Förutsäga förmörkelser: Hur fungerar Saros-cykeln?

Pojke, vad sägs om den totala solförmörkelsen förra fredagen? Och det finns mer i lager, eftersom de flesta av Nordamerika kommer att behandlas med ytterligare en månförmörkelse på morgonen den 4 april^th. Denna förmörkelse är medlem tre av fyra i en kvartett av månförmörkelser, känd som en tetrad.

Sol- och månförmörkelser är förutsägbara och fungerar som en dramatisk påminnelse om universums urverkets natur. Många kommer att förundras över den "perfekta symmetrin" av förmörkelser som sett från jorden, även om den sanna bilden är mycket mer komplex. Ja, solen är ungefär 400 gånger större i diameter än månen, men också cirka 400 gånger längre bort. Detta avstånd är dock inte alltid konstant, eftersom jorden och månens banor är elliptiska. Och för att komplicera frågor rör sig månen för närvarande 3 till 4 centimeter längre bort från jorden per år. Redan är ringformiga förmörkelser vanligare i den nuvarande tiden än totala solförmörkelser, och cirka 1,4 miljarder år från och med nu kommer totala solförmörkelser att upphöra helt och hållet.

Detta påverkar också månförmörkelserna. Jordens mörka innerbara är i genomsnitt cirka 1,25 grader på avståndet från jorden till månen. Månens omloppsbana är lutande 5,1 grader relativt ekliptikplanet, som spårar jordens väg runt solen. Om denna lutning var lika med noll, skulle vi behandlas med två förmörkelser - en sol och en mån - varje 29,5 dagars synodisk månad.

Denna lutning säkerställer att vi i genomsnitt har två förmörkelse säsonger år, och att förmörkelser förekommer i grupperingar av 2-3. Det maximala antalet förmörkelser som kan inträffa under ett kalenderår är 7, vilket nästa inträffar 2038, och det minsta är 4, som inträffade 2015.

En solförmörkelse inträffar vid New Moon, och en månförmörkelse förekommer alltid på Full - ett faktum att många filmverk och fiktion berömmt blir fel. Och medan du måste råka vara i den smala vägen för en solförmörkelse för att bevittna totaliteten, får hela månen mot jordens halvklot bevittna en månförmörkelse. Forntida kulturer kände igen de matematiska vagarierna i mån- och solcyklerna när de försökte förena tidiga kalendrar. Vår moderna gregorianska kalender skapar en balans mellan solen och det tropiska året. Den muslimska kalendern använder strikt månperioder och faller således 11 dagar under ett 365 dagars år. De judiska och kinesiska kalendrarna har ett hybrid-luni-solsystem, vilket säkerställer att en interkalkylär "språngmånad" måste läggas till med några få år.

Men spåra sol- och måncyklerna tillräckligt långt, och något snyggt händer. Meton från Aten upptäcktes i 5^th århundradet f.Kr. att 235 synodiska perioder nästan motsvarar 19 solår till inom några timmar. Detta innebär att månens faser "synkroniseras" varje 19-årig Metonic-cykel, praktiskt om du säger och försöker beräkna framtida datum för en rörlig fest som påsk, som faller på (djupt andetag) den första söndagen efter den första fullmånen efter marsjämningen.

Men det finns mer. Ta en period på 223 synodiska månader, och de synkroniserar tre viktiga måncykler som är avgörande för att förutsäga förmörkelser;

Synodisk månad - Den tid det tar för månen att återgå till samma fas (29,5 dagar).

Anomalistisk månad - Den tid det tar för månen att återgå till perigee (27,6 dagar).

Drakonisk månad - den tid det tar för månen att återgå till en liknande korsande nod (stigande eller fallande) längs ekliptiken (27,2 dagar).

Den sista är avgörande, eftersom förmörkelser alltid uppstår när månen är nära en nod. Månen korsar till exempel stigande nod mindre än sex timmar före början av 4 april^th månförmörkelse.

Och därmed föddes sarorna. En sarosperiod är bara åtta timmar blyg på 18 år och 11 dagar, vilket i sin tur är lika med 223 synodiska, 242 anomalistiska eller 239 drakoniska månader.

Namnet saros beskrevs först av Edmond Halley 1691, som tog det från en översättning av en 11^th århundradet bysantinsk ordbok. Flertalet av saros är saroses.

Detta innebär också att sol- och månförmörkelser en sarosperiod åtminstone delar nästan samma geometri, skiftade 120 grader i longitud västerut. Till exempel den 4 april^th månförmörkelse är medlem nummer 30 i en cykel av 71 månförmörkelser som tillhör saros serie 132. En liknande förmörkelse inträffade för en saros sedan den 24 mars^th, 1997. Håll dig kvar tills den 14 april^th, 2033 och du kommer att slutföra en personlig tredubbla saros av förmörkelser, känd som en exeligmos.

Dussintals saroserier - både sol- och månmånad - pågår vid varje speciell tidpunkt.

Men det är något annat unikt med April-förmörkelse. Även om saros 132 började med en tunn grunt förmörkelse förmörkelse långt tillbaka den 12 maj^th1492, den kommande förmörkelsen innehåller seriens första totala månförmörkelse. Du kan berätta, eftersom varaktigheten av totaliteten är kort 4 minuter och 43 sekunder, ett långt från den maximala varaktigheten på 107 minuter som kan uppstår under en central förmörkelse.

Denna speciella saros cykel av förmörkelser kommer att fortsätta att bli mer central när tiden går. Den sista totala månförmörkelsen av serien inträffar den 2 augusti^nd2213 e.Kr., och sarosna slutar slutligen ut den 26 juni^th, 2754.

Förmörkelser, både månen och solen, har också tagit sig in i århundraden i historien. En stigande partiell förmörkelse hälsade Konstantinoples försvarare 1453 och uppfyllde en profeti i hjärtat av den vidskepliga när staden föll till de osmanska turkarna sju dagar senare. Och du skulle tro att vi skulle veta bättre nu, men dagens rädsla för "Blood Moon" sett under en förmörkelse fortfarande virvlar runt på internet även idag. Månförmörkelser hjälpte till och med sjömän att få fixa en gång på longitud till sjöss: Christopher Columbus och kapten James Cook använde båda denna metod.

Alla tankar att fundera över när du tittar på 4 april^th total månförmörkelse. Denna förmörkelse kommer att vara synlig för observatörer över Stilla havet, det asiatiska fjärran östern, Australien och västra Nordamerika, varefter du får ytterligare ett skott på total månförmörkelse 2015 den 28 september. Nästa totala månförmörkelse efter det kommer inte att vara förrän den 31 januari^st 2018 och gynnar Nordamerika.

Välkommen till saros!

Läs Dave Dickinsons förmörkningsdrivna vetenskapliga berättelser Exeligmos och Shadowfall.