อุปราคาเกิดขึ้นได้อย่างไร

สุริยุปราคา

เกิดเมื่อดวงจันทร์ผ่านเข้ามาอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก จึงเกิดได้เฉพาะวันจันทร์ดับ ดวงอาทิตย์ใหญ่กว่าดวงจันทร์ราว 400 เท่า แต่ก็อยู่ไกลกว่าราว 400 เท่าเช่นกัน ทั้งสองจึงปรากฏบนท้องฟ้าขนาดใกล้เคียงกัน ซึ่งเป็นความบังเอิญที่ทำให้เราได้เห็นสุริยุปราคาเต็มดวงที่สวยงาม

• สุริยุปราคาเต็มดวง ดวงจันทร์บังดวงอาทิตย์หมด ท้องฟ้ามืดลงจนเห็นดาวสว่างและคอโรนา เห็นได้เฉพาะในแนวแคบ ๆ บนพื้นโลก กว้างไม่เกินราวสองถึงสามร้อยกิโลเมตร
• สุริยุปราคาวงแหวน เกิดเมื่อดวงจันทร์อยู่ไกลจากโลก จึงปรากฏเล็กกว่าดวงอาทิตย์เล็กน้อย เหลือขอบดวงอาทิตย์เป็นวงแหวน
• สุริยุปราคาบางส่วน ดวงจันทร์บังดวงอาทิตย์เพียงบางส่วน เห็นได้ในพื้นที่กว้างกว่ามาก

ทำไมบางครั้งเต็มดวง บางครั้งเป็นวงแหวน

ขนาดปรากฏของวัตถุบนท้องฟ้าหาได้จากขนาดจริงหารด้วยระยะทาง \theta \approx D/d (เป็นเรเดียน) ดวงอาทิตย์ใหญ่กว่าดวงจันทร์ราว 400 เท่า แต่ก็อยู่ไกลกว่าราว 400 เท่าเช่นกัน ทั้งสองจึงปรากฏกว้างราวครึ่งองศาพอ ๆ กัน

วงโคจรของดวงจันทร์เป็นวงรี ขนาดปรากฏของมันจึงเปลี่ยนระหว่างราว 0.49 องศา (ไกลสุด) ถึง 0.55 องศา (ใกล้สุด) ส่วนดวงอาทิตย์เปลี่ยนแค่ราว 0.52 ถึง 0.54 องศา ถ้าอุปราคาเกิดตอนดวงจันทร์อยู่ใกล้ มันใหญ่พอจะบังหมดเป็นสุริยุปราคาเต็มดวง ถ้าเกิดตอนอยู่ไกล จะเหลือขอบเป็นสุริยุปราคาวงแหวน

เงาส่วนที่มืดสนิท (เงามืด) ของดวงจันทร์บนพื้นโลกกว้างไม่เกินราว 270 กิโลเมตร และเคลื่อนเร็วกว่า 1,700 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ช่วงเต็มดวงที่จุดหนึ่งจึงนานไม่เกินราว 7 นาทีครึ่ง และส่วนใหญ่สั้นกว่านั้นมาก เฉลี่ยแล้ว จุดเดิมบนโลกจะได้เห็นสุริยุปราคาเต็มดวงราวครั้งเดียวในหลายร้อยปี ดวงจันทร์ยังถอยห่างจากโลกปีละราว 3.8 เซนติเมตร ในอีกหลายร้อยล้านปี มันจะเล็กเกินกว่าจะบังดวงอาทิตย์ได้หมด และสุริยุปราคาเต็มดวงจะไม่เกิดอีก

จันทรุปราคา

เกิดเมื่อโลกอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์กับดวงจันทร์ ดวงจันทร์จึงเคลื่อนเข้าไปในเงาของโลก เกิดได้เฉพาะคืนจันทร์เต็มดวง และเห็นได้จากทุกที่ที่ดวงจันทร์อยู่เหนือขอบฟ้าในขณะนั้น ระหว่างจันทรุปราคาเต็มดวง ดวงจันทร์ไม่ได้หายไป แต่กลายเป็นสีแดงอิฐ เพราะบรรยากาศโลกหักเหแสงสีแดงเข้าไปในเงา เหมือนแสงจากพระอาทิตย์ขึ้นและตกทั่วโลกพร้อมกัน

ทำไมไม่เกิดทุกเดือน

วงโคจรของดวงจันทร์เอียงราว 5 องศาเทียบกับระนาบวงโคจรของโลก ในเดือนส่วนใหญ่ดวงจันทร์จึงผ่านเหนือหรือใต้แนวดวงอาทิตย์และเงาของโลกไป อุปราคาเกิดได้เฉพาะช่วงที่ดวงจันทร์อยู่ใกล้จุดตัดของสองระนาบนี้ ซึ่งวนมาถึงราวทุก 6 เดือน เรียกว่าฤดูอุปราคา

วัฏจักรซารอส: อุปราคาเกิดซ้ำทุก 18 ปี

ตั้งแต่สมัยบาบิโลน นักดาราศาสตร์รู้ว่าอุปราคาเกิดซ้ำเป็นรอบราว 18 ปี 11 วัน เพราะเดือนสามแบบของดวงจันทร์บังเอิญมาตรงกันที่ระยะนี้ คือเดือนจันทรคติ (ข้างขึ้นข้างแรม) เดือนที่วนกลับมาที่จุดตัดระนาบวงโคจร และเดือนที่วนกลับมาที่จุดใกล้โลกที่สุด ทั้งสามแบบครบรอบพร้อมกันเกือบพอดีที่ราว 6,585 วัน

หลังหนึ่งซารอส ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และโลกกลับมาเรียงแบบเดิมเกือบพอดี อุปราคาจึงเกิดซ้ำในรูปแบบคล้ายกัน แต่เศษ 8 ชั่วโมงทำให้โลกหมุนไปอีกราวหนึ่งในสามรอบ แนวเงาของสุริยุปราคาครั้งถัดไปในชุดเดียวกันจึงเลื่อนไปทางตะวันตกราว 120 องศา ในแต่ละปีมีอุปราคาอย่างน้อย 4 ครั้ง (นับจันทรุปราคาเงามัวด้วย) และมากที่สุด 7 ครั้ง

สีของจันทรุปราคา

ความแดงของดวงจันทร์ระหว่างจันทรุปราคาเต็มดวงแต่ละครั้งไม่เท่ากัน ขึ้นกับว่าบรรยากาศโลกตอนนั้นมีฝุ่นและเมฆมากแค่ไหน หลังภูเขาไฟระเบิดครั้งใหญ่ ฝุ่นในบรรยากาศชั้นสูงทำให้ดวงจันทร์ช่วงเต็มดวงมืดคล้ำจนแทบมองไม่เห็น นักดาราศาสตร์ใช้มาตราดองชง แบ่งความสว่างเป็นระดับ 0 (มืดมาก) ถึง 4 (สีส้มแดงสว่าง) บางครั้งยังเห็นแถบสีฟ้าอมเขียวจาง ๆ ที่ขอบเงา จากแสงที่ผ่านชั้นโอโซนในบรรยากาศโลก

สุริยุปราคาในประวัติศาสตร์ไทย

พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงคำนวณการเกิดสุริยุปราคาเต็มดวงวันที่ 18 สิงหาคม พ.ศ. 2411 ได้ล่วงหน้าอย่างแม่นยำ และเสด็จไปทอดพระเนตรที่หว้ากอ จังหวัดประจวบคีรีขันธ์ พร้อมคณะนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส วันที่ 18 สิงหาคมจึงเป็นวันวิทยาศาสตร์แห่งชาติของไทย ใช้ปฏิทินดาราศาสตร์ของเว็บนี้ดูอุปราคาที่เห็นได้ในประเทศไทยในแต่ละปีได้

อุปราคาในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์

ชาวกรีกโบราณสังเกตว่าเงาของโลกบนดวงจันทร์ระหว่างจันทรุปราคาเป็นวงโค้งเสมอ จึงสรุปว่าโลกกลม และในสุริยุปราคาเต็มดวงปี ค.ศ. 1919 คณะของอาร์เทอร์ เอดดิงตัน วัดได้ว่าแสงดาวที่ผ่านใกล้ดวงอาทิตย์ถูกเบี่ยงเบน ตรงกับที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำนาย ทำให้ไอน์สไตน์มีชื่อเสียงไปทั่วโลก