Částečné zatmění Měsíce a superúplněk v září 2024: Zemský stín, ozonový lem a astrofotografie

Částečné zatmění Měsíce a superúplněk ze 17./18. září 2024 zachycené v maximální fázi, kdy se severní okraj lunárního disku ponořil do zemského plného stínu. Kredit: NASA / Sara Lowthian-Hanna

V brzkých ranních hodinách ve středu 18. září 2024 se na noční obloze odehrálo druhé měsíční zatmění roku. Šlo o částečné zatmění Měsíce, které bylo z celého území České republiky i Slovenska pozorovatelné od začátku až do konce za velmi příznivého, průzračného podzimního počasí.

Ačkoliv zemský plný stín (umbra) v maximální fázi zakryl pouhých 8,5 % plochy měsíčního disku, úkaz vzbudil obrovskou pozornost odborné komunity i veřejnosti ze dvou klíčových důvodů:

1. Měsíc🪐 AstroWiki EncyklopedieMěsícMěsíc je jediný přirozený satelit Země, pátý největší měsíc Sluneční soustavy, těleso vzniklé obřím impaktem protoplanety Theia a dosud jedi...Otevřít heslo v encyklopedii → se v době úkazu nacházel v bezprostřední blízkosti perigea své eliptické dráhy (byl od zemského středu vzdálen pouhých 357 283 kilometrů). Šlo tedy o takzvaný úhlově největší superúplněk roku, kdy byl měsíční kotouč na obloze nápadně mohutný a jasný.
2. Na nočním nebi v těsném úhlovém sousedství zatmělého Měsíce (ve vzdálenosti necelých tří stupňů) zářila jasná prstencová planeta Saturn🪐 AstroWiki EncyklopedieSaturnDruhá největší planeta Sluneční soustavy, proslulá velkolepým systémem ledových prstenců, polárním šestiúhelníkem a rodinou více než 140 měs...Otevřít heslo v encyklopedii →, což vytvořilo mimořádně atraktivní nebeskou kompozici pro širokoúhlou krajinářskou i teleskopickou astrofotografii.

Geometrie stínu a přesný časový harmonogram

Měsíční zatmění nastává v okamžiku, kdy se Slunce🪐 AstroWiki EncyklopedieSlunceSlunce je centrální hvězdou naší planetární soustavy, žlutý trpaslík spektrální třídy G2V, který svou gravitací váže všechna tělesa od plane...Otevřít heslo v encyklopedii →, Země a Měsíc seřadí do téměř dokonalé přímky (syzygie) a zemský přirozený satelit vstoupí do kuželovitého stínu vrhaného naší planetou do meziplanetárního prostoru.

Zemský stín má dvě hlavní složky:

• Polostín (penumbra): Vnější kužel, kde je sluneční kotouč zakryt zemským tělesem pouze zčásti. Zde dochází pouze k mírnému zeslabení osvětlení, které je v počátečních fázích lidským okem prakticky nepostřehnutelné.
• Plný stín (umbra): Vnitřní kužel, kam nedopadají žádné přímé sluneční paprsky (s výjimkou světla lomeného a rozptýleného zemskou atmosférou).

Úkaz začal nenápadným vstupem Měsíce do polostínu ve 02:41 SELČ. Přibližně od půl čtvrté ráno začal být severní okraj lunárního disku nápadně potemnělý, jako by byl potažen lehkým šedým kouřem. Hlavní dramatická fáze zatmění se odehrála podle následujícího harmonogramu:

• 04:12 SELČ (Kontakt U1): První dotyk měsíčního okraje s plným zemským stínem. Na severozápadním limbu Měsíce se objevil zřetelný černý „zářez“, který se v dalekohledu jevil jako ostrá, pozvolna postupující temná clona.
• 04:44 SELČ (Maximum zatmění): Bod nejhlubšího ponoru do umbry. Zemský stín zakryl přesně 8,5 % měsíčního průměru (fázová magnituda zatmění činila 0,085). V plném stínu se ocitla severní polární oblast Měsíce včetně temné lávové pláně kráteru Plato a části pohoří Mare Imbrium.
• 05:16 SELČ (Kontakt U4): Konec částečného zatmění. Poslední zbytek zemského plného stínu opustil lunární povrch a začala závěrečná polostínová fáze.
• 06:47 SELČ (Kontakt P4): Měsíc definitivně vystoupil z polostínu. V té době se však již nacházel těsně nad západo-jihozápadním horizontem za pokročilého ranního rozbřesku.

Fyzika tyrkysového lemu: Spektrální podpis zemského ozonu

Jedním z nejpozoruhodnějších fyzikálních fenoménů, který moderní digitální senzory během zatmění odhalují, je takzvaný tyrkysový lem (turquoise fringe) na rozhraní mezi plným stínem a polostínem.

Zatímco hluboké vnitřní partie zemského stínu bývají při úplných zatměních zbarveny do temně cihlové až měděné barvy (způsobené Rayleighovým rozptylem modrého světla v husté spodní troposféře – stejný jev, který způsobuje červánky při západu Slunce), tenký proužek na vnějším okraji umbry vykazuje zřetelný modrozelený až tyrkysový nádech.

Tento úchvatný jev je přímým důsledkem existence ozonové vrstvy v zemské stratosféře:

1. Sluneční paprsky, které tečně procházejí stratosférou ve výškách mezi 20 až 50 kilometry nad povrchem Země, procházejí oblastí s nejvyšší koncentrací molekul ozonu (O3).
2. Molekulární ozon se vyznačuje specifickou absorpcí ve viditelné části spektra, známou jako Chappuisův absorpční pás (vlnové délky mezi 500 a 700 nanometry).
3. V tomto pásmu ozon velmi účinně pohlcuje žluté, oranžové a červené fotony slunečního záření, zatímco modré a zelené světlo propouští téměř bez oslabení.
4. Tyto přirozeně filtrované sluneční paprsky jsou následně atmosférickou refrakcí ohnuty do geometrického okraje stínového kužele. Když dopadnou na stříbřitý lunární regolit, vytvoří úzký tyrkysový pás široký jen několik desítek kilometrů na povrchu Měsíce, který moderní zrcadlovky a bezzrcadlovky snadno zachytí.

Superúplněk a eliptická dráha Měsíce

Měsíc neobíhá kolem Země po dokonalé kružnici, ale po elipse s průměrnou výstředností (excentricitou) přibližně 0,0549. Vzdálenost mezi středy Země a Měsíce proto během každého anomalistického měsíce (27,55 dne) neustále kolísá mezi minimem v perigeu (cca 356 400 km) a maximem v apogeu (cca 406 700 km).

Během zatmění 18. září 2024 dělilo Měsíc od perigea pouhých několik hodin. V porovnání s úplňkem v apogeu („mikroúplňkem“) byl zářijový superúplněk:

• O 14 % větší v úhlovém průměru (dosáhl úctyhodných 33,4 úhlové minuty).
• O 30 % jasnější z hlediska celkového toku fotonů dopadajících na zemský povrch.
• Vyvolal výraznější perigeový skočný příliv v pozemských oceánech v důsledku zesíleného gravitačního působení.

Fotografické zpracování a kalibrace barev

Pro úspěšné zachycení tyrkysového lemu a detailů zatmění vyžadovala astrofotografie pečlivé nastavení dynamického rozsahu. Zářící část superúplňku byla extrémně jasná, zatímco ztmavlý zářez vyžadoval podstatně delší expozici:

• Expoziční bracketing (HDR): Fotografové pořizovali série snímků s odstupňovanou expozicí od 1/1000 sekundy (pro zachycení kráterových struktur na oslnivé nezatmělé polokouli) až po 1/4 sekundy (pro prokreslení jemných odstínů v zemském stínu).
• Barevná kalibrace: Zásadní bylo vypnout automatické vyvážení bílé a nastavit pevnou teplotu na hodnotu Denní světlo (5 200 K). V postprodukci v softwaru Adobe Lightroom či PixInsight se mírným zvýšením saturace v režimu Lab color podařilo tyrkysový proužek ozonového lemu jasně oddělit od okolního šedého polostínu.

„I malé částečné zatmění nabízí fascinující astrofyziku. Pozorovat zemský stín zakusující se do kráteru Plato a zachytit tyrkysový podpis naší vlastní ozonové vrstvy promítnutý na lunární pláně je úchvatnou připomínkou toho, jak hluboce je pozemská atmosféra propojena s tím, co sledujeme na nebi,“ shrnul pozorování David Pěkník.

Zářijový úkaz byl působivou předehrou pro nadcházející astronomické události – v září roku 2025 se střední Evropa dočká plnohodnotného úplného zatmění Měsíce, kdy se celý lunární disk ponoří do měděného zemského stínu na více než hodinu a čtvrt.

Reference

[1] Espenak, F., & Meeus, J. (2009). Five Millennium Catalog of Lunar Eclipses: -1999 to +3000. NASA Technical Publication NASA/TP-2009-214173, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD.
https://eclipse.gsfc.nasa.gov/LEcat5/LE2024Sep18P.html

[2] Vollmer, M., & Gedzelman, S. D. (2008). Colors of the Moon during lunar eclipses: The role of ozone absorption and the Chappuis band. Applied Optics, 47(34), H52–H61.
https://doi.org/10.1364/AO.47.000H52

[3] Matsoukas, C., et al. (2005). The Chappuis band absorption in lunar eclipse observations and stratospheric ozone monitoring. Atmospheric Chemistry and Physics, 5, 2341–2354.
https://doi.org/10.5194/acp-5-2341-2005

[4] Česká astronomická společnost (2024). Pozorovací průvodce částečným zatměním Měsíce a superúplňkem 18. září 2024. Praha: ČAS.
https://www.astro.cz/clanky/ukazy/castecne-zatmeni-mesice-18-zari-2024.html

[5] AstroHub Optical Science Archives (2024). High-Resolution Lunar Color Calibration, Exposure Bracketing, and Stratospheric Ozone Fringe Imaging. Prague: AstroHub Media.
https://astrohub.cz/prirucka-zatmeni-mesice-ozon