Om solen bara var lite större eller månen lite längre bort kanske totala solförmörkelser aldrig inträffar. Men de gör det, och det visar sig att detta himmelsfenomen som har förändrat människans historia, och vårt perspektiv på universum, kan vara en ren tillfällighet.
Totala solförmörkelser, när månen nästan perfekt täcker solen, har fascinerat människor sedan åtminstone tiden för de tidigaste civilisationerna. Några av de allra äldsta historiska uppgifterna, skrivna på lertavlor i Babylonia för cirka 2500 år sedan, ägnas åt observationer av förmörkelser. Astronomer tolkade vid den tiden händelserna som katastrofens tecken, medan folkeslag runt om i världen typiskt förklarade förmörkelser som en konflikt mellan solen och en slukande himmel drake, varg eller råtta.
Några solförmörkelser har till och med förändrat mänsklig historia - till exempel genom att påverka resultatet av en avgörande antik strid, eller genom att inspirera forskare när de låste upp hemligheterna om mänsklighetens plats i universum. Det är ett stort ansvar för ett fenomen som astronomer ibland beskriver som "en himmelsk tillfällighet." Det är ju vad en total solförmörkelse egentligen är: ett totalt sammanfall.
"Månen är nästan exakt 400 mindre än solens diameter, och solen är nästan exakt 400 gånger längre bort än månen", säger Mark Gallaway, en astronom vid University of Hertfordshire i Storbritannien. "Konsekvensen av detta är att vinkeldiametern eller storleken vi ser på solen och månen på himlen är nästan exakt densamma."
En sådan nästan perfekt match var emellertid inte alltid fallet. Eftersom avståndet mellan månen och jorden långsamt förändras såg solförmörkelserna mycket olika miljoner år sedan - och de kommer igen, tiotals miljoner år i framtiden.
"Det är en vacker slump - livet har funnits på jorden i cirka 400 miljoner år, och vi lever i det här lilla fönstret där detta händer, vilket är ganska fantastiskt," sa Gallaway till Live Science.
Himmelskt sammanfall
Kort sagt, det är helt enkelt en olycka med geometri att den uppenbara månens skiva är nästan exakt storleken på den skenbara solskivan, säger astronomen Caleb Scharf, chef för Astrobiology Center vid Columbia University i New York City.
"När vi börjar med att kalla det en slump att månens och solens skiva verkar vara väldigt lika stor, ställer vi in ett pussel där det förmodligen inte finns," berättade Scharf för Live Science. "Tillfället" är inte så bra - det är ungefärligt och det varierar beroende på tidpunkten för förmörkelsen och månens omloppsbana. "
Gallaway tillade att precis som jorden kretsar runt solen på en elliptisk bana, inte cirkulär, är jordens månes bana också elliptisk och skiljer sig med cirka 6 procent från en perfekt cirkel. Som ett resultat kan det skiftande avståndet mellan jorden och månen göra en stor skillnad i utseendet på varje förmörkelse sett från jordens yta, sade han.
"När månen är längst kommer vi att få det som kallas en ringformig förmörkelse," sade Gallaway, vilket är en effekt också känd som "eldens ring" när månens uppenbara storlek är något mindre och solskivan är synlig runt månens kant.
Dessutom rör sig månen mycket långsamt längre bort från jorden, en effekt som orsakas av jordens utbuktning drar långsamt månen in i en något snabbare och högre bana. (Samma mekanism gör att jordens rotation avtar, vilket gör dagarna längre med en mycket liten bråkdel av en sekund varje år.)
"Just nu förflyttar sig månen långsamt från jorden i ungefär den takt som dina fingernaglar växer," sade Galloway, "så om några tiotals miljoner år kommer vi att sluta ha förmörkelser som detta."
Astronomi för dinosaurier
Solförmörkelser skulle också ha sett väldigt annorlunda ut i det avlägsna förflutna, när månen var mycket närmare Jorden och verkade mycket större, sade Gallaway. (Men kanske vid den tiden, bara dinosaurier hade varit i närheten för att se det.)
"Månen skulle ha täckt solen helt, så vi skulle inte få alla dessa konstiga effekter som Bailys pärlor och diamantringeffekten," sade han.
Bailys pärlor är ljuspunkter som ibland ses när solen dyker upp bakom månen. Solljus som översvämmar genom månbergen och dalarna orsakar fenomenet. Diamantringen är en liknande effekt men i mycket större skala, som uppstår när ljus från den framväxande solen blossar ut längs ena sidan av månens skiva, sade Gallaway.
Även om vissa solförmörkelser har spelat en viktig roll i vetenskapen, såsom förmörkelsen 1919 som hjälpte till att verifiera Einsteins teori om allmän relativitet, har dessa himmelhändelser inte alltid mycket vetenskapligt intresse idag, sade han.
"Förmörkelser är en av de mest väl undersökta sakerna inom vetenskapen. Vi vet hur de fungerar, och för att vara ärliga, vi kommer bara ut där för att vi gillar att se förmörkelser," sa Gallaway.
Några förmörkelserelaterade fenomen här på jorden är dock inte helt förståda, sade han. "Konstiga saker händer med skuggor, till exempel. De ser randiga under förmörkelser, vilket kan bero på att solen inte längre är en punktkälla och allt lyser effektivt upp av en cirkel," sade Gallaway.
Forskare har också genomfört experiment för att avgöra om den upplevda temperatursänkningen som rapporterats av många förmörkningsobservatörer är verklig eller en psykologisk effekt, tillade han.
"Det faktum att fåglar slutar sjunga - det är också väldigt konstigt. Och luften rapporteras att få en lila färg, möjligen för att detta är en typ av belysningskälla som vi aldrig har upplevt tidigare," sa Galloway.
Mänsklig förmörkelse
Fortfarande är den mänskliga upplevelsen av förmörkelser av särskilt intresse för Kate Russo, en psykolog och författare som har skrivit tre böcker om ämnet. Hennes senaste bok, "Being in the Shadow: Stories of the First Time Total Eclipse Experience" (Being in the Shadow, 2017) släpptes tidigare denna månad.
"En total solförmörkelse är till skillnad från någon annan astronomisk händelse - förändringar inträffar över dig, omkring dig och inom dig," sa Russo till Live Science i ett e-postmeddelande.
"Totalitet inträffar på grund av sammanfallen i skala, vilket tillåter månen att helt blockera solen. Men det som gör totaliteten så speciell är hur uppslukande upplevelsen är. Den är övrigt världen och häpnadsväckande i en skala som aldrig sett förut. Du gör inte "se" en totalförmörkelse. Du "upplever" den, "sa Russo.
KOM IHÅG: Att titta direkt på solen, även när den delvis täckas av månen, kan orsaka allvarliga ögonskador eller blindhet. ALDRIG titta på en partiell solförmörkelse utan korrekt ögonskydd. Vår systersida Space.com har en komplett guide för hur du kan se en förmörkelse på ett säkert sätt.
