6.1. Затмения любят лето?

В условии этой задачи важно обратить внимание на слова «полные» и «у нас». Полным солнечное затмение бывает только в том случае, если для наблюдателя на Земле угловой размер лунного диска больше, чем солнечного, иначе яркий краешек Солнца не позволит заметить бледное сияние солнечной короны. А говоря «у нас», автор имеет в виду Северное полушарие Земли (не имея при этом ничего против Южного полушария).

Как известно, когда в Северном полушарии лето, Земля находится дальше от Солнца, чем зимой. Значит, летом угловой размер солнечного диска меньше, чем зимой. А видимый размер Луны не зависит от сезона, поскольку она сопровождает Землю по ее орбите. Угловые размеры солнечного и лунного дисков почти одинаковые. Поэтому небольшого сезонного различия в расстоянии до Солнца достаточно, чтобы иногда лунный диск оказался чуть меньше солнечного и не мог его полностью закрыть. Зимой это происходит чаще, чем летом. Вот почему зимой чаще наблюдаются кольцеобразные затмения Солнца, при которых вдоль края (астрономы говорят: вдоль лимба) Луны выступает яркое колечко солнечной поверхности. А летом чаще бывают полные затмения Солнца, поскольку Луне «легче» его закрыть.

6.2. Затмения любят тропики?

Луна движется по орбите в сторону вращения Земли со скоростью около 1 км/с. Тропики располагаются вблизи экватора. Наблюдатель на экваторе движется со скоростью около 0,5 км/с. Поэтому относительно него лунная тень бежит со скоростью около 1 – 0,5 = 0,5 км/с, то есть вдвое медленнее, чем относительно наблюдателя на полюсе.

6.3. Внеземные затмения

На Марсе полных солнечных затмений не бывает, хотя бывают частные: прохождения Фобоса и Деймоса на фоне солнечного диска уже наблюдали с помощью телекамер марсоходов. А с орбитальных аппаратов фотографировали полутени этих спутников на поверхности Марса.

На Юпитере бывают полные солнечные затмения: тени некоторых галилеевых спутников Юпитера регулярно видны на фоне облачной поверхности планеты.

6.4. В погоню за тенью

Из решения задачи 6.2 мы знаем, что скорость лунной тени, бегущей по земной поверхности, составляет от 0,5 км/с на экваторе до 1 км/с у полюсов. Сверхзвуковые самолеты летают с такой скоростью, и они уже догоняли лунную тень, значительно увеличивая продолжительность солнечного затмения.

6.5. Затмение на МКС?

Космонавты на Международной космической станции уже наблюдали солнечное затмение 8 апреля 2024 г. Но при этом они смотрели не вверх, а вниз. Дело в том, что МКС в саму лунную тень не попала, но увидеть ее движение по поверхности Земли космонавты смогли (см. рис. 68).

Возможно, когда-нибудь произойдет удачный пролет орбитальной станции сквозь тень Луны. Максимальный радиус лунной тени у Земли около 270 км, а скорость МКС относительно тени есть разница между орбитальными скоростями станции (8 км/с) и Луны (1 км/с), поэтому максимальная продолжительность затмения без учета разности наклонений орбит Луны и МКС составит 270 км/(8 – 1) км/с = 38,6 с.

Рис. 68. Наблюдение полного солнечного затмения 2024 г. с Международной космической станции: тень Луны

6.6. Луна большая и маленькая

Когда Луна в зените, наблюдатель ближе к ней на радиус Земли. Поскольку расстояние до Луны составляет около 60 радиусов Земли, ее угловой диаметр в зените в 60/59 раз больше, то есть почти на 2%. Этот факт лишь усиливает «парадокс большой Луны», диск которой кажется нам особенно крупным, когда Луна видна у горизонта.

6.7. Затмение на полюсе

В это время на Северном полюсе полярная ночь – Солнца не видно, оно постоянно под горизонтом. Поэтому и его затмение наблюдать не удастся.

6.8. Аэростат Google

Расстояние аэростата от наблюдателя (D) лежит в пределах от 32 км, когда шар в зените, до 640 км, когда он у горизонта (проверьте это самостоятельно, используя теорему Пифагора). Следовательно, угловой размер шара α = d/D = 15 м · 3438’/D. Здесь число 3438 – это количество минут дуги в радиане. Когда шар в зените (D = 32 км), получим α = 1,6’. А когда шар вблизи горизонта (D = 640 км), будет α = 4,8˝.

Таким образом, аэростат закроет не более 1/20 диаметра лунного или солнечного диска и для невооруженного глаза будет выглядеть как точка (если его вообще удастся заметить). Если он изготовлен из непрозрачного материала, то при наблюдении Солнца в телескоп его можно принять за солнечное пятно. Впрочем, от этого проекта Google уже отказался, ожидая появления спутникового интернета.

6.9. Затмения на Луне (1)

Когда с Земли наблюдается лунное затмение, на видимой стороне Луны можно увидеть солнечное затмение, что неоднократно фиксировалось камерами автоматических аппаратов. Например, 14 марта 2025 г. аппарат Blue Ghost частной фирмы Firefly Aerospace передал фото Земли в момент лунного затмения. Для Blue Ghost это было солнечное затмение.

С большой натяжкой можно сказать, что в этот же момент наблюдатель на Луне видит и лунное затмение, ведь тень Земли накрывает окружающий лунный пейзаж.

Рис. 69. Слева: вид на Землю с борта Blue Ghost в момент начала затмения.

Справа: почти полная фаза затмения (фаза «бриллиантового кольца»)

6.10. Затмения на Луне

Если не иметь в виду либрации Луны, позволяющие из узких краевых зон видеть Землю, то с обратной стороны Луны никакие затмения не видны. Правда, иногда можно увидеть прохождения Меркурия и Венеры по диску Солнца, но все же это не затмения.

6.11. Затмение Солнца на Марсе

Аппарат InSight опустился на расстоянии 4,5° к северу от экватора Марса. Орбита Фобоса лежит почти точно в плоскости марсианского экватора (i = 1°). Практически круглая орбита Фобоса имеет радиус 9377 км. Экваториальный радиус Марса – 3396 км. Средний диаметр Фобоса – 22,5 км. Поэтому для наблюдателя на поверхности Марса угловой размер Фобоса заключен в пределах от 22,5/9377 = 0,0024 рад = 8,2 мин дуги до 22,5/(9377 – 3396) = 0,0038 рад = 13 мин дуги. Таким образом, не принимая во внимание неправильную форму Фобоса, можно сказать, что его угловой размер для наблюдателя, находящегося вблизи экватора Марса, изменяется от 13 угловых минут (когда Фобос проходит вблизи зенита) до 8,2 минуты (когда он виден у горизонта).

А каков угловой размер солнечного диска? На Земле средний угловой диаметр солнечного диска – 32 минуты дуги. Большая полуось марсианской орбиты – 1,52 а.е. Значит, на Марсе средний угловой диаметр солнечного диска составляет 32/1,52 = 21 минуту дуги, то есть значительно превышает угловой размер Фобоса. Поэтому солнечные затмения на Марсе не могут быть полными. Если происходит центральное затмение, то условно его можно назвать кольцевым.