Цикл затмения - Википедия - Eclipse cycle

Пути частичного, кольцевого, гибридного, тотального и частично для Солнечный Сарос серии 136. Интервал между последовательными затмениями в серии составляет один сарос, примерно 18 лет.

Затмения могут повторяться, разделенные определенными интервалами времени: эти интервалы называются циклы затмений.^[1] Серия затмений, разделенных повторением одного из этих интервалов, называется серия затмения.

Условия затмения

Графическое изображение солнечного затмения

Затмения может произойти, когда земной шар и Луна согласованы с солнце, и тень одного тела, отбрасываемая Солнцем, падает на другое. Так что на Новолуние, когда Луна в соединение с Солнцем Луна может пройти перед Солнцем, если смотреть из узкой области на поверхности Земли, и вызвать солнечное затмение. В полнолуние, когда Луна в оппозиция к Солнцу Луна может пройти сквозь тень Земли, и лунное затмение видна с ночной половины Земли. Соединение и противостояние Луны вместе имеют особое название: сизигия (из Греческий для «стыка») из-за важности этих лунные фазы.

Затмения случаются не каждое новолуние или полнолуние, потому что самолет орбита Луны вокруг Земли наклонена относительно плоскости орбиты Земли вокруг Солнца ( эклиптика ): поэтому, если смотреть с Земли, когда Луна находится ближе всего к Солнцу (новолуние) или на наибольшем расстоянии (полная луна), три тела обычно не находятся на одной линии.

Этот склонность в среднем составляет около 5 ° 9 ', что намного больше, чем кажущееся иметь в виду диаметр Солнца (32 ′ 2 ″), Луна, если смотреть с поверхности Земли прямо под Луной (31 ′ 37 ″), и тень Земли на среднем лунном расстоянии (1 ° 23 ′).

Следовательно, в большинстве новолуний Земля проходит слишком далеко к северу или югу от лунной тени, а в самое большее количество полнолуний Луна не попадает в тень Земли. Кроме того, во время большинства солнечных затмений видимый угловой диаметр Луны недостаточен, чтобы полностью скрыть солнечный диск, если только Луна не находится рядом с ним. перигей, т.е. ближе к Земле и явно больше среднего. В любом случае выравнивание должно быть близким к идеальному, чтобы вызвать затмение.

Затмение может произойти только тогда, когда Луна находится близко к плоскости орбиты Земли, то есть когда ее эклиптическая широта маленький. Это происходит, когда Луна находится рядом с одним из двух узлы его орбиты на эклиптике во время сизигия. Конечно, чтобы вызвать затмение, Солнце также должно находиться рядом с узлом в это время: тот же узел для солнечного затмения или противоположный узел для лунного затмения.

Повторение

Символическая орбитальная диаграмма с точки зрения Земли в центре, показывающая два узла Луны, где могут происходить затмения.

За один день может произойти до трех затмений. сезон затмений, период в один или два месяца, который случается дважды в год, примерно в то время, когда Солнце находится вблизи узлов орбиты Луны.

Затмения не происходят каждый месяц, потому что через месяц после затмения относительная геометрия Солнца, Луны и Земли изменилась.

Как видно с Земли, время, за которое Луна возвращается в узел, драконий месяц, меньше, чем время, необходимое Луне, чтобы вернуться к той же эклиптической долготе, что и Солнце: синодический месяц. Основная причина в том, что за то время, когда Луна совершила полный оборот вокруг Земли, Земля (и Луна) совершили около¹⁄₁₃ их орбиты вокруг Солнца: Луна должна компенсировать это, чтобы снова войти в соединение или противостояние с Солнцем. Во-вторых, орбитальные узлы Луны прецессия к западу по эклиптической долготе, завершая полный круг примерно за 18,60 лет, поэтому драконий месяц короче, чем сидерический месяц. В целом разница в периоде между синодическим и драконьим месяцем почти2 ¹⁄₃ дней. Точно так же, если смотреть с Земли, Солнце проходит через оба узла, двигаясь по своей эклиптической траектории. Период, в течение которого Солнце возвращается в узел, называется периодом затмение или драконий год: около 346,6201 д, что составляет около¹⁄₂₀ год короче, чем звездный год из-за прецессии узлов.

Если солнечное затмение происходит в одно новолуние, которое должно быть близко к узлу, то в следующее полнолуние Луна уже более чем на день отстает от своего противоположного узла и может или не может пропустить тень Земли. К следующему новолунию он будет еще дальше от узла, поэтому вероятность того, что где-то на Земле произойдет солнечное затмение, меньше. К следующему месяцу событий точно не будет.

Однако около 5 или 6 луны позже новолуние упадет близко к противоположному узлу. За это время (половина года затмения) Солнце тоже переместится в противоположный узел, так что обстоятельства снова будут подходящими для одного или нескольких затмений.

Периодичность

Это пока довольно туманные прогнозы. Однако мы знаем, что если в какой-то момент произошло затмение, то затмение произойдет снова. S синодические месяцы спустя, если этот интервал также D драконовы месяцы, где D - целое число (возврат к тому же узлу) или целое число + ½ (возврат к противоположному узлу). Итак, цикл затмения - это любой период п для которого приблизительно выполняется:

п = S× (длина синодического месяца) = D× (Длина драконьего месяца)

Учитывая затмение, вероятно, будет другое затмение после каждого периода. п. Это остается верным в течение ограниченного времени, поскольку соотношение является приблизительным.

Еще одна вещь, которую следует учитывать, - это то, что движение Луны не является идеальным кругом. Его орбита явно эллиптическая, поэтому расстояние от Луны до Земли меняется в течение лунного цикла. Это изменяющееся расстояние изменяет видимый диаметр Луны и, следовательно, влияет на вероятность, продолжительность и тип (частичное, кольцевое, полное, смешанное) затмения. Этот орбитальный период называется периодом обращения. аномальный месяц, и вместе с синодическим месяцем вызывает так называемое "цикл полнолуния "примерно 14 лунных дней по времени и появлению полнолуния (и новолуния). Луна движется быстрее, когда она приближается к Земле (около перигея), и медленнее, когда она приближается к апогею (наибольшее расстояние), таким образом периодически меняя время сизигий на срок до ± 14 часов (относительно их среднего времени) и изменение видимого углового диаметра Луны примерно на ± 6%. Цикл затмения должен включать в себя примерно целое число аномальных месяцев, чтобы хорошо предсказывать затмения .

Числовые значения

Это длины различных типов месяцы как обсуждалось выше (согласно лунному эфемериды ELP2000-85, действует для эпоха J2000.0; взято из (например) Meeus (1991)):

SM = 29,530588853 дня (синодический месяц)^[2]

DM = 27,212220817 дней (Драконий месяц)^[3]

AM = 27,55454988 дней (аномальный месяц)^[4]

EY = 346,620076 дней (год затмения)

Обратите внимание, что есть три основных движущихся точки: Солнце, Луна и (восходящий) узел; и что есть три основных периода, когда каждая из трех возможных пар движущихся точек пересекает друг друга: синодический месяц, когда Луна возвращается к Солнцу, драконий месяц, когда Луна возвращается в узел, и год затмения, когда Солнце возвращается в узел. Эти три двусторонних отношения не являются независимыми (то есть и синодический месяц, и год затмения зависят от видимого движения Солнца, и драконий месяц, и год затмения зависят от движения узлов), и действительно год затмения можно описать как период биений синодического и драконьего месяцев (т.е. периода разницы между синодическим и драконьим месяцами); в формуле:

{ displaystyle { mbox {EY}} = { frac {{ mbox {SM}} times { mbox {DM}}} {{ mbox {SM}} - { mbox {DM}}}} }

что можно проверить, введя числовые значения, перечисленные выше.

У циклов затмений есть период, в котором определенное количество синодических месяцев близко равно целому или полуцелому числу драконьих месяцев: один такой период после затмения, сизигия (Новолуние или же полнолуние ) снова происходит около узел орбиты Луны на эклиптика, и затмение может произойти снова. Однако синодический и драконический месяц несоизмеримы: их соотношение не является целым числом. Нам нужно приблизить это соотношение к обыкновенные дроби: числители и знаменатели затем дают кратные двух периодов - драконического и синодического месяцев - которые (приблизительно) охватывают одно и то же время, представляя цикл затмения.

Эти фракции можно найти методом непрерывные дроби: этот арифметический метод обеспечивает серию все более точных приближений любого действительного числового значения правильными дробями.

Поскольку затмения могут происходить каждые полдраконические месяцы, нам нужно найти приблизительные значения количества полудраконических месяцев в синодическом месяце: поэтому целевое отношение к приближению составляет: SM / (DM / 2) = 29,530588853 / (27,212220817 / 2) = 2,170391682

Расширение непрерывных фракций для этого отношения:

2.170391682 = [2;5,1,6,1,1,1,1,1,11,1,...]:^[5]Коэффициенты Преобразователи половины десятичного DM / SM именованного цикла (если есть) 2; 2/1 = 2 5 11/5 = 2,2 1 13/6 = 2,166666667 семестр 6 89/41 = 2,170731707 гептон 1 102/47 = 2,170212766 октон 1 191/88 = 2,170454545 цолкинекс    1          293/135  = 2.170370370  тритосы    1          484/223  = 2.170403587  сарос    1          777/358  = 2.170391061  без   11         9031/4161 = 2.170391732    1         9808/4519 = 2.170391679  ...

Отношение синодических месяцев к полугодичному затмению дает тот же ряд:

5.868831091 = [5; 1,6,1,1,1,1,1,11,1, ...] Коэффициенты Преобразователи SM / половина десятичного EY SM / полный именованный цикл EY 5; 5/1 = 5 1 6/1 = 6 12/1 семестр 6 41/7 = 5,857142857 гептон 1 47/8 = 5,875 47/4 октон 1 88/15 = 5,866666667 цолкинекс 1135/23 = 5,869565217 тритосы    1     223/38     = 5.868421053   223/19       сарос    1     358/61     = 5.868852459   716/61       без   11    4161/709    = 5.868829337    1    4519/770    = 5.868831169  4519/385  ...

Каждый из них представляет собой цикл затмения. Менее точные циклы могут быть построены путем их комбинации.

Циклы затмения

Эта таблица суммирует характеристики различных циклов затмений и может быть вычислена на основе численных результатов предыдущих абзацев; ср. Meeus (1997) Глава 9. Более подробная информация представлена в комментариях ниже, а у нескольких известных циклов есть свои страницы.

Любой цикл затмений и интервал между любыми двумя затмениями можно выразить как комбинацию саросов (s) иex (я) интервалы. Они перечислены в столбце «формула».

Цикл	Формула	Солнечная дней	Синодический месяцы	Драконий месяцы	Аномалистический месяцы	Затмение годы	Тропический годы	Затмение сезоны	Узел
две недели	19я − 30 ¹⁄₂s	14.77	0.5	0.543	0.536	0.043	0.040	0.086	чередовать
синодический месяц	38я − 61s	29.53	1	1.085	1.072	0.085	0.081	0.17	одно и тоже
пенталунекс	53s − 33я	147.65	5	5.426	5.359	0.426	0.404	0.852	чередовать
семестр	5я − 8s	177.18	6	6.511	6.430	0.511	0.485	1	чередовать
лунный год	10я − 16s	354.37	12	13.022	12.861	1.022	0.970	2	одно и тоже
Hepton	5s − 3я	1210.73	41	44.485	43.952	3.485	3.321	7	чередовать
октон	2я − 3s	1387.94	47	51.004	50.371	4.004	3.800	8	одно и тоже
цолкинекс	2s − я	2598.69	88	95.497	94.311	7.497	7.115	15	чередовать
сар (половина сарос)	¹⁄₂s	3292.66	111.5	120.999	119.496	9.499	9.015	19	одно и тоже
тритосы	я − s	3986.63	135	146.501	144.681	11.501	10.915	23	чередовать
сарос (s)	s	6585.32	223	241.999	238.992	18.999	18.030	38	одно и тоже
Метонический цикл	10я − 15s	6939.69	235	255.021	251.853	20.021	19.000	40	одно и тоже
без (я)	я	10,571.95	358	388.500	383.674	30.500	28.945	61	чередовать
exeligmos	3s	19,755.96	669	725.996	716.976	56.996	54.090	114	одно и тоже
Каллиппический цикл	40я − 60s	27,758.75	940	1020.084	1007.411	80.084	76.001	160	одно и тоже
триада	3я	31,715.85	1074	1165.500	1151.021	91.500	86.835	183	чередовать
Гиппархический цикл	25я − 21s	126,007.02	4267	4630.531	4573.002	363.531	344.996	727	чередовать
Вавилонский	14я + 2s	161,177.95	5458	5922.999	5849.413	464.999	441.291	930	одно и тоже
тетрадия (Meeus III)	22я − 4s	206,241.63	6984	7579.008	7484.849	595.008	564.671	1190	одно и тоже
тетрадия (Meeus [I])	19я + 2s	214,037.70	7248	7865.500	7767.781	617.500	586.016	1235	чередовать

Примечания:

Две недели: Половина синодического месяца (29,53 дня). Когда происходит затмение, велика вероятность, что в следующий раз сизигия произойдет еще одно затмение: Солнце и Луна переместятся примерно на 15 ° относительно узлов (Луна будет напротив того места, где она была в предыдущий раз), но светила все еще могут быть в пределах границ, чтобы совершить затмение. Например, частичное солнечное затмение 1 июня 2011 г. за ним следует общая лунное затмение 15 июня 2011 г. и частичный солнечное затмение 1 июля 2011 г..; Для получения дополнительной информации см. сезон затмений.
Синодический месяц: Точно так же два события с разницей в один синодический месяц имеют Солнце и Луна в двух положениях по обе стороны от узла, на расстоянии 29 ° друг от друга: оба могут вызвать частичное затмение. Для лунного затмения это лунное затмение в полутени.
Пенталунекс: 5 синодических месяцев. Последовательные солнечные или лунные затмения могут происходить с интервалом в 1, 5 или 6 синодических месяцев.^[6]
Семестр: Половина лунного года. Затмения будут повторяться с интервалом в один семестр в чередующихся узлах цикла, который длится 8 затмений. Поскольку это почти половину целого числа аномальных, драконьих месяцев и тропических лет, каждое солнечное затмение будет чередоваться между полушариями каждый семестр, а также чередоваться между полным и кольцевым. Следовательно, может быть максимум одно полное или кольцевое затмение каждое в данном году. (Для лунного затмения затмения будут повторяться с интервалом в один семестр в чередующихся узлах цикла, который длится 8 затмений. Поскольку это близко к половинному целому числу аномальных, драконьих месяцев и тропических лет, каждое лунное затмение будет чередоваться между краями тени Земли каждый семестр, а также чередовать лунный перигей и лунный апогей. Следовательно, может быть максимум один лунный перигей или лунный апогей в каждом конкретном году.)
Лунный год: Двенадцать (синодических) месяцев, немного дольше, чем год затмения: Солнце вернулось в узел, поэтому затмения могут снова произойти.
Octon: Это¹⁄₅ цикла Метона и довольно приличного короткого цикла затмений, но с плохой аномальной отдачей. Каждый октон в серии находится на расстоянии 2 саро друг от друга и всегда происходит в одном и том же узле. Для солнечных (или лунных) затмений он равен 47 синодическим месяцам (1388 солнечных дней).
Цолкинекс: Включает полудраконовый месяц, поэтому возникает в чередующихся узлах и чередуется между полушариями. Каждое последующее затмение является членом предшествующей серии саросов от предыдущего. Равно десяти цолкинс. Каждый третий цолкинекс в серии близок к целому числу аномальных месяцев и, следовательно, будет иметь аналогичные свойства.
Сар (половина сароса): Включает нечетное количество двухнеделей (223). В результате затмения чередуются между лунными и солнечными с каждым циклом, происходят в одном узле и с похожими характеристиками. За солнечным затмением с небольшой гаммой последует центральное полное лунное затмение. За солнечным затмением, когда полутень Луны едва касается южного края земли, через полсароса последует лунное затмение, когда луна только задевает южный край полутени Земли.^[7]
Тритос: Посредственный цикл относится к саросам, как и к исходу. Тройной тритос близок к целому числу аномальных месяцев и поэтому будет иметь аналогичные свойства.
Сарос: Самый известный цикл затмений и один из лучших для предсказания затмений, в котором 223 синодических месяца равны 242 драконическим месяцам с ошибкой всего в 51 минуту. Это также близко к 239 аномальным месяцам, что делает обстоятельства между двумя затмениями на расстоянии одного сароса очень похожими.
Метонический цикл или enneadecaeteris: Это почти равно 19 тропические годы, но это также 5 «октоновых» периодов и около 20 лет затмений: так что это дает короткую серию затмений в одну и ту же календарную дату. Он состоит из 110 полных месяцев и 125 полных месяцев, то есть номинально 6940 дней и равняется 235 лунным месяцам (235 синодические месяцы ) с ошибкой всего около 7,5 часов.
Inex: Очень удобен в классификации циклов затмений. Серия Inex после начала распыления продолжается многие тысячи лет, давая затмения каждые 29 лет или около того. Однажды после затмения, другое затмение происходит почти на той же долготе, но на противоположной широте.
Exeligmos: Тройной сарос с тем преимуществом, что он имеет почти целое число дней, поэтому следующее затмение будет видно в местах около затмения, которое произошло на один экзелигмос раньше, в отличие от сароса, в котором затмение происходит примерно на 8 часов позже. в день или около 120 ° западнее затмения, произошедшего на сарос раньше.
Каллиппический цикл: 441 полных месяцев и 499 полных месяцев; таким образом, 4 цикла Метона минус один день или ровно 76 лет365 ¹⁄₄ дней. Это равно 940 лункам с погрешностью всего 5,9 часа.
Триада: Тройной период, с тем преимуществом, что он имеет почти целое число аномальных месяцев, что делает обстоятельства между двумя затмениями на одну триаду очень похожими, но на противоположной широте. Почти ровно 87 календарных лет минус 2 месяца. Триада означает, что каждая третья серия саросов будет аналогичной (например, в основном полные центральные затмения или кольцевые центральные затмения). Сарос 130, 133, 136, 139, 142 и 145, например, все они производят в основном полные центральные затмения.
Гиппархический цикл: Не заслуживающий внимания цикл затмений, но Гиппарх построил его так, чтобы он точно соответствовал целому числу синодических и аномальных месяцев, лет (345) и дней. Сравнивая свои собственные наблюдения за затмениями с вавилонскими записями 345 лет назад, он мог проверить точность различных периодов, которые использовали халдеи.
Вавилонский: Отношение 5923 возвратов к широте за 5458 месяцев использовалось халдеями в своих астрономических вычислениях.
Тетрадия: Иногда 4 полных лунных затмения происходят подряд с интервалом в 6 лунок (семестр), и это называется тетрада. Джованни Скиапарелли заметил, что бывают эпохи, когда такие тетрады встречаются сравнительно часто, и прерываются эпохами, когда они встречаются редко. Эта вариация занимает около 6 веков. Антони Паннекук (1951) предложили объяснение этому феномену и нашли период в 591 год. Ван ден Берг (1954) из Теодор фон Оппольцер с Canon der Finsternisse нашел период 586 лет. Это цикл затмения; см. Meeus [I] (1997). Недавно Тюдор Хьюз объяснил отклонение от вековых изменений в эксцентриситет Земли орбита: период появления тетрад переменный и в настоящее время составляет около 565 лет; см. Meeus III (2004) для подробного обсуждения.

Серия Saros и серия EXEC

Любое затмение можно отнести к заданному серия сарос и без серии. Год солнечного затмения (в Григорианский календарь ) тогда приблизительно определяется следующим образом:^[8]

год = 28,945 × номер серии сарос + 18,030 × номер серии без - 2882,55

Когда это больше 1, целая часть дает год нашей эры, но когда она отрицательна, год до н.э. получается, взяв целую часть и прибавив 2. Например, затмение в нулевой серии сароса и в нулевой серии нет было в середина 2884 г. до н.э.