének síkjával. A két sík egy egyenes mentén metszi egymást; azokat a pontokat, ahol a Hold áthalad ezen a síkon, csomópontoknak nevezzük. Fogyatkozáshoz az is szükséges, hogy a Hold egy csomópont közelében legyen, mégpedig a megfelelő fázisban. Az egyik csomóponton való áthaladástól a következő, ugyanazon csomóponton való áthaladásig eltelt idő a drakonikus hónap, amely körülbelül 27.21 napig tart.
A harmadik ciklus azt méri, mennyi idő alatt tér vissza a Hold a perigeumhoz, vagyis a Földhöz legközelebbi pontjához. Ez az anomalista hónap körülbelül 27.55 napig tart. A távolság befolyásolja a Hold látszó méretét és pályamenti sebességét, ezért ennek a ciklusnak az ismétlődése hasonló jellemzőjű fogyatkozásokat eredményez.
Ezeknek a hónapoknak az időtartama azért különbözik, mert a csomópontok és a perigeum iránya lassan változik. Egyetlen szokásos hónap nem állítja vissza mindhárom ciklust.
A 18 év mögötti matematika
A Saros azért működik, mert 223 szinodikus hónap közel ugyanannyi ideig tart, mint 242 drakonikus hónap és 239 anomalista hónap. Ennyi idő elteltével a Hold hozzávetőleg ugyanabba a fázisba, hozzávetőleg ugyanabba a csomóponthoz viszonyított helyzetbe és hozzávetőleg ugyanoda tér vissza a Földtől való távolságának közeli és távoli pontjai közötti ciklusban.
Az átlagos fázisciklus hosszával számolva szemléletes példát kapunk: 223 × 29.53059 nap = 6,585.32157 nap. A tört rész, vagyis egy nap 0.32157-ed része, körülbelül 7 óra 43 perc. Innen ered a jól ismert, kerekített megfogalmazás: „18 év, 11 nap és 8 óra”. A naptári napok fennmaradó száma attól függ, hány szökőnap esik erre az időszakra; néha 11 helyett körülbelül 10 nap lehet.
Ez közelítő egyezés, nem pedig pontos közös többszörös. A csomópontokhoz viszonyított helyzet és a távolság nem áll vissza tökéletesen, ezért a fogyatkozás változik a családja fejlődése során. A megfelelő fogyatkozási pillanatok közötti tényleges időtartamok is némileg eltérnek, így az átlagos Saros-időtartam hozzáadása nem helyettesíti az esemény kontaktusidőpontjainak kiszámítását.
Fontos különbség az is, hogy a 223 hónapból álló ciklus egy napfogyatkozást egy másik napfogyatkozással, illetve egy holdfogyatkozást egy másik holdfogyatkozással kapcsol össze. Nem alakítja át az újholdkor bekövetkező fogyatkozást teliholdkor bekövetkezővé. A két típusnak külön Saros-sorozatai vannak.
Miért tolódik nyugat felé a következő fogyatkozás?
A nap egy töredékének megfelelő időnek jelentős földrajzi következménye van. A következő Saros-időszak végéig a Föld tovább forog. A nagyjából 8 óra körülbelül egyharmadnyi fordulatnak felel meg, így az éppen a fogyatkozás felé forduló földterület az egyik sorozattag után a következőnél mintegy 120 fokkal nyugatabbra tolódik.
Napfogyatkozás esetén ez segít megérteni, miért halad át egy ismert sorozat későbbi tagja általában a Föld másik részén. Még ha a Nap és a Hold együttállása nagyon hasonlít is a korábbi eseményére, a megfigyelési hely már elfordult az árnyék alatti azonos pozícióból. Az együttállás változásával a fogyatkozás sávja északra vagy délre is eltolódik.
Holdfogyatkozáskor nem húzódik keskeny totalitási sáv a Föld felszínén. Ilyenkor az a kérdés, hogy az egyes szakaszok alatt a Hold mely helyekről látható a horizont fölött. A hosszúsági eltolódás megváltoztatja, hogy a világ mely részeiről figyelhető meg az esemény, bár a megfigyelhető területek jelentős része átfedheti egymást.
Három Saros-ciklus egy exeligmoszt alkot, amely körülbelül 54 évig és egy hónapig tart. A ciklus többletórái csaknem egy teljes napot tesznek ki, így az esemény napszaka közelebb kerül a kiindulási értékhez. Ettől földrajzilag hasonlóbbá válik a fogyatkozás, de pontosan ugyanolyanná ez sem teszi.
Egy fogyatkozássorozat története
A Saros-sorozat az egymással kapcsolatban álló fogyatkozások családja, amelynek eseményei egy Saros-ciklusnyi távolságra követik egymást. A ciklus az ismétlődő időtartam; a sorozat az általa összekapcsolt események láncolata. Sok sorozat zajlik párhuzamosan, tagjaik pedig egymás közé ékelődnek a fogyatkozási naptárban. Ezért két egymást követő fogyatkozás nem feltétlenül ugyanannak a családnak a tagja.
Az egyes sorozatok sok évszázadon át tartanak, mert a csomópontokhoz viszonyított helyzet apró eltérése lassan halmozódik fel. Egy holdfogyatkozási sorozat úgy kezdődik, hogy a Hold éppen csak belép a Föld félárnyékába, vagyis árnyékának külső részébe. A későbbi sorozattagok mélyebben haladhatnak át az árnyékon, így részleges, egyes sorozatokban pedig teljes holdfogyatkozássá válnak. Végül az áthaladások ismét sekélyebbek lesznek, és a sorozat véget ér. Nem minden családban következik be teljes fogyatkozás.
A félárnyékos, részleges és teljes holdfogyatkozások közötti különbségek szemléletes hátteret adnak ehhez a folyamathoz. A Saros hosszabb időtávú nézőponttal egészíti ki ezt: ezek a kategóriák egy család fejlődésének különböző állomásait jelölhetik, nem pedig egymástól független eseménytípusokat.
A napfogyatkozási sorozatok szintén részleges fogyatkozásokkal kezdődnek és végződnek, a két szakasz között pedig központi fogyatkozások is előfordulhatnak. A változó geometria teljes, gyűrűs vagy hibrid fogyatkozásokat eredményezhet. A családtagok hasonlósága valós, de nem garantálja, hogy a fogyatkozás típusa változatlan marad.
Mit tudtak előre jelezni az ókori megfigyelők?
A babiloni csillagászok már jóval az égitestek pályamozgásának modern fizikai magyarázata előtt felismerték a holdfogyatkozások ismétlődő mintázatait. A nemzedékeken át gyűjtött feljegyzések lehetővé tették a sok év különbséggel bekövetkező események összekapcsolását. A legfontosabb eredmény annak felismerése volt, hogy a hosszú eseménysorozatban szabályszerűség rejlik, és nem minden fogyatkozás elszigetelt előjel vagy váratlan esemény.
A holdfogyatkozások gyakorlati előnyt kínáltak az ilyen mintázatok felismeréséhez. A Föld éjszakai oldalának nagy részéről láthatók, így egy adott helyről több lehetőség nyílik megfigyelésükre, mint a szűk sávban látható teljes napfogyatkozás esetén. Ennek ellenére a felhőzet, a nappali világosság vagy a horizont alatti Hold miatt a helyi feljegyzésekben hiányok maradhattak.
Egy ismétlődő időköz segíthetett előre jelezni, mikor nyílik lehetőség fogyatkozásra, de nem szolgáltatott minden olyan részletet, amelyre a modern megfigyelők számítanak. Egy adott helyről látható napfogyatkozás sávjának, illetve a holdfogyatkozás teljes szakasza pontos kezdetének előrejelzéséhez részletesebb geometriai számításokra van szükség. A Saros történelmi ereje tehát nem a tökéletes pontosságban rejlett, hanem abban a megbízható összefüggésben, amelyet a megfigyelésekből a gravitáció teljes elmélete nélkül is fel lehetett tárni.
Használd a ciklust, de ne várj tőle túl sokat
Gyakorlati összehasonlításhoz válassz ki egy holdfogyatkozást a katalógusban, majd keresd meg a hozzávetőleg 18 évvel korábban vagy később bekövetkező eseményt. Ha a katalógus feltünteti a Saros-sorozatok számát, ezekkel ellenőrizd a kapcsolatot, ne csak a naptári dátumok közötti távolságra hagyatkozz. Hasonlítsd össze a fogyatkozás típusát és időtartamát: a szoros hasonlóság az ismétlődő geometriára utal, az eltérések pedig a család fokozatos fejlődését mutatják.
Ne egyszerűen jelöld be ugyanazt a naptári dátumot 18 évvel későbbre. A többletnapok és -órák is számítanak. A pontos telihold-időpontokhoz használd a holdfázisnaptárt, majd a fogyatkozási katalógusban ellenőrizd az árnyékba lépés és az árnyék elhagyásának időpontjait. A telihold a szükséges fázist jelzi, de nem garantálja, hogy a Hold belép a Föld árnyékába.
Végül különítsd el a fogyatkozás bekövetkeztét attól, hogy te magad meg tudod-e figyelni. A városi holdadatlapok a holdkelte, a holdnyugta, a magasság és az azimut adataival segítenek ellenőrizni a helyi horizontviszonyokat. Előfordulhat, hogy a fogyatkozás geometriája kedvező, de a Hold a horizont alatt van, vagy az esemény akkor kezdődik, amikor még alacsonyan jár, épületek mögött. A Saros megmutatja, miért tér vissza egy kapcsolódó esemény; a helyi időpont és a horizont határozza meg, hogy láthatod-e.