Саросский цикл¶

Саросский цикл (также сарос) — это период, приблизительно равный 18 годам 11 дням 8 часам (или 18 годам 10 дням 7 часам в зависимости от числа високосных лет), по истечении которого повторяются солнечные и лунные затмения в одной и той же последовательности. Относится к классу астрономических циклов, связанных с орбитальным движением Луны и Земли. Ключевая характеристика сароса — возможность предсказания затмений с высокой точностью, поскольку геометрия взаимного расположения Солнца, Земли и Луны через этот период почти полностью восстанавливается.

¶История открытия и происхождение термина

Название «сарос» происходит от древнегреческого слова σάρος, которое, в свою очередь, восходит к аккадскому (вавилонскому) «шар» или «сар» — числовому обозначению 3600. Однако в современном астрономическом контексте термин был введён в обиход английским астрономом Эдмундом Галлеем в 1691 году, который заимствовал его из «Хроники» вавилонского жреца Бероса (III век до н. э.). У Бероса саросом назывался период в 3600 лет, но Галлей применил это слово к 18-летнему циклу затмений, известному ещё древним халдейским астрономам.

Первые письменные свидетельства использования сароса для предсказания затмений относятся к вавилонской астрономии (около VII века до н. э.). Вавилонские жрецы, наблюдая за небесными явлениями, обнаружили, что через 223 синодических месяца (периода смены лунных фаз) конфигурация Солнца, Земли и Луны повторяется, что позволяет прогнозировать затмения. В Древней Греции этот цикл был известен, но не получил широкого распространения, пока не был заново открыт и формализован в эпоху Возрождения и Нового времени.

¶Механизм и астрономические основы

Саросский цикл основан на совпадении трёх основных периодов движения Луны:

Синодический месяц (29,53059 суток) — время от одного новолуния до следующего. За 223 синодических месяца проходит 6585,3211 суток.
Драконический месяц (27,21222 суток) — время между двумя последовательными прохождениями Луны через один и тот же узел своей орбиты (точки пересечения орбиты Луны с плоскостью эклиптики). За 242 драконических месяца проходит 6585,3572 суток.
Аномалистический месяц (27,55455 суток) — время между двумя последовательными прохождениями Луны через перигей (ближайшую к Земле точку орбиты). 239 аномалистических месяцев дают 6585,5375 суток.

Совпадение этих трёх периодов с точностью до нескольких часов (около 11 часов разницы между синодическим и драконическим, и около 5 часов между драконическим и аномалистическим) приводит к тому, что через 6585,32 суток (18 лет 11,32 дня) Луна возвращается почти в ту же фазу, к тому же узлу орбиты и на то же расстояние от Земли. Это обеспечивает повторение условий для затмения: Солнце, Земля и Луна снова выстраиваются в линию, а тень Луны или Земли падает на ту же область поверхности.

¶Продолжительность и смещение

Из-за дробной части в 0,32 суток (около 8 часов) сарос не укладывается ровно в целое число суток. Это приводит к тому, что через один сарос следующее затмение происходит примерно на 8 часов позже по времени суток и смещается по долготе примерно на 120° к западу (так как Земля за это время поворачивается на 120°). Через три сароса (54 года 34 дня) смещение по долготе составляет почти 360°, и затмение возвращается в тот же географический район, но с небольшим сдвигом по широте.

¶Классификация и виды саросов

В астрономии принято различать саросы по типу затмений, которые они описывают:

¶Солнечные саросы

Каждый солнечный сарос представляет собой серию солнечных затмений, разделённых интервалом в один сарос. Серия начинается с частного затмения вблизи одного из полюсов Земли, затем через каждые 18 лет затмения становятся всё более центральными, достигая полной или кольцеобразной фазы, а затем снова затухают. Продолжительность одной серии сароса для солнечных затмений составляет от 1226 до 1550 лет, включая от 69 до 87 затмений.

Пример: Сарос 136 — одна из наиболее известных серий, включающая полные солнечные затмения. В неё входило затмение 11 августа 1999 года, а также затмение 21 августа 2017 года (так называемое «Великое американское затмение»).

¶Лунные саросы

Лунные саросы действуют по тому же принципу, но для лунных затмений. Серия также начинается с полутеневого затмения, переходит в частные и полные теневые затмения, а затем затухает. Продолжительность лунной серии сароса — около 1280 лет, включая примерно 70–80 затмений.

¶Нумерация саросов

Для систематизации затмений астрономы используют нумерацию саросов. Наиболее распространённая система — нумерация по каталогу Теодора фон Оппольцера (XIX век) и более современная система, принятая в NASA (каталог «Five Millennium Canon of Solar Eclipses»). В этой системе каждому саросу присваивается номер (например, Сарос 1, Сарос 2 и т. д.), а внутри серии каждое затмение имеет свой порядковый номер. Нумерация охватывает все солнечные и лунные саросы, начиная с древности.

¶Применение и значение

Саросский цикл является важнейшим инструментом в астрономии и истории науки.

¶Предсказание затмений

Основное практическое применение сароса — прогнозирование дат и обстоятельств затмений. Зная одно затмение в серии, можно вычислить все последующие и предыдущие на протяжении тысячелетий. Например, по саросу 136 можно предсказать полные солнечные затмения до 2622 года. Современные компьютерные модели используют сарос как один из контрольных механизмов для проверки точности расчётов.

¶Историческая хронология

Сарос используется для датировки исторических событий, упомянутых в древних текстах. Если в хронике описано затмение, его можно идентифицировать по саросу и тем самым уточнить год события. Например, затмение, описанное Фукидидом в «Истории Пелопоннесской войны», было отождествлено с затмением 3 августа 431 года до н. э. благодаря саросу.

¶Изучение движения Луны

Саросский цикл демонстрирует долгосрочную стабильность орбиты Луны. Отклонения от точного повторения (например, из-за приливного ускорения, которое замедляет вращение Земли и изменяет орбиту Луны) позволяют уточнять параметры лунного движения и гравитационные взаимодействия в системе Земля—Луна—Солнце.

¶Интересные факты

За один сарос происходит в среднем 41 солнечное и 29 лунных затмений, но не все из них видны в одном регионе Земли.
Сарос не является единственным циклом затмений. Существуют также Метонов цикл (19 лет), инекс (29 лет) и цикл Тритоса (121 год), но сарос — самый известный и точный для практического прогноза.
Из-за прецессии лунной орбиты (поворота линии узлов) сарос постепенно смещается по долготе, и серия затмений со временем «переезжает» из одного полушария в другое.
В Древнем Китае сарос был известен как «цикл Чжан» (章), но с несколько иной длительностью — 19 лет, что соответствует Метонову циклу.

¶Критика и ограничения

Несмотря на высокую точность, сарос не является идеальным циклом. Разница в 0,32 суток приводит к тому, что через несколько саросов геометрия затмения начинает заметно меняться: меняется широта полосы затмения, продолжительность полной фазы и тип затмения (например, полное может стать кольцеобразным). Кроме того, из-за векового замедления вращения Земли (на 1,7 миллисекунды в столетие) и приливного ускорения Луны (удаление от Земли примерно на 3,8 см в год) сарос постепенно теряет точность. Для прогнозов на интервалы более 2000 лет требуются поправки, учитывающие эти эффекты.

Также сарос не позволяет предсказывать точное место наблюдения затмения без дополнительных расчётов, так как смещение по долготе на 120° каждый раз переносит полосу тени на другой континент.

¶Источники

Meeus, J. (1997). Mathematical Astronomy Morsels. Willmann-Bell.
Espenak, F., & Meeus, J. (2006). Five Millennium Canon of Solar Eclipses: -1999 to +3000. NASA Technical Publication.
Oppolzer, T. (1887). Canon der Finsternisse. Kaiserliche Akademie der Wissenschaften.
Куликовский, П. Г. (1985). Справочник любителя астрономии. Наука.
Сурдин, В. Г. (ред.) (2015). Астрономия: век XXI. Век 2.