Полное солнечное затмение: симулятор, путь 2027 и даты

Что показывает модель

Полное солнечное затмение случается, когда Луна проходит точно между Солнцем и Землёй, а её тёмная внутренняя тень, умбра, касается земли. Только те, кто стоит внутри этой узкой полосы, обычно шириной от 100 до 250 км, видят Солнце закрытым целиком. Ближайшее затмение над сушей произойдёт 2 августа 2027 года: полоса пройдёт над югом Испании, Марокко, Алжиром, Ливией, Египтом, Саудовской Аравией, Йеменом и Сомали, а около Луксора Солнце будет скрыто примерно 6 минут 23 секунды, дольше всего в каталоге затмений этого экспоната с 2026 по 2060 год.

У сцены два вида. На виде из космоса Земля, Луна и оба конуса тени нарисованы в той же системе координат, которой NASA пользуется для предсказания затмений, а Земля повёрнута на точный час выбранного затмения. Тёмное пятно на дневной стороне это тень, рассчитанная для каждой точки поверхности, а оранжевая полоса это путь полной фазы. На виде с неба вы стоите в одном городе и смотрите вверх: Луна ползёт по Солнцу, последний свет распадается на бусины, появляется корона, и небо темнеет. Все времена и длительности на этой странице взяты из опубликованных NASA элементов затмений, а программа, которая превращает их во времена для городов, проверена по таблицам самой NASA (подробнее ниже).

Одно правило важнее остальных. Никогда не смотрите на Солнце невооружённым глазом, через обычные солнечные очки, а также через камеру, бинокль или телескоп без настоящего солнечного фильтра. Очки для затмений должны соответствовать международному стандарту ISO 12312-2. Снимать их безопасно только во время самой полной фазы, а надевать нужно сразу, как только вернётся первая яркая бусина.

Две тени, два вида затмения

Луна, освещённая Солнцем с одной стороны, отбрасывает в космос тень, как любой другой предмет. Солнце не точка, а диск шириной около полуградуса, поэтому у этой тени две части.

Полутень это область, где Луна закрывает часть Солнца, но не всё. Она расширяется за Луной, как конус, и к моменту, когда доходит до Земли, имеет в поперечнике примерно 6800 км. Все, кто внутри неё, видят частное затмение: у Солнца словно откусили кусок.

Умбра это область, где Луна закрывает всё Солнце. Это конус, который сужается за Луной и сходится в точку примерно в 374 000 км. Среднее расстояние от Луны до ближайшей точки поверхности Земли около 378 000 км, поэтому на среднем расстоянии кончик умбры не доходит до земли на несколько тысяч километров. Тогда те, кто находится под осью тени, видят вокруг Луны кольцо солнечного света: это кольцеобразное затмение. Лишь когда Луна находится вблизи ближайшей точки своей орбиты, умбра достигает Земли, и тогда затмение полное вдоль узкой полосы.

Гибридное затмение это редкая смесь двух предыдущих. Поверхность Земли выгнута, поэтому середина полосы ближе к Луне примерно на один радиус Земли, чем её концы. Если кончик умбры лежит между этими расстояниями, затмение кольцеобразное около восхода и заката и полное посередине. С 2001 по 2100 год в каталоге NASA значится 224 солнечных затмения: 77 частных, 72 кольцеобразных, 68 полных и 7 гибридных.

Включите Настоящее расстояние, чтобы увидеть эти длины без сжатия, которое сцена обычно применяет. Луна отодвигается примерно на 56 радиусов Земли от плоскости, проходящей через центр Земли, и тёмный конус, казавшийся таким длинным на сжатом виде, едва достаёт до земли.

Почему Луна вообще может закрыть Солнце

Средний радиус Солнца 695 700 км, а Луны 1737,4 км, то есть их отношение около 400. Среднее расстояние до Солнца 149,6 миллиона km, а до Луны 384 400 км, то есть отношение около 389. Эти два отношения почти равны, поэтому оба диска на нашем небе кажутся почти одного размера: около полуградуса каждый.

Это «почти» и объясняет всё разнообразие. Расстояние до Луны меняется на каждом обороте, от примерно 363 300 км в среднем перигее до 405 500 км в среднем апогее, а расстояние от Земли до Солнца за год меняется примерно на 3 %. Когда Луна кажется крупнее Солнца, затмение может быть полным; когда меньше, получится в лучшем случае кольцеобразное. Это выражает фаза затмения (magnitude) по NASA в момент максимума: для 2 августа 2027 года она равна 1,079, то есть Луна выглядит почти на 8 % шире Солнца, и поэтому та полная фаза такая долгая.

Почему затмения бывают не каждый месяц

Луна проходит между Землёй и Солнцем в каждое новолуние, примерно раз в 29,5 суток. В большинстве месяцев ничего не происходит, потому что орбита Луны наклонена на 5,145° к плоскости орбиты Земли. В большинство новолуний Луна проходит на небе чуть выше или чуть ниже Солнца, и её тень вообще не попадает на Землю.

Для затмения новолуние должно случиться вблизи одного из двух узлов, точек, где орбита Луны пересекает плоскость орбиты Земли. Солнце оказывается на линии узлов дважды в год, поэтому солнечные затмения приходят «сезонами затмений» примерно с интервалом в шесть месяцев. Поэтому в каталоге такие даты, как февраль и август 2026 года, февраль и август 2027 года, затем январь и июль 2028 года: сезоны сдвигаются примерно на 19 суток раньше каждый год, потому что узлы поворачиваются.

В каждый сезон бывает минимум одно солнечное затмение где-то на Земле, но большинство из них частные или кольцеобразные, а полное затмение накрывает лишь узкую полоску планеты. Мера NASA, показывающая, насколько центрально падает тень, называется гамма: расстояние оси тени от центра Земли в радиусах Земли в момент максимума. Гамма около 0 означает, что тень падает на середину дневной стороны; около ±1, что она лишь задевает край. У затмения 2027 года гамма 0,1421, то есть почти центральное попадание. У затмения 2033 года над Аляской гамма 0,9778, поэтому его полоса лежит так далеко на севере и имеет ширину 781 км: тень встречает Землю под косым углом и растягивается.

Путь полной фазы

Если бы Земля не вращалась, умбра пробегала бы по ней со скоростью около 3500 км/ч (элементы NASA для 2027 года сдвигают ось на 0,545 радиуса Земли в час). Вращение Земли несёт поверхность в том же направлении, с запада на восток, поэтому скорость тени относительно земли меньше. На сцене показание Скорость тени выдаёт её в каждый момент: около Луксора 2 августа 2027 года она примерно 2400 км/ч, а вблизи начала и конца пути, где тень падает на выпуклую Землю под скользящим углом, она движется во много раз быстрее.

Ширина полосы зависит от того, как далеко Луна и как круто тень падает на землю. NASA даёт 258 км в максимуме 2027 года и 116 км в 2035 году. Сцена вычисляет края полосы по тем же элементам каждые 30 секунд: в каждый момент она находит, где ось тени пересекает Землю, определяет направление, в котором тень движется относительно вращающейся земли, и откладывает радиус умбры в обе стороны. Результат это оранжевая полоса. Её края называются границами: сразу внутри них полная фаза длится несколько секунд, на центральной линии дольше всего.

Почему полоса на карте изогнута? Тень движется в пространстве почти по прямой, но Земля это вращающийся шар, наклонённый к Солнцу или от него, и след изгибается по глобусу. В августе север наклонён к Солнцу, и путь 2027 года идёт дугой от Атлантики через Гибралтар, поперёк Сахары к Красному морю и дальше к Африканскому Рогу.

Что видно с земли

Переключитесь на Вид с неба, выберите город и двигайте время. Фазы идут в строгом порядке и названы по четырём контактам между краями двух дисков.

Первый контакт (C1). Край Луны касается края Солнца. Какое-то время ничего не меняется на вид, потому что даже Солнце, закрытое на 30 %, слишком яркое, чтобы заметить потерю. Частная фаза обычно длится больше часа. Через фильтр можно видеть, как растёт укус.

Свет меняется. Когда закрыто от 80 до 90 % Солнца, дневной свет бледнеет, а тени становятся чётче, потому что свет теперь идёт от тонкого серпа. Показание Осталось света даёт долю диска Солнца, которая ещё видна; при закрытых 99 % остаётся 1 %, и этот 1 % слишком ярок, чтобы на него смотреть.

Четки Бейли. Край Луны не гладкий. Долины глубиной в несколько километров пропускают последний солнечный свет отдельными точками на несколько секунд. Вид с неба рисует лунный край с долинами примерно такой глубины, поэтому бусины появляются примерно в нужное время, хотя их сияние нарисовано крупнее настоящего, чтобы его было видно. Они названы в честь Фрэнсиса Бейли, который описал их при кольцеобразном затмении 1836 года.

Бриллиантовое кольцо. Когда остаётся одна бусина, она вспыхивает рядом со слабым свечением короны, как камень на кольце. Затем гаснет последняя бусина, и начинается полная фаза (второй контакт, C2).

Полная фаза. Яркий диск исчез. На краю на миг видна хромосфера, тонкий розовый слой с розовыми языками газа, которые называются протуберанцами. Вокруг чёрной Луны раскинулась корона, внешняя атмосфера Солнца, горячая (больше миллиона градусов), но слишком слабая, чтобы её увидеть, пока видна хоть часть яркого диска. Небо становится глубоким сумеречным синим, а горизонт светится по всему кругу, потому что свет там приходит из мест за пределами тени, где затмение только частное. Могут появиться яркие планеты и звёзды.

Третий контакт (C3) завершает полную фазу ещё одним бриллиантовым кольцом и новыми бусинами с другой стороны Луны, а затем частная фаза идёт в обратном порядке до четвёртого контакта (C4).

Кнопки сцены Первый контакт, Начало полной фазы, Максимум, Конец полной фазы и Последний контакт переносят к каждому моменту для выбранного города. Показания дают местное время, высоту Солнца, закрытую долю и обратный отсчёт до начала или конца полной фазы.

Безопасность для глаз

Страница NASA о безопасности при затмениях, Американское астрономическое общество (AAS) и Корейский институт астрономии и космических наук (KASI) дают одни и те же правила.

• Кроме полной фазы, единственный безопасный способ смотреть на Солнце это солнечный фильтр: очки для затмений или ручной визор по стандарту ISO 12312-2 либо фильтр, сделанный для передней части телескопа или камеры.
• Обычные солнечные очки, даже очень тёмные, небезопасны. Так же небезопасны закопчённое стекло, засвеченная плёнка и стопка солнечных очков.
• Никогда не смотрите на открытое Солнце через камеру, бинокль или телескоп, даже в очках для затмений: оптика собирает свет, прожигает фильтр очков и попадает в глаз.
• Во время полной фазы, и только тогда, снимайте фильтр, чтобы увидеть корону. Надевайте его снова, как только вернётся бриллиантовое кольцо или первая бусина.
• Кольцеобразное затмение никогда не становится безопасным. Яркое кольцо это часть поверхности Солнца.
• Если вы вне полосы полной фазы, безопасного момента без фильтра нет совсем, даже при 99 % закрытого Солнца.

AAS ведёт список проверенных поставщиков очков для затмений, потому что перед крупными затмениями уже продавали поддельные очки с напечатанным номером ISO. Сообщения KASI о затмениях тоже предостерегают от телескопа, камеры или солнечных очков без солнечного фильтра и советуют не смотреть дольше 3 минут подряд даже через фильтр.

Вид с неба следует этим правилам. Его баннер остаётся красным с предупреждением в течение всех частных фаз и меняется на зелёную заметку только пока Солнце закрыто полностью. Переключатель Солнечный фильтр показывает вид через фильтр: оранжевый диск на чёрном небе, без короны.

Ближайшие полные затмения

В таблице перечислены полные затмения ближайших лет с наибольшей длительностью по NASA (на центральной линии в момент максимума) и странами на пути. В каталоге на вкладке «Управление» 43 затмения, включая исторические, с поиском, фильтрами и сортировкой по длительности.

2 августа 2027 года: Испания, Северная Африка и Луксор

Ради этого затмения многие поедут в путешествие. Тень выходит на сушу у Гибралтарского пролива около 08:45 UT. Расчёт для центров городов: Кадис получает 2 мин 53 с полной фазы, Малага 1 мин 50 с, а Севилья, чуть севернее полосы, остаётся на 98,3 % закрытого Солнца и не темнеет. За Средиземным морем полоса накрывает север Марокко и Алжира и идёт вдоль побережья Ливии. Тунис вне её, на 97,1 %, а Каир на 94,8 %. Луксор находится близко к точке максимума: полная фаза длится 6 мин 20 с в центре города, а Солнце стоит на высоте 82°, почти в зените. Джидда в Саудовской Аравии получает 6 мин 0 с.

30 марта 2033 года: Аляска

Тень приходит через Берингов пролив и пересекает запад и север Аляски, уходя затем над Северным Ледовитым океаном. В Номе полная фаза длится 2 мин 30 с при Солнце всего в 8° над горизонтом около 09:47 по местному времени; в Уткиагвике 2 мин 36 с. Анкоридж вне полосы, на 96,7 %. Низкое Солнце, снег и весенняя погода это то, что нужно учесть при планировании. Попробуйте вид с неба для Нома с уменьшенным Размером Солнца, чтобы в кадр попали горизонт и сумеречное свечение.

23 августа 2044 года и 12 августа 2045 года: США

Затмение 2044 года заканчивается на закате над Монтаной и Северной Дакотой; в Грейт-Фолсе, вблизи южного края, полная фаза длится всего 22 с при Солнце на высоте 5°. Через год, 12 августа 2045 года, центральная линия пересекает всю страну: север Калифорнии, Неваду, Юту, Колорадо, Канзас, Оклахому, Арканзас, Миссисипи, Алабаму и Флориду. Орландо получает 5 мин 47 с при Солнце на высоте 76°, а Даллас вне полосы, на 92,8 %. Максимум, 6 мин 6 с, приходится на Карибское море.

Между ними, 22 июля 2028 года, полная фаза пройдёт над Австралией и Новой Зеландией: Сидней получает 3 мин 49 с, Данидин 2 мин 51 с.

2 сентября 2035 года: север Кореи и Япония

Путь 2035 года идёт от севера Китая (Пекин: 1 мин 33 с) через север Корейского полуострова, где Пхеньян получает 1 мин 48 с, а Вонсан 2 мин 8 с, и дальше над центральной Японией (Тояма: 1 мин 15 с, Мито: 2 мин 32 с). Сеул лежит к югу от полосы и видит 96,5 % закрытого Солнца, Токио 99,4 %.

12 августа 2026 года, уже прошло

Затмение 12 августа 2026 года вечером пересекло Гренландию, запад Исландии (Рейкьявик: 1 мин 1 с) и север Испании. В Валенсии полная фаза наступила при Солнце всего в 4° над горизонтом.

Ваш город: ближайшее затмение

Раздел Затмения из вашего города на вкладке «Управление» для каждого из 35 городов вычисляет все солнечные затмения от сегодняшнего дня до 2100 года, во время которых Солнце хоть в какой-то момент между первым и последним контактом стоит над горизонтом. Для каждого он показывает дату, какая часть площади Солнца закрыта (степень покрытия) и находится ли город на полосе полной фазы или кольцеобразной. Он также выделяет ближайшее полное затмение и самое глубокое до 2100 года.

Несколько результатов показывают, насколько редка полная фаза для одного места. Ближайшее полное затмение в Нью-Йорке будет 1 мая 2079 года. Парижу и Стамбулу ждать до 3 сентября 2081 года. В Сеуле, Токио, Мадриде, Лондоне и Перте до 2100 года его нет совсем, хотя Сидней получит 3 мин 49 с 22 июля 2028 года. Для Сеула самое глубокое затмение века это 96,5 % в 2035 году.

Затмения, изменившие науку

28 июля 1851 года. Юлиус Берковский, работавший в Кёнигсбергской обсерватории в Пруссии, сделал дагерротип, ставший первой удачной фотографией полного солнечного затмения.

18 августа 1868 года. Полоса прошла над Индией. Наблюдая в Гунтуре, Жюль Жансен увидел в спектре протуберанцев яркую жёлтую линию, не совпадавшую ни с одним известным элементом. Позже Норман Локьер приписал её новому элементу, гелию.

29 мая 1919 года. Экспедиции на остров Принсипи (Артур Эддингтон) и в Собрал в Бразилии (Эндрю Кроммелин) сфотографировали звёзды рядом с затмлённым Солнцем. Их положения сместились примерно на то значение, которое общая теория относительности Эйнштейна предсказывала для отклонения света в поле тяготения Солнца, о чём Дайсон, Эддингтон и Дэвидсон сообщили в 1920 году.

30 июня 1973 года. Прототип «Конкорда» 001 летел под тенью над Северной Африкой на скорости Mach 2,05. Его семь наблюдателей оставались в полной фазе 74 минуты, гораздо дольше, чем позволяет любая точка на земле, и использовали это время для измерений в инфракрасном диапазоне и хромосферы.

21 августа 2017 года и 8 апреля 2024 года затмения пересекли США (в 2024 году также Мексику и Канаду) и стали первыми полными затмениями, которые многие увидели в очках для затмений.

Как рассчитываются времена

NASA не публикует отдельный список для каждого города. Она публикует бесселевы элементы: несколько чисел на каждое затмение, записанных как короткие многочлены от времени, которые описывают тень Луны на плоскости, проходящей через центр Земли перпендикулярно оси тени (фундаментальной плоскости). Для каждого затмения они задают:

• x и y: где ось тени пересекает эту плоскость, в радиусах Земли;
• d и μ: направление оси (её склонение) и часовой угол, которые вместе показывают, как Земля повёрнута под тенью;
• l₁ и l₂: радиусы полутени и умбры на плоскости;
• tan f₁ и tan f₂: как быстро эти радиусы меняются вдоль оси.

Для наблюдателя на широте φ и долготе λ программа сначала вычисляет, где наблюдатель находится в той же системе (ξ, η, ζ), учитывая сжатие Земли. Затем в любой момент:

• радиусы тени на высоте наблюдателя равны L₁′ = l₁ − ζ tan f₁ и L₂′ = l₂ − ζ tan f₂;
• расстояние наблюдателя от оси Δ = √((x − ξ)² + (y − η)²);
• фаза затмения равна (L₁′ − Δ) / (L₁′ + L₂′);
• затмение полное при Δ < −L₂′ и кольцеобразное при Δ < L₂′.

Максимум затмения это момент, когда Δ наименьшее. Контакты это моменты, когда Δ равно L₁′ (C1 и C4) или |L₂′| (C2 и C3); каждый находится несколькими итерациями метода Ньютона. Закрытая доля площади Солнца следует из двух видимых радиусов и расстояния между центрами по формуле площади пересечения двух кругов. Это стандартные уравнения из Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac и книги Жана Мёса Elements of Solar Eclipses.

Элементы для всех 169 затмений с 2026 по 2100 год и для исторических затмений взяты из поисковика солнечных затмений NASA (Фред Эспенак), где перечислены полиномиальные элементы, лежащие в основе Five Millennium Canon of Solar Eclipses. Программа сверена с тремя источниками NASA:

• Онлайн-калькулятор NASA. Для 35 городов и 169 затмений, то есть 2259 пар, где полутень достигает города, тип затмения совпадает всегда, фазы совпадают до 0,00001, закрытая доля до 0,005 процентного пункта, а каждое время контакта точнее 0,1 с.
• Таблицы пути NASA. В 266 точках на центральных линиях 12 затмений (с 1919 по 2045 год) вычисленная длительность полной фазы совпадает с табличным значением NASA в пределах 0,21 с.
• Каталог NASA. Для всех 43 затмений каталога время максимума совпадает в пределах 1,2 с, а центральная длительность в пределах 0,5 с (NASA округляет до целых секунд).

Что модель упрощает

• Расстояния вдоль тени сжаты примерно в 9 раз, чтобы Луна, Земля и конусы поместились на одной сцене; ширины поперёк тени настоящие. Настоящее расстояние снимает сжатие. Солнце нарисовано слишком близким и слишком маленьким.
• Земля нарисована шаром. В расчётах используется сплюснутая Земля, но каждый город взят на уровне моря, а рефракция у горизонта не учитывается, поэтому Солнце чуть ниже горизонта считается зашедшим.
• Вращение Земли зависит от ΔT, разности между равномерным временем и фактическим вращением Земли. Элементы NASA используют прогнозное ΔT (76 с для 2027 года). Будущее значение нельзя знать точно; ошибка в несколько секунд сдвигает путь на километр или два к востоку или западу.
• Край Луны нарисован с выдуманными долинами глубиной в несколько километров. Настоящие бусины следуют измеренному профилю Луны, который сдвигает времена контактов на секунду или две и здесь не моделируется; таблицы NASA тоже используют гладкую Луну.
• Корона нарисована, а не сфотографирована. Её форма меняется с солнечным циклом; сцена использует обобщённую форму с длинными лучами у солнечного экватора.
• Яркость неба на виде с неба следует видимой доле Солнца; небо полной фазы и свечение горизонта нарисованы так, чтобы быть похожими на фотографии полной фазы, а не измерены.