ماه‌گرفتگی و خورشید‌گرفتگی در اشکال متفاوتی رخ می‌دهند

دلایل رخ دادن ماه‌گرفتگی و خورشید‌گرفتگی و تفاوت آن‌ها با دیگر گرفتگی‌ها
 

چکیده
اتفافات خارق العاده‌ای در آسمان‌ها رخ می‌دهد. در قلب کهشکان‌های دیگر، سیاه‌چاله‌ها ستاره‌های اطراف را می‌بلعند. به طور میانگین حدود هر بیست سال یک‌بار، ستاره‌ای در نقطه‌ای از کهکشان راه شیری خودمان نابود می‌شود. این امر چند روز طول می‌کشد و تمام کهکشان تاریک را روشن می‌کند. خوشبختانه در نزدیکی‌های منظومۀ شمسیِ ما اوضاع آرام است. البته در همین اطراف سیارۀ خودمان هم اتفاقات مهیجی رخ می‌دهد؛ مانند «ماه‌گرفتگی» و «خورشید‌گرفتگی».

تعداد کلمات 2689/ تخمین زمان مطالعه 14 دقیقه

نویسنده: سید پرکینز
مترجم: جعفر قربانی

 
واژۀ «گرفتگی» به معنای پوشاندن و تحت الشعاع قرار دادن است. این دقیقاً اتفاقی است که موقع «ماه‌گرفتگی» یا «خورشید‌گرفتگی» می‌افتد. این حوادث آسمانی هنگامی رخ می‌دهند که خورشید، ماه و زمین در یک خط مستقیم (یا تقریباً مستقیم) قرار می‌گیرند. سپس یکی از آن‌ها به طور کلی یا جزئی با سایۀ دیگری پوشیده می‌شود. اتفاقات مشابهی نظیر «اختفا» و «گذر» نیز هنگامی رخ می‌دهند که ستاره‌ها، سیارات و ماه به همین صورت در یک خط شوند.
دانشمندان حرکت سیارات و قمرها در طول آسمان را به خوبی می‌شناسند، که این وقایع را بسیار قابل پیش‌بینی می‌کند. اگر شرایط جوی مساعد باشد، این وقایع را می‌توان به راحتی با چشم غیرمسلح یا وسایل ابتدایی رصد کرد. گرفتگی‌ها، پدیده‌هایی هستند که انسان را مجذوب خود می‌کنند؛ هم‌چنین برای دانشمندان موقعیت‌های نادری فراهم می‌کنند تا مشاهدات مهمی انجام دهند. برای مثال، این وقایع در اندازه‌گیری اجرام آسمانیِ منظومۀ شمسی و اتمسفر خورشید موثر هستند.
 

ماه به طور میانگین تقریباً 3476 کیلومتر (2160 مایل) قطر دارد. قطر خورشید تقریباً 400 برابر ماه است. ولی به این خاطر که فاصلۀ خورشید تا زمین، 400 برابر بیشتر از فاصلۀ ماه تا زمین است، به چشم ما، هر دو تقریباً برابر هستند. به عبارت دیگر، ماه در حرکتش به دور زمین می‌تواند کاملاً سطح خورشید را بپوشاند و مانع از رسیدن نور به زمین شود؛ به این پدیده «خورشید‌گرفتگی کامل» می‌گویند.
این پدیده به هنگام وقوع «ماه نو» رخ می‌دهد. ماه نو یکی از گام‌های ماه بوده و موقعی است که ماه به هنگام حرکت در آسمان کاملاً تاریک به نظر می‌رسد. این واقعه تقریباً ماهی یک‌بار رخ می‌دهد. زمان دقیق بین گام‌های ماه نو، 29 روز، 12 ساعت، 44 دقیقه و 3 ثانیه است. شاید با خود فکر کنید که چقدر بیکار بوده‌اند که این زمان را با این دقت حساب کرده‌اند! ولی در اصل همین دقت در محاسبه است که اخترشناسان را قادر می‌سازد تا زمان وقوع گرفتگی‌ها را حتی تا چندین سال بعد پیش‌بینی کنند.
پس چرا هر ماه، خورشید‌گرفتگی رخ نمی‌دهد؟ دلیلش مربوط به چرخش ماه است، که در مقایسه با حرکت زمین کمی کج است. اغلب گام‌های ماه نو نیز در نزدیکی با محل خورشید، و نه دقیقاً مقابل آن رخ می‌دهد.
برخی اوقات نیر گام‌های ماه نو فقط قسمتی از خورشید را می‌پوشانند.
به هنگام خورشید‌گرفتگی، ماه روی خورشید سایه‌ای مخروطی‌مانند درست می‌کنند. قسمت کاملاً سیاهِ مخروط، سایه نام دارد. و گاهی اوقات سایۀ تولید‌شده به طور کامل به سطح زمین نمی‌رسد. در این صورت مردمی که در زیر مرکز سایه قرار دارند نمی‌توانند به طور کامل خورشید‌گرفتگی را ببینند. در عوض حلقه‌ای از نور را در اطراف ماه می‌بینند که به نام «آنیولوس» (به معنی حلقۀمدور) معروف است. دانشمندان به این وقایع، گرفتگی‌های حلقه‌ای می‌گویند.
 

البته تمام مردم در مرکز خط خورشید‌گرفتگی حلقه‌ای قرار نمی‌گیرند. آنانی که کمی در مسیر سایه یا همان پیش‌سایه قرار دارند، تنها ماه را می‌بینند که مقداری روشن شده است. باید خاطر نشان کرد که پیش‌سایه نیز، در فضا به شکل مخروطی دیده می‌شود. سایه و پیش‌سایه هر دو در فضا ظاهر می‌شوند و در مسیرهای متضاد هم هستند و با هم نقطۀ مرزی کمی دارند.
چرا هر بار که خورشیدگرفتگی زخ می‌دهد سایه به زمین نمی‌رسد؟ جواب این سوال دوباره مربوط به چرخش ماه است. چرخش ماه به دور زمین به شکل دایرۀ کاملاً گرد نیست و کمی بیضوی است. ماه در نزدیک‌ترین موقعیت خود حدود 362،600 کیلومتر (225،300 مایل) با زمین فاصله دارد و در دورترین حالت در فاصلۀ ماه تا زمین، تقریباً 400،000 کیلومتر است. همین اختلافِ فاصله کافی است تا ماه اندازه‌های بزرگ و کوچکی از دید زمینی‌ها داشته باشد. پس هنگامی که گامِ ماه نو در مقابل خورشید، ولی در دورترین فاصلۀ خود از زمین باشد، آن قدر بزرگ نخواهد بود تا تمام سطح خورشید را بپوشاند.  
این تفاوت‌ها در چرخش ماه توضیح می‌دهند که چرا برخی از خورشید‌گرفتگی‌ها بیشتر به طول می‌انجامند. هنگامی که ماه در دورترین فاصله نسبت به زمین باشد، سایه‌اش تنها کمتر از یک ثانیه خورشید را می‌پوشاند. اما هنگامی که ماه در نزدیک‌ترین فاصله‌اش نسبت به زمین از جلوی خورشید می‌گذرد، سایۀ ماه بیش از 267 کیلومتر (166 مایل) وسعت داشته و کمی بیش از 7 دقیقه طول می‌کشد.
ماه سطح گردی دارد، درنتیجه سایه‌اش دایره یا بیضی‌ای تاریک روی سطح زمین به وجود می‌آورد. موقعیت مکانی افراد بر روی زمین نیز بر مدت زمان خورشید‌گرفتگی که ناظر هستند تاثیر می‌گذارد. مردمی که درست در سایه هستند، با خورشید‌گرفتگی
 

افرادی که کاملاً خارج، ولی در نزدیکی چندین هزار کیلومتری مسیرِ سایۀ ماه هستند، می‌توانند خورشید‌گرفتگی جزئی را ببینند. دلیلش هم این است که آن‌ها در در محدودۀ نسبتاً روشنِ سایۀ ماه یا همان نیم‌سایه قرار دارند؛ برای آن‌ها تنها قسمتی از سطح خورشید پوشانده می‌شود.
گاهی سایۀ کامل اصلا روی زمین انطباق پیدا نمی‌کند، ولی نیم‌سایۀ آن که بسیار وسیع‌تر است روی زمین می‌افتد. در این موارد هیچ‌کس خورشید‌گرفتگی کامل را نمی‌بیند، اما افراد برخی مناطق می‌توانند شاهد خورشید‌گرفتگی جزئی باشند.
 

در برخی گرفتگی‌های نادر، خورشید‌گرفتگی با نیم‌سایه شروع و خاتمه می‌یابد، اما در اواسط این اتفاق، تاریکی مطلق رخ می‌دهد؛ به این‌گونه رخدادها «گرفتگی ترکیبی» می‌گویند. تغییر نیم‌سایه به سایۀ کامل به خاطر گرد بودن زمین اتفاق می‌افتد؛ بدین صورت که در اثنای خورشید‌گرفتگی، قسمت‌هایی از زمین داخل سایۀ کامل قرار می‌گیرند. افراد این مناطق تقریباً 13000 کیلومتر (8078 مایل) از بقیه، به ماه نزدیک‌تر‌اند و در لبۀ سایۀ کامل قرار می‌گیرند. و گاهی همین اختلاف فاصله کافی است تا آن نقطه از زمین را از نیم‌سایه وارد سایۀ کامل کند.
از هر 100 خورشید‌گرفتگی، کمتر از 5 تای آن‌ها ترکیبی هستند. کمی بیشتر از یک‌سوم گرفتگی‌ها نیز جزئی هستند، و بیش از یک‌سوم گرفتگی‌ها از نوع حلقه‌ای می‌باشند. بقیۀ خورشید‌گرفتگی‌ها که تقریباً مقداری بیش از یک‌چهارم است را گرفتگی‌های کامل تشکیل می‌دهند.
هر ساله بین 4 تا 5 خورشید‌گرفتگی رخ می‌دهد، و امکان ندارد که بیش از دوتایشان گرفتگی کامل از آب دربیایند؛ البته ممکن است سالی اصلاً گرفتگی کامل رخ ندهد.
 

قبل از اینکه دانشمندان دوربین و دیگر تجهیزات را به فضا بفرستند، همین خورشید‌گرفتگی‌های کامل بود که موقعیتی خاص را در اختیار آنان می‌گذاشت تا اخترشناسی انجام دهند؛ برای مثال، خورشید آن چنان روشن است که نور خیره‌کننده‌اش مانع از دیدن اتمسفر اطراف، یا همان هالۀ خورشیدی می‌شود. با این حال در طول یک خورشید‌گرفتگی کامل در سال 1868 دانشمندان موفق شدند دربارۀ هالۀ خورشیدی، اطلاعات جمع‌آوری کنند. آنان در مورد طول موج یا همان رنگ‌های نوری که خورشید منتشر می‌کند، اطلاعات زیادی آموختند (این انتشارِ طول موج به کشف ساختار شیمیایی هاله‌های خورشیدی کمک شایانی کردند).
 

از میان بسیاری از چیزهایی که در انتشار نور رؤیت می‌شد، خط زرد رنگ عجیبی نظر دانشمندان را جلب کرد که هیچ‌کس تا به حال نظیرش را ندیده بود. این خط زرد ناشی از وجود عنصر هلیوم بود که به خاطر فعل و انفعال‌های درونی خورشید و دیگر ستارگان به وجود می‌آید. مطالعات مشابه نیز بسیاری از عنصرهای شناخته شده را در اتمسفر خورشید شناسایی کرده‌اند. اما این عنصرها در گونه‌هایی وجود دارند که نظیرش را در زمین نمی‌بینیم؛ گونه‌هایی که در آن هیچ الکترونی وجود ندارد. این اطلاعات ستاره‌شناسان را متقاعد کرد که حرارت هالۀ خورشیدی باید میلیون‌ها درجه باشد.
دانشمندان از خورشیدگرفتگی‌ها برای پیدا کردن سیاره‌های بالقوه استفاده می‌کنند؛ برای مثال دنبال سیاره‌هایی گشتند که حتی از عطارد نیز به خورشید نزدیک‌تر باشند. لازم به یادآوری است که نور خورشید معمولاً مانع می‌شود تا هرچیزی که نزدیک به خورشید است را ببینیم، یا اقلاً از زمین نمی‌توان دید (ستاره‌شناسان در برخی موارد تصور می‌کنند که چنین سیاراتی را دیده‌اند، اما مطالعاتی که بعدها صورت گرفت نشان داد که اشتباه می‌کردند).
در سال 1919 دانشمندان، اطلاعات معروف‌ترین گرفتگی‌ها را جمع‌آوری کردند. ستاره‌شناسان عکس‌هایی گرفتند تا ببیند آیا موقعیت ستاره‌ها عوض شده یا خیر. اگر حتی ذره‌ای نسبت به موقعیت اولیه شان جابه‌جا شده باشند (یعنی زمان قبل از خورشیدگرفتگی) می‌توان این‌گونه نتیجه گرفت که نورِ آن ستاره‌ها هنگام عبور از نزدیکی میدانِ جاذبۀ فوق العاده قویِ خورشید، خم شده است. این واقعیت می‌توانست شواهد به خصوصی برای اثبات نظریۀ «نسبیت» آلبرت انیشتین فراهم کند؛ نظریه‌ای که تنها چند سال قبل از گردهمایی دانشمندان مطرح شده بود. و البته که چنین شواهدی هم برای اثبات نظریه به دست آمد.
 

گاهی اوقات روی ماه سایۀ زمین می‌افتد و برای مدت کوتاهی تقریباً از دید محو می‌شود. چنین ماه‌گرفتگی‌هایی، تنها در گام ماه نو رخ می‌دهند. ماه نو زمانی است که قرص ماه کامل بوده و درست در روبه‌روی خورشید قرار دارد (به عبارتی دیگر، زمانی که ماه در حال طلوع و خورشید در حال غروب است). درست همانند خورشیدگرفتگی، تمام گام‌های ماه نو نیز به ماه‌گرفتگی ختم نمی‌شوند؛ ولی ماه‌گرفتگی اغلب بیشتر از خورشیدگرفتگی رخ می‌دهد، زیرا سایۀ زمین بسیار بزرگ‌تر از سایۀ ماه است. در واقع قطر کرۀ زمین بیش از 3.5 برابر قطر ماه است؛ به همین خاطر سایۀ زمین، راحت‌تر می‌تواند سطح ماه را بپوشاند.
 

حتی در اوج ماه‌گرفتگی کامل، ماه باز هم قابل رؤیت است و به رنگ خاک رس درمی‌آید، زیرا نور خورشید از اتمسفر زمین رد شده و به ماه می‌رسد.
 

با وجود اینکه خورشیدگرفتگیِ کامل موقتاً بخش کوچکی از زمین را تاریک می‌کند، اما نصف کرۀ زمین که در شب قرار دارد، می‌تواند ماه‌گرفتگی کامل را ببیند. و به این خاطر که سایۀ زمین بسیار بزرگ است، مدت زمان ماه‌گرفتگی کامل می‌تواند به 107 دقیقه نیز برسد. اگر مدت زمانی که مدت از نیم‌سایه وارد و خارج می‌شود را هم حساب کنید، زمان کلّی این رخداد می‌تواند به 4 ساعت هم برسد.
برخلاف خورشیدگرفتگی کامل، حتی در طول ماه‌گرفتگی کامل نیز ماه قابل رؤیت است. نور خورشید از اتمسفر زمین رد می‌شود و سطح ماه را به رنگ خاک رس درمی‌آورد.
گاهی اوقات تنها قسمتی از ماه وارد سایۀ زمین می‌شود. در این موارد ماه‌گرفتگی جزئی رخ می‌دهد. این رخداد سایۀ مدوری را روی ماه درست می‌کند، انگار که قسمتی از ماه را گاز زده باشید! هنگامی هم که ماه وارد نیم‌سایۀ زمین بشود، ولی به سایۀ کامل نرسد، به این رخداد «ماه‌گرفتگی نیم‌سایه» گفته می‌شود. به سختی می‌توان متوجه این نوع از ماه‌گرفتگی شد، زیرا قسمت‌های بسیاری از نیم‌سایه، به خاطر نور عبوری از اتمسفر زمین، به خوبی روشن هستند.
بیشتر از یک‌سوم تمامی گرفتگی‌ها از نوع نیم‌سایه هستند. از هر 10 گرفتگی، حدود سه‌تای آن‌ها جزئی هستند و بقیه ماه‌گرفتگی‌ها، تقریباً یک‌سوم، از نوع کامل هستند.
 

«اختفا» گونه‌ای از انواع متعدد گرفتگی‌هاست، و هنگامی رخ می‌دهد که سه جسم آسمانی در یک خط قرار بگیرند. اما در هنگام اختفا، جسم بسیار بزرگی (معمولا ماه) مقابل جسمی که بسیار کوچک‌تر به نظر می‌رسد (مانند ستاره‌ای دوردست) قرار می‌گیرد.
 

«گذر» هم مانند اختفا، گونه‌ای از گرفتگی‌هاست. در این مورد، جسم کوچک‌تر از مقابل جسم دوری عبور می‌کند که بسیار بزرگ‌تر به نظر می‌رسد. در منظومه شمسی برای ما که در زمین هستیم تنها سیارات عطارد و زهره می‌توانند گذر داشته باشند (به این خاطر که دیگر سیارات از ما بسیار دور هستند و نمی‌توانند مابین ما و خورشید قرار بگیرند). با این حال بعضی شهاب‌سنگ‌ها و ستاره‌های دنباله‌دار نیز می‌توانند از دیدگاه زمینی‌ها از مقابل خورشید گذر کنند.
دانشمندان همیشه علاقۀ خاصی به گذر داشته‌اند. در سال 1639 ستاره‌شناسان از گذر سیارۀ ونوس و علم هندسه استفاده کردند تا بهترین تخمین ممکن تا به آن زمان دربارۀ فاصلۀ زمین تا خورشید را به دست آورند. در سال 1769 ستاره‌شناسان بریتانیایی نیمی از کرۀ خاکی را مسافرت کردند تا به نیوزلند بروند و گذر سیارۀ عطارد را نظارگر باشند؛ زیرا این واقعه در انگلستان قابل رؤیت نبود. ستاره‌شناسان از اطلاعاتی که به دست آوردند توانستند نتیجه‌گیری کنند که عطارد، اتمسفری در اطراف خود ندارد.
 

هنگامی که جسمی از مقابل نور عبور می‌کند مانع از عبور نور می‌شود. معمولاً به دلیل اینکه خورشید بسیار بزرگ است، کمتر از 1 درصد نور مسدود می‌شود؛ اما دستگاه‌های فوق حساس، همین تغییرات کوچک در میزان نور را اندازه‌گیری می‌کنند. در واقع، الگوی منظم و تکراریِ سیاهی‌های بسیار خفیف و کوچک، یکی از تکنیک‌هایی است که برخی ستاره‌شناسان به کار می‌گیرند تا سیاره‌های خارجی (یعنی سیاراتی که به دور خورشید خود می‌چرخند) را شناسایی کنند. البته این روش برای تمامی منظومه‌های دوردست کارگشا نیست. برای رخ دادن پدیدۀ گذر، این منظومه‌ها باید جهت‌دار باشند، اگرنه برای زمینی‌ها قابل رؤیت نیستند.