В погоне за тенью

Андрей Остапенко, председатель Московского астрономического клуба
«Наука и жизнь» №1, 2006

Совсем скоро, 29 марта нынешнего года, «коварные демоны» вновь попытаются похитить у людей Солнце. Произойдет интереснейшее астрономическое явление — полное солнечное затмение. Жители Земли наблюдают его многие тысячи лет и лишь совсем недавно научились объяснять суть солнечного затмения.

Снимок полного солнечного затмения, происходившего в 2001 году

И всё же даже современный образованный человек испытывает некий суеверный трепет, когда на его глазах весь мир средь бела дня погружается в таинственную тьму, а в том месте неба, где только что сияло Солнце, образуется круглая черная «дыра», окруженная фантастическим, неземным жемчужным сиянием.

Почти во всех религиях мира описанию затмений отводилась особая роль. Объяснялось происходящее, как правило, так: светозарный бог Солнца ведет борьбу с темными, злыми потусторонними силами — дьяволами, демонами, с ужасным драконом. Этой борьбе придавалось особое значение. И, чтобы помочь Солнцу победить страшную черную тень, поедающую его, наши предки старались отогнать злое чудовище. Поднимали шум, гвалт, колотили в барабаны и бубны, трубили в рога, гремели трещотками, стреляли в демонов из имевшегося под рукой оружия... И Солнце всегда побеждало!

Как происходят затмения

Обратимся к научным объяснениям причин, по которым они происходят.

Каждое затмение, как солнечное, так и лунное, — это всего-навсего игра солнечного света и теней, отбрасываемых небесными телами. Луна, двигаясь по своей орбите вокруг Земли, время от времени оказывается на одной прямой, соединяющей Солнце, Луну и Землю (между ними). При этом наблюдатель, находящийся на Земле, может видеть, как Луна иногда частично, а иногда полностью заслоняет Солнце, на Землю падает лунная тень — происходит солнечное затмение. Но не всегда, гораздо чаще Луна «промахивается»: проходит чуть выше или ниже солнечного диска. Связано это главным образом с тем, что плоскость орбиты Луны несильно (на 5,2°) наклонена к плоскости, в которой Земля обращается вокруг Солнца. А еще с тем, что затмения могут происходить только вблизи так называемых узлов лунной орбиты, то есть тех мест, где она пересекается с плоскостью эклиптики. Узлы лунной орбиты оказываются на линии Земля—Солнце раз в полгода. Поэтому и серии затмений происходят примерно с полугодовым интервалом.

Тень, отбрасываемая Луной в сторону Земли, выглядит как довольно резко сходящийся конус. Острие этого конуса находится чуть дальше нашей планеты. Поэтому, когда тень попадает на поверхность Земли, она представляет собой не точку, а сравнительно небольшое (150–200 км в поперечнике) черное пятно. Вслед за Луной это пятно быстро перемещается по поверхности нашей планеты и как бы прочерчивает на ней линию, которую называют полосой полной фазы затмения.

Солнце примерно в 400 раз дальше от Земли, чем Луна, а диаметр его почти в 400 раз превышает диаметр Луны. Поэтому их видимые с Земли диски примерно одинаковы по размеру, при затмении Луна почти идеально закрывает Солнце. Будь она хоть немного меньше, мы никогда не могли бы видеть полного затмения, а будь больше — солнечную корону во время затмения можно было бы разглядывать только по частям. Зрелище в целом представлялось бы несравненно менее эффектным.

Последовательность фаз во время полного солнечного затмения (1998 год)

На полосе полной фазы затмения можно мысленно выделить центральную линию, на которой продолжительность затмения бывает максимальной, а к краям она быстро уменьшается.

В одной и той же точке Земли полные солнечные затмения бывают видны не чаще чем раз в 200–300 лет, хотя случаются и исключения. Об одном из них мы скажем ниже.

В дни солнечных затмений для астрономов экспедиции в разные концы света дело обычное и очень важное, поскольку лишь в короткие минуты полной фазы можно изучать слабый свет верхних слоев атмосферы Солнца и его эфемерную корону, которые в другое время не увидишь, они гаснут в мощном свечении нижних, очень ярких слоев светила.

С начала нынешнего века на территории России пока еще нельзя было наблюдать ни одного полного солнечного затмения! А последнее, которое видели у нас, произошло 9 марта 1997 года, но и тогда — лишь в восточной половине европейской части России (только в северных областях). Полное затмение наблюдали 22 июля 1990 года. Затмение, подобное тому, что нас теперь ожидает, происходило четверть века назад — в 1981 году. Следующее подобное явление в европейской части страны случится лишь в 2061 году.

Путь лунной тени

«Полное солнечное затмение 1937 года». Картина художника Д. Стефенса. По мнению некоторых специалистов, она лучше, чем фотографии, передает вид неба во время полной фазы затмения

Он представляет собой узкую полосу на поверхности Земли, шириной 150–200 км. Лишь в этой полосе можно увидеть, как Луна полностью закрывает Солнце. В соседних с полосой областях наблюдается частное затмение, то есть Луна скрывает только часть солнечного диска, который выглядит где-то чуть ущербным кругом, а где-то тонким серпиком: степень покрытия уменьшается с удалением от полосы полной фазы.

На этот раз, 29 марта 2006 года, затмение начнется на восходе Солнца. Тень вступит на Землю в тропических лесах самой восточной части Бразилии, недалеко от атлантического побережья. Скорость ее движения в это время чрезвычайно высока. Затмение здесь продлится всего лишь одну минуту. Стремительно пересекая Атлантику, через полтора часа тень покажется у берегов Африки и вступит на ее побережье в Гане; быстро пройдя через Того, Бенин и Нигерию, войдет на территорию пустыни Сахара. Здесь, в районе соединения границ Нигерии, Чада и Ливии, продолжительность затмения окажется наибольшей — 4 мин 6 с. Через два часа тень выйдет к северному побережью Африки, в районе ливийско-египетской границы, недалеко от исторического Эль-Аламейна. За 10 мин пройдя над Средиземным морем, тень появится у берегов Турции, в благодатном районе Анатолийского залива, самой популярной курортной зоне страны. Центральная линия тени пройдет прямо через города Кемер, Анталья, Манавгат, Сиде, хорошо знакомые миллионам российских туристов. Здесь продолжительность затмения уже уменьшится, но все же будет достигать 3 мин 45 с. Перевалив через прибрежные горные хребты, тень уйдет в глубь турецкой территории — в Каппадокию и далее к Черному морю. Быстро (за 9 мин) пройдя над восточной частью моря, она вновь вступит на берег, теперь уже в Абхазии, захватив полосу почти от Гагры до Батуми. Через несколько минут накроет весь Центральный Кавказ, пройдет над Эльбрусом и выйдет на равнины юга России. Промчавшись над Астраханью, тень уйдет на территорию Казахстана, но вскоре вновь вернется на территорию России, на этот раз уже в предгорьях Алтая. Здесь продолжительность события будет составлять лишь 2 мин. Еще через 15 мин тень окажется в Монголии, где полное затмение (оно будет видно уже на закате) и закончится.

Едва ли стоит говорить о том, что зрелище это не просто редкое и уникальное, но и чрезвычайно впечатляющее. Те, кто видел затмение, говорят, что каждый должен постараться увидеть его хотя бы раз в жизни.

Cоветы специалиста

Безопасность для глаз

Солнце — чрезвычайно мощный источник энергии и может повредить глаза даже при самом непродолжительном взгляде на него. Поэтому наблюдать затмение — то есть явление, продолжающееся несколько часов, без специальных мер предосторожности ни в коем случае нельзя. Необходимо принять за правило, что до наступления полной фазы затмения, то есть до момента полного скрытия Солнца за диском Луны, НЕЛЬЗЯ смотреть на него без защиты. Для наблюдения частных фаз тоже нужно обязательно применять средства защиты — специальные «очки для затмения», солнечные светофильтры (сейчас всё это имеется в продаже). На худой конец можно пользоваться старыми проверенными методами: закопченным стеклышком, засвеченной и проявленной фотопленкой, носителем из старой компьютерной дискеты.

Те, кто планирует наблюдать Солнце с телескопом, обязательно должны оборудовать телескоп специальным солнечным фильтром. Любой, даже самый маленький телескоп собирает света в десятки, а то и в сотни раз больше, чем глаз. Поэтому даже доли секунды бывает достаточно, чтобы, посмотрев в телескоп на Солнце, навсегда лишиться зрения. Фильтры есть разных конструкций, но лучше, чтобы фильтр был апертурным — надевался на объектив. Пользоваться окулярными фильтрами, то есть специальным черным стеклом, надеваемым на окуляр, которыми прежде комплектовались некоторые модели телескопов, не следует. При длительном нагреве они часто лопаются и тогда представляют собой серьезную опасность. Наиболее популярны сейчас фильтры из специальной «солнечной пленки» — полимерной пленки с высокими оптическими качествами, на которую нанесен слой металла. Она отлично защищает и глаза наблюдателя, и телескоп, практически не искажая изображения.

Следует позаботиться и о безопасности окружающих. Бывает, что, защитив «главный калибр» телескопа фильтром, забывают об искателе и других устройствах. Даже небольшие зрительные трубки, устанавливаемые обычно параллельно основной трубе, как правило, становятся предметом особого интереса детей, а также не знакомых с астрономией взрослых. Обязательно следует прикрывать эти устройства крышками. И вообще, лучше не оставлять телескоп без присмотра.

Где лучше всего будет видно затмение?

Ответить на этот вопрос нелегко. Потому что решающим фактором в любом месте будет погода. Пасмурный день, густые облака на небе сведут к нулю все остальные достоинства любого места для наблюдений солнечного затмения.

На гравюре, сделанной аббатом Моро, изображен вид неба, местности и солнечной короны во время затмения 28 мая 1900 года

Март в большинстве мест Северного полушария отнюдь не самый ясный и стабильный месяц. Узнать заблаговременно достоверный прогноз погоды в конкретной, очень небольшой точке земли, да еще на определенный день и час, практически невозможно. Так куда же надежнее всего поехать, если кто-то решится на такую поездку? Наверное, туда, где, по многолетней статистике, в конце марта наибольшая вероятность ясной погоды.

Мы, конечно, не говорим о таких местах, как центр Сахары в Африке. Там шанс появления сколько-нибудь существенной облачности не превышает 10–15%.

Далее, вдоль пути следования тени — на Анатолийском побережье Турции, вероятность ясной погоды значительно падает и составляет уже чуть больше 50%. На черноморском побережье Кавказа процент ясной погоды еще меньше, а в самих горах, по обе стороны хребта, прогноз на ясную погоду не выше 25%. На равнинах за Кавказом вероятность отсутствия сильной облачности снова увеличивается, местами превышает 40% (в большей части Казахстана) и даже еще немного повышается по мере приближения к зоне действия сибирского антициклона (если в это время он будет находиться на своем обычном месте). Но, если антициклон отсутствует или сместится далеко в сторону, возможность пасмурной погоды резко возрастет. В районе Астрахани, как и во всей Прикаспийской низменности, облачность очень вероятна из-за соседства с морем, тем не менее прогноз здесь более благоприятный, чем на Северном Кавказе.

Затмение на территории России

На этот раз удача благосклонна к нам: полоса проходит по достаточно обжитым областям страны с хорошо развитой транспортной сетью, и при желании по своей стране можно без особого труда добраться к месту полной фазы. Таким образом, у многих российских любителей астрономии есть варианты выбора места для наблюдений.

Движение по территории России лунная тень начнет в горах Кавказа. За несколько минут до того, как появиться у нас, тень пройдет по территории Грузии, а именно — по Абхазии. Начнется затмение в Гудауте, в 15 ч 13 мин 53 с по московскому летнему времени (оно будет введено с 26 марта), затем накроет Сухуми и близлежащие населенные пункты, где продолжительность полной фазы составит почти 3 мин. В полосе полной фазы окажутся также Зугдиди и Поти.

Покинув территорию Грузии, тень Луны вступит на российские земли и сразу же накроет известный горнолыжный курорт Домбай и близлежащие населенные пункты, затем город Карачаевск, где продолжительность полной фазы составит 1 мин 23 с. Почти одновременно Солнце погаснет в Кисловодске, Ессентуках и Минеральных Водах, там продолжительность полной фазы составит немногим более 2 мин. Баксан (известный горный курорт Кабардино-Балкарии) окажется практически на центральной линии, и продолжительность полной фазы там достигнет 3 мин 17 с. В полосе полной фазы будет и гора Эльбрус. Отдыхающие на его склонах смогут увидеть фантастическую картину затмения в окружении горных пиков, если, конечно, позволит уж очень переменчивая там погода. Одновременно тень накроет Нальчик (продолжительность фазы — 3 мин 06 с), а немного позже краями заденет Буденновск (1 мин 15 с), Моздок и Нефтекумск. Потом тень скользнет по степям и пустыням Калмыкии на северо-восток. В Астрахани продолжительность полной фазы составит около минуты, так как город окажется на самом краю тени. Однако те, кто выберется на 50–70 км к югу или юго-востоку от города, к берегам Каспийского моря, смогут добраться почти до центральной линии полосы, там продолжительность полной фазы дойдет до 3 с небольшим минут!

Время (по Гринвичу) видимости отдельных фаз в полосе предстоящего полного солнечного затмения на территории России, Грузии, Казахстана (ч — часы, м — минуты, с — секунды)

Покинув Астраханскую область и пройдя по территории Казахстана, полоса тени попадет в Алтайский край, накрыв по пути крупный город Рубцовск, где продолжительность полной фазы составит 2 мин 06 с; вскоре тень окажется в Горно-Алтайске, который лежит прямо на центральной линии затмения. Интересно отметить, что менее чем через четыре с половиной года (1 августа 2008 года) этот город снова попадет в полосу полного солнечного затмения. Такое обычно бывает раз в 200–300 лет. Вот уж действительно редкая удача!

После Горно-Алтайска затмение увидят еще жители Кызыла, где продолжительность полной фазы составит всего 1 мин 56 с и Солнце будет видно уже у самого горизонта, на заходе.

В итоге можно предположить, что на территории европейской части России наиболее популярными местами для наблюдений окажутся Северный Кавказ (особенно район Минеральных Вод) и район Астрахани. Оба имеют свои преимущества и недостатки. Практически непредсказуемая погода на Кавказе, несмотря на большое количество солнечных дней в году, превращает астрономическую экспедицию в лотерею.

В районе Астрахани, по статистике, вероятность облачности близка к 60% и в целом погода значительно стабильнее, чем на Кавказе.

Покинув Казахстан, лунная тень опять окажется на российской территории, в Алтайском крае. Погода здесь в конце марта бывает довольно неплохой, часты солнечные дни, хотя и морозно. Лунная тень, лежащая недалеко к югу от густонаселенных районов Кузбасса и Западной Сибири, привлечет сюда наблюдателей и приезжих, особенно, конечно, жителей этих регионов.

Частное затмение

Такой будет максимальная фаза затмения (равная 0,65) в Москве 29 марта 2006 года (время летнее московское)

К сожалению, большинство из тех, кто хотел бы увидеть солнечное затмение, не смогут по разным причинам поехать на наблюдения туда, где будет видна полная фаза. И хотя, конечно, впечатления от наблюдений частного затмения не идут ни в какое сравнение с потрясающим эффектом полного затмения, всё же не стоит отказываться от возможности наблюдать хотя бы частное. Оно продолжается несколько часов, и можно не спеша зарисовать или сфотографировать весь ход смены фаз затмения, запечатлеть в памяти разные стадии ущербного солнечного диска и детали лимба Луны. Если на Солнце будут видны пятна — попытайтесь поймать момент удачной композиции для фото.

С давних пор замечено, что животные и птицы очень чувствительны к переменам в природе, вызываемым затмением, поэтому любопытно последить за их поведением.

Эффектны опыты с тенями, отбрасываемыми Солнцем во время затмения. Видимое изменение геометрической формы нашего светила искажает и форму самых привычных теней, иногда довольно неожиданным образом. Когда Солнце примет вид серпа, в тенях неожиданно появится изображение сиюминутного Солнца — такие же серпики, только перевернутые.

В тех местах, где фазы затмения будут очень большими, более 0,95°, и небо заметно потемнеет, можно попытаться отыскать на нем яркие звезды и планеты.

Время (по Гринвичу) видимости частных фаз солнечного затмения 29 марта 2006 года в некоторых городах России и Белоруссии

Интересно рассмотреть в телескоп (при большом увеличении) неровный край лунного лимба, поскольку почти вся поверхность Луны покрыта холмами и горами. Они часто бывают видны на краю лунного диска.

Что увидим

Чтобы ничего не упустить во время коротких минут полного затмения, надо заранее узнать, на что обратить внимание, что возможно в эти минуты увидеть. Тут помогут зарисовки и фото, сделанные очевидцами прошлых затмений Солнца. Следует запомнить и четко представить себе, что и в какой момент (по секундам) надо отыскать глазами. Хорошо представлять себе ход затмения, вид Солнца и неба в каждой фазе. Составьте (запишите) для себя порядок действий при наблюдении, после чего с секундомером в руках потренируйтесь в его выполнении.

Гравюра XIX века, показывающая вид так называемых «бегущих теней», которые бывают видны на светлых поверхностях за несколько секунд до момента полной фазы затмения

Начало затмения, то есть время вступления Луны на диск Солнца, как и небольшие частные фазы, неподготовленный наблюдатель обнаружить не может.

Удивительно, но люди обычно не замечают и падения освещенности, даже когда закрыто 2/3 площади Солнца. Видимо, так устроен наш мозг, он как бы «усиливает» картинку, приводя ее к привычной яркости.

Малоопытные наблюдатели замечают ослабление солнечного света, когда закрыто уже около 80% или больше площади светила. Тогда видно, что от привычного солнечного круга остался узкий серп.

С фазы 0,9 скорость развития событий как будто резко увеличивается. Если от появления первой «щербинки» на Солнце до узкого серпа проходит чуть больше часа и фаза увеличивается медленно, то далее этот серп просто на глазах утончается, превращается в ниточку, а потом резко исчезает. По краю лунного диска на несколько секунд вспыхивает дуга из ярких звездочек-блесток (так называемые «четки Бейли»), после чего небо вдруг резко темнеет, зажигаются звезды, а вместо Солнца в небе появляется черный круг («дыра»), окруженный жемчужно-голубым, серебристым сиянием — это солнечная корона. В зависимости от места положения наблюдателя полная фаза затмения длится от нескольких секунд до трех-четырех минут. За это время наблюдатели с острым зрением могут разглядеть тонкое розовое кольцо, окружающее черный диск Луны, — это солнечная хромосфера, верхняя часть атмосферы нашего светила.

Должны быть видны и крупные протуберанцы — выбросы вещества в хромосферу. Они имеют вид небольших розовато-пурпурных бугорков, возвышающихся над хромосферой. Корона, окружающая Солнце, ярко вспыхивает, становится видна ее форма, хорошо заметны струи, лучи.

Наблюдатель, вооруженный биноклем, подзорной трубой или телескопом (конечно, обязательно со светозащитными фильтрами), сможет в это время разглядеть гораздо больше деталей. Например, тончайшие струи в солнечной короне. Форма и размер короны обычно зависят от степени активности Солнца. В годы активности она широкая, «косматая», в годы солнечных минимумов — небольшая и относительно спокойная. В настоящее время Солнце находится в минимуме своего цикла, так что вполне возможно, что особо впечатляющим вид короны не будет.

Очень интересно (и даже совершенно необходимо) во время затмения хотя бы на несколько секунд оторваться от приборов, чтобы осмотреть небосвод и окружающую местность. Небо увидится темно-фиолетовым. На нем зажгутся звезды. Вдоль горизонта, однако, оно окрасится в красновато-оранжевые тона — это светятся не скрытые от Солнца районы Земли и атмосферы — там, где в это время происходит частное затмение. Внимательный человек отметит и другие явления: изменение температуры воздуха, направления и силы ветра, изменение вида облачности и т. п.

Вид солнечных корон во время затмений разных лет

Постарайтесь отыскать на небе планеты, особенно те, что видны сейчас рядом с Солнцем, и потому ночью мы их не видим.

Наблюдая полное солнечное затмение, не ограничивайтесь только визуальным созерцанием. Затмение можно и нужно сфотографировать, чтобы лучше запечатлеть в памяти великолепное природное явление, свидетелем которого вы были.

В наше время, когда современная цифровая фототехника шагнула невероятно далеко по сравнению с той, что использовалась в недавнем прошлом, получить качественные снимки гораздо легче. Сейчас широко распространены зеркальные цифровые фотокамеры. С ними процесс съемки существенно упростился. Но, чтобы получить по-настоящему хороший снимок солнечного затмения, одной техники недостаточно. Нужны еще определенный запас знаний, навыков, кое-какие специальные приспособления, а также изрядная доля удачи.

Обо всём этом мы расскажем в следующем номере журнала. Здесь же хотим еще раз напомнить: за увлекательным и напряженным процессом съемки не забудьте просто полюбоваться открывшимся необыкновенным зрелищем. Иначе рискуете пополнить число тех фотографов, которые с огорчением рассказывают, что снимки они сделали хорошие, а вот самого затмения так и не увидели.