„Drakonas suvalgė Saulę!“ – maždaug taip daugelis įsivaizduojame primityvių žmonių požiūrį į Saulės užtemimus. Kaip ten žiloje senovėje buvo iš tiesų, nežinau, bet net ir šiandien šis gamtos reiškinys sukelia susižavėjimą ir tam tikrą pagarbią baimę. Ir visa tai nepaisant to, kad puikiai suprantame, kodėl jis vyksta, galime iš anksto numatyti, kur ir kada įvyks, ir neturime pagrindo bijoti, jog suvalgyta Saulė taip ir nebenušvis iš naujo ir Žemė paskęs amžinoje naktyje.

Sakysite, jog jei jau taip gerai viską apie užtemimus žinome, tai kurių galų rašyti pažintinį straipsnį? Visgi geriau pasigilinus, galima atrasti keletą įdomybių ir pusiau susijusių astronominių reiškinių. O ir bendrai, juk didžiausios paslaptys kartais slypi paprastuose dalykuose.

Saulė motulė, Mėnuo tėvelis

Turbūt visų pasaulio tautų folklore yra istorijų apie Saulę ir Mėnulį, kaip du tėvus, besirūpinančius dukra Žeme. Kai kur tėvo pareigas užima Saulė, kitur, kaip ir lietuvių tautosakoje, Mėnulis, bet abu šie dangaus kūnai dažniausiai yra beveik lygiaverčiai. Pats savaime šis faktas nelabai stebina – juk jie abu danguje yra beveik vienodo dydžio, abu šviečia (senovės žmonėms nerūpėjo tai, jog Mėnulis tik atspindi Saulės šviesą), abu labai panašiai keliauja dangumi… Bet štai šitos savybės jau yra įdomios ir, objektyviau pažvelgus, labai netikėtos.

Mėnulis pagal tai, kokią dalį savo „šeimininkės“ masės sudaro, yra didžiausias palydovas Saulės sistemoje. Santykinai didesnis yra tik Plutono kaimynas Charonas, tačiau pastarasis gali būti netgi laikomas atskira nykštukine planeta (o Plutonas ir Charonas – dvinare planeta). Mėnulio ir Žemės sistemos masės centras nuo Žemės centro nutolęs per dvi trečiąsias Žemės spindulio – vėlgi, gerokai daugiau nei kitose planetose (jau minėti Plutonas ir Charonas sukasi aplink tašką, esantį toliau nuo Plutono centro, nei paties Plutono spindulys).

Toks Mėnulio dydis, manoma, nulemia keletą reiškinių, labai svarbių gyvybės atsiradimui planetoje. Visų pirma, Žemės-Mėnulio sistemos judesio kiekio momentas yra labai didelis, lyginant su pačios Žemės. Tai užtikrina sistemos stabilumą, taigi Žemė nesivarto kaip kamuoliukas dėl kitų planetų įtakos. Toks vartymasis būtų pražūtingas gyvybės vystymuisi, nes klimatas įvairiose planetos srityse keistųsi pernelyg greitai, kad gyvybės formos galėtų prie to prisitaikyti. Per keletą tūkstantmečių tropikai pavirstų arktimi ir atvirkščiai, vėjai apsisuktų, vandenynų srovės taip pat kaitaliotųsi; kitaip tariant, būtų visiška pragaištis. Kitas Mėnulio teikiamas privalumas – potvyniai. Toks didelis palydovas sukelia gana didelius potvynius, kurie judino pirmykštes gyvybės (ar proto-gyvybės) formas vandenynuose, o vėliau padėjo joms pasiekti sausumą ir šią taip pat užpildyti.

Atstumas tarp Žemės ir Mėnulio yra „normalus“, o smarkiai kitoks būti negalėtų. Jei Mėnulis būtų susiformavęs žymiai arčiau Žemės, pastarosios trauka jį jau turbūt būtų suskaldžiusi į gabaliukus. Jei jis būtų labai toli, kitų planetų trauka nesunkiai destabilizuotų sistemą ir Mėnulis išskristų į Visatos tolybes, kaip tame sename fantastiniame seriale. Taigi tik dėl neįprasto Mėnulio dydžio atsitiko taip, kad danguje jis užima tiek pat vietos, kiek ir Saulė. Toks sutapimas yra visiškai atsitiktinis, ir nors jį galbūt galima bent dalinai paaiškinti antropiniu efektu (jei Mėnulis būtų kitoks, mūsų čia nebūtų ir jo nematytumėm), visgi tokia kosminė keistenybė yra tikrai verta dėmesio.

Kaip Mėnuo pas Saulę į svečius keliavo

Mėnulio ir Saulės beveik vienodi kampiniai dydžiai dangaus skliaute yra tik viena savybė, reikalinga užtemimams vykti. Taip pat svarbu ir tai, kad tie kūnai dangumi keliautų panašiomis linijomis, t. y. per Zodiaką. Pažvelgus iš šalies, tai reiškia, jog ir Mėnulis aplink Žemę ir Žemė aplink Saulę sukasi beveik toje pačioje plokštumoje. Pastaroji plokštuma dar vadinama ekliptikos plokštuma (šis pavadinimas, beje, yra susijęs su užtemimais, bet apie tai – truputį žemiau), ir jos beveik tiksliai sutampa su vadinamąja Saulės sistemos nekintamąja plokštuma (angl. invariable plane), kuri yra visų sistemos kūnų orbitų vidurkis.

Tiksliau sakant, nekintamoji plokštuma yra plokštuma, statmena visos Saulės sistemos judesio kiekio momento vektoriui ir einanti per sistemos masės centrą. Ji yra artimiausia Jupiterio sukimosi aplink Saulę orbitos plokštumai, nes būtent šios planetos orbitinis judesio kiekio momentas sudaro 99 procentus viso Saulės sistemos momento. Kitų planetų (ir jų palydovų) orbitų posvyris į nekintamąją plokštumą neviršija dešimties laipsnių. Asteroidai, nykštukinės planetos ir kiti mažieji kūnai juda chaotiškesnėmis orbitomis, bet pagrindinės aštuonios planetos sukasi beveik vienoje plokštumoje.

Tai nėra kažkas keisto ar neįprasto – visos žinomos planetinės sistemos aplink kitas žvaigždes taip pat greičiausiai išsidėsčiusios beveik vienoje plokštumoje. Priežastis gana paprasta – toks išsidėstymas yra stabilesnis, nei atsitiktinai išmėtytų orbitų. Net jei planetos susiformuotų skriedamos labai skirtingų posvyrių orbitomis (o taip greičiausiai nebūna, nes planetos formuojasi iš plono dujų bei dulkių disko), jų tarpusavio gravitacinė sąveika per milijonus metų „pritemptų“ visas artyn prie nekintamosios plokštumos. Palydovų sukimasis tose pačiose plokštumose yra kiek labiau netikėtas, nes pastarieji turbūt formavosi protoplanetiniuose „gumuluose“, o ne diskuose, bet stabilumo argumentas tinka ir čia.

Taigi, Mėnulis aplink Žemę sukasi beveik tokia pat plokštuma, kaip ir Žemė aplink Saulę. Karts nuo karto Mėnulis praskrenda tiksliai tarp Saulės ir Žemės, ir jo sudaroma šešėlis krenta ant mūsų planetos paviršiaus. Tose Žemės vietose, kur krenta tikrasis šešėlis, matomas pilnas Saulės užtemimas, o ten, kur krenta tik pusšešėlis (žr. schemą žemiau) – dalinis. Dėl Žemės sukimosi aplink savo ašį bei Mėnulio judėjimo, šešėlis taip pat juda Žemės paviršiumi, todėl tas pats Saulės užtemimas skirtingose pasaulio vietose matomas skirtingu laiku.

Atidesnis skaitytojas šioje vietoje turbūt paklaus: o kodėl Saulės užtemimai nevyksta kas mėnesį? Juk Mėnulis tarp Saulės ir Žemės praskrenda per kiekvieną jaunatį! Tai visiška tiesa, tačiau svarbu nepamiršti, jog šių dviejų orbitų plokštumos yra tik beveik vienodos. Dažniausiai Mėnulis, žiūrint iš Žemės, praskrieja šiek tiek aukščiau arba šiek tiek žemiau, nei Saulė. Taigi ir Mėnulio šešėlis pritemdo erdvę virš Žemės arba po ja. Kartais pusšešėlio dalis pasiekia Žemę, tada kai kur matomas dalinis užtemimas, bet pilno nematyti niekur planetoje.

Dar vienas Saulės užtemimo variantas matomas tada, kai Mėnulio jaunatis sutampa su didžiausiu jo nuotoliu nuo Žemės. Tokiu atveju Mėnulio kampinis dydis dangaus skliaute yra šiek tiek mažesnis, nei Saulės, ir net jei jų takai danguje susikerta, visa Saulė neuždengiama. Toks užtemimas vadinamas žiediniu, nes jo metu kurį laiką Saulė atrodo kaip storas žiedas. Beje, nesupainiokite šio „žiedo“ su kitu užtemimuose matomu taip pat vadinamu dalyku. Prieš pat Mėnuliui pilnai uždengiant Saulę, ir jam tik pradedant trauktis, Saulės diskas porai sekundžių sužimba, atrodytų, gerokai ryškiau. Toks vaizdas vadinamas „žiedu ir deimantu“.

Bet kurio užtemimo metu Mėnulio siluetas per Saulę juda priešinga kryptimi, nei šie kūnai juda dangaus skliautu, t. y. iš vakarų į rytus. Taip yra todėl, kad Mėnulis aplink Žemę sukasi ta pačia kryptimi, kaip ir Žemė aplink Saulę, bet žymiai greičiau. Jei Žemė nesisuktų aplink savo ašį, abu dangaus kūnai judėtų iš vakarų į rytus, bet Mėnulis – greičiau. Dėl Žemės sukimosi atrodo, kad ir Saulė, ir Mėnulis, kyla rytuose, o leidžiasi – vakaruose, bet Mėnulio judėjimas dangaus skliautu yra vos vos lėtesnis. Taigi užtemimo metu Saulė „aplenkia“ Mėnulį, sudarydama įspūdį, jog pastarasis staiga ėmė judėti priešinga kryptimi.

Krauju nusidažęs Mėnulis

Mėnulis gali ne tik užtemdyti Saulę, bet ir pats pasislėpti šešėlyje, tik jau ne savo, o Žemės. Pilnaties metu Mėnulis taip pat gali atsidurti tiksliai už Žemės (žiūrint nuo Saulės), ir tada įvyksta Mėnulio užtemimas. Žemės šešėlis yra didesnis ir nutįsęs toliau, todėl Mėnulio užtemimai įvyksta šiek tiek dažniau (kasmet po porą kartų, skaičiuojant ir pilnus, ir dalinius), nei Saulės (maždaug vienas per metus, o pilnas – kas antrus metus). Taip pat, žinoma, Saulės užtemimą konkrečioje Žemės vietoje pamatyti tikimybė yra gerokai mažesnė, nei Mėnulio užtemimą, nes priešingai nei Saulės, Mėnulio užtemimas matomas visoje naktinėje Žemės pusėje vienu metu.

Dalinį Mėnulio užtemimą pastebėti gali būti sunku. Žemės pusšešėlis tik pritemdo Mėnulį, bet visiškai pjautuvu nepaverčia, taigi tik žvilgtelėjus sunku pasakyti, ar Mėnulis temsta, ar ne. Tačiau pilno užtemimo nesupainiosi su niekuo – Mėnulis nusidažo raudona spalva, atrodo lyg kruvinas. Kodėl gi taip yra? Čia „kalta“ Žemės atmosfera. Pro ją eidami, Saulės spinduliai yra visaip išskaidomi ore esančių dulkių, vandens lašelių ir net pačių oro molekulių. Trumpesnio ilgio bangos sugeriamos ir išsklaidomos gerokai labiau, nei ilgesnio, taigi pro atmosferą praėjusi Saulės šviesa yra gana raudona (beje, dėl tos pačios priežasties besileidžianti Saulė dažnai atrodo raudona). Šviesos spinduliai atmosferoje dar ir užlinksta, taigi paraudusi Saulės šviesa pakliūva ir į Žemės metamą šešėlį, taigi pasiekia ir Mėnulį. Būtent tokia „filtruota“ spinduliuotė ir nudažo Mėnulį raudonai.

O į viską pažiūrėjus moksliškiau...

Žinoma, Saulės ir Mėnulio užtemimai yra gražūs ir netgi kvapą gniaužiantys reiškiniai. Tačiau jie taip pat įdomūs ir mokslininkams; ne vienas ir ne du atradimai, susiję su Saule, buvo padaryti būtent užtemimų metu. Reikalas čia tas, kad užtemus Saulei, galima stebėti jos vainiką – labai karštų, bet labai retų dujų „atmosferą“, nusidriekusią milijonus kilometrų nuo Saulės „paviršiaus“ (abu šie terminai yra gana sąlyginiai, nes Saulės struktūra daugmaž tolygiai pereina iš tankios „skystos“ plazmos į išretėjusią „dujinę“ plazmą). Vainikas yra žymiai blyškesnis, nei Saulės diskas, todėl paprastai jo (beveik) nematyti.

Tačiau vainiko retumas turi ir teigiamų savybių – jame išryškėja daugiau spektro linijų, kurios pranyksta tankiuose Saulės paviršiaus sluoksniuose. Be to, blausesnė šviesa XIX amžiuje leido per užtemimus Saulę stebėti su tuometiniais prietaisais, kurie būtų neatlaikę pernelyg ryškios visos Saulės šviesos. Būtent šių dviejų dalykų dėka, stebint Saulės vainiką, 1868 metais buvo aptiktos neatpažintos spektro linijos; vėliau paaiškėjo, jog tai buvo pirmą kartą pastebėtas cheminio elemento helio pėdsakas. Tai buvo pirmasis cheminis elementas, kosmose atrastas anksčiau, nei Žemėje – tą nurodo ir jo pavadinimas, kilęs nuo graikiško žodžio helios, reiškiančio Saulę. Nors elemento pripažinimui prireikė dar kelių dešimčių metų ir jo aptikimo bei izoliavimo Žemėje, Saulės stebėjimų svarba čia yra nenuginčijama. Beje, vos metais vėliau, kito užtemimo metu, vainiko spektre buvo pastebėta dar viena neatpažinta linija. Ją bandyta „pripaišyti“ dar vienam neatrastam elementui; šis pavadintas „koroniu“ (nuo žodžio corona, reiškiančio „vainiką“, taigi lietuviškai turbūt būtų „vainikis“). Tačiau apskaičiuotos koronio savybės buvo labai keistos – jis turėjo būti lengvesnis už vandenilį, o branduolyje turėti ne sveiką skaičių protonų. Bet 1930-aisiais paaiškėjo, kad tą spektro liniją sukuria labai karšti geležies jonai, praradę net 13 elektronų, ir paslaptis buvo išaiškinta.

Beje, mokslininkai netruko pastebėti, kad Saulės disko pridengimas yra labai naudingas dalykas, ir nusprendė nebelaukti užtemimų, kad galėtų pasinaudoti jo teikiamomis galimybėmis. XX a. pirmoje pusėje buvo sukurtas koronografas – teleskopo priedas, uždengiantis tiesioginę Saulės šviesą ir leidžiantis stebėti jos vainiką. Paprasčiausias koronografas yra tiesiog juodas diskas, įtaisytas tinkamu atstumu nuo objektyvo, tačiau yra ir sudėtingesnių variantų (įvairūs filtrai, praleidžiantys tik dalį šviesos, ir taip toliau). Tokia alternatyva savo kokybe nusileidžia tikram užtemimui, nes atmosferoje išsisklaidantys Saulės spinduliai gadina vainiko vaizdą, bet bent jau nereikia laukti metų ar dviejų, kol Mėnulis teiksis padaryti šitą darbą.

Koronografai yra naudojami ne tik Saulės stebėjimams. Ieškant planetų prie kitų žvaigždžių, jei bandoma jas pamatyti tiesiogiai, žvaigždės šviesa yra labai didelis trukdis. Bet kuri žvaigždė už savo planetas yra gerokai skaistesnė, tad jos šviesoje pamatyti aplink besisukančius akmenėlius – bergždžias darbas. Bet jei ant teleskopo uždedame koronografą (savaime suprantama, tinkamo dydžio, kad neuždengtų visos planetinės sistemos), tai planetas įžiūrėti kartais tampa įmanoma.

Tamsai pasitraukiant

Atrodytų, toks paprastas reiškinys tie Saulės ir Mėnulio užtemimai. Bet geriau pasigilinus, aptinkama visokių keistenybių ir įdomybių. Viena to priežastis – astronomijoje (kaip ir daugelyje kitų mokslų) yra daugybė sąsajų tarp iš pirmo žvilgsnio skirtingų dalykų. Štai ir čia: nuo planetinių sistemų stabilumo, iki refrakcijos Žemės atmosferoje, ir vėl iki planetinių sistemų, tik jau jų ieškojimo. Tokie sąryšiai yra vienas iš įdomiausių mokslinių tyrimų bruožų, ir jų atradimas dažnai priveda prie naujų proveržių, teorijų ir kitaip keičia bei gerina mūsų supratimą apie supantį pasaulį. Ir netgi paprastuose dalykuose dažnai slypi nuostabios įžvalgos, tereikia tik mokėti jas pamatyti.

Komentarai (6)