Geometri

Rajah di sebelah kanan menunjukkan susunan Matahari, Bulan, dan Bumi semasa gerhana matahari. Kawasan kelabu gelap di bawah Bulan merupakan umbra, di mana Matahari tersembunyi sepenuhnya oleh Bulan. Kawasan kecil di mana bayangan gelap umbra menyentuh permukaan Bumi merupakan di mana kawasan gerhana penuh boleh dilihat. Kawasan kelabu cerah yang lebih besar merupakan penumbra, di mana hanya gerhana separuh boleh dilihat.

Orbit Bulan mengelilingi Bumi condong pada sudut lebih sedikit daripada 5 darjah dengan satah orbit Bumi mengelilingi Matahari (ekliptik). Disebabkan itu, pada masa bulan baru, Bulan akan biasanya melepasi atas atau di bawah Matahari. Gerhana suria boleh berlaku hanya apabila bulan baru berlaku berhampiran dengan salah satu daripada titik (dikenali sebagai nod) di mana orbit Bulan bersilang dengan ekliptik.

Seperti yang dinyatakan di atas, orbit Bulan adalah elips. Jarak Bulan dari Bumi boleh berbeza-beza oleh kira-kira 6% dari nilai purata. Maka, saiz ketara Bulan berbeza dengan jarak dari Bumi, dan kesan ini yang membawa kepada perbezaan antara gerhana penuh dan anulus. Jarak Bumi dari Matahari juga berbeza sepanjang tahun, tetapi kesan ini adalah lebih kecil. Rata-rata, Bulan kelihatan lebih kecil sedikit daripada Matahari, jadi majoriti (60%) daripada gerhana pusat adalah anulus. Hanya apabila Bulan berada dekat dengan Bumi berbanding purata (berhampiran perigee) barulah gerhana penuh berlaku.[11][12]

Bulan mengorbit Bumi pada kira-kira 27.3 hari, relatif dengan rangka rujukan tetap. Ini dikenali sebagai bulan sidereus. Walau bagaimanapun, semasa satu bulan sidereus, bumi telah bergerak dalam laluan mengelilingi Matahari, menjadikannya purata masa antara satu bulan baru dan bulan seterusnya lebih lama daripada bulan sidereus: ia adalah lebih kurang 29.5 hari. Ini dikenali sebagai bulan sinod, dan sepadan dengan apa kita biasanya panggil bulan qamari/bulan lunar.

Bulan melintasi dari selatan ke utara ekliptik pada nod menaiknya, dan sebaliknya pada nod menurun. Walau bagaimanapun, nod orbit Bulan secara beransur-ansur bergerak dalam gerakan songsang, disebabkan oleh tindakan graviti Matahari ke atas pergerakan Bulan, dan mereka membuat kitaran yang lengkap setiap 18.6 tahun. Ini bermakna bahawa masa antara setiap peredaran Bulan melalui nod menaik lebih pendek daripada bulan sidereus. Tempoh ini dipanggil bulan drakonik.

Akhir sekali, perigee Bulan bergerak ke hadapan dalam orbitnya, dan membuat kitaran yang lengkap kira-kira 9 tahun. Masa antara satu perigee dan seterusnya dikenali sebagai bulan anomali.

Orbit Bulan bersilang dengan ekliptik pada dua nod dengan 180 darjah beza. Oleh itu, bulan baru berlaku berhampiran dengan nod tersebut dalam dua tempoh setahun kira-kira enam bulan berasingan, dan akan ada sekurang-kurangnya satu gerhana matahari pada waktu ini. Kadang-kadang, bulan baru berlaku cukup dekat dengan nod tersebut sepanjang dua bulan berturut-turut. Ini bermakna bahawa dalam mana-mana tahun tertentu, akan sentiasa ada sekurang-kurangnya dua gerhana matahari, dan boleh menjadi sebanyak lima kali. Walau bagaimanapun, ada yang hanya sebagai kelihatan gerhana separa, kerana umbra melepasi kutub bumi di utara atau selatan, dan lain-lain adalah pusat gerhana yang hanya di kawasan-kawasan terpencil di Artik atau Antartika.[13][14]

Laluan

Semasa gerhana pusat, umbra Bulan (atau antumbra, bagi kes gerhana anulus) bergerak dengan pantas dari barat ke timur merentasi bumi. Bumi juga berputar dari barat ke timur, tetapi umbra sentiasa bergerak lebih cepat daripada mana-mana tempat tertentu di atas permukaan Bumi, jadi gerhana selalu kelihatan bergerak ke arah yang lebih kurang barat ke timur merentasi permukaan Bumi (terdapat beberapa pengecualian yang jarang berlaku untuk kes ini yang boleh berlaku semasa gerhana matahari tengah malam di rantau Artik atau Antartika).

Lebar jejak gerhana pusat berbeza bergantung kepada diameter ketara relatif Matahari dan Bulan. Dalam keadaan yang paling baik, apabila gerhana penuh berlaku sangat dekat dengan perigee, jejaknya boleh melebihi 250 km luas dan jangka masa keseluruhan mungkin melebihi 7 minit. Di luar jejak pusat gerhana, gerhana separa biasanya boleh dilihat di kawasan Bumi yang jauh lebih besar.[15]