Prøv at sætte dig i stedet for vores normadiske ven fra åbningsafsnittet i dette kapitel. Du er fint afstemt med himlens mønstre og du vises disse mønstre, ikke som ubønhørlige konsekvenser af fysiske love, men som synlige tegn fra guderne. Kan du forestille dig nogle himmelske begivenheder, der ville fylde dit hjerte mere med frygt, end at se op på himlen og se Solen, giveren af lys og varme, blive spist op af en kæmpe drage, eller se fuldmånen blive ildevarslende blodrød? Arkæologiske fund tyder på, at vores forfædre gjorde en stor indsats, for at forsøge at finde ud af mønstret bag formørkelser og derved bringe dem ind i et velordnet arrangement med himlen. For eksempel, kan de gamle og massive monumenter i det engelske landskab, kaldet Stonehenge, afbilledet i figur 2.21, have tilladt sine bygherrer at forudsige, hvornår der kunne forekomme formørkelser. Livet og motivationen for bygherrerne af Stonehenge har været død i 4.000 år og kan være tabt i fortiden. Men hvordan kan vi betvivle deres ønske om, at udøve en vis kontrol over den frygt som formørkelser frembragte, ved at lære et par af deres hemmeligheder – og i samme proces sikre, at en solformørkelse ikke betød, at alt var tabt?
Forskellige typer formørkelser
En formørkelse, hvor Jorden bevæger sig gennem Månens skygge, kaldes en solformørkelse. Tre forskellige solformørkelser er mulige: total, delvis og ringformet. For at se hvordan, begynd med at kigge på strukturen i Solens skygge afgivet af en rund genstand, som for eksempel Månen, som vist i figur 2.22. En observatør ved punkt A, vil ikke være i stand til at se en del af Solens overflade. Denne mørkeste, indre del af skyggen kaldes helskyggen (umbra). Hvis et punkt på Jorden passerer gennem Månens helskygge, bliver Solens lys totalt blokeret af Månen. Dette kaldes en total solformørkelse (figur 2.23). Kig nu på punkterne B og C i figur 2.22. Fra disse punkter, kan en observatør se den ene side af solskiven, men ikke den anden. Dette ydre område, der kun delvist er i skygge, kaldes halvskyggen (penumbra). Hvis et punkt på overfladen af Jorden, passerer gennem Månens halvskygge, er resultatet en delvis solformørkelse, hvor Månens skive, blokerer lyset fra en del af Solens skive.
I den tredje type af formørkelse, kaldet en ringformet solformørkelse, vises Solen som en lys ring omkring en mørk skive (figur 2.24). En observatør ved punkt D, er langt nok fra Månen, at Månens vinkeldiameter er en smule mindre end Solens. Du kan måske undre dig over, hvordan en solformørkelse kan være total og en anden ringformet. To ting gør dette muligt. Den ene er et lykketræf i naturen: Solens diameter, er omkring 400 gange Månens diameter og Solen er omkring 400 gange længere væk fra Jorden, end Månen er. Som et resultat heraf, har Månen og Solen næsten nøjagtig samme tilsyneladende størrelse på himlen. Den anden er, at Månens bane ikke er en perfekt cirkel. Så når Månen og Jorden er lidt tættere sammen end gennemsnitligt, vises Månen større på himlen end Solen. En solformørkelse der opstår på det tidspunkt, vil være total. Når Månen og Jorden er længere fra hinanden end gennemsnittet, vises Månen mindre end Solen på himlen, så formørkelser der opstår på dette tidspunkt, vil være ringformede. Sekventielle billeder af en total og en ringformet solformørkelse, er vist i figur 2.25. Det viser sig, at blandt alle solformørkelser, er en tredjedel total, en tredjedel er ringformet og en tredjedel ses kun som en delvis formørkelse.
Figur 2.26a, viser en solformørkelses geometri, hvor Månens skygge falder på jordoverfladen. Bemærk, at figurer som denne (eller lignende som for eksempel figur 2.18 og 2.19), sjældent er tegnet i skala. I stedet viser de Jorden og Månen meget tættere på hinanden end de i virkeligheden er. Grunden til at forvrænge figurerne på denne måde er enkel: der er ikke plads nok på siden til at tegne dem korrekt og stadig holde de mindre detaljer tydelige. Afstanden på 384.400 km mellem Jorden og Månen, er mere end 60 gange radius af Jorden og over 220 gange radius af Månen. De relative størrelser og afstande mellem Jorden og Månen, svarer nogenlunde til hvis en basketball og en tennisbold blev placeret 7 meter fra hinanden. Figur 2.26b, viser en solformørkelses geometri, med Jorden og månen, samt adskillelsen mellem dem, tegnet i skala. Sammenlign denne tegning til figur 2.26a go du vil forstå, hvorfor der normalt tages kunstneriske friheder i sådanne tegninger. Hvis Solen blev indtegnet i skala i figur 2.26b, ville den være 6/10 af en meter i diameter og skulle befinde sig næsten 64 meter væk fra venstre side af denne side.
Fra en bestemt beliggenhed – lad os sige dit hjem – er sandsynligheden for, at du vil se en delvis solformørkelse, meget større end sandsynligheden for, at du vil se en total solformørkelse. Årsagen er, at Månens halvskygge er ganske stor. Månens halvskygge, hvor den rammer Jorden, har faktisk en diameter på to gange diameteren af Månen selv, næsten 7.000 km. Denne del af skyggen er stor nok til, at dække en væsentlig del af Jorden, således at delvise formørkelser oftest kan ses fra store dele af Jorden. Til sammenligning hertil, er området hvor en total solformørkelse kan ses (figur 2.27) kun ganske lille. Jorden er så tæt på spidsen af Månens helskygges spids, at helskyggen kun dækker et område på Jorden der er 269 km bredt. Månens bevægelse i sin bane gør, at denne lille skygge farer afsted over Jordens overflade, med en halsbrækkende fart. Månen bevæger sig med en hastighed på omkring 3.400 km/t i sin bane omkring Jorden og dens skygge fejer hen over Jordens overflade med samme hastighed. Også Jorden roterer om sin egen akse med en hastighed på omkring 1.670 km/t ved ækvator (mindre på andre breddegrader). Situationen kompliceres yderligere af, at månens skygge falder på Jordens buede overflade. Du har måske bemærket, at billedet fra en gammeldags overhead projektor eller LCD projektor bliver forvrænget, hvis ikke lysstrålen falder vinkelret på lærredet. Tilsvarende, forårsager Jordens krumning ofte, at de områder hvor Månens skygge falder under en solformørkelse, bliver forlængede i forskellige grader. Krumningen kan endda forårsage, at en solformørkelse der startede som en ringformet, kan gå hen og blive total.
Når alle disse virkninger anskues, er resultatet, at en total solformørkelse, aldrig kan vare længere end 7½ minutter og normalt er betydelig kortere. Alligevel, er det en af de mest fantastiske oplevelser, naturen har at byde på. Folk over hele verden, samles på de mest afsidesliggende hjørner af planeten, for at være vidne til det flygtige skue det er, at iagttage hvordan Solen forsvinder fra dagtimernes himmel og efterlader den uhyggelige glød af Solens ydre atmosfære (se figur 2.23).
Måneformørkelser (figur 2.28), er meget forskellig i karakter fra solformørkelser. Geometrien af en måneformørkelse, er vist i figur 2.26c (og tegnet i skala i figur 2.26d). Fordi Jorden er meget større end Månen, der den mørke helskygge fra ude ved afstanden af Månen, omkring 9.200 km i diameter, elle mere end 2½ gange Månens diameter. En total måneformørkelse er en langt mere afslappet affære, end en total solformørkelse, hvor Månen bruger op til en 1 time og 40 minutter i Jordens helskygge. En delvis måneformørkelse opstår, når Månen passerer gennem Jordens halvskygge. En delvis måneformørkelse er normalt ikke særlig spektakulær; i sit udseende fra Jorden er den ofte ikke andet end en dæmpning af lysstyrken på fuldmånen. Selv om halvskyggen fra Jorden har en diameter på 16.000 km ude ved afstanden for Månen – over fire gange Månens diameter – er en delvis måneformørkelse normalt kun mærkbar, når Månen passerer inden for en afstand af 1.000 km fra Jordens helskygge.
Totale måneformørkelser, er forholdsvis almindelige og mange af os har set mindst én. Som du har stået og kigget op på den kobberfarvede skive (figur 2.28a), har du måske spekuleret over, hvordan det har været muligt at se Månen, selv når den er helt nedsænket i Jordens skygge. For at visualisere hvordan, skal du forestille dig, at du står på Månen under en total måneformørkelse. Hvad ville du se? En ting du ikke ville se, var Solen, fordi Solen ville være gemt bag Jordens skive. Hvis du kunne se noget af Solen, ville du stå på Månen ved en delvis formørkelse (figur 2.28b). Hvad du derimod ville se, var Jordens mørke skive, omgivet af en tynd, rødlig ring. Denne ring er Jordens atmosfære, oplyst af sollys der kommer bagfra og bliver spredt af støv og andre små atmosfæriske partikler. Farven er rødlig af samme grund som det at Solen synes rødlig ved solop- og nedgang (I kapitel 8, ser vi på spredningen af sollys). Nu hvor du er sikkert tilbage på Jorden ved du, at det er lys, den rødlige ring fra Jordens atmosfære, der lyser Månens overflade op, under en total måneformørkelse.
Hvis du forstår geometrien ved sol- og måneformørkelser, vil du også forstå, hvorfor så mange flere mennesker har oplevet en total måneformørkelse i forhold til dem der har oplevet en total solformørkelse. For at se en total solformørkelse, skal du være placeret inden for et meget smalt bånd af Månens skygge, som den bevæger sig henover Jordens overflade (se figur 2.27). På den anden side, når Månen passeere gennem Jordens skygge, kan alle der befinder sig på samme halvkugle af Jorden hvor formørkelsen foregår, se den.
Formørkelser sker groft sagt, 2 gange hver 11. måned
Vi ved alle af erfaring, at vi ikke ser en måneformørkelse hver gang Månen er fuld og vi ser heller ikke en solformørkelse ved hver nymåne. Så dette må fortælle os noget om, hvordan Månens bane omkring Jorden, er orienteret i forhold til Jordens bane omkring Solen. Hvis Månens bane, var i nøjagtig det samme plan som Jordens (forestil dig at Månen, Jorden og Solen alle lå på samme bordplade), så ville Månen passere direkte mellem Jorden og Solen ved hver nymåne. Månens skygge ville passere hen over overfladen på Jorden og vi ville se en solformørkelse. På samme måde ville Jorden, passere direkte mellem Solen og Månen, hver synodiske måned og hver fuldmåne ville blive præget af en måneformørkelse.
Sol- og måneformørkelser, sker ikke hver måned, fordi Månens bane ikke ligger i nøjagtig det samme plan som Jordens bane. Kig på figur 2.29 for at få et indtryk af hvordan det virker. Planet for Månens bane omkring Jorden, hælder med omkring 5,2º i forhold til planet for Jordens bane om Solen. Linjen, langs hvilken de to omløbsbaner skærer hinanden, kaldes knudepunktslinjen. I en del af året, passerer knudepunktslinjen tæt på Solen. På disse tidspunkter, kaldet formørkelsessæsoner, passerer nymånen mellem Solen og Jorden, kaster sin skygge på Jordens overflade og forårsager en solformørkelse. Ligeledes er det med en fuldmåne, der opstår under en formørkelsessæson og passerer gennem Jordens skygge og forårsager en måneformørkelse. En solformørkelsessæson, varer kun 38 dage. Det er så længe, som Solen er tæt nok på knudepunktslinjen, til at formørkelser kan forekomme. Det meste af tiden, peger knudepunktslinjen længere væk fra Solen, Jorden og Månen, og Solen kan ikke komme tæt nok på linjen, til at en formørkelse kan forekomme. En solformørkelse, kan ikke finde sted hvis en nymåne passerer over eller under Jorden. Ligeledes kan måneformørkelser ikke opstå, hvis en fuldmåne passerer over eller under Jordens skygge.
Hvis Månens banes plan, altid havde samme orientering, så ville formørkelsessæsonerne forekomme to gange om året, som antydet i figur 2.29. I virkeligheden opstår formørkelsessæsonerne med mellemrum på omkring 5. måneder og 20 dage. Den 10-dages forskel der er, skyldes det faktum, at Månens banes plan langsomt slingrer, ligesom slingren af en roterende plade for enden af en cirkusartists stav. Som denne slingren sker, skifter knudepunktslinjen retning. Denne slingring, roterer i retningen modsat retningen af Månens bevægelse i sin bane (det vil sige, at knudepunktslinjen bevæger sig mod uret set ovenfra fra Jordens baneplan). Det tager Månens bane 18,6 år, at gennem føre en hel slingrende bevægelse på 360º, så vi siger at knudepunktslinjen regrederer med en hastighed på 360º hvert 18,6 år, eller 19,4º om året. Det svarer til omkring en 20-dages regression hvert år. Hvis den 1. januar markerer midten af en formørkelsessæson, vil den næste formørkelsessæson være centreret omkring 20. juni og herefter omkring den 10. december.
Vi er kommet langt, siden vores nomadiske forfader kiggede op på himlen og der så den mystiske afspejling af de mønstre og begivenheder, der formede livet for stammen. Men når vi ser på himlen i dag, er vores følelse af ærefrygt ikke mindre, end den der oplevedes af vores forfader for så længe siden. Vores fjerne forfædre, måtte se efter mønstrene i verden for at overleve. Denne samme menneskelige trang til at søge mønstre, ledte astrologer til at lede efter forbindelser mellem os selv og himlen og førte senere mennesker til at søge de mønstre, der fødte videnskaben. Vi ved nu, at de mønstre der er på himlen, er forbundet til os, mere direkte end noget mystisk link, opfundet af en astrolog. De mønstre og forandringer, som vi ser på himlen, er forårsaget af de samme naturkræfter, som binder os til vores planet og får vinden til at blæse og regnen til at falde. De er de samme kræfter, der skubber blodet gennem vores blodårer og bærer de elektriske pulser gennem vores hjerner. Indtil videre har vore kig på de skiftende mønstre på himlen, kun afstedkommet at vi har kunnet ane disse forbindelser, så det er mod disse underliggende årsager, at vi nu vender vores opmærksomhed.