Zatmění Slunce

Pro vznik zatmění Slunce je nezbytně nutná přítomnost našeho souputníka – Měsíce. Ten se na své dráze občas dostane přesně mezi Slunce a Zemi a tudíž brání slunečním paprskům dopadnout na zemský povrch. Díky shodě okolností se Měsíc, který je ve skutečnosti 400krát menší než Slunce, nachází asi 400krát blíže k Zemi než Slunce. To znamená, že úhlové průměry obou těles na obloze jsou přibližně stejné a blíže obíhající Měsíc může vzdálené Slunce zakrýt, čímž dochází ke vzniku úplného zatmění Slunce. (Správněji bychom měli hovořit o zákrytu Slunce Měsícem – ve skutečnosti nastává pouze zatmění Měsíce, a to tehdy, když náš souputník vstoupí do zemského stínu.)

Vznik slunečního zatmění schematicky znázorňuje níže uvedený obrázek. Jestliže Měsíc na své dráze kolem Země projde mezi Sluncem a Zemí tak, že měsíční stín obklopený polostínem dopadne na zemský povrch, pak v místech, nacházejících se v měsíčním stínu, můžeme pozorovat úplné zatmění Slunce, v místě dopadajícího polostínu pak částečné zatmění Slunce.

Pokud by dráha Měsíce kolem Země ležela v rovině ekliptiky (ekliptika = rovina proložená dráhou Země kolem Slunce), pak by nastalo zatmění Slunce při každém měsíčním novu. Ve skutečnosti je však rovina oběžné dráhy Měsíce skloněna vůči rovině ekliptiky o úhel 5° 8´ 43,4“ (tj. přibližně 5,15°). Zatmění Slunce tak může nastat pouze v době, kdy se Slunce při pohledu ze Země nachází poblíž výstupného nebo sestupného uzlu měsíční dráhy. Jinými slovy: Slunce i Měsíc se při pohledu ze Země „setkají“ na obloze v jednom místě – bližší Měsíc postupně zakrývá vzdálenější Slunce.

Schematické znázornění vzniku zatmění Slunce

Je-li Slunce od některého měsíčního uzlu v menší vzdálenosti než 9,6°, musí nastat úplné zatmění Slunce. Při vzdálenosti 9,6° až 11,9° musí nastat zatmění částečné, avšak může nastat i úplné. Je-li vzdálenost Slunce od uzlu 11,9° až 15,4°, musí nastat zatmění částečné, při vzdálenosti 15,4° až 18,4° může částečné zatmění nastat. Ve větší vzdálenosti Slunce od uzlu než 18,4° zatmění vůbec nemůže nastat.

Zda pozorovatel uvidí zatmění Slunce jako částečné nebo úplné, či je neuvidí vůbec, záleží na vzájemné poloze místa pozorovatele, natočení zeměkoule vzhledem ke Slunci a poloze Měsíce vzhledem k Zemi a Slunci. Svoji roli zde také hraje vzdálenost Měsíce od Země a částečně i vzdálenost Země od Slunce.

Rozměry stínu a polostínu tedy závisí na vzdálenostech mezi Sluncem a Zemí, mezi Zemí a Měsícem, a také na výšce Slunce nad obzorem v dané oblasti. V důsledku pohybu Měsíce kolem Země se měsíční stín (stejně tak polostín) rychle přemísťuje po zemském povrchu od západu k východu rychlostí asi 1 km/s. Z tohoto důvodu je úkaz úplného zatmění pro určité místo na Zemi časově omezen a může trvat nejdéle 7,5 minuty. Částečná zatmění Slunce mají mnohem delší dobu trvání, nejdéle však asi 2,5 hodiny.

V místech na zemském povrchu, kde se pohybuje plný měsíční stín, nachází se pásmo viditelnosti úplného zatmění Slunce. Šířka plného stínu na zemském povrchu je nejvýše 270 km (například při úplném zatmění 31. 7. 1981 nepřesáhla šířka pásma 112 km). Z určitého konkrétního místa na zemském povrchu lze proto úplné zatmění Slunce pozorovat přibližně jednou za 360 let. V Praze bylo naposled viditelné úplné zatmění Slunce 12. 5. 1706 (pro Valašské Meziříčí byla tehdy velikost zatmění 0,956), příští nastane až 7. 10. 2135 (podle výpočtů pomocí programu Occult bude v Praze na Petříně velikost zatmění pouze 0,993, ve Valašském Meziříčí 1,051).

Schematické znázornění částečného, úplného a prstencového zatmění Slunce

Z té části zemského povrchu, kde dopadne polostín, lze pozorovat částečné zatmění Slunce, které je vzhledem k větší šířce polostínu mnohem častější (pro dané místo na zemském povrchu). Poslední částečné zatmění Slunce, viditelné z území České republiky, nastalo 11. 8. 1999, další nastane 31. 5. 2003.

Protože Měsíc obíhá kolem Země po eliptické dráze v rozmezí 356 375 až 406 720 km, může se stát, že zatmění Slunce nastane v době, kdy se Měsíc nachází právě nejdále od Země a jeho úhlový průměr na obloze je menší než úhlový průměr Slunce. To znamená, že Měsíc není schopen zakrýt celé Slunce, ze kterého lze v době maximální fáze zatmění pozorovat jakýsi „prstýnek“. Podle toho je toto zatmění označováno jako prstencové zatmění Slunce.

Zatmění Slunce (a Měsíce) se periodicky opakují v cyklu trvajícím 6 585 dnů, 7 hodin a 42 minuty (tj. 18 let, 10 nebo 11 dnů – záleží na tom, zda tento interval zahrnuje 4 nebo 5 přestupných roků – 7 hodin a 42 minuty). Po uplynutí této doby (perioda, kterou znali již Chaldejci před dvěma a půl tisíci lety a kterou Řekové nazývali Saros) se zatmění opakují ve stejném pořádku. Je-li Měsíc některý den v novu (nebo v úplňku) a současně v uzlu své dráhy, bude se stejná situace opakovat za 18 let a 11 dnů, čili za 223 synodických měsíců. Tato doba musí uplynout, aby se Měsíc vrátil do stejné fáze a do stejného uzlu. Za stejné období uplyne 242 drakonických měsíců. Ne však úplně přesně:

223 synodických měsíců    =  568 971 744,4 s
242 drakonických měsíců  =  568 974 863,6 s
rozdíl  =  3 119,2 s  =  51 m 59,2 s.

Z toho plyne, že průchod Měsíce uzlem nastane v příštím období Sarosu přibližně o 1 hodinu později než v období předešlém. To znamená, že zatmění nebudou přesně stejná. Zatmění začne jako částečné, po několika periodách Sarosu bude úplné, později se zase stane částečným, až nakonec zanikne a bude nahrazeno nově vznikajícím zatměním. V periodě Saros nastává 70 zatmění, z toho 41 slunečních a 29 měsíčních.

Ještě těsnější souhlas dává 716 synodických a 777 drakonických měsíců; časový rozdíl mezi oběma násobky činí jen 9 minut 46,1 sekundy. Zatmění se tedy mohou ještě přesněji opakovat po uplynutí 21 144 dnů, čili přibližně po 58 letech. Avšak existují ještě delší časové intervaly, pro něž tento vztah platí dokonce ještě s větší přesností.

V předcházejícím textu se objevily pojmy jako „synodický měsíc“ či „drakonický měsíc“. Připomeňme si, o jaké časové úseky v pohybu Měsíce se jedná:

1. synodický měsíc (= doba mezi dvěma stejnými fázemi, například od úplňku do úplňku):  29 d  12 h  44 m  2,8 s
2. siderický měsíc (= jeden oběh kolem Země, tj. o 360°): 27 d  7 h  43 m  11,5 s
3. drakonický měsíc (= doba mezi dvěma průchody uzlovým bodem): 27 d  5 h  5 m 35,8 s
4. anomalistický měsíc (= doba mezi dvěma po sobě následujícími průchody Měsíce perigeem): 27 d  13 h  18 m  37,4 s
5. tropický měsíc (= doba, za kterou se Měsíc během svého pohybu po obloze vrátí k jarnímu bodu): 27 d  7 h  43 m  4,7 s

Doba trvání úplného zatmění Slunce je závislá na vzdálenosti Měsíce od Země a na vzdálenosti Země od Slunce. Když tohle všechno vezmeme v úvahu, zjistíme, že maximální doba, po kterou můžeme z určitého místa na zeměkouli pozorovat úplné zatmění Slunce, je 7 minut a 31 sekund. Obvykle je však délka zatmění mnohem kratší, což je způsobeno právě měnící se vzdáleností mezi Zemí a Měsícem a rovněž mezi Zemí a Sluncem. Nejdelší úplné zatmění Slunce v období od roku 2003 př. Kr. do roku 2526 po Kr. nastane 16. 7. 2186 a bude trvat 7 minut 29 sekund. Nejdelší zatmění ve 20. století nastalo 20. 6. 1955. Trvalo 7 minut 8 sekund a bylo pozorovatelné z oblasti Indického oceánu, jihovýchodní Asie a Pacifiku.

Na závěr ještě malý doplněk. Jak bylo v posledních letech zjištěno, Měsíc se od Země pomalu vzdaluje rychlostí asi 3,75 cm za rok. To znamená, že se postupně zmenšuje jeho úhlový průměr na obloze. Dá se spočítat (za zjednodušujícího předpokladu stále stejné rychlosti vzdalování), že asi za 600 miliónů let bude úhlový průměr Měsíce natolik malý, že nebudou nastávat úplná zatmění Slunce, nýbrž pouze částečná a prstencová. Protože se však rychlost vzdalování Měsíce od Země bude s postupem času zpomalovat, přestanou být úplná zatmění Slunce pozorovatelná asi za jednu miliardu let.

Několik zajímavostí, které se týkají zatmění Slunce

1. První úplné zatmění Slunce, které bylo zaznamenáno, se odehrálo v Číně 22. 10. 2137 př. Kr., jak je uvedeno v knize dokumentů Šu-King.
2. Doba trvání zatmění. Závisí na mnoha parametrech; jedním z nich je například okamžitá vzdálenost Měsíce od Země a s tím související okamžitá rychlost oběhu Měsíce kolem Země a úhlový průměr Měsíce. Maximální doba trvání prstencového zatmění je 12 minut 30 sekund při pozorování z jednoho místa na zemském povrchu. Úplné zatmění Slunce trvá poněkud kratší dobu – maximálně 7 minut 31 sekund. V následující tabulce jsou uvedena některá budoucí úplná zatmění Slunce s dobou trvání delší než 6 minut:

3. Počet zatmění v jednom roce. V jednom kalendářním roce může nastat maximálně 5 a minimálně 2 zatmění Slunce. Maximální počet zatmění nastal naposled v roce 1935 (5. ledna, 3. února, 30. června, 30. července a 25. prosince). Takováto situace se bude znovu opakovat až v roce 2206 (10. ledna, 7. června, 7. července, 1. a 30. prosince).
4. Dvě zatmění v jednom měsíci. Protože zatmění Slunce se mohou opakovat nejdříve za tzv. synodický měsíc (tj. přibližně za 29,5 dne), mohou nastat v jednom kalendářním měsíci i dvě zatmění Slunce – samozřejmě pozorovatelná na různých místech zeměkoule. Stalo se tak například 1. a 31. července 2000, další podobný případ se bude opakovat až 1. a 30. prosince 2206.
5. Kombinovaná zatmění Slunce. Jak již bylo uvedeno, rozlišujeme částečná, úplná a prstencová zatmění Slunce. Některá prstencová zatmění je možno v určitých oblastech na povrchu Země pozorovat jako úplná. Poslední takové zatmění nastalo 30. května 1984, příští nastane 8. dubna 2005.

Průměrná doba opakování zatmění Slunce pro jedno konkrétní místo na zemském povrchu je jednou za 375 let (podle jiného pramene). Stejnými oblastmi, jako 11. 8. 1999, bude procházet pás totality asi za 4 500 let. Například pro observatoř v Cincinnati (Ohio, USA) nastalo poslední úplné zatmění Slunce 2. 1. 1395 a další je očekáváno až 21. 10. 3046. V belgickém městě Ostende bylo naposled pozorováno úplné zatmění Slunce 29. 9. 878. Další nastanou 25. 5. 2142 a 14. 6. 2151. Již z tohoto krátkého výčtu je vidět, jak nepravidelně se úplná zatmění Slunce opakují pro jedno konkrétní místo.

Přesto existují na zemském povrchu oblasti, kde se opakují v průběhu 4 až 8 let celkem 3 úplná zatmění Slunce. V minulosti například na Filipínách (122° E, 17° N) byla pozorována sluneční zatmění 17. 7. 1814, 9. 11. 1817 a 4. 3. 1821. V budoucnu se podobná situace vyskytne například v Pacifiku, v oblasti jižně od Havajských ostrovů (156° až 159° W, 10° N), a to 17. 1. 2447, 12. 5. 2450 a 1. 5. 2451. Bylo spočítáno, že v letech 1401 až 3000 se vyskytne nejméně 77 „trojic“ úplných zatmění Slunce pro jedno místo v časovém intervalu do 20 let.

To však není všechno. Například pro oblast kolem 150° E, 59° N (severní pobřeží Ochotského moře) bude možno v rozpětí 15,6 roku pozorovat úplné sluneční zatmění celkem čtyřikrát (22. 8. 2408, 10. 4. 2415, 13. 8. 2417 a 31. 3. 2424). Abychom to nepřeháněli s číselnými údaji, nakonec „pětice“ úplných zatmění Slunce, pozorovatelných v rozpětí 31,8 roku v oblasti o souřadnicích 29° E, 23° N (tj. v poušti v jižní části Egypta): 14. 2. 2325, 20. 6. 2327, 5. 2. 2334, 31. 7. 2353 a 23. 11. 2356. To se dá snadno stihnout za jeden lidský život – je však nutno být ve správném čase na správném místě. Bohužel, podobné případy se střední Evropě vyhýbají.

Snad nejznámějším zatměním Slunce poslední doby je pro Evropany to, které nastalo 11. 8. 1999. Díky tomu, že tzv. pás totality – tj.  oblast, odkud bylo možno pozorovat úplné zatmění – se nacházel jen několik desítek kilometrů jižně od naší republiky, bylo zatmění snadno dostupné i pro velký počet občanů České republiky. A protože úkazu věnovaly velkou pozornost média, a také různí „proroci“, kteří tvrdili, že v den zatmění nastane konec světa, dozvědělo se o úkazu velké množství lidí. Přestože pro pozorovatele v České republice Měsíc zakryl přibližně 95 % slunečního disku a nastalo tedy pouze částečné zatmění, byl o úkaz veliký zájem.

Obdobná situace, kdy pás totality bude probíhat v blízkosti území České republiky, nastane až 3. 9. 2081.
V dávných dobách se lidé domnívali, že při zatmění je Slunce požíráno drakem. Křikem, bubnováním a střílením se jim vždy podařilo draka zahnat a tím Slunce „zachránit“...

Zatmění Slunce zaznamenaná historiky

Zatměním Slunce byla v minulosti věnována velká pozornost. Připomeňme si alespoň některá: