Jak vzniká zatmění Měsíce?

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
A na ten fyzikální princip, který pan ředitel popsal před malou chvílí, ještě několikrát narazíme během vysílání Devadesátky. Tak prosím tedy, k zatmění Měsíce, které budeme moci dnes pozorovat, dochází v průměru 5krát za století, tolik fakta. Tentokrát ale půjde o takzvané středové zatmění. Pojďme si vysvětlit, co to vlastně znamená. Slunce, Země a Měsíc se dnes dostanou do jedné přímky. Slunce posílá světlo k Zemi, která vrhá stín a právě do tohoto stínu vstupuje Měsíc. Tento stín je zhruba třikrát větší, než náš nejbližší vesmírný soused, který skrz něj postupně prochází, no, a právě proto zatmění Měsíce trvá daleko déle než zatmění Slunce, které počítáme na pouhé minuty. Konkrétní délka zatmění Měsíce závisí na tom, jak velkou částí daného stínu Měsíc právě prochází. No, a v tom dnešním případě je to už zmiňované zatmění středové. Slibovali jsme dnes různé pohledy na zatmění Měsíce, přichází teď čas na pohled fyzika. Je tu s námi Petr Kulhánek z katedry fyziky Fakulty elektrotechnické Českého vysokého učení technického v Praze, vítejte, pane profesore.

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Dobrý večer.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
Tak teď možná, začnu trochu možná osobně, vy se zabýváte fyzikou plazmatu, zabýváte se gravitačními vlnami, tím pádem vlastně samotným vznikem vesmíru, tak není vlastně pouhý stín vržený jedním vesmírným tělesem na to druhé banalita pro vědce?

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Já si nemyslím, ono hlavně je to mimořádný estetický zážitek, a to je v každé době, ať člověk zkoumá cokoliv, tak určitě pohled na zatmění jak Měsíce, tak Slunce je něco zcela výjimečného.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
Chystáte se dnes?

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Určitě se budu dívat.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
A odkud se budete dívat, jestli to není tajné, nějaký tajný typ?

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Já se budu dívat od nás ze zahrady, protože Měsíc je natolik jasný, že to není žádný problém.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
Rozumím, ale asi předpokládám, že se nedá tušit, že by snad všichni astronomové dnes napjatě čekali, co objeví, na co přijdou.

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Tak tady to asi není už o nějakých velkých objevech u zatmění Měsíce, spíše opravdu o tu estetiku, o tu nádhernou podívanou, ale že by to mělo hlubší vědecký smysl, to už tady kolega Rozehnal říkal, to nemá.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
Dobrá, tak tedy teď nikoli Měsíc pro estéta, ale Měsíc pro fyzika, co vlastně znamená? Pár slovy.

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Tak Měsíc je těleso, které je vázané spolu se Zemí gravitací, obíhá kolem naší Země, je to v podstatě těleso docela veliké, v porovnání s jinými měsíci, takže někdy hovoříme i o tom, že jde o dvojí planetu, Země, Měsíc a z tohoto pohledu je to těleso nesmírně zajímavé, které díky výměně momentu hybnosti se Zemí, se vzdaluje v tuto chvíli a to vzdalování znamená, že vlastně třeba zatmění Slunce, jak ho známe dnes, ty budoucí generace už vidět nebudou. Zatmění Měsíce se to ale netýká.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
Ano, a Měsíc se také stále vzdaluje od naší planety, dá se tedy říci, že právě ty síly, o kterých vy hovoříte, že se vzájemně ovlivňují, dvě nebeská tělesa nebo dvě vesmírná tělesa, tak budou vypadat diametrálně jinak v příštích milionech, miliardách let?

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Tak budou slábnout. Oni slábnou s kvadrátem vzdálenosti, takže jak se ta tělesa od sebe vzdalují, ty síly budou slabší a slabší. Ale ten hlavní, hlavní vlastně záležitost je ta, že ten Měsíc, když se od nás dostane dál, tak bude úhlově menší a Slunce, které je v tuto chvíli úhlově stejné jako Měsíc, tak bude pak už úhlově větší a tím pádem zatmění Slunce tak, jak ho známe, už nebude možné to úplné zatmění Slunce. Ale tady dneska se bavíme o zatmění Měsíce, což je trošku jiný jev.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
Ano, rozhodně, ale ještě u Měsíce tedy zůstaňme a u vzájemných sil, které na sebe působí. Jak se to projeví tím, že ony síly budou slábnout prakticky? Pokud samozřejmě bude na co působit v tu chvíli.

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Prakticky třeba my jsme zvyklí na příliv a odliv, který každý zná u moře. Ten je způsobený působením našeho Měsíce, když ten Měsíc později bude podstatně dále, než je v tuto chvíli, tak ten příliv a odliv ustane, takže i takový, takováto, takovýto jev, který vlastně známe z každodenní zkušenosti, nebo ti, kteří bydlí u moře, tak ten přestane.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
Divák, co se podepsal jako Anti, ptá se: "Čeká nás nejdelší úplné zatmění Měsíce v tomto století. V čem bude specifické? Jiné, zajímavé?" Pouze tou délkou?

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Tak je zajímavé určitě zejména tou délkou, která není ještě nejdelší možná. Nejdelší možná délka je, tuším, 107 minut. Tady je to nějakých 104 minuty nebo 103,5 minuty a taková zatmění jsou relativně, relativně častá nejbližší, další bude zhruba za 11 roků. Nebude takto dlouhé samozřejmě, bude, tuším, 102 minuty dlouhé, ale zatmění Měsíce není nějaký příliš výjimečný jev. K němu dochází relativně často, je to 2 až 5krát za rok a u zatmění Měsíce to velmi důležité je, že vlastně, jak už tady bylo vidět z toho nákresu, to zatmění Měsíce se dá pozorovat z celé poloviny zeměkoule. Všude tam, kde je tma, všichni vidí zatmění Měsíce a tím pádem to zatmění na celé té polokouli je viditelné, kdežto zatmění Slunce, ta úplná fáze, to je pás, který je široký zhruba 200 kilometrů, čili to už jsou jenom velice malá, omezená území a například tady v Praze příští úplné zatmění Slunce uvidíme v roce 2135, takže to je podstatně vzácnější úkaz.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
My už zřejmě ne tedy, nutno podotknout, to je pravda. Ale my už tady vidíme, jak se vlastně bude postupně zatmění Měsíce vyvíjet na obrázcích, co je vlastně tato fáze, kdy Měsíc jako by se skrýval celý. Už už to vypadá, že zmizí, ale najednou se opět vlastně objeví v úplně nepoznané podobě?

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Tak on Měsíc prochází, jak už tady bylo řečeno, zemským stínem a ten zemský stín má dvě části. Polostín, takzvanou Penumbru, a úplný stín, takzvanou Umbru. Takže postupně Měsíc vchází nejprve do polostínu, potom je v tom úplném stínu, kdy má tu načervenalou barvu a říkáme, že jde o krvavý Měsíc a pak zase vychází postupně ven. Tím stínem se pohybuje rychlostí asi jeden kilometr za sekundu, což je relativně málo. Třeba Země se pohybuje kolem Slunce rychlostí 30 kilometrů za sekundu, takže při tomto pomalém pohybu je to záležitost opravdu na desítky minut, a to maximum může být těch 107 minut.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
Pojďme se teď podívat, jak je možné, že k tomuto jevu vlastně dochází. Postupně se samozřejmě Měsíc obarvuje, vidíme to tady názorně od šedé, kterou dobře známe, do hněda, červena, oranžova, to bude ten krvavý Měsíc, a teď tedy proč? Pomocí tohoto obalu, slavného alba skupiny Pink Floyd Dark Side of the Moon to vysvětlíme, protože na něm je zobrazen optický hranol, na který dopadá bílé světlo a ten ho rozkládá na jednotlivé složky, a tak tomu je i v případě dopadu světla do atmosféry Země. Naše světlo totiž tvoří jednotlivé složky, tedy zjednodušeně řečeno, jednotlivé barvy a od Slunce jde světlo k Zemi, atmosféra Země některé části světelného spektra, konkrétně modrou barvu pohltí, jiné ale odrazí, pošle je dál, takže pokračující světlo je právě o onu modrou barvu ochuzeno a převládá v něm červená. Ta potom zabarví Měsíc do oranžova až temně hněda a ze stejného důvodu mimochodem je i obloha modrá. Většinou se neptáme, zda jsme v grafikách chybovali, ale, pane profesore, dnes je to asi na místě, něco, co by se hodilo podotknout ještě do tohoto jevu?

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Tak určitě. Je to záležitost, jak tady bylo řečeno, lomu, který je závislý na barvě, ale ten lom je dvojího typu. Jeden ten lom je jakýsi globální atmosféra ve vyšších místech je řidší než v nižších, a dochází k postupnému lomu světla, takže světlo se od nebeských objektů k nám nešíří po přímce, ale po takovém oblouku a důsledek toho je, že hvězdy vlastně vidíme výše, než ve skutečnosti na obloze jsou. A co se dnešního dne týče, tak Měsíc v okamžiku, kdy bude vycházet, tak právě to, že ten paprsek se šíří po oblouku, tak my už uvidíme Měsíc nad obzorem ...

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
Který tam vlastně ještě vůbec není.

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
... v okamžiku, kdy tam ještě vůbec není. Takže termínem dnešních politiků by se dalo říct, že to je taková globální stránka té věci a pak je tady ta lokální. Tyhle ty akty jednotlivých lomů probíhají na taky malých škálách, na škálách shluku atomů a molekul a tady v podstatě jde o jev, kterému se říká Rayleighův rozptyl, a to je jev, při kterém tyto akty jednotlivých lomů probíhají opakovaně statisticky na malých shlucích a jak už tady bylo ukázáno, nejvíce se rozptyluje modrá barva. Je to proto, že aby došlo k takovému rozptylu světla, tak musí být vlnová délka srovnatelná s velikostí těch objektů, a tady se jedná o nějaké shluky atomů a molekul a srovnatelná s tím je modrá a fialová barva, nejvíc ten rozptyl probíhá na fialová barvě, ale fialová barva není ve slunečním spektru příliš zastoupena a lidské oko na ní není citlivé, takže my vidíme modrou atmosféru, vidíme to rozptýlené světlo, které k nám přichází od Měsíce, a to je vlastně důvod, proč je obloha modrá a současně důvod, proč je ten Měsíc krvavý, jelikož v okamžiku zatmění to světlo se šíří vlastně nejdelší části atmosféry a ta modrá barva, já bych řekl, doslova, že je vyžraná tím, jak je rozptýlená do jednotlivých stran a zůstane ta červená.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
Rozumím. Mimochodem tu červenou mohli naši třeba předkové vidět jinak než my, pokud připustíme, že tu barvu ovlivňuje složení atmosry, znečištění, možná i tloušťka ozonové vrstvy, je to možné?

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Je to, je to možné, tyhle ty jevy mají všechny vliv na to, jak se světlo rozptyluje v atmosféře, i smog samozřejmě, kouřové částice, čili je možné, že to viděli trošičku jinak. Možná by tady ještě mělo zaznít, že standardně teda Měsíc není zdrojem světla. My vidíme Měsíc proto, že se od něj odráží sluneční světlo a při tom zatmění je Měsíc v zákrytu, takže to přímé sluneční světlo není možné a my ten Měsíc v průběhu zatmění vidíme vlastně díky rozptylu světla v zemské atmosféře, čili to, co se budou diváci dívat v pozdějších hodinách, to je vlastně světlo rozptýlené z naší atmosféry.

Tomáš DRAHOŇOVSKÝ, moderátor
Ale nejdřív dodívejte, prosím, Devadesátku. Tolik fyzikální pohled na zatmění Měsíce. Petr Kulhánek byl s námi. Pane profesore, mockrát za to díky a mějte se hezky.

Petr KULHÁNEK, katedra fyziky FEL, ČVUT v Praze
Na shledanou.