Як пояснити сонячні та місячні затемнення?

У системі Земля - Місяць поперемінні "затемнення" одного космічного тіла - це сонячні та місячні затемнення. При обертанні навколо планети її супутник, освітлений Сонцем, іноді відкидає тінь на планету, а в інший час сам потрапляє в її тінь. Подібні явища часто спостерігаються, наприклад, у системі супутників Юпітера, де чотири гігантські місяця то проходять перед диском планети (і тоді темна плямка їх тіні біжить по поверхні Юпітера), то, навпаки, самі виявляються затіненими найбільшою з планет. Все це добре видно навіть у невеликі телескопи.

Сонячні затемнення наступають тоді, коли Місяць загороджує собою Сонце, а місячні затемнення – коли Місяць потрапляє у тінь, яка відкидається Землею у світовий простір. Якби площина місячної орбіти збігалася з площиною орбіти Землі, сонячні та місячні затемнення відбувалися б регулярно два рази на місяць: сонячні – у момент молодика, а місячні – в момент повного місяця. Насправді площина місячної орбіти нахилена до площини орбіти Землі під кутом близько 5 градусів, і тому сонячні і місячні затемнення належать до порівняно рідкісних астрономічних явищ. Нагадаємо, що точки перетину місячної орбіти з площиною земної орбіти називаються вузлами, а відрізок, що їх з'єднує, – лінією вузлів. Неважко збагнути, що сонячні та місячні затемнення можуть наступати лише тоді, коли Місяць знаходиться поблизу вузлів своєї орбіти та лінія вузлів спрямована на Сонце.

Так як ця лінія повільно повертається у просторі, а рух Землі та Місяця досить складний, розрахунок моментів настання сонячних та місячних затемнень – справа нелегка. Нині теорія розроблена дуже точно. Виявляється, щорічно має відбуватися не менше два і не більше п'яти сонячних, а також не більше трьох місячних затемнень, причому у інші роки місячних затемнень може не бути зовсім. Найчастіше в році буває два сонячні затемнення і два місячні. Під час сонячного затемнення Місяць іноді загороджує Сонце повністю (повне затемнення) або частково (часткове затемнення). Сонячні затемнення можуть відбуватися, очевидно, тільки в молодика.

Сонячні затемнення спостерігаються в обмеженій ділянці земної поверхні: повне там, куди зараз падає пляма місячної тіні, діаметр якої не перевищує 300 км, часткове - по сторонах від цієї плями в радіусі до 4000 км (це область так званої півтіні). Так як Місяць рухається навколо Землі, а Земля обертається навколо своєї осі, тінь і півтінь дуже швидко переміщаються земною поверхнею, прокреслюючи смуги повного і часткового затемнення. Місяць обертається навколо Землі еліпсом і тому його відстань до Землі постійно змінюється. Разом із ним змінюються видимі розміри місячного диска. Якщо в момент сонячного затемнення Місяць знаходиться поблизу апогею, його видимі розміри зменшуються настільки, що він не може повністю закрити собою Сонце і замість повного сонячного затемнення спостерігається так зване кільцеподібне сонячне затемнення.

Під час сонячного затемнення Місяць, рухаючись від заходу на схід, повільно загороджує собою Сонце. Сонячне затемнення триває зазвичай близько двох годин, тоді як повна фаза сонячного затемнення триває не більше 7,5 хв. З настанням повної фази на небі з'являються найяскравіші зірки та планети, а навколо Сонця спалахує перлинно-сріблясте сяйво – сонячна корона, найвища частина сонячної атмосфери. У телескоп навколо Сонця, закритого Місяцем, добре видно рожеві виступи, язички полум'я - газові хмари сонячної атмосфери, так звані протуберанці.

Повні сонячні затемнення, які повторюються в середньому раз на 1,5 роки, можуть зовсім не спостерігатися в одному місці Землі протягом сотень років. Спостереження сонячних затемнень мають велику наукову цінність. За ними можна уточнити рух Місяця, який вирізняється великою складністю. У моменти повних сонячних затемнень особливо зручно спостерігати сонячну атмосферу і її зовнішні частини, які слабо світяться.

Під час місячних затемнень Місяць вступає в конус земної тіні. Місячні затемнення бувають тільки в повний Місяць. Якщо Місяць повністю занурюється в земну тінь, настає повне місячне затемнення, якщо частково - часткове. Місячне затемнення відбувається для всієї Землі в той самий фізичний момент часу і може спостерігатися у всіх тих місцях Землі, де Місяць буде в цей час над горизонтом. Тінь Землі на Місяці внаслідок кулястості Землі має форму кола. На відстані Місяця діаметр земної тіні більший за площею від диску Місяця в 2,5 рази. Тому Місяць може повністю потрапити у земну тінь надовго. Повна фаза місячного затемнення може тривати до 1 год 40 хв, проте вона, зазвичай, триває більше трьох годин.

В даний час сонячні та місячні затемнення використовуються для наукових спостережень. Зокрема, за забарвленням Місяця під час повного місячного затемнення можна дізнатися про деякі властивості земної атмосфери.