أصبح بإمكاننا التنبؤ بالكسوفات الشمسية بدقة

لقد قام الفلكيون بإعداد خرائط للكسوفات الشمسية لمئات السنين في المستقبل.

في 14 أكتوبر، شهد نصف الكرة الغربي كسوفًا حلقيًا للشمس، حيث كان القمر صغيرًا وبعيدًا جدًا من رؤيتنا بحيث لم يحجب قرص الشمس تمامًا، وبدلاً من ذلك، قد أخفى مركزه وترك حلقةً عند الحواف.

وكان أفضل المواقع لمشاهدة حلقة النار في السماء على طول المسار الذي يمر عبر ولاية أوريغون وتكساس وأمريكا الوسطى وكولومبيا وأخيرا شمال البرازيل.

قد تقرر زيارة ألبوكيركي، نيو مكسيكو، حيث ستشاهد بالضبط 4 دقائق و48 ثانية من الكسوف الحلقي.

وإن كنت تبحث عن كسوف كلي حقيقي، فما عليك سوى الانتظار ستة أشهر أخرى. في 8 أبريل 2024 الساعة 2:10 مساءً في مازاتلان في المكسيك، إذ ستصبح أول مدينة في أمريكا الشمالية ترى معظم الشمس تختفي في الظل. ثم يمر مسار الكسوف الكلي عبر دالاس وإنديانابوليس إلى مونتريال ونيو برونزويك ونيوفاوندلاند في كندا.

إننا نعرف كل هذه التفاصيل الدقيقة – وأكثر من ذلك – بفضل معرفتنا بمكان تواجد القمر والشمس في السماء في أي لحظة.

في الواقع، يمكننا التنبؤ بالكسوف ورسم خرائط له في المستقبل حتى بعد قرون من الآن. وبسبب معرفة العلماء بالمواقع الدقيقة للقمر والشمس وكيف تتغير هذه المواقع بمرور الوقت، فذلك يمكنهم من إسقاط ظل القمر على كرة الأرض. وباستخدام أجهزة الكمبيوتر المتطورة، من الممكن رسم مسارات الكسوف وصولاً إلى نطاق بضعة أقدام.

يحتاج كسوف الشمس إلى ثلاثة أشياء. يحدث الكسوف عندما يحجب القمر ضوء الشمس عن رؤيتنا على الأرض. لذا للتنبؤ بالكسوف يجب أن تعرف أين وكيف تتحرك الشمس والقمر والأرض بالنسبة لبعضها البعض. هذا ليس بالأمر البديهي كما قد يبدو، لأن النظام الشمسي ليس مسطحًا، حيث يميل مدار القمر حوالي 5 درجات بالنسبة لمسار الشمس، وهو ما يسميه علماء الفلك مسار الشمس. بينما يمر قمرنا الصناعي بين الأرض والشمس مرة واحدة في الشهر تقريبًا – وهو ما نسميه القمر الجديد – نادرًا ما يبدو أن المسارين يتقاطعان.

لا يمكن أن يحدث كسوف الشمس إلا عندما يكون القمر في إحدى النقطتين حيث يعبر مدار القمر مسير الشمس، والمعروفة باسم العقدة. وإذا كان القمر جديداً عند هذا العبور سنحصل على كسوف الشمس.

في القرون الماضية، كانت محاولة التنبؤ بالكسوف تعني التنبؤ بتفاصيل دقيقة للمدارات الدقيقة. ولكن عندما اكتشف علماء الفلك المزيد عن كيفية تحرك الأجرام السماوية، بدأوا في جدولة ما يسمونه التقويمات الفلكية: التنبؤات بمكان وجود القمر والشمس والكواكب في السماء. لا تزال التقويمات الفلكية هي المفتاح للتنبؤ بالكسوف.

يقول أليكس يونج عالم الفيزياء الشمسية في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا «ما تحتاجه هو بيانات التقويم الفلكي… ولا يتعين عليك تتبع المدار فعليًا».

باستخدام بيانات التقويم الفلكي، يمكن لعلماء الفلك تحديد التواريخ والأوقات التي يلتقي فيها القمر والشمس وبمجرد معرفة هذا التاريخ، يصبح رسم خريطة للكسوف أمرًا بسيطًا نسبيًا. تسمح التقويمات الفلكية للعلماء بإسقاط ظل القمر على كرة الأرض؛ وباستخدام رياضيات القرن التاسع عشر، أصبح بإمكانهم حساب شكل وخط العرض لمميزين من ذلك الظل. بعد ذلك, من خلال معرفة الوقت الحالي ومكان زاوية دوران الأرض يمكننا تحديد خطوط الطول. تجميع هذه العناصر معًا ينتج عنه خريطة كسوف.

في الماضي، كان علماء الفلك يطبعون التقويمات الفلكية في التقاويم، وهي مجلدات طويلة مليئة بصفحة تلو الأخرى من الجداول الإحداثية. تمامًا كما تقدم علم الفلك بأكمله إلى عصر أجهزة الكمبيوتر، كذلك تقدمت التقويمات الفلكية. يقوم العلماء اليوم بوضع نماذج رياضية لمسارات القمر والشمس والكواكب والأقمار الأخرى والكويكبات وغير ذلك الكثير.

ينشر مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) بانتظام خلاصة جديدة للمواقع السماوية كل بضع سنوات. الإصدار الأحدث لعام 2021 المسمى DE440، يعرض تفاصيل مثل دوران قلب القمر ووشاحه وإبطاء دورانه. يقول ريان بارك المهندس في مختبر الدفع النفاث: “بشكل عام، نحن نعرف مكان وجود القمر من الأرض إلى حوالي متر، وربما بضعة أمتار”. “نحن نعرف عادة مكان وجود الشمس على بعد بضع مئات من الأمتار، وربما 300 متر.”.

تخدم التقويمات الفلكية أغراضًا أخرى، خاصة عند التخطيط لمهمات الرحلات الفضائية. ولكن الفضل في ذلك إلى حدّ كبيرإلى بيانات التقويم الفلكي الأكثر تطوراً التي تمكننا الآن من التنبؤ بشكل موثوق بحركات القمر في القرون المقبلة.

في الواقع، يمكنك العثور على خرائط تفصيلية لكسوف الشمس لما يقرب من ألف عام في المستقبل. (إذا كنت محظوظًا بما فيه الكفاية لتكون في سياتل في 23 أبريل 2563 أو في أمستردام في 7 سبتمبر 2974، فاستعد ليوم الكسوف الكلي!

لكن هذه الخرائط -مثل معظم خرائط الكسوف- تظهر مسار الكسوف الكلي أو الحلقي كخط أملس يعبر سطح الأرض. وهذا ليس تمثيلاً دقيقًا. يقول إرني رايت الذي يصنع خرائط الكسوف لصالح مركز غودارد التابع لوكالة ناسا: “لقد صُمِّمَ هذا للحساب بالقلم الرصاص والورق، لذا فهو يقدم الكثير من الافتراضات المبسطة التي تكون خاطئة إلى حد ما، على سبيل المثال أن القمر عبارة عن كرة ناعمة تمامًا”.

كل من القمر والأرض متعرجان عند الحافة. يمكن لتضاريس الأرض أن تحجب بعض الرؤية للشمس، وللقمر خليطه الخاص من الجبال والوديان. في الواقع، فإن أشعة الشمس التي تمر عبر الوديان القمرية تخلق خرزات بيلي و”حلقة الماس” التي غالبًا ما تُرى على حافة الكسوف. يقول يونج: «لدينا الآن معلومات تفصيلية عن تضاريس هذه الجبال من مركبة الاستطلاع القمرية».

ساعد رايت في ابتكار طريقة جديدة لرسم الخرائط التي تستبدل رياضيات العصر الفيكتوري برسومات الكمبيوتر الحديثة. وتحول طريقته سطح الأرض إلى خريطة مكونة من وحدات عناصر الصورة، لكل منها خطوط عرض وخطوط طول وارتفاع مختلفة، مع وجود الشمس والقمر في السماء أعلاه. بعد ذلك، تقوم الطريقة بحساب عناصر الصورة التي ترى أي جزء من أجزاء القمر تحجب أي أجزاء من الشمس.

يقول رايت: «بعد ذلك، تقوم بإنشاء سلسلة كاملة من الخرائط بفواصل زمنية مدتها ثانية واحدة طوال مدة الكسوف. ينتهي بك الأمر بتسلسل إطاري يمكنك تجميعه معًا لصنع فيلم للظل».

هذه التقنية الجديدة – الممكنة فقط مع أجهزة الكمبيوتر الحديثة والتقويمات الفلكية فائقة الدقة – قد تسمح لنا بعمل خرائط للكسوف تظهر بوضوح ما إذا كان بإمكانك رؤية الكسوف من منزلك.

يقول يونج: «أعتقد أن هذا سيوفر مجموعة جديدة تمامًا من الخرائط في المستقبل والتي ستكون أكثر دقة. سيكون الأمر مثيرًا جدًا».