Umbra, Penumbra và Antumbra: Các loại bóng

Trong hành trình xuyên không gian, Trái đất và Mặt trăng tạo ra 3 bóng khác nhau gây ra các loại nguyệt thực và nguyệt thực khác nhau. Tại sao lại có 3 bóng? Umbra, Penumbra và Antumbra là gì? Đặc điểm các loại bóng này?

Loại Eclipse Phụ thuộc vào Loại bóng

Eclipse (hay Thiên thực) có thể là nhật thực hoặc nguyệt thực.

Nếu bóng của Mặt trăng rơi xuống Trái đất, chúng ta sẽ thấy nhật thực; bóng của Trái đất rơi trên Mặt trăng dẫn đến hiện tượng nguyệt thực. Tuy nhiên, có nhiều loại nhật thực và nguyệt thực khác nhau. Một nhật thực có thể là toàn phần, một phần, hoặc hình khuyên; hiện tượng nguyệt thực có thể là toàn phần, một phần, hoặc nửa tối.

Loại nguyệt thực mà chúng ta trải qua phụ thuộc vào loại bóng có liên quan. Cả Mặt trăng và Trái đất đều tạo ra 3 bóng:

• umbra: vùng bóng tối
• penumbra: vùng bóng nửa tối
• antumbra: vùng đối của vùng bóng tối

Umbra là phần trung tâm tối của bóng, trong khi penumbra và antumbra là các loại bóng nửa tối khác nhau.

Thử nghiệm bóng tối

Để hiểu tại sao Trái đất và Mặt trăng có 3 loại bóng, chúng ta hãy bắt đầu ở quy mô nhỏ hơn. Số lượng và các loại bóng do một vật thể mờ đục tạo ra phụ thuộc vào kích thước của nó so với kích thước của nguồn sáng. Tuy nhiên, kích thước tuyệt đối của chúng là không liên quan, vì vậy một quả bóng rổ được chiếu sáng bởi một ngọn đèn lớn sẽ tạo ra bóng giống như Mặt trăng được Mặt trời chiếu sáng.

Vì vậy, hãy tưởng tượng rằng bạn đang ở trong một căn phòng không có cửa sổ với 1 nguồn sáng và 1 vật thể tròn tạo ra bóng, chẳng hạn như một quả bóng rổ. Cả nguồn sáng và quả bóng rổ đều ở cùng độ cao với đầu của bạn. Bạn đang đứng trên mặt của quả bóng đối diện hoàn toàn với nguồn sáng, đối diện với nó, vậy thứ tự là: nguồn sáng – quả bóng rổ – bạn.

Thử nghiệm đầu tiên: Chỉ Umbra

Quy tắc: Nếu tỏa ra ánh sáng từ một nguồn sáng đúng giờ, đối tượng phôi chỉ có 1 loại bóng: một umbra .

Giả sử nguồn sáng là một chiếc đèn pin nhỏ hướng vào hướng của bạn. Nếu bạn nhìn vào hướng của đèn từ phía sau quả bóng rổ, nó hoàn toàn không thể nhìn thấy được vì bóng chắn tầm nhìn và các tia sáng không đến được với bạn. Bóng của quả bóng là đồng nhất, nó chỉ có một umbra.

Nếu bạn di chuyển sang một bên, đèn pin ngay lập tức hiển thị ngay khi bạn rời khỏi bóng tối.

Thử nghiệm thứ 2: Umbra và Penumbra

Quy tắc: Nếu nguồn sáng không đúng giờ nhưng có diện tích bề mặt lớn hơn, thì loại bóng thứ 2 sẽ xuất hiện xung quanh umbra của vật thể: bóng mờ .

Bây giờ nguồn sáng là một chiếc đèn tròn có đường kính nhỏ hơn một chút so với quả bóng rổ. Nếu bạn thẳng hàng với đèn và bóng, không có ánh sáng nào được nhìn thấy bởi vì bạn đang ở trong umbra của bóng. Tuy nhiên, khi bạn di chuyển sang hai bên, một phần của nguồn sáng sẽ có thể nhìn thấy. Đó là penumbra.

Nếu bạn di chuyển xa hơn sang một bên cho đến khi bạn có thể nhìn thấy tất cả bề mặt của đèn, bạn đã rời khỏi penumbra.

Thử nghiệm thứ 3: Umbra, Penumbra và Antumbra

Quy tắc: Nếu đường kính của nguồn sáng lớn hơn đường kính của vật thể, thì loại bóng thứ 3 sẽ xuất hiện ở nơi kết thúc của umbra hình nón: bóng tối .

Trong thí nghiệm này, nguồn sáng là một chiếc đèn tròn khác, nhưng lần này nó có đường kính gấp đôi quả bóng. Hãy tưởng tượng một lần nữa rằng bạn đang nhìn vào đèn từ phía sau quả bóng. Miễn là bạn ở khá gần nó, kích thước biểu kiến ​​của bóng sẽ vượt quá kích thước biểu kiến ​​của đèn. Bạn đang ở trong umbra, và đèn là vô hình.

Tuy nhiên, khi bạn di chuyển ra khỏi quả bóng, kích thước rõ ràng của nó sẽ giảm đi. Tại một thời điểm nào đó, quả bóng rổ sẽ xuất hiện nhỏ hơn chiếc đèn. Một vòng ánh sáng sẽ xuất hiện xung quanh quả bóng khi vành ngoài của đèn xuất hiện trong tầm nhìn. Bạn vừa bước vào trận đấu bóng rổ.

3 Bóng tối, 6 Loại Thiên thực

Hệ mặt trời của chúng ta giống như thiết lập của thí nghiệm trước. Mặt trời là một nguồn sáng rất lớn, đường kính của nó vượt quá đường kính của cả Trái đất và Mặt trăng. Điều này có nghĩa là, trong hành trình xuyên không gian của chúng, cả hai vật thể đều tạo ra cả 3 loại bóng.

Tùy thuộc vào loại bóng nào có liên quan, chúng ta có thể trải qua 3 loại nhật thực khác nhau và 3 loại nguyệt thực khác nhau trên Trái đất:

Thiên thực Umbra

Các bóng umbral có thể tạo ra nhật thực sau đây:

• Nhật thực toàn phần – umbra của Mặt trăng rơi xuống bề mặt Trái đất và người quan sát ở trong umbra.
• Nguyệt thực toàn phần – umbra của Trái đất bao phủ hoàn toàn Mặt trăng.
• Nguyệt thực một phần – umbra của Trái đất chỉ bao phủ một phần của Mặt trăng.

Thiên thực Penumbra

Các bóng penumbral được tham gia vào các nhật thực:

• Nhật thực một phần – thiên đỉnh của Mặt trăng rơi xuống bề mặt Trái đất, và người quan sát nằm trong thiên đỉnh.
• Nguyệt thực một phần – thiên đỉnh của Trái đất bao phủ khu vực bề mặt có thể nhìn thấy của Mặt trăng mà không bị che bởi umbra.
• Nguyệt thực hình tròn – hình tròn bao phủ toàn bộ hoặc một phần của Mặt trăng, umbra bỏ sót nó.

Thiên thực Antumbra

Các bóng antumbral chỉ có thể gây ra 1 loại nhật thực:

• Nhật thực hình năm – antumbra của Mặt trăng rơi xuống bề mặt Trái đất, và người quan sát nằm trong antumbra.