Częściowe zaćmienie Księżyca

Opracowanie: Prof. dr hab. Mariusz Figurski, dr Grzegorz Duniec, dr Marcin Kolonko, Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB

W najbliższą sobotę z terenu Polski będzie można zaobserwować częściowe zaćmienie Księżyca. Geocentryczna opozycja Słońca i Księżyca w rektascensji nastąpi 28 października 2023 roku o godzinie 22h25m12,2s[1]. Maksymalna faza zaćmienia wyniesie 0,122. O godzinie 20h01m47s Księżyc w swojej wędrówce po orbicie dotrze do stożka półcienia i zacznie się w niego zanurzać rozpoczynając tym samym półcieniowe częściowe zaćmienie Księżyca. O godzinie 21h35m18s Księżyc dotrze do stożka cienia i rozpocznie się zaćmienie częściowe. Maksymalna faza zaćmienia częściowego nastąpi o godzinie 22h15m. Podczas maksymalnej fazy tarcza księżycowa zanurzy się w stożku cienia Ziemi w 12,2 %. Księżyc będzie znajdował się w pobliżu węzła wstępującego, na wschód od niego.  

[1] Czas rozpoczęcia i zakończenia kolejnych faz zaćmienia podano w czasie wschodnioeuropejskim (w czasie letnim: UTC+2 godziny).

 

Obraz zawierający tekst, krąg, diagram, zrzut ekranu Opis wygenerowany automatycznie

Źródło: Tomasz Ściężor, Almanach Astronomiczny na rok 2023, strona 159, PTA, 2022.

Takie usytuowanie Księżyca względem węzła wstępującego skutkuje tym, że maksymalna faza zaćmienia nastąpi nieco wcześniej, niż geocentryczna opozycja w rektascensji. Po maksymalne fazie Księżyc rozpocznie wynurzanie się ze stożka cienia ziemskiego. Ostatni kontakt ze stożkiem cienia Księżyc będzie miał o godzinie 22h52m39s kończąc tym samym zaćmienie częściowe. Księżyc natomiast nadal pozostawać będzie w stożku półcienia. Wraz z zakończeniem fazy zaćmienia częściowego rozpocznie się faza zaćmienia półcieniowego, która potrwa do 00h26m20s, 29 X 2023 roku. Wówczas Księżyc wynurzy się ze stożka półcienia Ziemi i zakończy się półcieniowe zaćmienie Księżyca [1].

Zbliżające się zaćmienie będzie 20 zaćmieniem z serii 72 zaćmień w cyklu Saros 136. Cykl Saros o numerze 136 rozpoczął się 13 kwietnia 1680 roku i zakończy się 1 czerwca 2960 roku [2]. Przebieg zaćmień w tym cyklu jest następujący:

  1. 7 częściowych zaćmień półcieniowych
  2. 1 całkowite zaćmienie półcieniowe
  3. 7 częściowych zaćmień
  4. 27 całkowitych zaćmień
  5. 8 częściowych zaćmień
  6. 22 częściowe zaćmienia półcieniowe

Sobotnie częściowe zaćmienie Księżyca będzie można obserwować z terenów Europy, Afryki, Azji (zachodniej, środkowej oraz południowo-wschodniej), Grenlandii, północnego Atlantyku oraz na obszarze Oceanu Indyjskiego. Przy wschodzie Księżyca będzie można obserwować zaćmienie z rejonów wschodnich Ameryki południowej i północnej oraz na zachodnich obszarach Oceanu Atlantyckiego. Przy zachodzie Księżyca zaćmienie będzie możliwe do zaobserwowania z rejonów Azji południowo wschodniej, Australii oraz w zachodnich rejonach Oceanu Spokojnego [1].

Obraz zawierający tekst, diagram, mapa, zrzut ekranu Opis wygenerowany automatycznie

Źródło: Tomasz Ściężor, Almanach Astronomiczny na rok 2023, strona 159, PTA, 2022.

Widzialność zaćmienia z rejonu Polski

Położenie Księżyca na sferze niebieskiej (Łódź), 28 X 2023 roku o godzinie 20:01:47. Rozpoczęcie się półcieniowego zaćmienia Księżyca. Źródło: https://stellarium-web.org/ .

W chwili pierwszego kontaktu Księżyca ze stożkiem półcienia ziemskiego, Księżyc będzie znajdował się na wysokości 25°27’16,2” nad horyzontem (dane dla Łodzi, w innych miejscowościach wysokość będzie inna) w gwiazdozbiorze Barana, w odległości 366525,991 km od Ziemi. Rozmiary kątowe Księżyca wyniosą 32,594’. Księżyc będzie poruszał się z prędkością względną 1,066 km/s. Prędkość radialna Księżyca to 0,039 km/s zaś prędkość kątowa wyniesie 14,394° na dobę. Jasność Księżyca wyniesie -12m,82 [4]. W pobliżu Księżyca, na wschód od niego, znajdować się będzie Jowisz z towarzyszącymi mu czterema największymi księżycami zwanych Galileuszowymi, również w konstelacji Barana.

Położenie satelitów Galileuszowych względem Jowisza, 28 X 2023 roku o godzinie 20:01:47. Źródło: https://stellarium-web.org/.

Z chwilą rozpoczęcia zaćmienia półcieniowego Księżyca, układ księżyców Galileuszowych Jowisza będzie następujący. Na wschód od planety będziemy mogli podziwiać Io i Callisto. Po zachodniej stronie planety odnajdziemy Europę i Ganimedesa.

Plejady, Uran, Jowisz i Księżyc. 28 X 2023 roku o godzinie 20:01:47. Źródło: https://stellarium-web.org/.

Na wschód od Jowisza będzie można obserwować również planetę Uran, która znajduje się w granicach gwiazdozbioru Barana. Przesuwając się dalej na wschód odnajdziemy Plejady, które w chwili rozpoczęcia zaćmienia półcieniowego będą wznosiły się na wysokości 18°38’ (w Łodzi) nad horyzontem [3].

Układ satelitów Urana, 28 X 2023 roku o godzinie 20:01:47. Źródło: https://stellarium-web.org/.

Obserwując przez lunetę lub teleskop Urana będzie można zaobserwować jego najjaśniejsze księżyce Ariel, Umbriel, Tytania i Oberona.

Księżyc, Neptun oraz Saturn, 28 X 2023 roku o godzinie 20:01:47. Źródło: https://stellarium-web.org/.

Na zachód od Księżyca, w nieco większej odległości, znajdować się będzie Neptun w konstelacji Ryb (przy samej granicy z gwiazdozbiorem Wodnika) oraz Saturn w Wodniku.

Układ satelitów Saturna, 28 X 2023 roku o godzinie 20:01:47. Źródło: https://stellarium-web.org/.

Obserwując Saturna podziwiać będzie można jego piękne pierścienie oraz księżyce, a o to niektóre z nich: Iapetus, Titan, Dione, Tethys, Enceladus, Prometheus, Mimas, Atlas, Epimetheus, Helene oraz Rhea. Ponadto jeden z jego księżyców Janus będzie znajdował się na tle tarczy Saturna.

Tryton z Neptunem, 28 X 2023 roku o godzinie 20:01:47. Źródło: https://stellarium-web.org/.

Natomiast obserwując Neptuna zaobserwować będzie można Trytona, który jest największym księżycem Neptuna, oraz kilka małych: Galatea, Despina, Larissa, Proteus.

Położenie Księżyca na sferze niebieskiej (Łódź), 28 X 2023 roku o godzinie 21:35:18. Rozpoczęcie się częściowego zaćmienia Księżyca. Źródło: https://stellarium-web.org/.

Z chwilą pierwszego kontaktu ze stożkiem cienia Ziemi (o godzinie 21:35:18) rozpocznie się powolne zanurzanie Księżyca w stożek, czyli rozpocznie się częściowe zaćmienie Księżyca. Księżyc znajdzie się na wysokości 38°45’49,7” nad horyzontem (Łódź). Księżyc nieco przybliży się do Ziemi i znajdować się będzie w odległości 365503,857 km. Rozmiary kątowe Księżyca w momencie zaćmienia wyniosą 32,685’. Księżyc będzie poruszał się z prędkością względną 1,064 km/s. Prędkość radialna Księżyca to 0,039 km/s zaś prędkość kątowa wyniesie 14,405° na dobę. Jasność Księżyca wyniesie -12m,84 [4].

Położenie Księżyca na sferze niebieskiej (Łódź), 28 X 2023 roku o godzinie 22:15. Faza maksymalna częściowego zaćmienia Księżyca. Źródło: https://stellarium-web.org/.

Obraz zawierający Obiekt astronomiczny, natura, planeta, astronomia Opis wygenerowany automatycznie

Wygląd Księżyca podczas maksymalnej fazy częściowego zaćmienia Księżyca. Źródło: https://stellarium-web.org/.

Podczas maksymalnej fazy zaćmienia, o godzinie 22:15, Księżyca znajdować się na wysokości 43°37’47,2” nad horyzontem (dane dla Łodzi) w odległości 365196,798km [4]. Na załączonej symulacji zaćmienia widać fragment stożka cienia, w którym zanurzył się biegun południowy Księżyca. Od tej chwili Księżyc zacznie powoli wynurzać się ze stożka cienia Ziemi. Rozmiary kątowe Księżyca zwiększą się i wyniosą 32,712’. Księżyc będzie nadal poruszał się z prędkością względną 1,064 km/s. Prędkość radialna Księżyca to 0,039 km/s zaś prędkość kątowa wyniesie 14,407° na dobę. Jasność Księżyca wyniesie -12m,84 [4].

Położenie Księżyca na sferze niebieskiej (Łódź), 28 X 2023 roku o godzinie 22:52:39. Koniec częściowego zaćmienia Księżyca i rozpoczęcia zaćmienia półcieniowego. Źródło: https://stellarium-web.org/.

Ostatecznie Księżyc wynurzy się ze stożka cienia Ziemi o godzinie 22:52:39, co oznaczać będzie koniec częściowego zaćmienia Księżyca. Księżyc nadal jednak pozostanie w stożku półcienia Ziemi, czyli występować będzie półcieniowe zaćmienie Księżyca. W tym momencie czasu Księżyc znajdować się będzie na wysokości 47°28’ 20,3” nad horyzontem (dane dla Łodzi) w odległości 364991,258 km. Rozmiary kątowe Księżyca zwiększą się i wyniosą 32,712’. Księżyc będzie nadal poruszał się z prędkością względną 1,064 km/s. Prędkość radialna Księżyca to 0,039 km/s zaś kątowa wyniesie 14,407° na dobę. Jasność Księżyca wyniesie -12m,84 [4].

Położenie Księżyca na sferze niebieskiej (Łódź), 29 X 2023 roku o godzinie 00:26:20. Koniec zaćmienia półcieniowego. Źródło: https://stellarium-web.org/.

W niedzielę, kilka minut po północy, o godzinie 00:26:20 Księżyc wynurzy się ze stożka półcienia Ziemi i zakończy się częściowe zaćmienie półcieniowe. Zaćmienie Księżyca zakończy się tuż przed przecięciem toru Księżyca z południkiem niebieskim. W chwili zakończenia zjawiska Księżyc będzie znajdował się na wysokości 52°16’ 15,6” nad horyzontem (w Łodzi) znajdując się w odległości 364882,958 km od Ziemi. Rozmiary kątowe Księżyca zwiększą się i wyniosą 32,740’. Księżyc będzie nadal poruszał się z prędkością względną 1,062 km/s. Prędkość radialna Księżyca to 0,037 km/s zaś kątowa wyniesie 14,396° na dobę. Jasność Księżyca wyniesie -12m,82 [4].

Stożek cienia Ziemi

Jak już wspomniano we wcześniejszych artykułach zaćmienie Księżyca powstaje wtedy, kiedy Księżyc zanurza się w stożek cienia Ziemi. Można zadać pytanie, czy w przekroju stożek cienia będzie kołem? Otóż nie. Stożek cienia Ziemi, w odległości Księżyca, w przekroju odbiega od koła i jest nieco spłaszczony. Przyczyną spłaszczenia przekroju poprzecznego należy upatrywać w tym, że jak powszechnie wiadomo, Ziemia nie jest idealną kulą, jest geoidą. Co ciekawe spłaszczenie przekroju stożka jest większe niż spłaszczenie samej Ziemi. Korzystając z elementarnej geometrii można udowodnić, że kiedy Księżyc znajduje się w apogeum orbity, a Ziemia w peryhelium orbity przekrój stożka cienia w odległości Księżyca jest bardziej spłaszczony [5].

Czy zaćmienie Księżyca zachodzi w pełni?

Wydaje się oczywistym, że zaćmienie Księżyca zachodzi wtedy, kiedy Księżyc jest w pełni. Ale czy tak jest zawsze? Jak wiemy Księżyc porusza się po orbicie, która jest nachylona pod kątem 5°08’43” (średnia wartość) do płaszczyzny ekliptyki. Kąt nachylenia się zmienia w wyniku perturbacji grawitacyjnych ze strony Słońca. Otóż zaćmienie Księżyca (faza maksymalna) będzie zachodziło dokładnie podczas geocentrycznej opozycji Księżyca i Słońca w rektascensji, czyli pełni, tylko wtedy, kiedy zaćmienie będzie centralne. Kiedy zaćmienie nie jest centralne wówczas pełnia i faza maksymalna nie zachodzi dokładnie w tym samym czasie. Różnica w czasie będzie zwiększała wraz ze zmniejszaniem maksymalnej fazy zaćmienia. Wykonując obliczenia można wykazać, że przy maksymalnej fazie zaćmienia mniejszej od 0,009, pełnia Księżyca może wystąpić już po lub przed zaćmieniem. Przykładem może być zaćmienie z 26 listopada 1890 roku. Jak wynika z obliczeń maksymalna faza zaćmienia częściowego Księżyca wówczas wynosiła 0,002. Księżyc był zanurzony w stożku cienia ziemskiego w czasie 13:29 UTC do 13:39 UTC. Geocentryczna opozycja Księżyca i Słońca w rektascensji, czyli pełnia, wystąpiła o godzinie 13:23 UTC [6]. Zatem pełnia Księżyca miała miejsce wcześniej niż zaćmienia. Podczas sobotniego zaćmienia Księżyc zanurzy się w stożku cienia Ziemi na głębokość 0,122. Maksymalna faza zaćmienia ma nastąpić o 22:15 zaś pełnia będzie dopiero o 22:25:12,2. Zatem maksymalna faza zaćmienia nastąpi o 10 minut wcześniej niż opozycja Słońca i Księżyca. Obecna maksymalna faza zaćmienia jest większa od wartości granicznej zatem zajście pełni i maksymalnej fazy zaćmienia nastąpi podczas zaćmienia częściowego.

Interwał czasu między zaćmieniami Księżyca

Odstęp czasu jaki upływa pomiędzy następującymi po sobie zaćmienia nie jest jednakowy. Z wykonanych obliczeń przez Jeana Meeusa wynika, że w okresie od 2000 r. p. e. do 3000 r. n. e., najrzadziej, bo zaledwie w 12,7% przypadków, dwa następujące po sobie zaćmienia występować będą w odstępie 1 miesiąca synodycznego. W 24,1 % przypadków następujące po sobie zaćmienia Księżyca występować będą w odstępie 5 miesięcy synodycznych. Najczęściej, bo 63,2% przypadków, dwa następujące po sobie zaćmienia występować będą w odstępie 6 miesięcy synodycznych [2].

Podczas sezonu zaćmień, czyli jest to okres, kiedy Słońce znajduje się w pobliżu jednego z węzłów księżycowych, zachodzą zaćmienia Słońca i Księżyca. Każdemu całkowitemu lub obrączkowemu zaćmieniu Słońca towarzyszy zaćmienie Księżyca w dwóch wariantach. A mianowicie może to być jedno zaćmienie częściowe, albo jedno lub dwa zaćmienia półcieniowe (przed i po zaćmieniu Słońca). Kiedy zaćmienie Słońca jest częściowe to towarzyszące mu zaćmienie Księżyca, które prawie zawsze jest zaćmieniem całkowitym. Dość rzadko zachodzi także taka konfiguracja, kiedy całkowitemu zaćmieniu Słońca towarzyszy całkowite zaćmienie Księżyca. Najrzadziej zachodzi konfiguracja, kiedy oba zaćmienia, Słońca i Księżyca, są częściowe. Z obliczeń wykonanych przez Jeana Meeusa wynika, że w okresie od roku 1000 do 2500 roku wystąpi jedynie jedno takie zdarzenie w roku 2086. Dwudziestego listopada 2086 roku zajdzie częściowe zaćmienie Księżyca, a maksymalna faza zaćmienia wyniesie 0,9865. Szóstego grudnia 2086 roku wystąpi częściowe zaćmienie Słońca. Wielkość fazy maksymalnej wyniesie 0,9271 [2,7,8].

Obraz zawierający tekst, diagram, szkic, rysowanie Opis wygenerowany automatycznie Obraz zawierający tekst, szkic, rysowanie, krąg Opis wygenerowany automatycznie

(Lewy): Zaćmienie częściowe Księżyca 20 XI 2086 roku. Źródło: Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214173.

(Prawy): Zaćmienie częściowe Słońca, 6 XII 2086 roku. Źródło: Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Solar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214174.

Kolejnym takim zestawem zaćmień będą zaćmienia w sezonie jesiennym 2607 roku. Dwudziestego piątego listopada 2607 roku zajdzie częściowe zaćmienie Księżyca o maksymalnej fazie wynoszącej 0,9772, zaś 11 XII 2607 roku zajdzie częściowe zaćmienie Słońca. Wówczas wielkość fazy maksymalnej wyniesie 0,9607 [2,7,8].

Obraz zawierający tekst, diagram, mapa Opis wygenerowany automatycznie Obraz zawierający szkic, tekst, diagram, krąg Opis wygenerowany automatycznie

(Lewy): Zaćmienie częściowe Księżyca 25 XI 2607 roku. Źródło: Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214173.

(Prawy): Zaćmienie częściowe Słońca, 11 XII 2607 roku. Źródło: Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Solar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214174.

Czytelnicy chcący przypomnieć sobie mechanizm powstawania zaćmień mogą to uczynić czytając wcześniejsze opracowanie znajdujące się pod adresem: https://cmm.imgw.pl/?p=28636

Literatura

  1. Tomasz Ściężor, Almanach Astronomiczny na rok 2023, strona 159, PTA, 2022.
  2. Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214173.
  3. https://stellarium-web.org/
  4. Źródło: Program astronomiczny Periapsis, Autor: Bartosz Wojczyński, Wydawca: AstroCD – Sylwia Substyk.
  5. Jean Meeus, Mathematical Astronomy Morsels V, Willman-Bell, Inc, 2009.
  6. Jean Meeus, Mathematical Astronomy Morsels IV, Willman-Bell, Inc, 2007.
  7. Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Solar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214174.
  8. Jean Meeus, Mathematical Astronomy Morsels III, Willman-Bell, Inc, 2004.

  1. Czas rozpoczęcia i zakończenia kolejnych faz zaćmienia podano w czasie wschodnioeuropejskim (w czasie letnim: UTC+2 godziny). ↑