Cień nie jak co dzień. O sierpniowym całkowitym zaćmieniu Słońca po 25 latach widocznym z Europy
Tego dnia wystarczy zająć właściwe miejsce i mieć nadzieję, że jedynego w swoim rodzaju spektaklu nie zepsują chmury. W Europie zacznie się on dokładnie 43 minuty i 28 sekund po godzinie 17 czasu uniwersalnego, do którego w przypadku Polski trzeba dodać dwie godziny. W tym właśnie momencie na północnym krańcu islandzkiego półwyspu Westfjords (Fiordy Zachodnie) będzie można obserwować, jak tarcza Księżyca całkowicie zasłania tarczę Słońca.
Minuty w cieniu
Górzysty i rozcięty licznymi wąskimi zatokami Westfjords ma rozmiary województwa opolskiego i kilka tysięcy stałych mieszkańców, ale 12 sierpnia zjadą się tu tłumy Większość skieruje się w stronę 14-kilometrowego klifu Látrabjarg, który kilkusetmetrowymi przepaściami opada do Cieśniny Duńskiej, oddzielającej Islandię od odległej o prawie 300 km Grenlandii. To największa na północnym Atlantyku kolonia ptaków morskich, jednak tym razem to nie one przyciągną rzesze gapiów. Wyliczenia astronomów wskazują, że całkowite zaćmienie Słońca potrwa tu 2 minuty i 13 sekund. Rekord padnie zaś na wodach Cieśniny Duńskiej 45 km na zachód od klifów – tam spektakl będzie trwać pięć sekund dłużej.
Do Islandii zaćmienie przybędzie od strony Grenlandii, do której z kolei wkroczy od północy. Jeszcze wcześniej przetnie cały Ocean Arktyczny w pobliżu bieguna północnego, a wyruszy z syberyjskiego półwyspu Tajmyr. Mknący z prędkością ok. 3,4 tys. km na godzinę cień Księżyca będzie się przemieszczać nad Islandią przez dokładnie 6 minut i 48 sekund. Przez mniej więcej minutę będą go mogli obserwować również mieszkańcy Rejkiawiku oraz turyści.
Islandczycy już przygotowują się na ich szturm. Ostrzegają, że klify Látrabjarg są strome, pozbawione wszelkiej infrastruktury i niebezpieczne, więc można tam liczyć wyłącznie na siebie. Ponieważ ruch po wąskich żwirowych drogach będzie limitowany, a parkowanie zabronione, dotarcie do celu będzie oznaczało wielokilometrową wędrówkę. Do tego dochodzi zmienna, wietrzna i często mglista pogoda. Proponują wiele innych, bezpieczniejszych lokalizacji, a także mnóstwo innych atrakcji towarzyszących zaćmieniu, jak rejsy wycieczkowe po Cieśninie Duńskiej, kąpiele w basenach hydrotermalnych, wspinaczki na stożki wulkaniczne, a nawet lot samolotem.
O godzinie 17:50:07 czasu uniwersalnego całkowite zaćmienie pożegna się z Islandią, aby po ok. 35 minutach zameldować się w prowincji A Coruńa na północno-zachodnim skraju Hiszpanii. Zjawi się tam mniej więcej godzinę przed zachodem Słońca. Później cień Księżyca wyruszy w drogę przez północną część Półwyspu Iberyjskiego. Przesunie się szybko m.in. nad miastami León, Valladolid, Saragossą i Walencją. W żadnym z tych miejsc długość spektaklu nie przekroczy dwóch minut. Finał nastąpi na Majorce i innych wyspach archipelagu Balearów. Tam, jeśli chmury pozwolą, można będzie obserwować rzadkie zjawisko polegające na przysłonięciu przez Księżyc zachodzącej tarczy słonecznej – najpierw częściowym, potem całkowitym, a na koniec znów częściowym.
W rzeczywistości w każdym z miejsc widowisko potrwa o wiele dłużej. Do pierwszego – pozornego oczywiście – zetknięcia obu globów dojdzie około godziny przed całkowitym zaćmieniem. Mniej więcej po trzech kwadransach Słońce zostanie zasłonięte w ok. 80 proc., zmieniając się w łuk, który z każdą minutą będzie stawał się coraz cieńszy (ale wciąż emitujący wystarczająco dużo światła, by zaszkodzić naszym oczom). Wtedy zaczynają się dziać najciekawsze rzeczy. Barwy przedmiotów i obiektów zaczną tracić intensywność, a rzucane przez nie cienie najpierw rozmyją się, a potem wyostrzą, zmieni się kolor nieba, temperatura powietrza zacznie spadać, a ptaki ucichną.
W końcu gdzieś na horyzoncie pojawi się cień zmierzający szybko w stronę obserwatora. Chwilę później tarcza słoneczna zniknie, a na przyciemnionym niebie zaświecą najjaśniejsze gwiazdy i planety. Przedtem jednak światło błyśnie na pożegnanie z lewej strony Księżyca, przenikając przez obniżenia terenu na jego powierzchni (te lśnienia zwane są perłami Baily’ego od nazwiska astronoma, który jako pierwszy je opisał). A gdy i one zgasną, można będzie odłożyć na bok szkła ochronne i spojrzeć śmiało w stronę zasłoniętego Słońca. To bowiem jedyny moment, gdy gołym okiem można zobaczyć jego koronę – tajemniczą, delikatną woalkę sięgającą daleko w przestrzeń kosmiczną.
Koniec całkowitego zaćmienia Słońca będzie równie nagły jak początek. Najpierw z prawej strony księżycowej tarczy pojawią się pierwsze błyski pereł Baily’ego. Wtedy trzeba znów osłonić oczy, bo w ciągu paru sekund światło emitowane przez słoneczną fotosferę powróci. Z każdą minutą będzie go coraz więcej. Wraz z nim powrócą kolory, a ptaki odzyskają głos. Świat stanie się znów normalny.
Zbiegi w kosmosie
To wszystko wygląda tak, jakby natura zaplanowała ten spektakl z niezwykłą precyzją. W rzeczywistości jest wynikiem kilku szczęśliwych zbiegów okoliczności. Słońce ma średnicę prawie 1,4 mln km i jest ok. 400 razy większe od Księżyca. Zarazem znajduje się niemal 400 razy dalej od Ziemi. Dzięki temu oba ciała niebieskie wydają się na naszym niebie niemal identycznej wielkości. Gdyby Księżyc był choć trochę mniejszy albo krążył nieco dalej od Ziemi, nigdy nie zasłoniłby całkowicie słonecznej tarczy. Gdyby natomiast znajdował się bliżej, podczas każdego zaćmienia przykrywałby ją z dużym zapasem.
Sama zgodność pozornych rozmiarów jednak nie wystarcza. Orbita Księżyca jest nachylona do płaszczyzny ziemskiej orbity o mniej więcej pięć stopni. Zwykle więc podczas nowiu nasz naturalny satelita przechodzi odrobinę nad tarczą Słońca albo pod nią i żadne zaćmienie nie następuje. Dwa razy w roku jednak, kiedy linia przecięcia obu orbit ustawi się odpowiednio względem Słońca, rozpoczyna się tzw. sezon zaćmień, trwający około miesiąca. W tym czasie dochodzi do dwóch, a czasem trzech takich zjawisk – słonecznych lub księżycowych. Nie każde jest jednak całkowite. Aby do takiego doszło, wszystkie trzy obiekty muszą ustawić się niemal idealnie w jednej linii.
Na tym lista kosmicznych koincydencji się nie kończy. Zarówno Ziemia, jak i Księżyc poruszają się po orbitach eliptycznych, a więc ich odległości od siebie i od Słońca nieustannie się zmieniają. Kiedy Srebrny Glob znajduje się bliżej Ziemi, wydaje się większy i łatwiej przykrywa słoneczną tarczę. Na początku lipca Ziemia znajduje się najdalej od Słońca, które wygląda wtedy na odrobinę mniejsze niż zwykle. Jeśli oba zjawiska wystąpią jednocześnie, całkowite zaćmienie może trwać wyjątkowo długo. Najdłuższe miało ponad siedem minut, a absolutny rekord padnie 16 lipca 2186 r. nad północną częścią Ameryki Południowej i Atlantykiem: w najkorzystniejszym miejscu cień Księżyca będzie spowijał Ziemię przez 7 minut i 29 sekund. Teoretyczna granica wynosi zaledwie kilka sekund więcej, więc natura wykorzysta wtedy niemal wszystkie sprzyjające okoliczności jednocześnie.
Ten kosmiczny spektakl nie będzie wystawiany wiecznie. Księżyc oddala się bowiem od Ziemi. Co prawda niecałe 4 cm na rok to niewiele, ale przez setki milionów lat uzbiera się z tego ogromna odległość. Astronomowie szacują, że za ok. 600 mln lat jego tarcza będzie już zbyt mała, by zasłonić Słońce całkowicie. Pozostaną jedynie zaćmienia obrączkowe, podczas których wokół Księżyca świeci wąski pierścień słonecznego światła. Można więc powiedzieć, że żyjemy w wyjątkowym momencie historii Układu Słonecznego.
Jesteśmy szczęściarzami także dlatego, że najbliższe nam planety nie doświadczają całkowitych zaćmień. Merkury i Wenus nie mają księżyców, a na Marsie jego dwa maleńkie satelity potrafią wywołać jedynie zaćmienia częściowe. Być może podobne spektakle odbywają się na odległych egzoplanetach, ale na razie pozostaje to w sferze domysłów. Choć bowiem znamy już tysiące planet krążących wokół innych gwiazd, nie potwierdzono jeszcze istnienia ani jednego egzoksiężyca, który pozwoliłby to sprawdzić (są kandydaci czekający na zweryfikowanie).
Ludzie w pogoni
Nie tylko zwykli obserwatorzy uganiają się za całkowitymi zaćmieniami Słońca. Fascynują one także naukowców, a dla niektórych kilka minut widowiska to zbyt mało. Są jednak sposoby, by ten czas wydłużyć. W maju 1972 r. na lunch w restauracji w Tuluzie umówili się Pierre Léna, astronom z Obserwatorium Paryskiego, i André Turcat, pilot doświadczalny pierwszego francuskiego Concorde’a. Léna przyniósł ze sobą pomysł, który brzmiał jak scenariusz filmu science fiction. Wiedział, że za rok z drobnym okładem cień Księżyca przemknie nad Saharą, a faza całkowitego zaćmienia potrwa na Ziemi nieco ponad 7 min. Skoro cień pędzi z prędkością kilku tysięcy kilometrów na godzinę, dlaczego by go nie dogonić? Concorde, jeszcze w fazie testów, był jedynym samolotem zdolnym poruszać się niemal tak szybko jak księżycowy cień. Turcat przekonał odpowiednie osoby do niezwykłej misji.
Przez kolejne miesiące planowano trasę, uzgadniano zamknięcie przestrzeni powietrznych i wybierano lotniska zapasowe. Przebudowywano też prototyp Concorde’a 001 – w dachu kadłuba wykonano cztery specjalne iluminatory, przez które można było skierować kamery i teleskopy prosto na przesłonięte Słońce.
30 czerwca 1973 r. o godzinie 10.08 czasu GMT samolot wystartował z Las Palmas na Gran Canarii. Na wysokości ok. 18 km rozpędził się do ponad dwukrotnej prędkości dźwięku i niemal idealnie, bo z dokładnością do jednej sekundy, przechwycił cień Księżyca nad Mauretanią. Później rozpoczął niezwykły pościg przez Saharę, nad Mali, Nigrem i Nigerią. Siedmiu astronomów gorączkowo obsługiwało aparaturę, fotografując koronę słoneczną oraz badając zmiany zachodzące w ziemskiej atmosferze. Gdy samolot wylądował w Czadzie, naukowcy mieli za sobą 74 min nieprzerwanego przebywania w strefie całkowitego zaćmienia. Żaden późniejszy eksperyment nie pobił tego rekordu. Same wyniki badań okazały się mniej przełomowe, niż liczono, ale lot Concorde’a do dziś pozostaje jedną z najbardziej śmiałych wypraw w historii astronomii.
Jednym z uczestników tej niezwykłej misji był amerykański astronom Donald Liebenberg. W środowisku badaczy Słońca uchodzi za prawdziwą legendę. Od 1954 r. przemierzył świat w pogoni za 27 całkowitymi zaćmieniami i – jak zgodnie podkreślają jego koledzy – spędził w strefie całkowitego zaćmienia więcej czasu niż jakikolwiek żyjący człowiek. Jeszcze przed lotem Concorde’a uczestniczył w serii obserwacji organizowanych przez Los Alamos Scientific Laboratory. W latach 60. i 70. amerykański ośrodek badawczy wykorzystywał specjalnie przystosowane samoloty NC-135, które również ścigały cień Księżyca, wydłużając czas obserwacji ponad to, co było możliwe z powierzchni Ziemi.
Historia naukowych pościgów jest zresztą znacznie starsza. Już pod koniec XIX w. amerykańska pisarka Mabel Loomis Todd i jej mąż, astronom David Peck Todd, przemierzali świat, aby obserwować całkowite zaćmienia z kolejnych kontynentów. W XX w. do akcji wkroczyło lotnictwo. W 1923 r. amerykańska marynarka wojenna wysłała na trasę całkowitego zaćmienia Słońca 16 samolotów, próbując sfotografować cień Księżyca z powietrza. Dwa lata później podobnych obserwacji dokonywano z pokładu sterowca USS Los Angeles. Kolejne ekspedycje korzystały z wojskowych dwupłatowców, bombowców B-29, samolotów transportowych i maszyn badawczych. W 1932 r. po raz pierwszy udało się sfotografować cień Księżyca przesuwający się po powierzchni Ziemi, a po drugiej wojnie światowej lotnicze obserwacje stały się niemal stałym elementem takich łowów. Dziś ważną funkcję w badaniach korony słonecznej pełnią sondy kosmiczne. Mimo to, gdy tylko cień Księżyca znów przecina powierzchnię Ziemi, tysiące astronomów rusza jego śladem.
Nauka w działaniu
Całkowite zaćmienie naszej gwiazdy obserwowane w sierpniu 1868 r. dało początek fizyce Słońca. Wówczas to dwóch uczonych niezależnie od siebie rozszczepiło słoneczne widmo przy pomocy spektroskopu, odkrywając nowy pierwiastek, który nazwano helem na cześć Heliosa, greckiego boga Słońca. Rok później, również podczas całkowitego zaćmienia, dostrzeżono w widmie zieloną linię, którą przypisano pierwiastkowi nazwanemu wstępnie coronium. Dopiero siedem dekad później zorientowano się, że linia ta odpowiada silnie zjonizowanej formie żelaza, która mogła powstać tylko w bardzo wysokiej temperaturze. Tak odkryto, że korona słoneczna jest rozgrzana do ponad 1 mln st. C, a więc jest ok. 200 razy cieplejsza od powierzchni gwiazdy.
Naukowcy wciąż nie wiedzą, jaki proces fizyczny za to odpowiada. I uparcie próbują to ustalić. W 2018 r. posłali amerykańską sondę Parker Solar Probe, pierwszą w historii wlatującą w koronę Słońca. Później do badań naszej gwiazdy został wydelegowany europejski Solar Orbiter. Nadal jednak to całkowite zaćmienia dostarczają najlepszej okazji do przyjrzenia się słonecznej woalce – za pomocą instrumentów naziemnych, podczepianych pod balony i montowanych na samolotach. Tak będzie również 12 sierpnia.
Na to wydarzenie szykują się także badacze innych specjalności. Nad Islandią co kilkadziesiąt minut będą wypuszczać balony meteorologiczne, by sprawdzić, jak nagłe zniknięcie promieniowania słonecznego wpływa na najniższą warstwę atmosfery. Inni skierują kamery nie na koronę, lecz ku północnemu niebu, licząc na jeszcze bardziej niezwykłe zjawisko – pojawienie się zorzy polarnej podczas całkowitego zaćmienia. Szanse są niewielkie, ale właśnie dlatego warto spróbować. Być może do obserwacji dołączą także zwykli turyści, przesyłając zdjęcia i relacje naukowcom.
Całkowite zaćmienie Słońca znów stanie się więc wielkim terenowym laboratorium nauki. A jednocześnie pozostanie tym, czym było od zawsze – krótką chwilą, która połączy zawodowych badaczy, doświadczonych łowców cienia i ludzi patrzących na zasłoniętą gwiazdę po raz pierwszy. Polskę najbardziej spektakularna część widowiska ominie, ale i tak warto zaopatrzyć się w szkła ochronne, bo przy dobrej pogodzie będziemy mogli zobaczyć tarczę słoneczną zasłoniętą nawet w 85 proc. Całkowite zaćmienie Słońca będzie u nas widoczne dopiero w 2135 r. i nikt z żyjących raczej go nie doczeka.