Jak zobaczyć cień Ziemi?
Na postawione w tytule pytanie można udzielić rozmaitych odpowiedzi. Jest to możliwe podczas zaćmienia Księżyca – tak jak na zdjęciu ilustracyjnym obok, cień Ziemi oświetlonej przez Słońce pada na Księżyc. Barwa zaćmionej księżycowej tarczy jest spowodowana właściwościami ziemskiej atmosfery – bardziej pochłania ona fale krótsze (niebieskie) niż dłuższe (czerwone). Czerwona część światła widzialnego przechodzi więc dalej niż niebieska, dlatego wyraźnie dominuje. Z łatwością możemy znaleźć zdjęcie cienia Ziemi w Internecie – to najszybszy sposób, jak na dłoni mamy setki zdjęć zaćmień Księżyca – do wyboru, do koloru! A czy próbowaliście zobaczyć cień Ziemi samemu? Najlepsze jest to, że nie trzeba czekać na najbliższe zaćmienie Księżyca, które nie trafia się zbyt często. To możliwe, trzeba tylko wiedzieć kiedy i gdzie patrzeć. Cień naszej planety można ujrzeć podczas każdego pogodnego wschodu i zachodu Słońca, czyli dwa razy na dobę! Oczywiście nie każdemu porankowi i wieczorowi towarzyszy czyste niebo, a w dodatku rano zazwyczaj śpimy. Odrzucając chwile z niesprzyjającymi warunkami zostajemy z wciąż sporą ilością okazji do ujrzenia cienia. Posłużę się obszernym cytatem z wydanej w 1950 r. broszurki Zjawiska optyczne w atmosferze autorstwa prof. Edwarda Stenza:
ZORZA
Błękit nieba nie utrzymuje się bynajmniej w ciągu całego dnia. W miarę jak Słońce chyli się ku zachodowi, niżej położone części nieboskłonu zmieniają swe barwy w sposób charakterystyczny aż do chwili, póki ciemność nie ogarnie całego nieba.
Zmianę barw nieba przy wschodzie i zachodzie Słońca nazywamy ogólnie zorzą. Niekiedy nadaje się tym zjawiskom nazwę zjawisk zmrokowych, może o tyle niesłuszną, że zmrok jest tylko po zachodzie Słońca, podczas gdy przed wschodem Słońca mamy świt. Obie zorze, poranna i wieczorna, trwają razem około 2 godzin, obejmują więc około 1/12 doby.
W normalnych warunkach natężenie zorzy jest raczej słabe i tylko w okresie zakłóceń optycznych (o których mowa niżej) zorza rzuca się w oczy grą swych kolorów. W roku 462 czerwona zorza towarzysząca opadowi pyłu wywołała nawet panikę w Konstantynopolu. Jednak i w zwykłych warunkach, podczas pogody, zmiany barwy nieba o zachodzie lub wschodzie są tak uderzające, że wielu malarzy poświęca im swe płótna pod nazwą: O świcie, O zmierzchu itd. Zmiany barwy nieba możemy łatwo przy pewnej wprawie zaobserwować, jeżeli im poświęcimy trochę czasu i uwagi.
Gdy więc po zajściu Słońca spojrzeć w pogodny wieczór na wschodnią część nieba, wówczas można zauważyć wynurzający się spod horyzontu cień Ziemi w postaci popielatego odcinka koła. Jest on obramowany charakterystycznym czerwonawym łukiem zwanym ze staropolska zarzą górną (lub przeciwzorzą).
Zarza górna podnosi się zwolna do góry i jest widoczna do chwili, w której Słońce osiągnie 4° obniżenia pod horyzontem; wówczas sięga ona do wysokości 12°, po czym zaczyna zacierać się na ciemniejącym tle nieba.
Tymczasem na zachodniej stronie nieba pojawia się na jego seledynowym tle okrągława różowa plama na wysokości około 25° (przy obniżeniu Słońca 3°); jest to tzw. pierwsza purpura; osiąga ona największe natężenie przy obniżeniu Słońca – 4°, a zanika dopiero, gdy tarcza słoneczna opuści się do -6°.
Gdy ponownie zwrócimy wzrok na wschodnią część nieba, wówczas – jak pisze prof. W. Smosarski – na tle cienia nad horyzontem można zobaczyć nowy utwór w postaci jaśniejszej rdzawej smugi; jest to zarza dolna; pod nią ukazuje się smuga ciemniejsza: dolny cień Ziemi. Jednocześnie z ukazaniem się zarzy dolnej górny cień Ziemi zmienia barwę na klarowną niebieskawą, a w pewnej chwili zarumienienie zarzy górnej szybko słabnie i przechodzi w fiolet.
Jak wynika z tego opisu, wygląd nieba o zmroku jest dość urozmaicony i na wschodzie można wyróżnić aż 5 stref o odmiennych barwach. Na zachodzie niebo czerwieni się i przechodzi w barwę wiśniową, która traci swą żywość, gdy Słońce obniży się na 8°. Chwila ta oznacza koniec zmroku cywilnego. Nad stroną słoneczną wyraźnie odcina się od ciemnego tła nieba jasny pas – poświata. Jej górną łukowatą granicę uważa się za cień Ziemi, który tymczasem minął zenit i sięga nisko do widnokręgu słonecznego. Chwila, gdy ona przestaje być widoczna, oznacza koniec zmroku astronomicznego (W. Smosarski). Obniżenie Słońca wynosi wówczas 17°. Świat kolory traci pod całunem mroku – jak powiada Mickiewicz – i następuje noc zupełna.
W ten mniej więcej sposób przebiega zorza wieczorna. Zorza poranna jest takim samym zjawiskiem, lecz oczywiście przebiega w porządku odwrotnym.
A oto rysunek pomagający zorientować się w opisanych wyżej zjawiskach:
Odbyłem krótką wycieczkę, by spróbować sfotografować to zjawisko. Oto efekty:
Pierwsze zdjęcie przedstawia niebo na wschodzie takie, jak widziałem je gołym okiem i jak uchwycił je aparat fotograficzny. Druga fotografia to właściwie to samo co pierwsza, ale z lekko wzmocnionym kontrastem. Trzeci obraz to ponownie pierwsze zdjęcie, ale po tzw. wyrównaniu (ang. equalize) – operacji, w efekcie której jasność barw na całym zdjęciu jest w pewien szczególny sposób wyrównywana. Efekt wygląda nieco sztucznie, ale dzięki niemu bardzo wyraźnie widać przejścia pomiędzy poszczególnymi fragmentami nieba, w tym oczywiście cień Ziemi – niebiesko-popielaty pas nisko nad południowo-wschodnim horyzontem (a właściwie widnokręgiem).
Lekko różowy (na pierwszym zdjęciu) lub intensywnie czerwony (na trzeciej fotografii) obszar to tzw. pas Wenus. Więcej o nim można poczytać na Wikipedii. Tam też znajdziecie obszerniejszy opis cienia Ziemi.
Zachęcam do własnych obserwacji. Latem, na wakacjach, powinno to być łatwiejsze – bo któż nie lubi oglądać zachodów Słońca...?
PS. Dziękuję p. Lechowi Mankiewiczowi za delikatne zwrócenie uwagi na błąd merytoryczny – pisałem o cieniu Ziemi i zaćmieniu Słońca mając na myśli zaćmienie Księżyca. Tekst jest już poprawiony.