Saulės ir Mėnulio regimasis judėjimas. Užtemimai

Dieną žvaigždžių nematome ir negalime pasakyti, kuriame žvaigždyne yra Saulė. Tačiau galime stebėti žvaigždėtą dangų saulėlydžio kryptimi vos tik nusileidus Saulei ir pasistengti atpažinti žvaigždynus bei šviesiausias regimas žvaigždes, kurios pasirodo tirštėjant sutemoms. Tada po kurio laiko pastebėsime, kad ankstesniais vakarais matytos žvaigždės jau nusileido, o aukščiau jų buvusios žvaigždės ir žvaigždynai atsidūrė arti laidos. Tai rodo, kad Saulė juda žvaigždžių atžvilgiu rytų kryptimi, ir jos pusiaujinės koordinatės (rektascensija ir deklinacija) nuolat kinta. Šis stebimas reiškinys yra Saulės regimasis judėjimas žvaigždžių atžvilgiu, o iš tiesų, Žemei skriejant aplink Saulę, ji matoma vis kitų žvaigždynų projekcijoje (2.6.1 pav.).

Ekliptikos apskritimas E'E nesutampa su dangaus pusiaujo apskritimu, bet yra į jį pasviręs kampu ε = 23,44° (2.6.2 pav.). Iš tiesų tai rodo, kad šiuo kampu yra pasviręs Žemės pusiaujas į orbitos plokštumą. Dėl šio posvyrio ekliptikos taškų (Saulės) deklinacijų vertės svyruoja ±23,44°.

Ekliptika kerta dangaus pusiaują dviejuose taškuose: pavãsario lygiãdienio taškè (žymimas simboliu ) ir rudeñs lygiãdienio taškè (žymimas simboliu ). Pavasario lygiadienio taške Saulė būna kovo 20–21 d., o rudens lygiadienio taške – rugsėjo 23 d. Tomis datomis dienos ir nakties trukmė susilygina. Ekliptikos taškai, nutolę per 90° nuo lygiadienio taškų, vadinami saulėgrįžų taškais. Vãsaros saulėgrįžos tãšką Saulė pasiekia birželio 21 d. Jos centro deklinacija tada lygi +23,44° ir būna toliausiai nuo dangaus pusiaujo į šiaurę. Žiemõs saulėgrįžos tãšką Saulė pasiekia gruodžio 21 d. Jos centro deklinacija tada lygi −23,44° ir būna toliausiai nuo dangaus pusiaujo į pietus.

Žvaigždinių metų trukmė – 365,2564 saulinės paros (žr. 2.8.1 skyrelį) – lygi Žemės apskriejimo aplink Saulę periodui. Tačiau žmonių praktinius poreikius labiau atitinka vadinamieji atogrąžiniai metai, susiję su metų laikų kaita.

Atogrąžinių metų trukmė – 365,2422 saulinės paros. Ši trukmė yra kiek mažesnė už žvaigždinius metus dėl lygiadienių precesijos.

Ekliptika eina per 13 žvaigždynų. Dvylika iš jų vadinami Zodiãko žvaigždýnais ir žymimi atitinkamais simboliais: Žùvys (), Ãvinas (), Taũras (), Dvyniaĩ (), Vėžỹs (), Liū̃tas (), Mergẽlė (), Svarstỹklės (), Skorpiònas (), Šaulỹs (), Ožiarãgis () ir Vandẽnis (). Tryliktasis žvaigždynas Gyvãtnešis įsiterpė tarp Skorpiono ir Šaulio, kai buvo patikslintos žvaigždynų ribos (žr. 2.6.1 pav.). Pavasario lygiadienio taškas iš Avino žvaigždyno yra pasislinkęs į Žuvų žvaigždyną dėl precesijos, bet laikantis senovinės tradicijos vis tiek žymimas Avino simboliu . Vasaros saulėgrįžos taškas yra ties Tauro ir Dvynių žvaigždynų riba. Rudens lygiadienio taškas šiuo metu yra Mergelės žvaigždyne, bet laikantis senovinės tradicijos žymimas Svarstyklių simboliu  . Žiemos saulėgrįžos taškas yra Šaulio žvaigždyne. Zodiako žvaigždynų geometrinės konfigūracijos ir kampiniai matmenys skirtingi, todėl jie apima nevienodo ilgio ekliptikos apskritimo atkarpas. Dėl to Saulė skirtinguose Zodiako žvaigždynuose išbūna skirtingą laiką. Tai iliustruoja 2.6.1 pav., kuriame įrašytos tam tikro mėnesio dienos rodo datą, kada Saulė pereina iš vieno Zodiako žvaigždyno į kitą, gretimą, žvaigždyną.

Mėnùlis yra vienintelis Žemės gamtinis palydovas ir jai artimiausias dangaus kūnas. Aplink Žemę jis skrieja elipsės orbita, kurios mažiausias atstumas nuo Žemės centro (perigėjuje) – 363 300 km, o didžiausias (apogė̃juje) – 405 500 km. Vidutinis Mėnulio atstumas nuo Žemės – 384 400 km. Mėnulis skrieja orbita ta pačia kryptimi, kaip ir sukasi Žemė, bet gerokai lėčiau. Šį judėjimą atspindi regimasis Mėnulio slinkimas iš vakarų į rytus žvaigždžių fone. Per parą Mėnulis pasislenka į rytus žvaigždžių atžvilgiu apie 13° ir per 27,32^d sugrįžta į tą pačią regimąją padėtį žvaigždžių atžvilgiu. Šis laiko tarpas lygus Mėnulio apskriejimo aplink Žemę periodui ir vadinamas žvaigždiniù mėnesiu.

Žvaigždinis mėnuo, arba Mėnulio orbitinis periodas, lygus 27,32^d.

Mėnulis taip pat lėtai sukasi apie savo ašį orbitinio judėjimo kryptimi. Apsisukimo apie ašį periodas yra lygus žvaigždiniam mėnesiui. Dėl to iš Žemės visą laiką matomas tas pats Mėnulio pusrutulis.

Mėnuliui skriejant aplink Žemę, nuolat keičiasi jo padėtis Žemės ir jį apšviečiančios Saulės atžvilgiu. Dėl to keičiasi regimoji Mėnulio išvaizda, vadinamosios fazės. Mėnulio fazių kaita parodyta 2.6.3 pav. Pagrindinės Mėnulio fazės yra šios: jáunatis, priešpilnis, pilnatis ir delčià. Mėnulis, praslinkęs tarp Saulės ir Žemės, atsiduria jungtyje su Saule (žr. 2.9 posk.) ir stoja jáunaties fãzė. Tada Saulė apšviečia priešingą Žemei Mėnulio pusrutulį, o į Žemę atgręžtas Mėnulio pusrutulis yra tamsus, nematomas. Maždaug po 2–3 dienų vakaruose tuoj po saulėlydžio pasirodo siauras Mėnulio pjautuvas – jáunas Mėnùlis. Ilgainiui, per 7 dienas nuo jaunaties fazės, šis pjautuvas išauga iki pusės skritulio ir Mėnulis pasiekia priešpilnio fãzę, kada matome pusę Saulės apšviesto Mėnulio pusrutulio. Šios fazės Mėnulis pateka dieną ir matomas iki vidurnakčio. Po 14–15 dienų nuo jaunaties Mėnulis, skriedamas savo orbita, atsiduria priešingoje nuo Saulės pusėje ir pasiekia opoziciją (žr. 2.9 posk.) Saulės atžvilgiu. Tada matome visą Saulės apšviestą Mėnulio pusrutulį – stoja pilnaties fãzė. Mėnulis pateka leidžiantis Saulei, matomas visą naktį ir nusileidžia tekant Saulei. Po pilnaties fazės Mėnulio regimasis diskas ima dilti, ir maždaug po 7 dienų jau matome tik disko pusę – stoja delčiõs fãzė. Šios fazės Mėnulis pateka apie vidurnaktį ir nusileidžia dieną. Toliau Mėnulio skritulio pusė vis siaurėja ir tampa panaši į siaurą pjautuvą. Po 14–15 dienų nuo pilnaties Mėnulis vėl pasiekia jungtį su Saule ir dingsta rytmečio Saulės spinduliuose.

Sinodinio mėnesio trukmė 29,53^d, t. y. sinodinis mėnuo apie 2,2^d ilgesnis už žvaigždinį mėnesį. Šių mėnesių trukmės skirtumą paaiškina 2.6.4 pav. schema. Šioje schemoje 1 situacija vaizduoja Saulės, Žemės (Ž) ir Mėnulio (M) išsidėstymą, kai Mėnulis buvo pilnaties fazėje. Per žvaigždinį mėnesį (orbitinį periodą), kurio trukmė 27,3^d, Mėnulis apskrieja Žemę ir vėl atsiduria toje pačioje dangaus sferos regimoje vietoje A žvaigždės atžvilgiu (2 situacija). Tačiau per tą laiką Žemė pasislinko savo orbita (ŽO) ir Saulės regimoji padėtis dangaus sferoje pasikeitė – Saulė pasislinko į rytus žvaigždžių atžvilgiu. Todėl Mėnulis dar nėra pasiekęs pilnaties fazės. Mėnulis vėl pasieks pilnaties fazę maždaug po 2,2^d, kai Žemė ir Mėnulis dar pasislinks savo orbitomis (3 situacija).

Mėnulis judėdamas savo taku trumpam uždengia toliau už jo esančius šviesulius. Kartais Mėnulis iš dalies arba visiškai uždengia ir Saulę – tada įvyksta Sáulės užtemimas.

Mėnulio skersmuo yra apie 400 kartų mažesnis už Saulės skersmenį, o Mėnulio atstumas nuo Žemės yra apie 400 kartų mažesnis už Saulės atstumą, todėl abiejų šių objektų regimieji kampiniai matmenys, matomi iš Žemės, yra maždaug vienodi – apie 0,5°. Vadinasi, per užtemimą Mėnulis gali visiškai uždengti Saulę. Saulės užtemimo schema pavaizduota 2.6.6 pav.

Saulės užtemimai gali įvykti tik tada, kai Mėnulis yra jungtyje su Saule (t. y. kai stoja jaunatis). Mėnulio šešėlis, pasiekiantis Žemę, yra daug mažesnis už Žemės matmenis, todėl uždengia tik nedidelį Žemės rutulio plotą. Visiškąjį Sáulės užtemimą matys stebėtojas, esantis 1 zonoje, kurioje Mėnulio diskas visiškai uždengs Saulę. Dalinį Sáulės užtemimą matys stebėtojas, esantis 2 zonoje, kurioje Mėnulis uždengs tik Saulės disko dalį. Stebėtojas, esantis už šių zonų, jokio užtemimo nematys. Didžiausias ant Žemės metamo Mėnulio šešėlio skersmuo gali siekti iki 270 km, o pusšešėlio – 4500 km. Dėl Mėnulio orbitinio judėjimo ir Žemės sukimosi Saulės užtemimo zona slenka Žemės paviršiumi rytų kryptimi kelis tūkstančius kilometrų. Konkrečioje vietovėje visiškasis Saulės užtemimas trunka vos kelias minutes. Visiškojo Saulės užtemimo eiga iliustruojama 2.6.7 pav. Jame pateikta 2019 m. Čilėje įvykusio visiškojo Saulės užtemimo vizualizacija.

Kai Mėnulis yra ties tolimiausiu savo orbitos tašku (apogėjuje), jo regimasis diskas yra mažesnis už Saulės regimąjį diską. Jei tokiu atveju Mėnulis yra jungtyje su Saule ir abiejų objektų diskų regimieji centrai maždaug sutampa, įvyksta žiedinis Sáulės užtemimas. Šiuo atveju stebėtojas matys tamsų Mėnulio diską, apsuptą švytinčio Saulės disko pakraščių.

Mėnulis, kai yra opozicijoje (pilnaties fazėje), gali panirti į Žemės metamą šešėlį arba pusšešėlį. Tada įvyks Mėnùlio užtemimas (2.6.8 pav.).

Kai į Žemės šešėlį (1) panyra visas Mėnulio diskas, tada vyksta visiškasis Mėnùlio užtemimas, o kai tik jo dalis – dalinis Mėnùlio užtemimas. Kai Mėnulis patenka į Žemės pusšešėlį (2), įvyksta pùsšešėlinis Mėnùlio užtemimas. Žemės šešėlio skersmuo ties Mėnulio orbita beveik 3 kartus didesnis už Mėnulio skersmenį, todėl visiškasis Mėnulio užtemimas gali trukti beveik dvi valandas. Esant visiškajam užtemimui Mėnulis matomas, bet tamsiai raudonos spalvos. Taip jį nuspalvina Žemės atmosferoje lūžę raudonieji Saulės spinduliai. Pusšešėlinis Mėnulio užtemimas sunkiai pastebimas. Mėnulio užtemimai vienu metu matomi visose Žemės rutulio vietovėse, kuriose tuo metu Mėnulis yra patekėjęs. Mėnulio užtemimo eiga nuo pradinės iki visiškojo užtemimo fazės iliustruojama 2.6.9 pav.

Saulės užtemimai įvyksta ne per kiekvieną Mėnulio jaunatį, o Mėnulio užtemimai – ne per kiekvieną pilnatį. Taip atsitinka dėl to, kad Mėnulio orbita yra pasvirusi 5° kampu į ekliptikos plokštumą. Todėl dažniausiai Mėnulio metamas šešėlis praeina šalia Žemės, o Mėnulis pilnaties fazėje praskrieja šalia Žemės šešėlio. Užtemimai gali įvykti tik tada, kai Saulė ir Mėnulis yra ties vienu iš Mėnulio orbitos mazgų (žr. „Mėnulio judėjimas“). Per metus gali įvykti 2–5 Saulės užtemimai ir iki 2 Mėnulio užtemimų. Toje pačioje Žemės rutulio vietoje visiškieji Saulės užtemimai pasikartoja kas 200–300 metų, o daliniai – kas 2–3 metus.