Zaawansowane planowanie zaćmień Słońca

Jeśli nie zapoznałeś się jeszcze z materiałem w artykule Planowanie zaćmień Słońca, najpierw go przejrzyj.

Co omówimy

• Jak korzystać z symulatora zaćmienia w trybie pełnoekranowym
• Jak wyświetlać profil brzegu Księżyca w trybie konturowym
• Jak wyświetlać perełki Baily’ego
• Jak dostosować wartość promienia Słońca
• Symulowanie chromosfery

Dla kogo jest ten artykuł?

Jeśli jesteś doświadczonym łowcą zaćmień, prawdopodobnie obserwowałeś już wiele zjawisk związanych z zaćmieniem Słońca, takich jak pierścień diamentowy, korona i protuberancje. Bardziej doświadczeni łowcy zaćmień często celowo wybierają miejsca w pobliżu krawędzi pasa zaćmienia, gdzie możliwa jest dłuższa obserwacja perełek Baily’ego i chromosfery.

Mimo to perełki Baily’ego są często widoczne w pobliżu linii centralnej, lecz zwykle przez krótszy czas. Kluczem do ich uchwycenia jest wiedza, czego się spodziewać, gdzie patrzeć i kiedy.

Omówione tutaj zaawansowane narzędzia planowania pokazują, jak właśnie to zrobić.

Jeśli znasz już oprogramowanie do zaćmień uwzględniające brzeg Księżyca, możesz również przeczytać Notę techniczną.

Dostęp do strony symulatora zaćmienia

Możesz rozwinąć miniaturowy symulator zaćmienia wyświetlany na stronie mapy, aby zobaczyć go w znacznie większym rozmiarze:

Po kliknięciu przycisku Rozwiń zobaczysz stronę podobną do tej – możesz szybko zapoznać się z jej funkcjami, klikając „Rozpocznij prezentację ” lub przycisk informacji:

Strona symulatora zaćmienia zapewnia większy widok szczegółów symulacji, a także oferuje szereg dodatkowych narzędzi przydatnych w zaawansowanym planowaniu zaćmień.

Możesz również zapoznać się z tymi wskazówkami dotyczącymi zarządzania wydajnością grafiki podczas korzystania z symulatora.

Elementy sterowania odtwarzaniem

Elementy sterowania odtwarzaniem zaćmienia oraz kluczowe informacje są wyświetlane w lewym dolnym rogu:

• Odtwórz/Wstrzymaj umożliwia odtwarzanie zaćmienia w czasie rzeczywistym lub w przyspieszonym tempie (więcej szczegółów znajdziesz w artykule Planowanie zaćmień Słońca)
• Przeskocz wstecz/do przodu: przeskakuj wstecz lub do przodu co 10 sekund za pomocą przycisków z podwójnymi grotami po obu stronach wyświetlanego czasu – można ich używać w dowolnym momencie, także podczas odtwarzania.

Wykres i suwak

Na stronie symulatora zaćmienia wykres zmienia się w następujący sposób:

• Zakres czasu obejmuje wyłącznie C1 do C4
• Wykres pokazuje wielkość zaćmienia w czasie
• Rozdzielczość suwaka czasu jest zmniejszona do 0,1 sekundy (zamiast 10 s na stronie mapy), co pozwala na znacznie precyzyjniejsze sterowanie – użyj klawiszy kursora w lewo/w prawo, aby zmieniać czas o 0,1 s przy każdym naciśnięciu klawisza, gdy uchwyt suwaka jest zaznaczony.

Mini-mapa

Mini-mapa w prawym dolnym rogu pokazuje lokalizację, dla której skonfigurowano symulację. Możesz przesuwać i powiększać tę mapę tak samo jak na samej stronie mapy. Dodatkowo możesz przeciągnąć i upuścić pinezkę mapy, aby zmienić lokalizację bez konieczności powrotu do strony mapy.

Użyj przycisku rozwiń w prawym górnym rogu mini-mapy, aby wrócić do strony mapy.

Tryb symulatora

Przycisk w prawym górnym rogu przełącza tryb symulatora między „fotorealistycznym ” (domyślnym) a „konturowym ”. Zrzut ekranu pokazuje tę samą lokalizację co powyżej, z włączonym trybem konturowym. Wybrany czas przypada tuż po C3:

Perełki Baily’ego i brzeg Księżyca

Powiększmy część widoku konturowego, aby zobaczyć bardziej szczegółowo, co jest wyświetlane:

Perełki Baily’ego obserwuje się głównie (ale nie wyłącznie) w okolicach C2 i C3. Są widoczne, gdy fotosfera Słońca nie jest całkowicie zasłonięta przez Księżyc i pojawia się w dolinach powierzchni Księżyca.

W przypadku zaćmienia całkowitego czas trwania perełek Baily’ego jest zwykle krótszy, ponieważ większy rozmiar kątowy Księżyca szybciej całkowicie zakrywa Słońce. Podczas zaćmienia obrączkowego mogą być widoczne dłużej (Francis Baily po raz pierwszy udokumentował swoje perełki po obserwacji zaćmienia obrączkowego w południowej Szkocji w 1836 roku). Jeśli znajdujesz się blisko krawędzi pasa centralnego, możesz obserwować perełki znacznie dłużej, ponieważ brzegi Słońca i Księżyca pozostają przez cały ten czas blisko siebie.

Gdy odległość od brzegu Słońca do brzegu Księżyca przekracza głębokość widocznych dolin księżycowych, nie mamy już tak naprawdę do czynienia z „perełkami ”, lecz wracamy do obszaru zaćmienia częściowego. Jednak „paciorkowanie ” nadal jest możliwe w obszarach (na jednym lub dwóch łukach), gdzie oba brzegi pozostają blisko siebie. Pokazany powyżej żółty łuk w przybliżeniu wskazuje te strefy.

Łuk potencjalnych perełek

Łuk potencjalnych perełek, pokazany na żółto, służy dwóm celom:

• Jest prostą wizualną wskazówką, gdzie na brzegu Słońca można obserwować perełki podczas zaćmienia.
• Jest optymalizacją wydajności symulatora, dzięki której musi on uwzględniać tylko podzbiór brzegu Słońca, aby wyświetlać ulepszoną symulację perełek (opisaną poniżej).

Wraz ze wzrostem czasu od C2 lub C3 łuk podzieli się na dwa i stanie się krótszy, ponieważ kąty wierzchołkowe w miejscu przecięcia brzegu Słońca z brzegiem Księżyca będą coraz większe. Na tym obrazie obszar między łukami to po prostu odsłonięta fotosfera, bez możliwości powstania perełek (tzn. nie ma tam księżycowej góry wystarczająco wysokiej, aby podzielić łuk widocznej fotosfery na dwa):

Dane brzegu Księżyca

Dane profilu brzegu Księżyca pochodzą z japońskiej misji „Kaguya ” lub SELENE i zostały zaadaptowane przez Davida Heralda specjalnie do obliczeń zaćmień i zakryć gwiazd przez Księżyc. Jesteśmy wdzięczni obu stronom za udostępnienie tych danych.

Widoczny brzeg Księżyca zmienia się w czasie i zależnie od lokalizacji obserwatora z powodu zjawiska księżycowej „libracji ”, które najłatwiej wyobrazić sobie jako „kołysanie ”. Aby przewidzieć wygląd perełek Baily’ego podczas zaćmienia, należy najpierw określić librację Księżyca, a następnie wybrać właściwe dane profilu brzegu do wykorzystania w obliczeniu lub symulacji. TPE Web robi to automatycznie.

Chociaż nierówność brzegu Księżyca ma znaczący wpływ na wygląd i momenty zaćmień, może być trudna do zauważenia bez pionowego wyolbrzymienia. Aby to ułatwić, pokazujemy wyidealizowany „gładki ” brzeg Księżyca na niebiesko oraz wyolbrzymiony profil rzeźby rzeczywistego brzegu na pomarańczowo. Są one prezentowane przy sztucznie powiększonym promieniu Księżyca (×1,2), aby nie zasłaniać rzeczywistej skali brzegu.

Obszary, w których brzeg jest bardziej nierówny lub bardziej oddala się od wyidealizowanego gładkiego brzegu, powodują większą liczbę i/lub dłuższy czas trwania perełek Baily’ego. Jest to ważny czynnik przy wyborze miejsc obserwacji zaćmienia w celu obserwowania perełek Baily’ego.

Elementy sterowania perełkami Baily’ego

W lewym górnym rogu symulatora znajduje się suwak do sterowania umowną „ekspozycją ” perełek. Domyślnie jest ustawiony na „-16.6 EV ” (co odpowiada opcji wyłączone). Po włączeniu wygląd perełek zmienia się („Ulepszone perełki ”) i dostępne są dodatkowe elementy sterowania:

Ulepszone perełki są wyświetlane w ciągu ±30 sekund od C2/C3 w trybie konturowym oraz w ciągu ±12,5 sekundy w trybie fotorealistycznym. W każdym innym czasie pokazywane są standardowe perełki (tj. bez „flary perełek ”) niezależnie od ustawienia ekspozycji. (Chętnie poznamy Twoją opinię na temat tego podejścia – być może istnieje lepszy sposób…)

Suwak ekspozycji

Wygląd perełek Baily’ego na zdjęciach i filmach zależy od ekspozycji. Jeśli fotografujesz je z filtrem słonecznym (który zazwyczaj odpowiada 16⅔-stopniowemu filtrowi ND, z dodatkową ochroną UV i IR), perełki wyglądają płasko i bez wyolbrzymienia, bez „flary ”, jak na tym zdjęciu obrączkowego zaćmienia z 14 października 2023 roku w Nowym Meksyku, około czasu C3:

ASE2023 w Bisti Badlands, Nowy Meksyk (© Stephen Trainor)

Jednak podczas zaćmienia całkowitego, a także dla niektórych obserwatorów skupionych szczególnie na fotografowaniu ich podczas zaćmień obrączkowych, perełki Baily’ego są zazwyczaj fotografowane bez filtrów słonecznych, przez co wyglądają bardziej tak:

Lokalizacja: Madras, Oregon. Źródło: NASA/Aubrey Gemignani, źródło

Suwak ekspozycji pozwala symulować obie sytuacje.

Uwaga dotycząca dokładności numerycznej: chociaż suwak jest oznaczony wartościami -16.6 EV i 0 EV, najlepiej traktować go jakościowo, a nie jako ściśle dokładny element sterowania ekspozycją: podczas przełączania między fotografowaniem z filtrem słonecznym i bez niego inne ustawienia ekspozycji aparatu również znacząco się zmienią. Sterowanie ekspozycją jedynie stara się odzwierciedlać spektrum wyglądu perełek Baily’ego powszechnie widocznego na zdjęciach i filmach.

Przełącznik częściowego/pełnego brzegu

Gdy sterowanie ekspozycją jest ustawione na -16.6 EV, symulator nie wykonuje żadnego dodatkowego specjalnego przetwarzania w celu wyświetlenia perełek Baily’ego. Wyświetla dokładny brzeg Księżyca (PRO subskrypcja wymagana dla przyszłych zaćmień Słońca), a niezasłonięte piksele tarczy Słońca są rysowane normalnie.

Gdy ekspozycja zostanie zwiększona z -16.6 EV do dowolnej wyższej wartości, wykonywane jest dodatkowe przetwarzanie w celu renderowania „rozbłyskowego ” wyglądu perełek. Zależnie od komputera, wybranej rozdzielczości (patrz poniżej) i okoliczności zaćmienia, może to wymagać znacznych zasobów. Domyślnie symulator pokazuje „flarę perełek ” tylko w strefach wyznaczonych przez łuk(i) perełek Baily’ego (patrz powyżej).

Zwykle dobrze sprawdza się to w przypadku zaćmień całkowitych, gdzie obszar potencjalnego występowania perełek jest ograniczony, ale w przypadku zaćmień obrączkowych może dawać nieoczekiwany efekt wizualny z powodu odmiennej geometrii takich zjawisk. W takim przypadku możesz przełączyć sterowanie, aby pokazać pełny brzeg:

Na obrazie po lewej prawdziwe perełkowanie jest możliwe tylko w ograniczonym obszarze pod żółtym łukiem, lecz ponieważ odległość Słońca od brzegu Księżyca zwiększa się w kierunku końców łuków, rozbłyskowy wygląd znika niespodziewanie. Jeśli włączysz „pełny brzeg ” przyciskiem po prawej stronie suwaka ekspozycji, symulator pokaże „flarę ” wokół całego brzegu Słońca – pamiętaj, że może to wymagać znacznych zasobów (stąd czerwona ikona ostrzeżenia GPU).

Suwak rozdzielczości

Trzeci element sterowania, suwak rozdzielczości perełek, określa, w jakiej rozdzielczości wykorzystywane są dane brzegu Księżyca do wyświetlania ulepszonych perełek. Przy ustawieniu maksymalnym używane są wszystkie 1800 punktów danych brzegu Księżyca (tj. co 0,2° kąta osi). O ile nie analizujesz danych przy bardzo dużym powiększeniu, zwykle nie jest to konieczne i zalecane jest niższe ustawienie. Ustawienia odpowiadają następującej rozdzielczości numerycznej:

• Maks.: 1800 punktów, 0,2°
• **W:**900 punktów, 0,4°
• Ś: 600 punktów, 0,6°
• N: 450 punktów, 0,8°
• Min.: 360 punktów, 1,0°

Jeśli używasz starszego komputera, ustawienie Min. lub N może być konieczne, aby uniknąć problemów z wydajnością. Przy niższych ustawieniach rozdzielczości zwykle uzyskasz lepsze efekty wizualne przy wyższym ustawieniu ekspozycji (wyższa ekspozycja nie powoduje dodatkowego spadku wydajności, gdy ustawiona jest na wartość powyżej -16.6 EV).

Perełki w trybie fotorealistycznym

Gdy symulator działa w trybie fotorealistycznym, ulepszone perełki są pokazywane w ten sam sposób. Obecnie symulator nie próbuje pokazywać pierścienia diamentowego ani korony (uwagi dotyczące chromosfery znajdziesz poniżej), chyba że lokalne okoliczności zaćmienia wskazują na zaćmienie całkowite. Dlatego w przypadku spektakularnego, lecz krótkotrwałego zdarzenia z 1966 roku, takiego jak to, które było bliskie, ale nie całkowite, zobaczysz tylko perełki:

Promień Słońca

W ostatnich latach wiele dyskutowano o promieniu Słońca. Tradycyjna wartość 959.63″ pochodzi z artykułu z 1891 roku autorstwa Auwersa. W ostatnich latach IAU zmieniła swoją oficjalną wartość na 959.22″.

Możesz się zastanawiać, czy tak niewielkie różnice mają znaczenie. Dla perełek Baily’ego i skorygowanych o brzeg Księżyca czasów kontaktów zaćmienia – tak. Większe Słońce pozostaje zaćmione przez krótszy czas.

Wielu badaczy zaćmień opowiadało się za stosowaniem większej wartości promienia w związku z obserwacjami zaćmień Słońca. Chociaż większe wartości mogą nie mieć zastosowania w innych okolicznościach astronomicznych (np. obserwacjach Słońca prowadzonych spoza atmosfery Ziemi), stwierdzono, że większy promień jest zgodny z wieloma rzeczywistymi obserwacjami zaćmień.

W symulatorze domyślnie używamy wartości 959.95″ (Quaglia, Irvine i in.). Możesz jednak dostosować tę wartość za pomocą listy rozwijanej w prawym górnym rogu:

Dostępne wartości są przedstawione wraz z odnośnikami do źródeł.

O ile nie jesteś ekspertem w polowaniu na zaćmienia, zaleca się pozostanie przy domyślnej wartości 959.95″.

Chromosfera

Chromosfera jest stosunkowo cienką (~2500 km) warstwą „atmosfery ” Słońca, leżącą nad fotosferą (intensywnie jasnym obszarem, który zapewnia nam światło dzienne – i który tworzy również perełki Baily’ego). W okresach, gdy można zobaczyć perełki Baily’ego, oraz na początku i końcu fazy całkowitej, często można również zobaczyć chromosferę. Ma różowy kolor ze względu na częstotliwość światła wytwarzanego przez atomy wodoru (emisje H-alpha).

Nie istnieją precyzyjne pomiary grubości chromosfery – może ona bowiem zmieniać się w różnych punktach powierzchni Słońca, a także w czasie. Jednak 2500 km jest ogólnie przyjętą wartością pośrednią. Na podstawie średniego „zaćmieniowego ” promienia fotosfery wynoszącego 959.95 sekundy łuku zakładamy, że widoczna grubość chromosfery wynosi 3.45 sekundy łuku.

Oba tryby symulatora pokazują chromosferę w przybliżeniu w rzeczywistej skali, lecz z kilkoma istotnymi różnicami:

• Tryb fotorealistyczny: chromosfera jest wyświetlana tylko dla zaćmień całkowitych (wielkość > 1.0) i tylko od 5 s przed C2 do 5 s po C3; jest wyświetlana niezależnie od ustawienia ekspozycji perełek Baily’ego
• Tryb konturowy: chromosfera jest wyświetlana zarówno dla zaćmień całkowitych, jak i obrączkowych (nie tylko częściowych), od 30 s przed C2 do 30 s po C3 – dodatkowo jest pokazywana tylko wtedy, gdy ekspozycja perełek Baily’ego jest bliska maksimum (gęstość optyczna między 0.0 a 1.0 lub między ~ -3.0 a 0.0 EV)

Oto dwa przykłady, odpowiednio fotorealistyczny i konturowy, oba z zaćmienia całkowitego z 2017 roku (link):

Paciorkowanie chromosferyczne

Oprócz perełek Baily’ego – rozdzielonych segmentów odsłoniętej fotosfery – góry księżycowe mogą również powodować paciorkowanie chromosferyczne, na przykład (po lewej tryb fotorealistyczny, po prawej tryb konturowy):

Pokazuje to doliny księżycowe pozostawiające widoczne części chromosfery podczas fazy całkowitej przy maksimum zaćmienia w 2017 roku.

Możesz wykorzystać narzędzie do oceny różnych potencjalnych lokalizacji fotografowania na podstawie tego, czy zapewniają dłuższą widoczność chromosfery albo potencjalnie ciekawsze ujęcia z większą liczbą segmentów rozdzielonej chromosfery – fascynujący temat do fotografii zaćmień teleobiektywem!

Uwaga: zrzuty ekranu bezpośrednio powyżej pokazują jeszcze jedną różnicę między trybami fotorealistycznym i konturowym. W trybie fotorealistycznym punkty brzegu Księżyca są interpolowane, aby uzyskać gładszy wygląd. W trybie konturowym używane są surowe wartości dyskretne, aby uniknąć sugerowania, że dane mają wyższą rozdzielczość, niż w rzeczywistości mają (odstępy 0.2° wokół brzegu Księżyca).

Co dalej?

• Możesz sprawdzić, jak zweryfikowaliśmy symulację perełek Baily’ego: Weryfikacja symulacji perełek Baily’ego
• Zapoznaj się z Notą techniczną: funkcjonalność zaćmień Słońca
• Rozważ dołączenie do Solar Eclipse Mailing List, aby uzyskać dostęp do dyskusji ekspertów od zaćmień z całego świata (pamiętaj jednak, że nie jest to miejsce na pytania dla początkujących – jest raczej dla zaangażowanych łowców zaćmień)