Zaćmienie Słońca – dlaczego to takie wyjątkowe zjawisko?

Zaćmienie Słońca to wspaniałe widowisko astronomiczne. Zastanówmy się nad szczególnymi warunkami, w jakich do niego dochodzi.

Już za 2 miesiące, 8 kwietnia 2024 roku, mieszkańcy Ameryki Północnej będą mieli okazję doświadczyć czegoś niesamowitego: całkowitego zaćmienia Słońca¹. Część z nas pamięta zaćmienie Słońca, jakie miało miejsce 11 sierpnia 1999 roku w Europie. Niestety zaćmienie całkowite ominęło Polskę (było ono widoczne m.in. we Francji i Rumunii). W naszym kraju mieliśmy okazję widzieć tylko zaćmienie częściowe, kiedy Księżyc przysłonił dla nas ok. 82-92% tarczy słonecznej. Wciąż jednak było to ciekawe przeżycie dla wielu Polaków.

Czym jest zaćmienie Słońca?

Od czasu do czasu na naszej planecie dochodzi do zaćmień Słońca. Dzieje się tak wtedy, gdy Ziemia, Księżyc i Słońce znajdą się w jednej linii, co skutkuje zasłonięciem Słońca przez Księżyc i rzutem cienia na fragment powierzchni naszej planety. Zaćmienia mogą być całkowite lub obrączkowe, natomiast poza pasem największego zaćmienia mają charakter częściowy. Zależy to w największej mierze od aktualnej odległości Księżyca od Ziemi. Im Księżyc jest dalej od nas, a zwłaszcza w apogeum, tym jest ono mniejsze na niebie. To skutkuje zaćmieniem obrączkowym, takim jakie miało miejsce również w Ameryce Północnej 14 października 2023 roku².

Zaćmienia zdarzają się wszędzie we Wszechświecie, gdzie spełnione są odpowiednie warunki. Planeta musi mieć wystarczająco dużego satelitę wystarczająco blisko siebie, aby mógł on przysłonić co najmniej znaczną część tarczy słonecznej. Przykładowo 2 kwietnia 2022 roku miało miejsce częściowe zaćmienie Słońca na Marsie, a jego sprawcą był malutki księżyc planety Fobos. Zarejestrował je łazik Perseverance³. Fobos jest jednak zbyt mały, aby przysłonił całą tarczę Słońca. Ale większe satelity również istnieją i jeśli tarcza takiego satelity jest większa niż tarcza gwiazdy macierzystej, to czasami może ją zakrywać całkowicie. Wtedy mamy do czynienia z tzw. superzaćmieniem.

Czym są zaćmienia doskonałe?

Jednak zaćmienia Słońca na Ziemi mają niezwykłą cechę. Okazuje się bowiem, że tarcza Księżyca na ziemskim niebie jest praktycznie tak samo szeroka, jak tarcza Słońca! W perygeum Księżyca jego tarcza jest minimalnie większa od tarczy słonecznej, a w apogeum nieco mniejsza od niej. Gdyby Księżyc był mniejszy lub dalej od nas, nie mielibyśmy zaćmień całkowitych. Natomiast gdyby był większy lub bliżej nas, nie mielibyśmy zaćmień obrączkowych, a jedynie superzaćmienia. Oprócz tego Księżyc jest ciałem okrągłym, a nie nieregularnym jak marsjański Fobos.

Nie chodzi jednak tylko o to, aby Księżyc zakrywał całą tarczę słoneczną (choć i to jest zjawiskowe samo w sobie). Sztuka polega na tym, aby działo się to przy absolutnie minimalnej różnicy wielkości obu tarcz. Innymi słowy, aby dochodziło do zaćmień doskonałych, a nie superzaćmień. Dzięki temu w momencie zaćmienia całkowitego Księżyc zakrywa fotosferę Słońca (czyli jego powierzchnię), ale nie chromosferę, najniższą warstwę jego atmosfery⁴.

Zaćmienia Słońca – wartość naukowa

Gdyby Księżyc był odpowiednio większy lub bliżej nas, tj. gdybyśmy mieli do czynienia z superzaćmieniem, to chromosferę widzielibyśmy zbyt krótko, tylko przy rozpoczęciu pełnego zaćmienia i przy jego końcu. Z kolei gdyby Księżyc był zbyt mały lub dalej od nas, to mielibyśmy tylko zaćmienia obrączkowe, podczas których widoczna jest fotosfera. Jest ona jednak zbyt jasna, abyśmy mogli widzieć chromosferę. To jest właśnie to, co czyni zaćmienia Słońca na Ziemi wyjątkowymi w skali nawet Kosmosu. Okazuje się bowiem, że widoczność chromosfery Słońca podczas zaćmienia ma niezwykłą wartość naukową.

Można przytoczyć dwa ważne przykłady. Po pierwsze, dzięki całkowitemu zaćmieniu Słońca w Indiach w 1868 roku francuski astronom Jules Jansenn mógł dostrzec w pryzmacie linię spektralną oznaczającą nieznany mu pierwiastek. Tym pierwiastkiem okazał się hel, nazwany zresztą na cześć Słońca właśnie⁵. I po drugie, w 1919 roku brytyjski astronom Arthur Eddington i jego zespół zrobili zdjęcia Słońca podczas zaćmienia całkowitego. Okazało się, że gwiazdy widoczne przy chromosferze Słońca miały nieznacznie zmienione pozycje. W ten sposób potwierdzono po raz pierwszy zakrzywienie czasoprzestrzeni przez grawitację, przewidziane przez Alberta Einsteina w ramach ogólnej teorii względności⁶.

Zbieg okoliczności?

Zastanówmy się przez chwilę, jakie mamy niesamowite szczęście, że żyjemy na planecie, wokół której obiega taki właśnie satelita. Co więcej, według naukowców nie zawsze tak było! Zmierzyli oni, że Księżyc oddala się od nas 3,8 cm rocznie⁷. Obliczyli również, że 2,46 mld lat temu miał on być 60 000 km bliżej nas niż obecnie. Innymi słowy, miał być oddalony od Ziemi średnio o 322 000 km, a nie o 384 000 km, jak dziś⁸. To ok. 15-16% bliżej Ziemi. Wtedy mielibyśmy do czynienia z superzaćmieniami i chromosfera nie byłaby odpowiednio widoczna. Co więcej, nie byłoby to możliwe przez prawie cały tzw. czas geologiczny Ziemi. A jednak obecnie, kiedy na Ziemi żyje człowiek rozumny, zdolny do badań naukowych, Księżyc sprawił mu ten prezent⁹.

Aż się ciśnie na usta pytanie: czy to wszystko naprawdę tylko przypadek? Prawda jest taka, że moglibyśmy wymienić wiele różnych zbiegów okoliczności pozwalających nam skutecznie odkrywać i okiełznywać świat. Chociażby fakt, że przy tak grubej i gęstej atmosferze ziemskiej jej skład (głównie azot i tlen) pozwala na jej przezroczystość. Dzięki temu jesteśmy w stanie nie tylko swobodnie oddychać, ale również widzieć dalekie obiekty, a nawet badać gwiazdy¹⁰. Innym zbiegiem okoliczności wydaje się być reakcja spalania, do której potrzebne są tylko trzy powszechnie występujące pierwiastki kluczowe dla życia na Ziemi (węgiel, wodór i tlen) i odpowiednia energia. Jest to jednocześnie reakcja na tyle mała, że da się ją kontrolować i okiełznać w celu stworzenia technologii¹¹.

Zbyt dużo zbiegów okoliczności

Jesteśmy do tego wszystkiego przyzwyczajeni, dlatego rzadko kiedy zauważamy te „przypadki”. Zastanówmy się jednak, co by było, gdyby prawa fizyki i stałe kosmologiczne pozwoliły na powstanie i rozwój życia na Marsie zamiast na Ziemi, a wraz z tym życiem istoty rozumnej. Albo na Wenus. Albo na innej planecie skalistej, gdzie nie zachodzi reakcja spalania, a atmosfera jest zbyt mało przezroczysta, aby było widać gwiazdy. A nawet gdyby wszystko było jak na Ziemi, to ta planeta zapewne nie miałaby takiego Księżyca, jaki ma nasz kosmiczny dom.

Prawdopodobieństwo, że to wszystko przypadek, jest tak minimalne, że nawet niewarte uwagi. Nasz kosmiczny dom, a nawet cały Wszechświat, wydają się być skrupulatnie zaprojektowane. Jeśli coś wygląda na papugę, porusza się jak papuga i wydaje dźwięki jak papuga, to najprawdopodobniej jest to papuga. Analogicznie, jeśli coś nieodparcie sprawia wrażenie projektu, to musi to być projekt. W tym wypadku chodzi o megaprojekt o nazwie Wszechświat, w którym zawarte są mniejsze projekty: Ziemia, życie, a także człowiek. Zaliczają się do nich również projekty o nazwie Księżyc i zaćmienia.

Zaćmienia Słońca – podsumowanie

Jak napisano w Księdze Rodzaju: „Bóg uczynił dwa duże ciała jaśniejące: większe, aby rządziło dniem, i mniejsze, aby rządziło nocą, oraz gwiazdy. I umieścił je Bóg na sklepieniu nieba, aby świeciły nad ziemią”¹². Tym drugim ciałem jaśniejącym jest właśnie Księżyc. Stwórca uczynił go po to, aby wyznaczał miesiące i dni miesięcy. Ale oprócz tego uczynił go w taki sposób, aby jego tarcza była praktycznie równa tarczy Słońca.

Dzięki temu od czasu do czasu otrzymujemy doskonałe zaćmienia całkowite Słońca, z których najbliższe będzie 8 kwietnia bieżącego roku w Ameryce Północnej (w Europie najbliższe będzie dopiero 12 sierpnia 2026 roku w Islandii i Hiszpanii¹³). Dla osób tam żyjących i przybyszów z całego świata, będzie to wspaniała okazja, aby głęboko zachwycić się oszałamiającym dziełem Boga. Tylko pamiętajcie, aby ostrożnie patrzeć na Słońce, najlepiej przez odpowiednie okulary z filtrem słonecznym (inaczej można stracić wzrok)!

Przypisy

1. Zob. 2024 Total Eclipse: Where & When, NASA, https://science.nasa.gov/eclipses/future-eclipses/eclipse-2024/where-when/
2. Zob. 2023 Annular Eclipse: Where & When, NASA, https://science.nasa.gov/eclipses/future-eclipses/eclipse-2023/where-when/
3. NASA’s Perseverance Rover Captures Video of Solar Eclipse on Mars, NASA Science Mars Exploration, 20.04.2022, https://mars.nasa.gov/news/9172/nasas-perseverance-rover-captures-video-of-solar-eclipse-on-mars/
4. Gonzalez G., Richards J. W., Wyjątkowa planeta. Dlaczego nasze położenie w kosmosie umożliwia odkrycia naukowe, Fundacja En Arche, Warszawa 2021, s. 27-45
5. Williams M., Who Discovered Helium?, Universe Today, 14 marca 2016, https://www.universetoday.com/53563/who-discovered-helium/
6. Landau E., A Total Solar Eclipse 100 Years Ago Proved Einstein’s General Relativity, Smithsonian Magazine, 24 maja 2019, https://www.smithsonianmag.com/science-nature/total-solar-eclipse-100-years-ago-proved-einsteins-general-relativity-180972278/
7. Davies J., Lantink M., Our moon has been slowly drifting away from Earth over the past 2.5 billion years, The Conversation, 10.10.2022, https://theconversation.com/our-moon-has-been-slowly-drifting-away-from-earth-over-the-past-2-5-billion-years-189937
8. Lantink M. L. et al., Milankovitch cycles in banded iron formations constrain the Earth–Moon system 2.46 billion years ago, PNAS, vol. 119, no. 40, 26.09.2022, https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2117146119
9. Gonzalez G., Richards J. W., op. cit.
10. Ibid., s. 90-107
11. Ibid., s. 346
12. Rdz 1,16-17 BT
13. Zob. https://nso.edu/for-public/eclipse-map-2026/