Aptumsumam var būt radniecīgs notikums, ko no tā šķir aptuveni 18 gadi. Abiem notikumiem var būt līdzīgs debesu ķermeņu novietojums, līdzīgs attālums starp Zemi un Mēnesi un līdzīgs ceļš Zemes ēnas vai Mēness ēnas ģeometrijā. Šo saistību sauc par Sarosa ciklu — vienu no astronomijā noderīgākajiem piemēriem, kā veidojas likumsakarība, kad vairāki ritmi, kas katrs pats par sevi nav pilnīgi precīzs, gandrīz sakrīt.
Sarosa cikls ilgst aptuveni 18 gadus, 11 dienas un 8 stundas. Tas nav solījums, ka identisks aptumsums būs redzams virs tās pašas pilsētas. Papildu stundas maina ģeometriju attiecībā pret Zemi, bet nelielās atšķirības uzkrājas no viena atkārtojuma līdz nākamajam. Katrs aptumsums pieder mainīgai sērijai, nevis bezgalīgai identisku notikumu virknei.
Mēness aptumsumu katalogā ir uzskaitīti atsevišķi notikumi, to veidi, fāžu sākuma laiki, ilgums un redzamība jūsu atrašanās vietā. Sarosa cikls paskaidro dziļāko saikni starp dažiem no šiem ierakstiem: kāpēc noteikts debesu ķermeņu novietojums var atkārtoties pēc vairākām desmitgadēm.
Gandrīz jāsakrīt trim Mēness ritmiem
Mēnesim ir vairāki nozīmīgi cikli. Tā fāžu cikls jeb sinodiskais mēnesis ilgst vidēji 29,53059 dienas. Tas ir laika intervāls no viena jauna Mēness līdz nākamajam vai no viena pilnmēness līdz nākamajam. Saules aptumsumam nepieciešams jauns Mēness, bet Mēness aptumsumam — pilnmēness. Tātad pirmais nosacījums aptumsuma atkārtošanai ir atgriešanās vajadzīgajā fāzē.
Otrais ritms ir saistīts ar Mēness slīpo orbītu. Tā orbītas plakne pret ekliptiku — Zemes orbītas plakni ap Sauli — ir slīpa 5,14 grādu leņķī. Šīs abas plaknes krustojas pa līniju, bet punktus, kuros Mēness šķērso šo plakni, sauc par orbītas mezgliem. Aptumsumam nepieciešams, lai Mēness atrastos gan vajadzīgajā fāzē, gan netālu no mezgla. Intervālu starp divām secīgām Mēness šķērsošanām vienā un tajā pašā mezglā sauc par drakonisko mēnesi; tas ilgst aptuveni 27,21 dienu.
Trešais ritms mēra laiku, kas Mēnesim vajadzīgs, lai atgrieztos perigejā — punktā, kur tas atrodas vistuvāk Zemei. Šis anomalistiskais mēnesis ilgst aptuveni 27,55 dienas. Attālums ietekmē Mēness šķietamo lielumu un tā kustības ātrumu orbītā, tāpēc šī ritma atkārtošanās palīdz veidot aptumsumus ar līdzīgām īpašībām.
Šie mēneši atšķiras, jo mezglu un perigeja virzieni lēnām mainās. Viens parastais mēnesis nevar no jauna iestatīt visus trīs ritmus.
18 gadu matemātika
Sarosa cikls darbojas tāpēc, ka 223 sinodiskie mēneši ir gandrīz vienādi ar 242 drakoniskajiem mēnešiem un 239 anomalistiskajiem mēnešiem. Pēc šāda laika Mēness atgriežas aptuveni tajā pašā fāzē, aptuveni tajā pašā pozīcijā attiecībā pret orbītas mezglu un aptuveni tajā pašā vietā savā attāluma ciklā starp Zemei tuvāko un tālāko punktu.
Izmantojot vidējo fāžu cikla ilgumu, var iegūt noderīgu aprēķina piemēru: 223 × 29,53059 dienas = 6 585,32157 dienas. Dienas daļa — 0,32157 — ir aptuveni 7 stundas un 43 minūtes. No tās izriet plaši lietotais noapaļotais apraksts “18 gadi, 11 dienas un 8 stundas”. Kalendāro dienu atlikums mainās atkarībā no tā, cik garajos gados šis intervāls iekrīt; tas var būt aptuveni 10, nevis 11 dienas.
Tā ir aptuvena sakritība, nevis precīzs kopīgs reizinājums. Mezglu novietojums un attālums neatgriežas pilnīgi precīzi iepriekšējā stāvoklī, tāpēc aptumsums mainās, sērijai turpinoties. Arī reālie intervāli starp atbilstošajiem aptumsuma brīžiem nedaudz atšķiras, tāpēc vidējā Sarosa cikla ilguma pieskaitīšana neaizstāj konkrētā notikuma fāžu sākuma laiku aprēķināšanu.
Jāņem vērā vēl viena atšķirība: 223 mēnešu skaits saista vienu Saules aptumsumu ar nākamo Saules aptumsumu vai vienu Mēness aptumsumu ar nākamo Mēness aptumsumu. Tas nepārvērš jauna Mēness aptumsumu par pilnmēness aptumsumu. Šiem abiem aptumsumu veidiem ir atsevišķas Sarosa sērijas.
Kāpēc nākamais aptumsums pārvietojas uz rietumiem
Dienas daļai, kas paliek pāri, ir būtiska ģeogrāfiska nozīme. Kamēr paiet nākamais Sarosa cikls, Zeme turpina griezties. Aptuveni 8 stundas atbilst aptuveni vienai trešdaļai no Zemes apgrieziena, tāpēc reģions, kas pavērsts pret aptumsumu, no viena sērijas notikuma līdz nākamajam pārvietojas aptuveni par 120 grādiem rietumu virzienā.
Saules aptumsuma gadījumā tas palīdz izskaidrot, kāpēc nākamais pazīstamas sērijas aptumsums parasti šķērso citu Zemes daļu. Pat ja Saules un Mēness novietojums ir ļoti līdzīgs iepriekšējam notikumam, jūsu novērošanas vieta Zemes griešanās dēļ vairs neatrodas tajā pašā pozīcijā zem ēnas. Mainoties novietojumam, aptumsuma josla pārvietojas arī uz ziemeļiem vai dienvidiem.
Mēness aptumsumam nav šauras pilnā aptumsuma joslas, kas šķērsotu Zemes virsmu. Svarīgi ir tas, kurās vietās katrā aptumsuma fāzē Mēness atrodas virs horizonta. Garuma grādu nobīde maina to, kurās pasaules vietās šo notikumu var novērot, lai gan plašie redzamības apgabali var pārklāties.
Trīs Sarosa cikli veido ekseligmosu, kas ilgst aptuveni 54 gadus un vienu mēnesi. Papildu stundas summējas līdz gandrīz pilnai diennaktij, tāpēc diennakts laiks kļūst tuvāks sākotnējam. Tas uzlabo ģeogrāfisko līdzību, taču arī šādā veidā aptumsums neatkārtojas pilnīgi precīzi.
Aptumsumu sērijai ir savs dzīves cikls
Sarosa sērija ir saime, ko veido savstarpēji saistīti aptumsumi, kas seko cits citam ar viena Sarosa cikla intervālu. Cikls ir atkārtošanās intervāls, bet sērija — ar šo ciklu saistītu notikumu virkne. Vienlaikus pastāv daudzas sērijas, kuru notikumi mijas aptumsumu kalendārā. Tāpēc divi secīgi aptumsumi ne vienmēr pieder vienai sērijai.
Katra sērija ilgst daudzus gadsimtus, jo nelielā novirze mezglu novietojumā uzkrājas lēni. Mēness aptumsumu sērija sākas ar brīdi, kad Mēness tikai nedaudz iesniedzas Zemes pusēnā — tās ēnas ārējā daļā. Vēlākie sērijas aptumsumi var šķērsot ēnu dziļāk, kļūstot par daļējiem un dažās sērijās arī par pilniem aptumsumiem. Beigu posmā Mēness ēnu šķērso arvien mazāk, līdz sērija noslēdzas. Ne katrā sērijā ir pilni aptumsumi.
Pusēnas, daļēju un pilnu Mēness aptumsumu atšķirības palīdz izprast šo pakāpenisko pārmaiņu vizuālo pusi. Sarosa cikls ļauj to aplūkot ilgākā laika posmā: šīs kategorijas var būt dažādi viena aptumsumu sērijas attīstības posmi, nevis savstarpēji nesaistīti notikumu veidi.
Arī Saules aptumsumu sērijas sākas un beidzas ar daļējiem aptumsumiem, un starp šiem posmiem iespējami centrālie aptumsumi. Mainoties ģeometrijai, sērijā var būt pilni, gredzenveida vai hibrīdi aptumsumi. Līdzība starp sērijas notikumiem ir reāla, taču tā negarantē, ka aptumsuma veids nemainīsies.
Ko senie novērotāji varēja paredzēt
Babiloniešu astronomi pamanīja atkārtojošos Mēness aptumsumu rakstus jau ilgi pirms tam, kad bija izveidots mūsdienīgs fizikāls skaidrojums debess ķermeņu kustībai orbītā. Vairāku paaudžu laikā uzkrātie pieraksti ļāva saistīt notikumus, kurus šķīra daudzi gadi. Galvenais sasniegums bija apjausma, ka ilgā notikumu virknē ir noteikta struktūra, nevis katra aptumsuma uztveršana kā atsevišķa zīme vai pārsteigums.
Mēness aptumsumi bija īpaši piemēroti šādu likumsakarību atklāšanai. Tie ir redzami lielā Zemes nakts puses daļā, tāpēc novērotājam vienā vietā ir vairāk iespēju tos redzēt nekā Saules pilno aptumsumu, kas seko šaurai joslai. Tomēr laikapstākļi, dienasgaisma un zem horizonta esošs Mēness varēja radīt pārtraukumus vietējos novērojumu pierakstos.
Atkārtojošs intervāls varēja norādīt uz iespēju, ka notiks aptumsums, bet nesniedza visu, ko sagaida mūsdienu novērotājs. Lai paredzētu Saules aptumsuma joslu konkrētā vietā vai precīzu Mēness pilnā aptumsuma sākumu, nepieciešami detalizētāki ģeometriski aprēķini. Tāpēc Sarosa vēsturiskā nozīme nebija perfekta precizitāte, bet gan uzticama saikne, ko varēja atklāt, veicot novērojumus, pat ja nebija pilnīgas gravitācijas teorijas.
Izmantojiet ciklu, nepārspīlējot tā nozīmi
Lai salīdzinātu aptumsumus praksē, izvēlieties Mēness aptumsumu katalogā un sameklējiet notikumu, kas bijis aptuveni 18 gadus agrāk vai būs aptuveni 18 gadus vēlāk. Ja katalogā norādīti Sarosa sēriju numuri, izmantojiet tos, lai apstiprinātu saistību, nevis paļaujieties tikai uz kalendāra datumu intervālu. Salīdziniet aptumsuma veidu un ilgumu: liela līdzība liecina par atkārtojošos ģeometriju, savukārt atšķirības atklāj pakāpeniskas pārmaiņas sērijā.
Vienkārši neatzīmējiet to pašu kalendāra datumu pēc 18 gadiem. Nozīmīgas ir gan papildu dienas, gan papildu stundas. Izmantojiet Mēness fāžu kalendāru, lai noskaidrotu precīzu pilnmēness laiku, bet pēc tam skatiet aptumsumu katalogā ēnas fāžu sākuma laikus. Pilnmēness norāda uz vajadzīgo fāzi, taču negarantē, ka Mēness ieies Zemes ēnā.
Visbeidzot, nošķiriet paša aptumsuma iespējamību no iespējas to novērot. Pilsētu Mēness informācijas paneļos ir norādīts Mēness lēkts un riets, augstums un azimuts, lai varētu pārbaudīt vietējos horizonta apstākļus. Ģeometriski labvēlīgs aptumsums var notikt brīdī, kad Mēness atrodas zem jūsu horizonta, vai sākties, kamēr to vēl aizsedz ēkas. Sarosa cikls izskaidro, kāpēc atgriežas saistīts notikums; vietējais laiks un horizonta apstākļi nosaka, vai to varēsiet ieraudzīt.