Солнечное затмение и изменение погодных условий

Темная, безлунная и безоблачная ночь. Весь небосвод усыпан звездами. Четко выделяются фигуры созвездий с яркими звездами. Стоит внимательно присмотреться к звездному небу, как легко заметить его медленное вращение с востока к западу. Величественно движутся друг за другом созвездия Большой Медведицы, Волопаса, Геркулеса, Лиры и Лебедя, так же, как и остальные, не нарушая порядка движения и своих характерных фигур. Из-за восточной стороны горизонта постепенно появляются и поднимаются над ней иные созвездия, а расположенные в западной половине небосвода медленно опускаются к горизонту и исчезают за ними. Получается полное впечатление, будто небо со всеми его светилами вращается вокруг Земли.

Теперь хорошо известно, что небо - явление чисто кажущееся и в действительности никакого небосвода в природе не существует, а небесные светила разбросаны в бесконечном пространстве на самых разнообразных расстояниях от Земли, но эти расстояния настолько невообразимо велики, что наши глаза не в состоянии из различить, и поэтому все небесные светила представляются нам одинаково удаленными и как будто расположенными на сферической поверхности , на воображаемом небе. Этап кажущаяся сферическая поверхность в астрономии называется небесной сферой, и в центре её находится наблюдатель.

Элементы практической астрономии.

Для изучения как видимых, так и реальных движений небесных светил приходится определять их взаимные расстояния на небе, что возможно, осуществить лишь измерением углов между направлениями на светила. Поэтому все измерения на небесной сфере проводятся только в угловых единицах - градусах ( ° ), минутах ( ` ) и секундах ( `` ) дуги. По существу, наблюдатель измеряет угломерным инструментом центральный угол (ρ) между направлениями на разные точки (A и B) небесной сферы, но на самой сфере видимое расстояние между точками изображается дугой (AB), стягивающей этот угол. В виде примера отметим, что угловые (или видимые) диаметры Солнца и Луны близки к

Современная наука о небесных телах, астрономия, располагает могущественными средствами измерения расстояний до небесных светил, изучения их движения и физической природы. Выяснилось, что Солнце удалено от Земли на расстояние в 149,6 млн. км и именно поэтому видно нам небольшим диском с диаметром в 0°,5, а в действительности представляет собою огромный шар, истинный (линейный) диаметр которого превышает средний диаметр Земли ( 12740 км) в 109 раз и близок к 1400 тыс. км. Масса Солнца превосходит массу Земли в 333000 раз, а средняя плотность солнечного вещества, полученная делением массы Солнца на его

3 объем, наоборот, меньше средней плотности Земли ( 5,52 г/см[3] ) и составляет 1,4 г/см[3]. В отличии от твердой Земли, Солнце газообразно, причем основная масса солнечного газа представляет собой плазму, т. е. смесь электрически заряженных частиц-ионов и электронов. Солнце представляется нам правильным диском с резко очерченными краями потому, что его внешняя, крайне разрезанная и слабо светящаяся оболочка просто не видна на фоне яркого дневного неба, и мы видим уже более глубокий плотный слой, имеющий шарообразную форму. Наш взгляд не может проникнуть сквозь уплотненный слой газообразного солнечного вещества, и мы видим яркую поверхность Солнца, которую называем фотосферой, т. е. светящейся сферой. Именно этой видимой поверхностью Солнца определяются его угловые и истинные размеры.

Солнечная фотосфера состоит в основном из водорода, её температура близка к 6000° , а давление в ней - около 0. 1 атм. , но с глубиной эти параметры быстро возрастают, и в недрах Солнца температура достигает 15 млн. градусов, давление - 200 миллиардов атмосфер, а плотность вещества увеличивается до 150 г/см[3]. При этом в недрах Солнца протекают ядерные процессы, вырабатывающие потрясающую по величине энергию, излучающуюся в мировое пространство. Мощность солнечного излучения составляет 4x10[23] кВт.

Внешние слои Солнца бывают видны лишь во время полных солнечных затмений на фоне потемневшего неба.

Солнечное затмение.

3. 1. Основные понятия.

А что же такое солнечное затмение?

Разберем по подробнее причину наступления солнечного затмения.

В своем движении вместе с Землей вокруг Солнца Луна часто заслоняет (покрывает) звезды зодиакальных созвездий, по которым проходит лунный путь. Значительно реже происходят покрытия Луной планет, оказавшихся на небе в непосредственной близости к лунному пути. Периодически Луна частично или полностью заслоняет Солнце - происходят солнечные затмения. Солнечные затмения возможны только при новолуниях, когда Луна проходит между Солнцем и Землей, но далеко не при всех, поскольку Луна может отходить от эклиптики (на которой находится Солнце) на 5,2 градуса, а диаметры солнечного и лунного дисков близки к 0°,5 и, следовательно, покрытия Солнца Луной не всегда осуществимы.

Солнечные затмения видны отнюдь не из всех местностей дневного полушария Земли, так как из-за своих небольших размеров Луна не может скрыть Солнца от всего земного полушария.

Солнце дальше от Земли, чем Луна, примерно в 390 раз, но его линейный диаметр (1 392 000 км) почти в 400 раз превышает диаметр Луны (3476 км), и поэтому освещаемая Солнцем Луна отбрасывает в пространство сходящийся конус тени и окружающий его расходящийся конус полутени.

Когда эти конусы пересекаются с земной поверхностью, то лунная тень и полутень падают на нее, и на ней происходит солнечное затмение. Из мест земной поверхности, оказавшихся в лунной тени (А), видно полное солнечное затмение (Солнце полностью закрыто Луной), а в местностях, покрытых лунной полутенью (В и С), происходит частное солнечное затмение (солнечный диск заслонен Луной не полностью); из-за близости Луны к Земле из южной зоны (С) полутени видна закрытой северная (верхняя) часть солнечного диска, а из северной зоны (Д) - южная (нижняя) его часть. Таким образом, из разных мест земной поверхности Луна видна в несколько различающихся направлениях, и такое кажущееся смещение называется параллактическим (от греческого "параллаксис" - уклонение). Его легко продемонстрировать на опыте, для чего достаточно посмотреть на очень близкий предмет (хотя бы на свой собственный палец) поочередно то правым, то левым глазом. У Луны параллактическое смещение может достигать 1°. Лунная тень и полутень на земной поверхности имеют вид овальных пятен, форма которых зависит от положения Солнца и Луны над горизонтом. Чем меньше их высота, тем более полого к земной поверхности направлена ось обоих конусов и тем более вытянуты пятна тени и полутени. Если же солнечное затмение происходит вблизи зенита, что возможно только в тропическом поясе Земли, то ось конусов почти перпендикулярна к земной поверхности и форма лунной тени и полутени на ней близка к круговой. Многие видели, как движется по земной поверхности тень от облаков или как быстро пробегает по ней тень от низко летящего самолета. Подобно этому из-за движения Луны с запада к востоку ее тень и полутень быстро мчатся по земной поверхности примерно в том же направлении, уклоняясь либо к северу, либо к югу, и совокупность мест, по которым последовательно пробегает лунная тень, образует на Земле своеобразную полосу, называемую полосой полной фазы, посередине которой проходит центральная линия затмения. Величина тени на поверхности Земли обусловлена взаимными расстояниями Земли, Луны и Солнца во время затмения. Из-за периодического изменения этих расстояний конус лунной тени может иметь длину от 367 000 до 379 700 км, и поэтому даже при наименьшем геоцентрическом расстоянии Луны в 356 410 км (Луна в перигее) и наибольшем диаметре ее диска (33',5) диаметр лунной тени у земной поверхности не превышает 270 км. При этих же условиях диаметр лунной полутени близок к 6750 км и, следовательно, частное солнечное затмение видно к югу и к северу от полосы полной фазы до расстояния около 3240 км. Но уже при средних расстояниях Луны от Земли (384400 км) и Земли от Солнца лунный диск (диаметр 31') меньше солнечного (32'), а конус лунной тени имеет длину около 373300 км и не доходит до земной поверхности примерно на 4700 км.

Поэтому Луна не закрывает Солнца полностью, и вместо полного происходит кольцеобразное затмение, при котором вокруг темного лунного диска видно узкое яркое кольцо незакрытой солнечной поверхности. Полоса на земной поверхности, из которой видно кольцеобразное затмение, называется полосой кольцеобразной фазы, по обе стороны которой происходит частное затмение. Тут же отметим, что полоса кольцеобразной фазы и полоса полной фазы часто именуются полосой главной фазы, а оба эти вида затмения - центральными. При наибольшем удалении Луны от Земли до 406740 км (Луна в апогее) вершина конуса лунной тени не доходит до земной поверхности на 33360 км, ширина полосы кольцеобразной фазы возрастает до 380 км, а диаметр лунной полутени увеличивается до 7340 км, что все же далеко недостаточно для покрытия всего полушария Земли. Таким образом, полные солнечные затмения могут происходить лишь при геоцентрических расстояниях Луны меньше среднего расстояния, когда лунный диск равен или больше солнечного, а конус лунной тени направлен к Земле, причем ширина полосы полной фазы при разных затмениях различна, а чаще всего бывает от 40 до 100 км.

3. 2. Примеры солнечного затмения из собственной жизни:

Данные фотоснимки были сделаны в Подмосковье 1 августа 2008 года во время частичного солнечного затмения. Фотографии сделаны с использованием солнечного фильтра.

3. 3. Описание изменений погоды при затмении:

Первые полчаса или около того все остается как прежде, но когда солнце закрывается наполовину, сначала постепенно, а затем все быстрее и быстрее, начинают происходить необычные вещи. Небо все еще ясное, но его голубизна немного тускнеет. На земле свет начинает убывать. С каждой минутой темпы нарастают. За четверть часа до наступления максимального затмения небо относительно места нахождения солнца на западе темнее, чем на востоке. Появляется тень луны. Даже если вы никогда до этого не видели полного затмения солнца, вы понимаете, что происходит что-то удивительное, что выходит за рамки нормальных человеческих ощущений.

Меньше пятнадцати минут до полного затмения. Солнце, узкий полумесяц, до сих пор угрожающе яркое, но голубизна неба, постепенно насыщаясь, переходит в синевато-серый или фиолетовый цвет. Небесная темнота начинает обволакивать солнце, которое уже перестает освещать небеса.

Пять минут до полного затмения. Темнота на западе бросается в глаза, и, набирая силу, что-то темное и бесформенное поднимается вверх и простирается вдоль западного горизонта. Оно возникает, как массивный шторм, но в чрезвычайной тишине, без рокота приближающегося грома. И теперь темнота начинает плавно нестись вдоль горизонта, оставляя вслед за собой желтовато-оранжевый полумрак. Вы уже видите сквозь узкую тень луны возрождающийся солнечный свет на заднем фоне.

События нарастают. Полумесяц солнца теперь - это искрящаяся белая узкая полоска. Темнеющее небо продолжает обволакивать солнце все стремительнее, заглатывая его.

Минуты переходят в секунды. Края яркой полосы солнца разбиваются на отдельные фрагменты насыщенно-белого света - последние лучи солнечного света, пронизывающие глубоко расположенные лунные долины. Напротив полумесяца, неясно выражается призрачно круглый силуэт. Это темный сегмент луны, обрамленный опально-белым свечением, который создает ореол вокруг потемневшего солнца. Постепенно возникает корона - самое поразительное и неожиданное из всех проявлений полного затмения.

Почти мгновенно невероятно узкий полумесяц солнца образует последовательность блестящих бусин и коротких арок, которые быстро уменьшаются и пропадают. И теперь только одна бусинка сверкает подобно единственному ослепляющему бриллианту на кольце.

Но проявляющийся блеск стремительно тускнеет, как будто его поглощает бездна.

После всей этой страсти, всё так же быстро и исчезает, погода более менее улаживается: ветер стихает, небо со временем рассеивается и становится таким же, как и до затмения.

3. 4. Причины изменения погоды.

Почему же при солнечном затмении происходят такие изменения погоды?

Солнце - это звезда, излучающая в космос огромное количество энергии. Энергия распространяется в космическом пространстве виде электромагнитных волн, и небольшая её часть, примерно 10,5ГДж/м[2]вгод падает на Землю. Около 40% этого количества сразу отражается от атмосферы и поверхности Земли без теплового эффекта. Ещё 15% поглощается атмосферой и превращается в тепловую энергию или расходуется на испарение воды. Оставшиеся 45% энергии поглощаются растениями или земной поверхностью. В среднем это составляет 5ГДж/м[2] в год, хотя реальное количество зависит от географической широты. Большая часть энергии повторно излучается земной поверхностью и нагревает атмосферу; приблизительно две трети энергии поступают в атмосферу этим путём. При затмении солнечная энергия падает на поверхность Луны, отражается от неё и не попадает на Землю, что приводит к снижению температуры в зоне затмения. Понижение температуры приводит к конденсации водяного пара в атмосфере, способствует превращению перистых облаков в кучевые и увеличивает вероятность дождя.

Кроме того, в зоне затмения в связи с падением температуры меняется атмосферное давление, что, в свою очередь, является причиной возникновения ветра.