Sol og måneformørkelse

Transkript

1 Sol og måneformørkelse Universitetet i Agder / Tarald Peersen Solformørkelsen i Tyrkia 29. mars 2006 Solformørkelsen i Manavgat i Tyrkia 29. mars 2006 (Jan Lexander/Lex film 1 ) Dette sammensatte bildet viser en total solformørkelse 29. mars 2006 over Tyrkia. Både Solen og Månen har en relativ bevegelse mot øst i forhold til stjernene. Det vil si at Månen innhenter Solen men en vinkelhastighet på 12 garder pr døgn. Denne relative bevegelsen for Månen i forhold til Sola fører til en total solformørkelse dersom Sol, Jord og Måne ligger på linje. Hvorfor 1

2 12 grader pr døgn?: Månens sideriske periode (omløpstiden i forhold til stjernene) er 27,32 døgn. Månens omløpstid i forhold til Jorden (fra nymåne til nymåne) er 29,53 døgn. Det vil si at Månen beveger seg ca 12 grader mot øst i forhold til Sola pr døgn (29,53 døgn/ 360 grader). Formørkelsesbanen (blått) og penumbra området (rødt) på Jorden 29. mars 2006 (SkyMap Pro 10) Manavgat ligger i Tyrkia nær Middelhavet i syd, nordvest av Kypros (36g47mN, 31g26mE, tidssonen: -3 om sommeren). Bildet viser formørkelsesbanen på Jorden 29. mars Den mørke umbraflekken vil følge en bane på Jordens overflate fordi Månen beveger seg rundt Jorden samtidig som Jorden går i en bane rundt Solen. En observatør som befinner seg på denne banen vil oppleve en total solformørkelse. Bildet viser at umbraen passerer nordvest for Kypros, bildet viser også at Norge hadde en delvis solformørkelse denne dagen på ca 25%. Solformørkelsen varte i 3 minutter og 48 sekunder og hastigheten på den mørke flekken (umbraen) er ca 3000km/h disse to opplysningene gir en diameter på umbraen lik ca 200km. 2

3 Umbraen og penumbraen sett fra romstasjonen Mir Uinverse 8 ed /Jean-Pierre Haignere Under den totale solformørkelsen treffer spissen av umbraen Jordens overflate. På bildet ser vi umbraen (den mørke flekken som pilen peker mot) under solformørkelsen 11. august , bildet er tatt fra romstasjonen Mir. Vi ser også penumbraen, den sirkulære halvskyggen som ligger rundt umbraen. Den mørke umbraflekken vil følge en bane på Jordens overflate fordi Månen beveger seg rundt Jorden samtidig som Jorden går i en bane rundt Solen. En observatør som befinner seg på denne banen vil oppleve en total solformørkelse. Delvis solformørkelse i Kristiansand 31. mai 2003 Delvis solformørkelse i Kristiansand 31. mai 2003 kl 0439 (91%) (UiA) De som befinner seg på penumbraen vil oppleve en partiell (delvis) formørkelse, slik som vi gjorde i Kristiansand 31. mai

4 StarryNight animasjonen: Solformørkelesen i Tyrkia 29. mars 2006 Denne animasjonen får du demonstrert på forelesningen StarryNight, Manavgat i Tyrkia (36g47mN, 31g26mE) kl (lokal tid), 29. mars 2006, "Time Flew Rate" setes til 300x. Benytt StaryNight og programmer denne animasjonen (fasiten ligger på nettet, den har navnet: "Simulering av solformørkelsen i Tyrkia 29 mars 2006.snf") Avstandsforholdet: 400 og vinkeldiameterforholdet: 400 0,9984AU Sol Måne Jord 0,00257AU SmartSketch (TP): Sol, Måne og Jord på linje Under en total solformørkelse må Månens tilsynelatende overflate være minst like stor som Solens tilsynelatende overflate på himmelen. 4

5 Forholdet mellom Solens diameter og Månens diameter: R Jord R Jord 401 Forholdet mellom Solens og Månens avstand til Jorden : AU AU 388 Forholdet mellom Solens og Månens vinkelavstand (enhet buesekunder) : Månen har en tilsynelatende diameter som er ca 5% større enn Solens tilsynelatende diameter på himmelen (Beregningene er utført i MathCad) Forholdet mellom Solens diameter og Månens diameter er konstant, vi antar at størrelsen på disse to himmellegemene er uavhengig av tiden. Både Jorden og Månen går i ellipsebaner, avstandene er avhengig av tiden. Bergningene over viser avstandene og vinkeldiameteren for de to himmellegemene 29. mars Total solformørkelse vil skje fordi forholdet mellom Solens og Månens diameter er ca 400. Forholdet mellom Solens og Månes avstand til Jorden er også ca 400. Varigheten av den totale formørkelsen er 3 minutter og 48 sekunder (SkyMap Pro 11), denne tiden er avhenging av vinkelstørrelsen for Månen i forhold til vinkelforstørrelsen på Solen, i Tyrkia var Månen 5% større enn Solen. Solformørkelse ved ny Måne 2 (denne linken forutsetter at du har kjøpt boken: Universe) Månefasene sett fra Jorden (Universe) Figuren viser Månen i åtte ulike baneposisjoner, bilde viser hvordan Månen blir belyst (sett fra Jorden) i de åtte tilfellene. Solen vil alltid belyse halvparten av Månen. I løpet av en måned (29,53 dager) vil månefasen variere fra 0% til 100%. Midt mellom nemåne (H) og nymåne (A) vil vi ikke se Månen, det reflekterte sollyset treffer ikke Jorden (månefasen er 0%). Ved fullmåne (E) ser vi halvparten av måneflaten, fasen er 100%. Det vil si at alt lyset som Månen reflekterer treffer Jorden. 5

6 Månen er i første kvarter når den er i posisjonen C. Fra det øyeblikket Månen blir ny (A) til første kvarter (C) har den voksende månesigd. Vestsiden av Månen blir først belyst fra nymåne til fullmånen er et faktum. Månen får økende pukkelrygg (eng: gibbus ) fra første kvarter til fullmåne. Belysningsprosenten (fasen) øker fra 0 % ved nymåne til er 100 % ved fullmåne. Nå østsiden av månen er belyst vil belysningsprosenten avtar (fasen avta). Månen er i siste kvarter (G) når den reflekterer 50% av sollyset fra den delen av måneflaten som ligger mot øst. Månen vender alltid samme side mot Jorden 3 (synkron rotasjon) Bildet er tatt i 1992 av romfartøyet Galileo på vei til Jupiter (NASA/JPL). Både Jorden og Månen reflekterer sollyset. Månens /Jordens overflate mot romfartøyet er 50% belyst. Vi har alltid bare sett den ene halvdelen av Månes over flate fra Jorden. Hvor? Fordi Månen foretar nøyaktig en rotasjon i løpet av den tiden Månen bruker på ett omløp rundt Jorden. Den sideriske og den synodiske måned 4 Den sideriske måned er tiden det tar Månen å gjennomføre en fullstendig rotasjon rundt Jorden i forhold til stjernene i bakgrunnen. I løpet av den sideriske omløpstiden vil Jorden bevege seg i sin bane rundt Solen, tiden fra nymåne til nymåne (den synodiske omløpstiden) vil bli lenger enn den sideriske måneden. Den synodiske måned er 29,53 dager. Den sideriske måneden er 27,32 dager. 6

7 Jordens og Månens baneplan Bildet viser Jordens og Månens baneplan, vinkelen mellom de to planene er 5 grader (Universe) På tegningen over er Månens baneplan tegnet inn med brun farge. Jordens baneplan (ekliptikkplanet) har blå farge. Helningsvinkelen mellom de to baneplanene er omtrent 5 grader. Knutelinjen er skjæringslinjen mellom Ekliptikken og Månens baneplan. Det er når både Månen, Solen og Jorden ligger på knutelinjen vi får formørkelser (Sol- og Måneformørkelse). Ved solformørkelse og måneformørkelse må Månen sett fra Jorden ligge på ekliptikken. Vi ser også den nedstigende ("descending") og den oppstigende ("ascending") knute. 7

8 Måneformørkelse ved fullmåne og solformørkelse ved nymåne Figuren over viser at måneformørkelse kan forekomme kun ved fullmåne. Ved fullmåne kan Månen passere jordskyggen. Figuren viser også at solformørkelsen forekommer når Jorden passerer måneskyggen. Der er alltid 2 solformørkelser og to måneformørkelser pr år, figuren viser at disse kommer med ett halv års mellomrom. Ved måneformørkelse passerer Månen jordskyggen. Ved solformørkelse passerer Jorden gjennom måneskyggen. Solformørkelser og måneformørkelser i framtiden Stjerneprogrammet SkyMapPro gir en oversikt over framtidens solformørkelser/ måneformørkelser (Tools/Eclipses/Solar (Moon) Eclipses). Har man ikke SkyMap, kan vi bruke nettadressen: I 2011 får vi to måneformørkelser i Kristiansand. Se artikkelen "Bli kjent på stjernehimmelen" 8

9 Bildet viser 18 forskjellige formørkelsesbaner på Jordens overflate i perioden fra 1997 til Skyggen går normalt østover. Umbra beveger seg fort østover, farten er ca 3000 km/h, bredden på formørkelsesbanen er ca 270km. Det betyr at en observatør vil aldri få oppleve en total solformørkelse mer enn 7,5 minutter Solformørkelsen 11 juli 2010 over Tahiti i Stillehavet Kartet over viser hvor solformørkelsen kommer 11juli 2010, umbraen (helskyggen) passerer Tahiti i Stillehavet. 9

10 Måneformørkelsen sett fra Kristiansand nyttårsaften 31. desember 2009 Måneformørkelse sett fra Kristiansand 7 nyttårsaften 31. desember 2009 kl Jordskyggen (penumbraen eller halvskyggen) dekker halve Månen, det reflekterte sollyset reduseres av den grunn. Observasjonsstedet er Kristiansand. Vi ser også stjernebilde Orion til høyre i bildet. Månen står øst, høyden over horisonten er ca 20 grader. Solen må da ligge ca 20 grader under vestlig horisont (Hvorfor?) Tre forskjellige Måneformørkelser Solen må alltid være under horisont under en måneformørkelse Bilde viser tre forskjellige måneformørkelser. Vi ser en penumbral formørkelse når Månen passerer halvskyggen (penumbraen (gul bane (1)) og Månen vil lyse svakere. Vi ser en total 10

11 måneformørkelse (rød bane (2)) når Månen passer umbraen (totalskyggen), i dette området vil Jorden dekke Solen fullstendig. Vi ser en partielle måneformørkelse når en del av Månen ligger i umbraen og resten i penumbraen(blå bane (3)). Universe /Fred Espenak Bildene viser en total måneformørkelse (20. januar 2000). Legg merke til at Månen blir rød under totalfasen (Hvorfor?) En måneformørkelse kan være en fin opplevelse. Månen vil under den totale formørkelsen ligge i skyggen av Jorda, det vil bare være den røde delen av sollyset som når fram til Månen, den blå delen spredes inn i atmosfæren. Dersom der er mye forurensning i atmosfæren vil Månen få en fin rødlig farge, nærmest blodrød. Normalt er der mer forurensning i atmosfæren om kvelden, av den grunn vil sannligheten for en fin måneformørkelse være stor denne gangen. Skjer formørkelsen om morgen når Månen står i vest vil rødfargen være noe mer falmet fordi kilden som forurenser (mennesket) har sovet i seks timer før formørkelsen inntrer. Tre forskjellige solformørkelser Bildet viser en total solformørkelse 11. august 1999, Månen dekker Solen fullstendig og koronaen blir synlig. Legg merke til den lille røde flekken nederst, den kalles for diamanten. 11

12 Bildet viser en ringformet solformørkelse, denne formørkelsen oppstår når umbraskyggen ikke når fram til Jorden. Månen innhenter Solen fordi Månen beveger seg hurtigere østerover mellomstjerne enn Solen. De seks bildene er tatt etter soloppgang på Costa Rica 24. desember Vi hadde en partiell solformørkelse i Kristiansand 31. mai 2003 kl 0439 (91%) (UiA). Denne morgenen kunne vi se på Solen uten filter fordi et tynt skylag dekket Solen. 12

13 Bildet viser geometrien under en total solformørkelse. Under den totale solformørkelsen treffer spissen av umbraen Jordens overflate (se bilde i den geometriske figuren). Den mørke umbraflekken vil følge en bane på Jordens overflate fordi Månen beveger seg rundt Jorden samtidig som Jorden går i en bane rundt Solen. En observatør som befinner seg på denne banen vil oppleve en total solformørkelse. De som befinner seg i penumbraen vil oppleve en partiell (delvis) formørkelse. Aktiviteter: 1. Vis solformørkelsen (DVD) i Tyrkia 29. mars Utfør animasjonen 3.1 Denne animasjonen viser 8 månefaser, vi ser bilde av Månen i de ulike fasene. Animasjonen viser ingen relativ bevegelse av Jorden i forhold til Solen. Vi ser ned på mot nordpolen langs Jordens rotasjonsakse. Halvparten av Månens overflate vil alltid bli belyst av Solen. Månen har bunden rotasjon, det vil si at Månen vender alltid samme halvpart av overflaten mot Jorden. Ved fullmåne ser vi hele havdelen av månens over flate belyst. På grensen mellom ne - og nymåne vil ikke den synlige delen av Månen være belyst. Når Månen roter rundt Solen vil kun deler av halve Månen bli belyst.. 3. Månen har synkron rotasjon (Animasjon 3.2). Denne animasjonen viser Månens bane sett fra et punkt høyt over Jordens nordpol. Månen viser seg fram fire ganger i løpet av en rotasjon. Dersom Månene ikke roterer rundt sin nord-syd akse, vil vi i løpet av en måned ser hele Månens overflate fra et punkt på Jorden. I virkeligheten roter Månen om sin akse, den gjør en rotasjon i løpet av en måned. 4. Denne animasjonen viser (Animasjonen 3.3) forskjellen på den sideriske og den synodiske måneden. 5. Denne animasjonen viser (Animasjonen 3.4). 11 august 1999 sett fra Månen. Vi ser en mørk sirkel som kommer farene fra vest til øst over Jordens overflate. I sentrum av sirkelen finner vi unbraen (umbraen er så liten i utstrekning, den vises ikke i animasjonen). En observatør på Jorden som befinner seg på penumraen vil oppleve en delvis solformørkelse (se forsiden: Solformørkelesen i Kristiansand 31. mai 2003). Solformørkelsen vil være total for de som befinner deg på umbraen. 6. En nyttig internettadresse: om solformørkelser 7. Benytt StarryNight og få fram bildet. Oppgaver 1. Amerikanerne ønsker å plassere en månebase på en av polene. Hvorfor? 2. Dokumenter (et bilde) at Månen også kan være oppe om dagen (samtidig med Sola) 3. Gå til Starry Night og finn fram til Månen, reduser synsfeltet og avgjør hvilken fase Månen befinner seg i når du leser dette. 4. Hvor lang er et døgn på Månen? 5. Forklar hvorfor vi av og til kan oppleve ringformet solformørkelse. 6. Månen beveger seg mellom stjernene. Beregn hvor lang tid det tar Månen å bevege seg en vinkel på 0,5 grader (Månens vinkeldiameter) mot øst mellom stjernene. 7. Finn de steder på Jorden du kan observere Månen i Zenith, tegn figur 13

14 Fasit 1. Oppgave 4: 29,53 dager 2. Oppgave 5: 0,91 timer 3. Oppgave 6: Mellom 28,5 grader nordlig bredde og 28,5 grader sydlig bredde Referanser Illustrasjoner er fra Freedman, R.A. & Kaufmann, W.J. (2007): Universe, 8 ed. 14