Solformørkelser ble tolket gjennom store deler av historien som dårlige nyheter for suverenen - et illevarslende tegn på deres personlige helse eller rikets helse. Men den frykten bidro til å gi næring til tusenvis av år med stipend. Denne fremgangen begynte i Mesopotamia med en jakt på periodiske mønstre i historiske data. Det har kulminert i en epoke der vi kjenner de gjensidig avhengige fremtidige bevegelsene til solsystemets kropper århundrer i forveien, og transformerer det som en gang var årsaken til angst i kosmisk skala til et spørsmål om kaldt urverk.

Hvis du måtte velge ett vendepunkt, kan det ha vært morgenen den 22. april 1715, da en solformørkelse dukket opp over London. Den britiske polymaten Edmond Halley, best husket som navnebroren til Halleys komet, hadde forutsagt det. Han hadde publisert et broadsheet som inkluderte et kart over banen som månens skygge ville tegne over England. Det året hadde England en nykronet konge med et opprør som allerede var i gang mot ham; ved å avmystifisere formørkelsen med en spådom, håpet Halley å nøytralisere dens kraft som et varsel.

Han ønsket også å rekruttere datainnsamlere hvis observasjoner kan føre til enda bedre formørkelsesspådommer fremover. «The Curious ønsker å observere det, og spesielt varigheten av Total Darkness,» annonserte han, «...for derved vil Situasjonen og dimensjonene til Skyggen bli godt bestemt; og ved hjelp av dette kan vi bli satt i stand til å forutsi lignende opptredener for fremtiden, til en større grad av sikkerhet enn det som kan forutsettes i dag."

Varsler som holder takten

Tiår tidligere hadde Halley, en ivrig leser av eldgamle tekster, gjenoppdaget og popularisert en nyttig himmelsyklus for å tenke på formørkelser og månens posisjon på himmelen: 6,585 dager, eller litt mer enn 18 år. Han kalte denne syklusen «Saros», som moderne historikere ser på som en feiloversettelse av et sumerisk symbol som opprinnelig betydde noe sånt som «univers» eller «stort tall».

Rundt 600 fvt i Mesopotamia hadde assyriske og babylonske prest-matematikere søkt gjennom datoene for tidligere formørkelser registrert i leirtavler, i håp om å utvikle strategier for å utlede når neste formørkelse kan skje. Formørkelser bekymret konger i disse kulturene, og snart, med oppfinnelsen av dyrekretsen og personlige horoskoper, ville behovet for å følge med på posisjonene til solen, månen og planetene bekymre alle.

De første løsningene var tommelfingerregler. Måneformørkelser fulgte ofte etter et halvt år, for eksempel. Babylonerne innså også at spesifikke sol- og måneformørkelser ofte ble skilt fra en lignende hendelse av det Halley kalte en Saros.

For å forstå denne syklusen i moderne termer, forestill deg geometrien til himmellegemer i øyeblikket av en solformørkelse, når månen ligger direkte mellom solen og jorden og alle tre legemer danner en pen linje. For at dette skal skje, må månen være en nymåne. Det må også være på et punkt der dens egen skrå bane rundt jorden stuper gjennom planet der jorden marsjerer gjennom sin egen bane rundt solen.

Tenk deg nå at du går frem klokken for å finne et tidspunkt da de samme forholdene gjentar seg. Vi må forene flere overlappende, men ulik månesykluser. Syklus én: Det tar omtrent 29.5306 dager å gå fra en nymåne til den neste. Syklus to: Det tar månen omtrent 27.2122 dager å gå fra en passasje gjennom planet i jordens bane til samme pass på neste runde. Syklus tre: Fordi månens elliptiske bane trekker den nærmere og lenger bort fra jorden, svinger månen også sin tilsynelatende størrelse og hastighet på himmelen over jorden, en syklus som tar omtrent 27.5546 dager.

Saros er altså bare et fint rundt intervall der alle disse syklusene gjentas et helt antall ganger: 223 passeringer gjennom nymånen er nesten nøyaktig lik 242 runder inn og ut av ekliptikken, som igjen er nesten nøyaktig lik. til 239 svingninger i månens tilsynelatende størrelse. Hvis du så en sol- eller måneformørkelse, bare vent en Saros, og det samme grove geometriske arrangementet av himmellegemene vil gjenta seg.

Månens bane er faktisk mer komplisert enn bare disse parameterne. Og uansett, dette opplegget forteller deg ikke hvor på jorden den resulterende formørkelsen vil være synlig.

Halley og Beyond

Da Halley leste om Saros og gjenopplivet den til eget bruk, hadde mange flere århundrer med flerkulturell innsats forfinet problemet med formørkelser ytterligere, slik matematikkhistorikeren Clemency Montelle beskrev i boken fra 2011. jager skygger. Babylonerne flyttet til slutt forbi enkle empiriske regler som "vent en Saros" til mer kompliserte numeriske skjemaer som beregnet månens fremtidige koordinater på himmelen. De gamle grekerne smeltet sammen sine egne geometriske ideer om kosmos med numeriske beregninger i babylonsk stil. Bygget på toppen av denne syntesen, trakk islamske verdensastronomer som al-Khwarizmi, navnebroren til ordet "algoritme" fra det niende århundret inn trigonometriske funksjoner og desimaltall (fra India) som de skrev på det nye papirmediet ( fra Kina) for å utvikle enda mer avanserte prediktive metoder, som nå også gjentok seg rundt i Europa.

Men Halley hadde noe enda nyere å leke med. Omtrent samtidig som han fisket Saros ut av antikken, satte han også bankrollen for publiseringen av vennen Isaac Newtons ideer om gravitasjon, som Newton deretter brukte for å forstå månens bane. I 1715, med den første solformørkelsen på mange århundrer som nærmet seg London, var Halleys prediktive kart en blanding av eldgamle og moderne måter å tenke på.

Det neste store skrittet kom i 1824, da den tyske astronomen Friedrich Bessel utvidet den newtonske tilnærmingen til å tenke på formørkelser ved å bruke tyngdelovene. Han så for seg månens skygge kastet på et tenkt plan som løp gjennom jordens sentrum. Du kan deretter projisere den skyggen tilbake til overflaten av jordkloden for å se nøyaktig hvor og når skyggen ville slå inn, en prosess som til slutt krevde å tenke på Jorden som ikke en kule, men et klumpete, humpete, spinnende objekt. Etter Bessel hadde mange nasjoner den globale, keiserlige rekkevidden til å jage ned disse skyggene, sa Deborah Kent, en matematikkhistoriker ved University of St. Andrews. Ved å gjøre det kunne de videreutvikle sine beregninger i en kamp om vitenskapelig mykmakts overlegenhet.

I løpet av det neste århundret bidro eklipsekspedisjoner til å avgjøre et av de største mysteriene i vitenskapen: Skyldes Merkurys merkelige bane en uoppdaget solomsluttende planet (som antagelig ville bli synlig under en formørkelse)? Eller, som det viste seg å være tilfelle, var det noe problem med Newtons forståelse av tyngdekraften? Disse innsatsene gjorde prediksjon og observasjon av formørkelse enda viktigere, med forskere som ble sendt til alle hjørner av jorden med strenge instruksjoner om nøyaktig hvor de skal være og hvilke data som skal registreres. Deretter leverte de tørre rapporter avbrutt av sporadiske «utbrudd av ærefrykt», sa Kent. "I nesten hver eneste av dem er det på en måte to avsnitt med rapsodisk, viktoriansk, overordnet beskrivelse."

På 20-tallet endret problemet seg igjen. En skikkelig spådom om formørkelser måtte alltid kjempe med det faktum at månen og alt annet i solsystemet hele tiden drar i hverandre. Dette var ikke bare det berømte uløselige "trekroppsproblemet"; Det er en N- kroppsproblem. Da NASA begynte å lansere mennesker og roboter mot solsystemets kropper, ble behovet for å vite hvor disse kroppene var og hvor de ville være i fremtiden en ny press - og det ble lettere å finne ut.

På grunn av speil som er etterlatt på månen av Apollo-astronautene, vet vi hvor månen er i forhold til jorden til innen et par meter, iht. Ryan Park, som leder Solar System Dynamics-gruppen ved NASAs Jet Propulsion Laboratory. Og med flere romfartøyer som sender data tilbake når de surrer rundt i solsystemet, vet vi også solens posisjon med høy nøyaktighet. Parks team mater måne- og solposisjonsdata – sammen med lignende parametere for planetene og hundrevis av asteroider, og korrigeringer for ting som trykk fra solvinden, og ikke bare lovene til Newtons tyngdekraft, men de mer subtile justeringene av generell relativitetsteori – til en datamaskinmodell. Deretter lager modellen en liste over de forutsagte posisjonene til alt, inkludert månen. Og så oppdaterer JPL-teamet med jevne mellomrom modellen sin og publiserer nye lister.

Disse posisjonene, overkill for oppgaven med å forutsi formørkelser, er ment å være gode nok for romfart. "Jeg er litt overrasket," sa Park, da romfartsutviklere spør om de må bruke tid på å finne ut hvor nøyaktig månen vil være og hvordan den beveger seg. "Jeg er som, nei, nei, nei, nei, vi løste problemet for mange år siden."