Auringonpimennyksiä on tulkittu läpi suuren osan historiasta huonona uutisena hallitsijalle – pahaenteiseksi merkiksi heidän henkilökohtaiselle tai valtakunnan terveydelle. Mutta nämä pelot auttoivat ruokkimaan tuhansien vuosien stipendiä. Tämä edistys alkoi Mesopotamiassa etsimällä historiallisten tietojen jaksoittaisia ​​​​malleja. Se on huipentunut aikakauteen, jolloin tiedämme aurinkokunnan kappaleiden toisistaan ​​riippuvaiset tulevat liikkeet vuosisatoja etukäteen ja muuttaen kosmisen mittakaavan ahdistuksen aikoinaan aiheuttaneen kylmän kellokoneiston.

Jos sinun olisi pitänyt valita yksi käännekohta, se olisi saattanut olla 22. huhtikuuta 1715 aamu, jolloin auringonpimennys uhkasi Lontoon ylle. Brittiläinen polymaatti Edmond Halley, joka muistetaan parhaiten Halleyn komeetan kaimanimenä, oli ennustanut sen. Hän oli julkaissut laajan taulukon, joka sisälsi kartan polusta, jonka kuun varjo vetäisi Englannin ylle. Sinä vuonna Englannissa oli juuri kruunattu kuningas, jonka kapina oli jo alkamassa häntä vastaan; Demystifioimalla pimennyksen ennusteella Halley toivoi neutraloivansa sen voiman enteenä.

Hän halusi myös rekrytoida tiedonkerääjiä, joiden havainnot voisivat johtaa entistä parempiin pimennysennusteisiin jatkossa. "Uteliaiden toivotaan tarkkailevan sitä ja erityisesti täydellisen pimeyden kestoa", hän mainosti, "… sillä siten Varjon tilanne ja mitat määritetään hienosti; ja sen avulla voimme ennustaa samankaltaisia ​​näkymiä tulevaisuudelle suuremmalla varmuudella kuin tällä hetkellä voidaan olettaa."

Enteitä, jotka pitävät rytmin

Vuosikymmeniä aikaisemmin Halley, innokas muinaisten tekstien lukija, oli löytänyt uudelleen hyödyllisen taivaan syklin ja tehnyt sen suosituksi pimennysten ja kuun sijainnin miettimiseen: 6,585 18 päivää eli hieman yli XNUMX vuotta. Hän kutsui tätä sykliä "saroksiksi", jota nykyajan historioitsijat pitävät virheellisenä käännöksenä sumerilaisesta symbolista, joka alun perin tarkoitti jotain "universumia" tai "suuria lukuja".

Noin vuoteen 600 eaa. mennessä Mesopotamiassa assyrialaiset ja babylonialaiset papit-matemaatikot olivat selaillut savitauluihin tallennettuja menneiden pimennysten päivämääriä toivoen voivansa kehittää strategioita päätelläkseen, milloin seuraava pimennys voisi tapahtua. Pimennykset huolestuttivat kuninkaita näissä kulttuureissa, ja pian horoskoopin ja henkilökohtaisten horoskooppien keksimisen myötä tarve seurata auringon, kuun ja planeettojen sijaintia koskettaisi kaikkia.

Ensimmäiset ratkaisut olivat nyrkkisäännöt. Kuunpimennykset seurasivat usein toisiaan esimerkiksi kuuden kuukauden kuluttua. Babylonialaiset ymmärsivät myös, että tietyt auringon- ja kuunpimennykset erotettiin usein samankaltaisesta tapahtumasta, jota Halley kutsui yhdeksi Sarokseksi.

Ymmärtääksesi tämän syklin nykyaikaisin termein, kuvittele taivaankappaleiden geometria auringonpimennyshetkellä, kun kuu on suoraan auringon ja maan välissä ja kaikki kolme kappaletta muodostavat siistin viivan. Jotta tämä tapahtuisi, kuun on oltava uusi kuu. Sen on myös oltava kohdassa, jossa sen oma kallistettu kiertorata Maan ympäri syöksyy sen tason läpi, jossa Maa kulkee oman kiertoradansa läpi auringon ympäri.

Kuvittele nyt siirtäväsi kelloa eteenpäin löytääksesi ajan, jolloin samat olosuhteet toistuvat. Meidän on sovitettava yhteen useita päällekkäisiä mutta eriarvoisia kuunkiertoja. Kierros yksi: Kestää noin 29.5306 päivää siirtyä uudesta kuusta toiseen. Kierros kaksi: Kuulta kuluu noin 27.2122 päivää siirtyäkseen yhdestä maapallon kiertoradan kautta kulkevasta kierroksesta samaan kiertokulkuun seuraavalla kierroksella. Jakso 27.5546: Koska Kuun elliptinen kiertorata vetää sitä lähemmäs ja kauemmaksi Maasta, kuu värähtelee myös näennäistä kokoaan ja nopeuttaan taivaalla Maan yläpuolella, sykli, joka kestää noin XNUMX päivää.

Saros on siis vain mukava pyöreä intervalli, jonka aikana kaikki nämä syklit toistuvat lukuisia kertoja: 223 kierrosta uuden kuun läpi on lähes täsmälleen yhtä suuri kuin 242 kierrosta sisään ja ulos ekliptikasta, mikä puolestaan ​​on lähes täsmälleen yhtä suuri. 239 värähtelyyn kuun näennäisessä koossa. Jos näit auringon- tai kuunpimennyksen, odota vain yksi Saros, ja sama taivaankappaleiden karkea geometrinen järjestely toistuu.

Kuun kiertorata on itse asiassa monimutkaisempi kuin vain nämä parametrit. Ja siitä huolimatta, tämä järjestelmä ei kerro sinulle, missä päin maapalloa tuloksena oleva pimennys on näkyvissä.

Halley and Beyond

Siihen mennessä, kun Halley luki Sarosista ja elvytti ne omaan käyttöönsä, monien vuosisatojen mittainen monikulttuurinen ponnistelu oli edelleen hionut pimennysten ongelmaa, kuten matematiikan historioitsija Clemency Montelle kuvaili vuoden 2011 kirjassa. Jahtaa varjoja. Babylonialaiset siirtyivät lopulta yksinkertaisten empiiristen sääntöjen, kuten "odota yksi Saros" ohi, monimutkaisempiin numeerisiin kaavioihin, jotka laskivat kuun tulevaisuuden koordinaatit taivaalla. Muinaiset kreikkalaiset yhdistivät omat geometriset käsityksensä kosmoksesta babylonialaistyylisillä numeerisilla laskelmilla. Tämän synteesin pohjalta islamilaisen maailman tähtitieteilijät, kuten al-Khwarizmi, 900-luvun sanan "algoritmi" kaima, veivät trigonometrisia funktioita ja desimaalilukuja (Intiasta), jotka he raapusivat uudelle paperille ( Kiinasta) kehittämään vielä edistyneempiä ennustusmenetelmiä, jotka nyt kaikuivat ympäri Eurooppaakin.

Mutta Halleylla oli jotain vielä uudempaa leikkiä. Samoihin aikoihin hän kalasti Sarosin antiikista, hän myös rahoitti ystävänsä Isaac Newtonin gravitaatio-ideoiden julkaisun, joita Newton sitten sovelsi kuun kiertoradan ymmärtämiseen. Vuoteen 1715 mennessä, kun ensimmäinen auringonpimennys moneen vuosisatoon lähestyi Lontoota, Halleyn ennustava kartta oli yhdistelmä muinaisia ​​ja moderneja ajattelutapoja.

Seuraava iso askel otettiin vuonna 1824, kun saksalainen tähtitieteilijä Friedrich Bessel laajensi newtonilaista lähestymistapaa ajatella pimennyksistä painovoiman lakeja käyttäen. Hän kuvitteli kuun varjon heitetyksi kuvitteelliseen tasoon, joka kulkee Maan keskustan läpi. Voisit sitten heijastaa varjon takaisin maapallon pinnalle nähdäksesi tarkalleen missä ja milloin varjo iskee, prosessi, joka lopulta vaati maapallon ajattelemista ei pallona, ​​vaan möykkyisenä, kuoppaisena, pyörivänä esineenä. Besselin jälkeen monilla kansakunnilla oli globaali, keisarillinen ulottuvuus jahtaamaan noita varjoja, sanoi Deborah Kent, matematiikan historioitsija St. Andrewsin yliopistosta. Näin tehdessään he voisivat edelleen tarkentaa laskelmiaan taistelussa tieteellisestä pehmeän vallan ylivallasta.

Seuraavan vuosisadan aikana pimennysmatkat auttoivat ratkaisemaan yhden tieteen suurimmista mysteereistä: Johtuiko Merkuriuksen outo kiertorata löytämättömästä aurinkoa halaavasta planeettasta (joka oletettavasti tulisi näkyviin pimennyksen aikana)? Tai, kuten kävi ilmi, oliko Newtonin painovoiman ymmärtämisessä jokin ongelma? Nämä panokset tekivät pimennyksen ennustamisesta ja havainnoinnin entistä tärkeämmäksi, ja tutkijat lähetettiin kaikkiin maan kolkkiin tiukoilla ohjeilla siitä, missä tarkalleen pitää olla ja mitä tietoja tallentaa. Sitten he tekivät kuivia raportteja, joita välitti satunnainen "kunnioituksen purkautuminen", Kent sanoi. "Melkein jokaisessa niistä on tavallaan kaksi kappaletta rapsodista, viktoriaanista, ylivoimaista kuvausta."

20-luvulla ongelma muuttui jälleen. Oikea pimennysten ennustaminen joutui aina kamppailemaan sen tosiasian kanssa, että kuu ja kaikki muu aurinkokunnassa nykivät jatkuvasti toisiaan. Tämä ei ollut vain tunnetusti ratkaisematon "kolmen kehon ongelma"; se on N- kehon ongelma. Kun NASA alkoi laukaista ihmisiä ja robotteja kohti aurinkokunnan kappaleita, tarve tietää, missä nämä kappaleet olivat ja missä ne olisivat tulevaisuudessa, sai uuden kiireellisyyden - ja sen selvittäminen kävi helpommaksi.

Apollo-astronautien kuuhun jättämien peilien ansiosta tiedämme, missä kuu on suhteessa Maahan muutaman metrin tarkkuudella. Ryan Park, joka johtaa Solar System Dynamics -ryhmää NASAn Jet Propulsion Laboratoryssa. Ja kun useat avaruusalukset lähettävät etäisyyttä takaisin aurinkokunnan ympärillä, tiedämme myös auringon sijainnin erittäin tarkasti. Parkin tiimi syöttää Kuun ja Auringon sijaintitiedot – planeettojen ja satojen asteroidien samankaltaisten parametrien sekä aurinkotuulen paineen kaltaisten korjausten, eikä vain Newtonin painovoiman lakien, vaan yleisen suhteellisuusteorian hienovaraisempien säätöjen lisäksi. tietokoneen malli. Sitten malli näyttää luettelon kaiken ennustetuista paikoista, myös kuun. Ja sitten ajoittain JPL-tiimi päivittää malliaan ja julkaisee uusia luetteloita.

Nämä asennot, jotka ovat ylivoimaisia ​​pimennysten ennustamiseen, on tarkoitettu riittävän hyviksi avaruusmatkoille. "Olen hieman yllättynyt", Park sanoi, kun avaruusoperaatioiden kehittäjät kysyvät, täytyykö heidän käyttää aikaa selvittääkseen, missä kuu tarkalleen tulee olemaan ja miten se liikkuu. "Olen kuin, ei, ei, ei, ei, ratkaisimme ongelman vuosia sitten."