Fogyatkozások, fedések és bolygóátvonulások
Napfogyatkozások
A napfogyatkozások újholdkor keletkeznek, amikor a Nap elég közel van a holdpálya felszálló vagy leszálló csomópontjához (a holdpálya átlagosan 5°8'43" szögben hajlik az ekliptikához, ahol a nap az egész év folyamán látszik, így a holdpályának 2 közös pontja van az ekliptikával, ezek a csomópontok). Biztosan részleges lesz a fogyatkozás, ha a Nap 15°21'-nél közelebb van az egyik csomóponthoz (itt a Nap távolságát az ekliptikán kell mérni), és biztosan centrális lesz, ha a Nap 9°55'-nél nincs távolabb tőle. De csak akkor jöhet létre fogyatkozás, ha a Nap 18°31'-nél nincs távolabb az egyik csomóponttól. Azt az időszakot, amíg a Nap ezeken a határokon belül van, fogyatkozási szezonnak nevezzük.
Alapvetően két helyzet fordul elő, ha centrális a fogyatkozás: mivel a Hold és a Nap látszólagos átmérője változó, ezért lehet gyűrűs napfogyatkozás, amikor a Hold látszó átmérője kisebb a Napénál, így nem takarja el teljesen a napot, vagy teljes napfogyatkozás, amikor a Hold látszó átmérője egyező, vagy nagyobb a Napénál. A Hold látszó átmérője e két érték között lehet: 29,38' és 33,54', a Napé e két érték között lehet: 31,46' és 32,53'. Ebből látszik, hogy a Hold átlagos látszó átmérője (31,08') kisebb a Napénál (31,99'), így gyakoribb a gyűrűs napfogyatkozás. Ritkább esetben az is előfordulhat, hogy ha a Nap delelésekor történik a napfogyatkozás, akkor teljes, de amikor napkelte vagy napnyugta körül történik, akkor gyűrűs a fogyatkozás. Ez azért lehetséges, mert a nap delelésekor kb. 6378 km-rel közelebb vagyunk a Holdhoz (így nagyobb a látszó átmérője), mint napkelte vagy napnyugta körül. Ilyen esetben a teljes és gyűrűs fogyatkozások teljesség fázisának hossza nem több egy percnél (ezt a fogyatkozástípust hibridnek nevezzük). A Nap és a Hold látszó átmérőjének legnagyobb különbsége teljes napfogyatkozásnál 2,08' lehet, gyűrűsnél 3,15' lehet.
Még egy tényező miatt hosszabb a gyűrűs napfogyatkozások totalitása (teljes fázisa): a Hold földtávolban lassabban mozog, mint földközelben, így ugyanannak a szögtávolságnak a megtételéhez több idő szükséges. Ezekből adódóan a gyűrűs napfogyatkozások totalitása hosszabb lehet, mint a teljes napfogyatkozásoké. Egy adott földrajzi helyről a jelenség hosszúságát az is befolyásolja, hogy a napfogyatkozás melyik napszakban történik. Napkeltekor a Föld forgása merőleges a Hold keringésének irányára, így a holdárnyék gyorsabban vonul el, mintha a Nap delelne az adott helyen (ilyenkor a Föld forgásiránya azonos a Hold keringésirányával, tehát a Hold keringési sebességéből levonódik a Föld forgási sebessége). Bármelyik félgömb (északi vagy déli) nyarán előfordulhat olyan helyzet, hogy a holdárnyék olyan területre vetül, ahol a Föld forgási sebessége ellentétes irányú (ez abban az esetben jön létre, amikor a holdárnyék olyan területre esik, mely a pólus mögé esik), ekkor egy adott földrajzi helyhez képest még gyorsabb az árnyék, így tovább rövidül a jelenség (pl. 2003.05.31-én).
A nap- és holdfogyatkozások létrejöttének ciklikusságát a babiloniak fedezték fel. Szerencsés egybeesés, hogy 223 lunáció (újholdtól újholdig eltelt idő ), 239 anomalisztikus hónap (földközelségtől földközelségig eltelt idő), és 19 fogyatkozási éve (2 ugyanannál a csomónál lejátszódó fogyatkozási szezon időbeli távolsága) kb. 6585 napot, azaz 18 év 11 és 1/3 napot tesz ki (ha ebben az időszakban 4 szökőév volt). Ezt a ciklust szárosznak nevezték el a babiloniak. A három ciklusalkotó hosszának tökéletlensége miatt azonban nem tartanak örökké ezek a ciklusok ( a 223 lunáció 6585,32 napot, a 239 anomalisztikus hónap 6585,54 napot, a 19 fogyatkozási év 6585,78 napot tesz ki). Ezáltal egy szárosz ciklus 1244-1514 éven át tarthat.
A totalitás alatt szokatlan megfigyelésekre nyílik lehetőség: a legfényesebb csillagok (esetenként akár 3 magnitúdóig) megjelennek az égbolton, az öt szabad szemmel látható bolygó megfigyelhető, ha a látóhatár felett van. Így megfigyelhető a Merkúr is, akár a Nap közvetlen közelében, mert a Nap fotoszférája (legnagyobb fényt kibocsátó része) nem látszik. Meg lehet figyelni a napkoronát, amiből meg lehet állapítani a napfolttevékenységi ciklus aktuális fázisát (ha a napkorona csíkhoz hasonló, akkor napfoltminimumban vagyunk, ha gömbhöz hasonló, akkor napfoltmaximumban vagyunk). A napkitörések általában a Hold azon része mellett látható, amelyhez közelebb van a Nap. Annyi fényesség van az égbolt nagyobb részén, amennyit a napkorona képes adni, de a légkör távolabbi részét már megvilágítja a Napkorongnak egy része, így az sokkal világosabb. A teljesség nagyon kis területen valósul meg, egy adott pillanatban a teljesség általában egy 150 km-nél nem nagyobb körben látható, így kimondottan nagy szerencse ennek megfigyelése. A részleges fázis azonban már a teljesség helyétől 3000 km-re is látható (gyűrűs fogyatkozás esetén 5000 km távolságban is észlelhetnek részleges fogyatkozást, mert a nagyobb holdtávolság szélesebb félárnyékot eredményez). A jelenség megfigyeléséhez napszűrőt kell használni, mert a Nap fényessége megvakíthatja az embert, főleg, ha távcsövet használ (távcsöves megfigyeléskor a teljesség végekor megjelenő napsarló is kárt tehet a megnövekedett fénygyűjtőképesség miatt). Kivétel ez alól a teljes napfogyatkozás totalitása, mert itt a napkorona fényessége nagyságrendileg a teliholdéval egyező, így ezalatt indokolatlan és értelmetlen a szűrő használata.
Holdfogyatkozások
A holdfogyatkozások teleholdkor keletkeznek, amikor a Hold elég közel van a holdpálya felszálló vagy leszálló csomópontjához, így el képes merülni a Föld árnyékkúpjában. Ez az árnyékkúp két részre tagolódik: a 82' átmérőjű teljes árnyékra (umbra), és az azt körülvevő 32' széles félárnyékgyűrűre (penumbra), így a földárnyék átmérője átlagosan 146'. Ha a Hold földközelségben van, akkor az umbra nagyobb, mint átlagosan, de a penumbra kisebb; ha földtávolban van, akkor épp fordítva. Hosszabb fogyatkozások akkor születnek, ha a Hold földtávolban van, mert lassabban mozog a Föld árnyékkúpjában. A szárosz-ciklus itt is ugyanúgy működik, de szárosz-ciklusok itt rövidebbek, mert a földárnyék nem lehet távolabb 12°-nál a holdpálya egyik csomópontjától, hogy fogyatkozás jöjjön létre (ez azért van így, mert kisebb a földárnyék átmérője, mint napfogyatkozásnál annak a két szélső helyzetnek a távolsága, ahol fogyatkozás létre tud jönni). Eszerint 3 típusú fogyatkozás lehetséges: Penumbrális (amikor a Hold részben, vagy teljesen elmerül a penumbrában), Részleges (amikor a Hold egy része belép az umbrába), Teljes (amikor a Hold teljesen belép az umbrába, centrális fogyatkozás esetén a Hold átmegy a földárnyék középpontján, ekkor a Hold pereme minden irányban fényesebb a Hold közepénél).
A Nap fényét eltakaró Föld egy kb. 215 földsugár hosszúságú árnyékkúpot hoz létre (umbra), a Hold a Földtől kb. 55,9-63,8 (átlagosan 60,3) földsugár távolságban kering. A Hold távolságában ez az árnyékkúp átlagosan 9200km átmérőjű. Az umbrát mégsem látjuk teljesen sötétnek, mert a Föld légkörrel rendelkezik, amely fénytörés segítségével fényt juttat ide, így a geometriai földárnyék mindössze kb. egy ötöd hosszáig (41,8 földsugár) marad teljesen sötét. Ha a megfigyelőt a Holdra képzeljük el, ebben az esetben Föld által okozott napfogyatkozást lát. A penumbrában álló megfigyelő részleges napfogyatkozást lát, a földi megfigyelő nem észlel változást a Holdra jutó fény erősségében egészen addig, míg a Holdról látható Napfelület kb. 50% alá nem csökken. A penumbra legmélyén kb. 40-szer halványabb a Holdfelszín a nem fogyatkozó részekhez képest. A földárnyék fényeloszlásában döntő szerepet játszik az a földi léggyűrű, ahol napnyugta v. napkelte figyelhető meg. A talajhoz közeli légrétegek (troposzféra) határozza meg az umbra középső tartományait, ezért gyakran lehet benne észlelni sötétebb foltokat, mivel a földi felhőzet eloszlása inhomogén. A sztratoszféra fő szennyezőanyagai a vulkanikus por és az ózonréteg (a sarki ózonhiányos légrétegek több fényt engednek az umbrába). A vulkanikus pornak köszönhetően 1992-ben olyan sötét holdfogyatkozást lehetett megfigyelni, hogy a Holdnak még látcsőben is csak a körvonalai (!) látszottak. A sűrű légrétegekben (troposzféra, sztratoszféra) a Napból érkező kék fény nagy része szétszóródik (emiatt kék az ég színe), így az umbra belsejébe szinte csak vörös fény jut (kékből 40-szer kevesebb). A talajtól távolodva az egyre ritkuló levegőben egyre kevesebb kék fény veszik el, de egyre kevésbe tud megtörni a fény (így ezeknek a légrétegeknek a hatása az umbra középpontjától egyre távolabb részein mutatkozik meg). Emiatt (főleg tiszta légkör esetén) jellegzetes színátmenet figyelhető meg az umbra belsejéből kifelé haladva (vöröstől egészen a tompa világoskékig). A teljes árnyékban a Hold fénye legalább a tízezredére esik (előfordulhat ötmilliomodra csökkenés is). 1702-ben Philippe de La Hire bebizonyította, hogy a földárnyék majdnem 2%-kal nagyobb, mint az geometriailag várható lenne. Ez valószínűleg a légkör (és ózontartalma) miatt van.
Kevesebb holdfogyatkozás van, mint napfogyatkozás (az első bekezdésben említett okok miatt), viszont a holdfogyatkozás legalább a Föld 50%-áról megfigyelhető (mindenhol látszik, ahol a Hold a látóhatár felett van, azért, mert "mi" árnyékolunk, és nem előlünk takarnak el), legjobb esetben a Föld 59%-áról lehet teljes fázist megfigyelni. Megfigyeléshez jó, ha van nálunk látcső, mert több fényt gyűjt össze, mint a szabad szemünk (30mm-es műszer 18-szor annyi, 50 mm-es műszer 51-szer annyi, 70mm-es műszer pedig 100-szor annyi fényt gyűjt össze, mint a szabad szemünk), viszont nem nagyíthatjuk túlságosan a Holdat, mert ugyanaz a fény nagyobb területre fog eloszlani. Olyan látcsövet használjunk, amelynek a nagyítása nem nagyobb a mm-ben kifejezett átmérő negyedénél. A teljesség alkalmat ad arra, hogy olyan halvány objektumokat és csillagfedéseket figyeljük meg, amit máskor a telehold fénye elnyomott.
Merkúr- és Vénuszátvonulások
Két bolygó átvonulását figyelhetjük meg a Földről a Nap előtt, míg a Hold képes a Napot teljesen eltakarni, ezt a két bolygót csak távcsöves megfigyeléssel lehet a nap előtt követni. Ilyen átvonulások akkor jönnek létre, ha a 2 bolygó a saját pályájának az ekliptikával való metszéspontjának közelében vonul el a Nap előtt. A Merkúr mérete 10" a novemberi és 12" a májusi átvonulásoknál, a Vénuszé 57,8" a júniusi és 63,1" a decemberi átvonulásoknál. Míg merkúrátvonulás egy évszázadban kb. 14-szer fordul elő, a vénuszátvonulások nagyon ritkán fordulnak elő (két júniusi átvonulás és két decemberi átvonulás 8 év különbséggel a két azonos hónapban történő átvonulással, majd 105,5 év szünet a júniusiak után, és 121,5 év szünet a decemberiek után).
Távcsöves megfigyelésük kétféle módon történhet: napszűrőt helyezünk az objektív elé, vagy kivetítjük a képet sima felületre. Ez utóbbit csak bizonyos korlátok között lehet tenni, mert a rendszeren átmenő hőmennyiség egy átmérőhatár fölött megolvaszthatja az optikai elemeket (különösen vigyázzunk az olcsó gyártmányú távcsövekkel, mert gyenge minőségű műanyag látómezőhatárolólemezek nagyon olvadékonyak). A merkúrátvonulásoknál nem túl sok dolgot tudunk megfigyelni: csak egy apró fekete korongot látunk a Nap előtt elmenni, viszont vénuszátvonulásokkor a napszűrős távcsövekkel végzett megfigyelések többsége beszámolt a vénusz légkörének fénytörése által keletkezett fényjelenségről (a bolygó sziluettje a nap előtt nem teljesen fekete, egy fényív látható, amikor a bolgyó nagy része a Nap korongja előtt van). Vénuszátvonulás alkalmával van esély arra is, hogy az ember megpillantsa szabad szemmel a Vénuszt a Nap előtt (pl.: ha a Nap a felhőkön egy kicsit átlátszik, így nem túl fényes), egy jó szemű ember képes egy 60"-es objektum méretét is észlelni (kisebb méretű objektum is elkülöníthető lenne, de a Nap fényessége kizárja ezt a lehetőséget ebben az esetben).
Csillag- és bolygófedések
A Hold ekliptikához közeli útján haladva el képes fedni az összes nagybolygót és "útbaeső" csillagot. A Hold csomói 18,62 év alatt tesznek meg 360°-t az ekliptikán, és ebben az időszakban a teljes éggömb 10%-át képes elfedni. Mivel a Hold nem távolodik el jobban az ekliptikától átlagosan 5°9'-nél, ezért négy szabad szemmel is fényes csillagot tud elfedni: Aldebaran, Regulus, Spica, Antares. Ez csak abban az esetben teljesen igaz, ha a Föld középpontjában állunk, ugyanis a Holdról nézve a Földnek van kiterjedése, és két különböző földrajzi hely egy adott pillanatban különböző területeket látszik fedni. Tehát más földrajzi helyről más helyen látszik a Hold. Így egy adott fedés a Földön egy 4-6 ezer km-es sávban látszik. Az Északi sarkról megfigyelve 1°20'-el délebbre látjuk a Holdat a földközéppontú megfigyeléshez képest. A fedések maximálisan 1 órán át tarthatnak a Földről nézve, ha nem forogna a Föld (Föld középpontjában történő megfigyelés esete). De a Föld forgása hozzáadódik a Hold pályamenti sebességéhez is. Mivel a Föld forgása és a Hold keringése is Nyugat-keleti irányban történik, ezért lassul a Hold látszólagos mozgása az égen (a Hold pályamenti sebessége, azaz átlagosan 1020 m/s-ből levonódik a Föld egyenlítőjének forgási sebessége, azaz 465 m/s), így hosszabban, akár 90 percig is eltarthat egy fedés.
A fedések alkalmával az eltűnést és a felbukkanást figyeljük meg. Ez a közel 0 látszó átmérőjű csillagok esetében észrevehetetlen idő alatt történik meg, de a bolygóknál a részleges fázis akár 2 percig is eltarthat. Nagyobb átmérőjű csillagok esetében megfigyelhető esetleg pár tizedmásodperces elhalványulás. A csillagok fényességének változása alapján nagyon sok dolgot megtudhatunk az adott magányos csillagnak látszó égitestről. Ha nem hirtelen (azaz a fedett csillag nagyon kis látszó átmérőjű) vagy nem folyamatosan (nagyobb látszó átmérőjű csillag) történik az elhalványulás, hanem lépcsőzetesen, akkor egy csillagrendszerrel van dolgunk, amely legalább két tagot számlál. Ezekkel a megfigyelésekkel nagyon sok csillagról állapították meg, hogy nem magányosak. Megfigyelhetőségét rontja, hogy a Hold fényessége elnyomhatja a csillag fényét, így nehezebb megfigyelni a fedést a Hold fényesebb oldalán (telehold alkalmával minden holdperemrész "fényesebb oldal"-nak vehető). Nappal történő fedéskor az égbolt még erősebb elnyomást képvisel, így csak néhány szabadszemes bolygó (Merkúr, Vénusz) és fényesebb csillag fedését lehet megfigyelni.
Speciális esetben, mikor a csillag legalább egy alkalommal érinti a Holdperemet, súroló fedésekről beszélünk. Ez sokkal több lehetőséget nyújt, főleg akkor, ha a fedést elszenvedő csillag kettős- vagy többescsillag. Többször, akár (a Holdfelszín egyenetlensége miatt) 10-szer is elfedheti a Hold az adott csillagot/csillagrendszert. Szervezett megfigyelések is rendezhetők, amikor a megfigyelők egy pár km-es sávban felállnak és leírják tapasztalataikat. Ez természetesen az adott fedés 4-6 ezer km-es sávjának a határvonalára merőleges. Előfordulhat még, hogy a Hold egy csillaghalmazt fed el. Ekkor akár többszáz csillag fedése is megtörténhet. A legfényesebb Hold által elfedhető halmazok a Pleiadok, a Hyadok és a Praesepe. Ezek fedése egy több éves intervallumban történhet meg, minden alkalommal, mikor a Hold eléri azt a helyet, ahol a halmaz van, azaz minden sziderikus hónapban egyszer (egy sziderikus hónap alatt a Hold egy adott csillag mellől indulva visszatér ugyanahhoz a csillaghoz, ez kb. 27,33 nap).