Półcieniowe zaćmienie Księżyca – 25.03.2024.

Opracowanie: dr Grzegorz Duniec, dr Marcin Kolonko, IMGW-PIB CMM.

W poniedziałek, 25 marca 2024 roku, w godzinach porannych naszego czasu dojdzie do półcieniowego zaćmienia Księżyca. Geocentryczna opozycja Słońca i Księżyca w rektascensji nastąpi o 8^h01^m28,5^s. Będzie to 64 zaćmienie spośród 71 zaćmień w 113 cyklu Saros. Obecny 113 cykl Saros rozpoczął się 29 kwietnia 888 roku, a zakończy 10 czerwca 2150 roku [1]. Na cykl 71 zaćmień składa się, w kolejności występowania, 7 zaćmień półcieniowych częściowych, 23 zaćmień częściowych, 13 zaćmień całkowitych, 18 zaćmień częściowych, 2 zaćmienia półcieniowe całkowite oraz 8 zaćmień półcieniowych częściowych. Tegoroczne zaćmienie półcieniowe częściowe będzie miało, podczas maksimum, fazę 0,9557 co oznacza, że 95,57 % tarczy księżycowej zanurzy się w stożek półcienia Ziemi [2]. Podczas obecnego zaćmienie węzeł Księżyca będzie znajdował się na wschód od środka stożka. Deklinacja Księżyca będzie dodatnia zatem pierwszy kontakt Księżyca ze stożkiem półcienia nastąpi w obszarze NNW.

Źródło: Tomasz Ściężor, Almanach Astronomiczny na rok 2024, PTA, Warszawa 2023.

Pierwszy kontakt Księżyca ze stożkiem półcienia Ziemi będzie miał miejsce o godzinie 05^h53^m11^s. Ostatni kontakt, kończący zaćmienie półcieniowe, wystąpi o godzinie 10^h32^m18^s. Zaćmienie będzie trwało 04^h39^m07^s (279 minut i 7 sekund). W każdym roku może wystąpić od 2 do 5 zaćmień Księżyca [1]. Z analizy obejmującej 5000 lat (2000 r. p.n.e. – 3000 r. n.e.) wynika, że najczęściej występują dwa zjawiska w roku, najrzadziej 5 zaćmień. W ciągu 5000 lat tylko 33 takich zdarzeń miało miejsce, aby w jednym roku wystąpiło pięć zaćmień Księżyca [1].

Źródło: Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214173.

Przy dwóch zaćmieniach Księżyca może wystąpić następującą kombinacja zdarzeń, a mianowicie (kolejność występowania może być dowolna np. półcieniowe – całkowite lub całkowite – półcieniowe):

1. półcieniowe – półcieniowe;
2. półcieniowe – częściowe;
3. półcieniowe – całkowite;
4. częściowe – częściowe;
5. częściowe – całkowite
6. całkowite – całkowite;

Źródło: Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214173.

Z analizy statystycznej, obejmującej okres 5000 lat wynika, że najrzadziej występuje para zaćmień w kombinacji zaćmienie półcieniowe i całkowite, zaledwie 6 razy w ciągu 5000 lat miała miejsce taka kombinacja. Najczęściej zachodzą w ciągu roku dwa zaćmienia całkowite (37,2%) [1].

Przy trzech zaćmieniach w ciągu roku możliwa jest kombinacja, łącznie może wystąpić 9 różnych kombinacji ze względu na kolejność występowania zaćmień w danym roku [1]:

1. półcieniowe – półcieniowe – półcieniowe;
2. półcieniowe – półcieniowe – częściowe;
3. półcieniowe – półcieniowe – całkowite;
4. półcieniowe – częściowe – częściowe;
5. półcieniowe – częściowe – całkowite;
6. półcieniowe – całkowite – całkowite;
7. częściowe – częściowe – całkowite;
8. częściowe – całkowite – całkowite;
9. całkowite – całkowite – całkowite.

Źródło: Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214173.

Z obliczeń wynika, że najrzadsza jest kombinacja zaćmień półcieniowe – całkowite – całkowite. W okresie od -2000 r. p. n. e do 3000 r. n. e. wystąpi jedynie 6 takich przypadków stanowiących jedynie 0,7 % wszystkich zaćmień, które zajdą w analizowanym okresie. Drugie miejsce pod względem częstotliwości występowania zaćmień stanowi kombinacja trzech zaćmień w roku, co stanowi 2,8 % wszystkich zaćmień. Równie rzadko zdarza się kombinacja zaćmień półcieniowe – częściowe – całkowite. W okresie 5000 lat jedynie 27 takich przypadków będzie miało miejsce [1].

Jeśli w danym roku występować będą cztery zaćmienia Księżyca to możliwe są następujące kombinacje:

1. półcieniowe – półcieniowe – półcieniowe – półcieniowe;
2. półcieniowe – półcieniowe – półcieniowe – częściowe;
3. półcieniowe – półcieniowe – częściowe – częściowe;

Źródło: Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214173.

Najczęściej występuję opcja czterech zaćmień półcieniowych. W okresie obejmującym 5000 lat wystąpi łącznie 390 takich przypadków. W wypadku czterech zaćmień w roku nie występuje zaćmienie całkowite. Jest to spowodowane położeniem Księżyca względem węzłów księżycowych. Aby nastąpiło zaćmienie różnica długości ekliptycznej Księżyca i węzła księżycowego musi być mniejsza niż 9°30’. Natomiast gdy różnica długości ekliptycznej Księżyca i węzła księżycowego jest większa niż 12°15’ wówczas zaćmienie nie zajdzie [3,4,5]. Dla wartości pośrednich zaćmienie może zajść, ale nie musi. Zależeć to będzie od wzajemnej konfiguracji Słońca, Księżyca oraz Ziemi [4]. Aby mogła wystąpić większa liczba zaćmień w roku to jest możliwe tylko wtedy, kiedy różnica długości ekliptycznej Księżyca oraz węzła księżycowego przyjmuje wartości krańcowe z przedziału wymaganego. Podobnie dla przypadku, kiedy w danym roku wystąpi pięć zaćmień Księżyca.

Źródło: Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214173.

Przy pięciu zaćmieniach w roku dominują głównie zaćmienia półcieniowe Księżyca. Jedynie w 9,1% wszystkich przypadków w okresie 5000 lat wystąpią dwa częściowe zaćmienia Księżyca [1]. Pierwsze zaćmienie z serii 5 zaćmień występuje w pierwszej połowie stycznie, ostatnie zaś przypada na drugą połowę grudnia danego roku [1].

Podczas zaćmienia półcieniowego Księżyc zanurza się w stożek półcienia. Stopień zanurzenia Księżyca w stożek półcienia jest uzależniony od położenia Księżyca w stosunku do węzłów księżycowych. Z obliczeń wykonanych przez Jeana Meeusa i Freda Espanaka wynika, że w okresie od 2000 r. p. n. e. do 3000 r. n. e. wystąpiło kilka zaćmień, których maksymalna faza była lub będzie bardzo mała, poniżej 0,002 [1].

Źródło: Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214173.

Dwudziestego maja 859 roku maksymalna faza zaćmienia wynosiła jedynie 0,0007 i trwała 8,1 minut. Kolejne zaćmienie półcieniowe o jeszcze mniejszej fazie wystąpi dopiero 11 lutego 2791 roku. Maksymalna faza zaćmienia wyniesie zaledwie 0,0006. Księżyc będzie przebywał w stożku półcienia jedynie 7,4 minut. We wspomnianym okresie obliczeniowym 13 grudnia 781 r. p. n. e (-780) wystąpiło zaćmienie półcieniowe, którego maksymalna faza wynosiło tylko 0,0004, a samo zaćmienie trwało aż 5,2 minut [1].

Kiedy Księżyc cały zanurzy się w stożku półcienia wówczas występuje całkowite zaćmienie półcieniowe.

Źródło: Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214173.

W we wspomnianym okresie najdłużej trwające zaćmienie całkowite półcieniowe wystąpiło 24 listopada 1322 roku. Maksymalna faza zaćmienia wynosiła 1,0951 i trwało aż 296,5 minut. Ostatnie nam współcześnie występujące całkowite zaćmienie półcieniowe o fazie powyżej 1,08 miało miejsce 3 marca 1988 roku. Maksymalna faza zaćmienia wynosiła 1,0907, a samo zaćmienie trwało 293,8 minut [1].

Jak wynika z obliczeń zaćmienia półcieniowe występuję z nieco większą częstotliwością w miesiącach zimowych, czyli w grudniu, styczniu oraz w lutym. Rzadziej w miesiącach letnich tj. w czerwcu, lipcu, sierpniu. Wyjaśnienia tego zjawiska należy upatrywać w położeniu Ziemi względem Słońca. W styczniu Ziemia znajduje się w peryhelium orbity, czyli najbliżej Słońca, co skutkuje tym, że przekrój stożka półcienia Ziemi jest większy od przekroju stożka półcienia, kiedy Ziemia znajduje się aphelium, czyli najdalej od Słońca [1]. Wraz ze wzrostem rozmiarów stożka półcienia Ziemi wzrasta nieznacznie prawdopodobieństwo wystąpienia półcieniowego zaćmienia Księżyca.

Półcieniowe zaćmienie Księżyca nie jest zjawiskiem bardzo efektownym. Półcień Ziemi to strefa, z której (jeśli znajdzie się tam Księżyc) Ziemia nie przesłania całego Słońca, lecz tylko jego część. Czyli o ile w cieniu Ziemi Słońce bezpośrednio nie jest widoczne to w półcieniu widoczna jest jego część – tym większa, im dalej od cienia znajdzie się Księżyc.

Grafika ze strony Freda Espenaka poświęcona zaćmieniom Słońca i Księżyca. Na czerwono cień Ziemi, na szaro – półcień. Poniżej – mapa widoczności zaćmienia półcieniowego. Źródło: strona eclipsewise.com.

Z zaćmieniem Księżyca bywa sprzężone także (po 2 tygodniach) zaćmienie Słońca. Tak jest i tym razem, gdyż 2 tygodnie po 25 marca, 8 kwietnia, nastąpi długo wyczekiwane zaćmienie Słońca. Oba zjawiska w Polsce nie będą widoczne, ale warto o nich coś wiedzieć.

Klatka z częściowego zaćmienia Księżyca. Źródło: Iain Todd, BBC Sky at Night.

W momencie, w którym Księżyc zanurza się w półcień Ziemi można zaobserwować stopniowy spadek jasności jego tarczy. Nie jest to proces skokowy, czasem dopiero po kilkudziesięciu minutach orientujemy się, że tarcza Księżyca jest ciemniejsza. Gdyby Księżyc wszedł w cień Ziemi zobaczylibyśmy to natychmiast. W przypadku zaćmienia półcieniowego tak nie jest.

Dla celów poglądowym można obliczyć o ile zmniejszy się jasność Księżyca, który zanurzy się w stożek cienia Ziemi. Podążając za rozważaniami poczynionymi dla zaćmienia Słońca i zakładając, że przekrój stożka cienia Ziemi jest kołem o identycznych rozmiarach jak rozmiar tarczy księżycowej to można łatwo udowodnić, że spadek jasności przy fazie zaćmienia 0,5 wynosiłby około [6]:

W rzeczywistości rozmiary stożka cienia ziemskiego w przekroju są większe więc spadek jasności będzie nieznacznie większy niż te, które zostały wyznaczone dla fazie 0,5 przy powyższym założeniu. Natomiast przy zaćmieniu półcieniowym częściowym zmniejszenie jasności jest niezwykle małe.

Półcieniowe zaćmienie Księżyca 25 marca 2024 r. Umbra – cień, penumbra – półcień Ziemi. Źródło: Sky & Telescope.

Pas widoczności zaćmienia z 25 marca obejmuje dużą część Ziemi: jednak kończy się na zachodniej granicy Polski. Dla Szczecina przebieg zaćmienia będzie następujący:

Źródło: Tomasz Ściężor, Almanach Astronomiczny na rok 2024, PTA, Warszawa 2023.

Położenie Księżyca w chwili pierwszego kontaktu, 25 marca 2024 roku, godz.: 5:53, Szczecin, źródło: https://stellarium-web.org/.

Także w celu podziwiania tego zjawiska powinniśmy się udać do Europy Zachodniej albo do Ameryki. Lub poczekać na następne tego typu, 18 września 2024 r. (częściowe zaćmienie Księżyca), widoczne także z Polski.

Literatura:

1. Fred Espenak and Jean Meeus, Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE), NASA/TP – 2009-214173.
2. Tomasz Ściężor, Almanach Astronomiczny na rok 2024, PTA, Warszawa 2023.
3. Eugeniusz Rybka, Astronomia ogólna, wyd. VII, PWN, Warszawa, 1983.
4. Jerzy M. Kreiner, Ziemia i Wszechświat – astronomia nie tylko dla geografów, Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Pedagogicznego, Kraków, 2009.
5. Zbigniew Dworak, Z astronomią za pan brat, Iskry, Warszawa, 1989.
6. Henryk Chrupała, Marek T. Szczepański, 25 lat olimpiad astronomicznych, WSiP, Warszawa, 1986.
7. Strona Freda Espenaka eclipsewise.com
8. BBC Sky at Night
9. Sky and Telescope.
10. https://stellarium-web.org/.

 

 

— UDOSTĘPNIJ —