La presencia en el espacio, por un lado de un cuerpo luminoso cual es el Sol, y por el otro de un cuerpo opaco cual es la Tierra, hace que se proyecte en el espacio, de la parte de la Tierra opuesta al Sol, la que comúnmente se llama "sombra".

Cosa muy sencilla a primera vista, pero no tanto si la analizamos detalladamente.

Como se puede fácilmente intuir, la sombra de la Tierra está siempre presente, pero es a la vez invisible. Y no solamente desde el espacio y desde los demás planetas, sino también desde la misma Tierra. La única manera de evidenciar la sombra es la presencia de algún cuerpo en su recorrido: Luna, satélite artificial, cometa ... (¿habrá habido algún caso?, ¿alguien tiene alguna noticia?)

El caso ideal sería obviamente el de una pantalla blanca ( o mejor, casi negra, dado que una blanca sería demasiado luminosa, suficiente como para encandilarnos en una fracción de segundo, debido a la deslumbrante luz solar). Pantalla que non podemos colocar, pero si imaginar.

En tal hipotética pantalla, colocada, por comodidad, a la distancia de la Luna, la sombra de la Tierra aparecería por lo tanto como una mancha oscura, o sea como un círculo, pero no como un círculo perfectamente negro y uniforme, sino como un círculo con propiedades muy peculiares, como el que se ve en esta imagen.

Una de las consecuencias de la proyección de dicha sombra en el espacio son los eclipses.

Hay eclipses de Sol y de Luna; pero, en realidad, las mismas se producen siempre contemporáneamente: en el mismo instante en el cual un observador ubicado en la Tierra ve un eclipse de Luna, un observador ubicado en la Luna vería un eclipse de Sol.

Cuando, en cambio, desde la Tierra se ve un eclipse de Sol, causada obviamente por la Luna, desde la Luna debería verse un "eclipse de Tierra". Sin embargo, como la Luna es mucho más chica que la Tierra, la misma proyecta sobre el planeta azul una mancha negra relativamente chiquita, que alcanza en el mejor de los casos el diámetro de 270 km.

Nota - a este punto uno podría preguntarse:
si la sombra de la Tierra, a la distancia de la Luna, es de 0,75 diámetros terrestres, igual a 9.776 Km.,
¿porque la sombra de la Luna sobre la Tierra tiene solo 270 Km., igual a 0,08 diámetros lunares?
la razón es que, mientras observamos la sombra de la Tierra a una distancia de 31 diámetros terrestres,
la sombra de la Luna sobre la Tierra está a 113 diámetros lunares, y se achica en proporción.

Estas cosas, aparentemente muy sencillas, son tremendamente complicadas por dos factores:

• por el hecho de que el Sol no es una fuente de luz puntiforme, sino extensa;

• por el hecho de que la Tierra posee una importante atmósfera.

Vemos de analizar entonces las consecuencias de estos dos hechos, hipotizando, para empezar, un Sol puntiforme y una Tierra sin atmósfera (entendiendo por "puntiforme" un Sol de diámetro aparente mayor de el de las estrellas, pero no tanto como para hacer visible su diámetro a simple vista).

Estas hipótesis, totalmente absurdas para la Tierra, no lo son tanto para otros planetas:
hay en efecto planetas sin atmósfera (como Mercurio)
y planetas desde los cuales el Sol se ve casi puntiforme (como Saturno, Urano y Neptuno).

Primer caso (teórico):
Sol aparentemente casi puntiforme, e Tierra sin atmósfera

• Empezamos con decir que, con un Sol "puntiforme" no habría ante todo ninguna penumbra.

• La sombra sería en cambio muy oscura y muy definida, y no solamente por la falta de una penumbra, sino también por la falta de la atmósfera terrestre.

• La forma de la sombra sería la de un cono que se va abriendo, proyectando en el espacio una mancha negra, cuyo diámetro aumentaría con la distancia, y que sería en todo caso y en todo plano mayor del diámetro de la Tierra.

• Sobre la mencionada hipotética pantalla, la misma aparecería como un círculo negro, muy bien definido, en el interior del cual no llegaría ni un rayo de luz, aparte la de las estrellas y de las ciudades terrestres, que sería irrelevante.

• En los eclipses de Luna solo se verían las fases parciales, dado que la Luna, una vez entrada en la sombra, desaparecería por completo, sin que hubiera posibilidad ni de verla ni de fotografiarla. Eventuales imágenes solo podrían lograrse con el radar o con rayos infrarrojos, aunque la presencia de La luna invisible en la sombra pudiera ser detectada por medio de los astros que la misma oculta (estrellas, planetas, etc.).

• Los "eclipses de Sol", vistos desde la Luna, serían en este caso simples "ocultaciones", como las que se ven desde la Tierra cuando la Luna oculta una estrella.

No alcanza, sin embargo, considerar que el Sol no es puntiforme: hay que considerar también cual es su diámetro real absoluto. Con un Sol aparentemente no puntiforme, se pueden dar tres diferentes casos, aunque en la práctica, por lo menos para la Tierra, solo se puede dar uno.

Segundo caso (teórico):
Sol aparentemente no puntiforme, más chico que la Tierra ("enana blanca" )
y Tierra sin atmósfera.

• Con un Sol no puntiforme habría ante todo una sombra y una penumbra.

• La sombra sería cónica, mas grande que la Tierra, y aumentaría en diámetro con la distancia.

• La penumbra sería apenas perceptible, y los fenómenos se producirían así:
  
  Vistos desde la Tierra:

• Eclipses de Luna "en penumbra" poco vistosos, pasarían desapercibidos.

• Eclipses parciales de Luna con sombra muy definida y parte eclipsada invisible.

• Eclipses totales de Luna con Luna invisible.
  
  Vistos desde la Luna:

• Eclipses parciales de Sol causadas por la Tierra, similares a las que vemos desde la Tierra, pero de dimensiones diferentes, con Tierra muy grande y Sol muy chico.

• Eclipses totales de Sol con fases extrañas: por las grandes dimensiones de la Tierra, al principio de la totalidad sería visible solo una parte de la corona solar, que poco después desaparecería por completo atrás de la Tierra, por un buen rato. Ver la corona entera sería imposible.

Tercer caso (también teórico):
Sol aparentemente no puntiforme, con diámetro igual al de la Tierra,
y Tierra sin atmósfera.

• La penumbra seguiría siendo presente, pero todavía de poca amplitud.

• La sombra sería en cambio cilíndrica, con un diámetro igual al de la Tierra, a cualquier distancia.

• Los fenómenos se producirían en forma análoga a los descritos en el segundo caso.

Cuarto caso (casi real):
Sol con su diámetro real (aparentemente no puntiforme, y más grande que la Tierra)
pero siempre con Tierra sin atmósfera.

• La penumbra seguiría siendo presente, con un diámetro, a la distancia de la Luna, de 16.511 Km., igual a 1,29 diámetros terrestres y a 4,75 diámetros lunares.

• La sombra, nuevamente cónica, con diámetro menor del del la Tierra, igual, a la distancia de la luna, a 9.776 Km., equivalentes a 0,75 diámetros terrestres o a 2,81 diámetros lunares.

• A distancias mayores (1.383.568 Km., tomando el valor medio de la distancia del Sol) la sombra se reduciría a un punto, más allá del cual solo habría penumbra. Más allá de ese punto se vería un eclipse parcial de Sol, que, visto del eje del cono, sería anular.

Como ya hemos dicho, la primera consecuencia del hecho de que el Sol no es puntiforme es la presencia de la penumbra. Pero, ¿que es la penumbra?
Para usar un lenguaje matemático podríamos decir que:

• La penumbra es el lugar de los puntos donde llega solo una parte de la luz solar, que va disminuyendo desde un máximo de 100% (donde llega todavía toda la luz), a un mínimo de cero % (donde no llega nada de luz e inicia la sombra).

• La sombra es el lugar de los puntos donde no llega la luz del Sol.

Es obvio que, con un Sol no puntiforme y una Tierra sin atmósfera, la sombra sería uniforme y la penumbra esfumada. Para entendernos mejor:

• La sombra es el lugar desde el cual un observador en la Luna vería un eclipse total de Sol.

• La penumbra el lugar desde el cual el eclipse se vería parcial, más o menos grande.

Cuando la Luna pasa solamente en la penumbra, se produce un eclipse que no es ni parcial ni total, y que se denomina "eclipse en penumbra". La penumbra es esfumada, y tan poco llamativa que el eclipse pasa fácilmente desapercibido.
Un observador situado en la penumbra vería un eclipse parcial de Sol, tanto más grande y más larga cuanto más cerca de la sombra.
Un observador situado en la sombra vería un eclipse total, tanto más largo cuanto más cerca del centro.
Par el observador situado al límite entre sombra y penumbra, el eclipse total y la aparición de la corona solar durarían una fracción de segundo.

Esto es lo que pasaría, como hemos considerado en este caso un poco real y un poco imaginario, si la Tierra no tuviese atmósfera.   Consideremos ahora el

Quinto caso ( real )
Sol con su diámetro real (aparentemente no puntiforme, y más grande que la Tierra)
y Tierra con atmósfera.

En este caso, los fenómenos se producen como en el caso anterior casi real, pero con estas diferencias:

• La sombra de la Tierra no es ni uniforme ni negra, sino con características muy peculiares, debidas a la presencia de la atmósfera, como muestra esta imagen.

• La Luna adquiere una coloración muy especial, distinta por cada eclipse, y el  "eclipse total" de Luna es total solo por decir, dado que la Luna, durante la totalidad, aunque  poco luminosa, sigue siendo visible.

• En casos raros, cuando la Luna pasa exactamente en el centro de la sombra, puede llegar a desaparecer por completo, en dependencia también de otros factores (estado de la atmósfera).

• Pero a menudo, aún quedando visible, puede bajar tanto su luminosidad como para quedar al límite de visibilidad. En estas condiciones, aunque el color rojo siga estando presente, resulta imposible verlo, y la Luna se ve gris. Esto sucede por el así llamado "fenómeno de Púrkinie", en consecuencia del cual, cuando el estímulo luminoso es demasiado débil, la retina de nuestros ojos pierde la sensibilidad a los colores. En la fotografía, en cambio, con una adecuada exposición, los colores aparecen en todo su esplendor. 

• El eclipse de Sol, por ende, que se produce contemporáneamente para un observador ubicado en la Luna, es bastante más complicado, como veremos más adelante.
   

Pero, ¿ porqué sucede todo esto?

Sucede porque los rayos solares, que atraviesan la atmósfera terrestre, son absorbidos, dispersados, difundidos y refractados en medida variable en función del largo de onda de la luz y de la altura sobre el nivel de la superficie.

Los rayos que pasan rozando la superficie de la Tierra son en gran medida absorbidos; los de onda más larga (rojo, anaranjado, amarillo y verde) en forma parcial; los de onda más corta (azul, índigo y violeta) en forma casi total, como todos podemos comprobar cuando observamos un ocaso. En práctica, casi solamente la luz roja logra pasar, y, dado que tiene que hacer en la baja atmósfera un recorrido muy largo (que es el doble de lo que hace cuando observamos un ocaso) es fuertemente refractada y concentrada en el cono de sombra. La radiación de onda corta, la que tiende al azul, logra en cambio pasar solamente en las capas más alta de la atmósfera. También ella, aunque en menor medida, es refractada, dispersada, difundida y absorbida, y ligeramente desviada (mucho menos de la roja, por la mucho menor densidad del medio) echando un poco de luz en la parte periférica de la sombra.

Es por eso que la sombra de la Tierra no es una mancha negra uniforme, sino, como hemos visto en esta imagen, un disco con una apreciable cantidad de luz:

• más oscuro, tendiente al negro, en el centro;

• color rojo cobre y menos oscuro en su parte mediana;

• más luminoso y tendiente al azul en su parte periférica.

Además, calidad y cantidad de la luz desviada por la atmósfera están estrictamente ligadas a su estado del momento (más o menos sucia) especialmente en ocasión de erupciones volcánicas.

La iluminación de la Luna totalmente eclipsada puede entonces variar en manera sensible, y es, en todo caso, siempre diferente y nunca uniforme. Podría al límite ser uniforme, o por lo menos  simétrica, en caso de eclipses centrales, bastante raros. Pero en la gran mayoría de los casos aparece más clara y más azul de un lado y más roja y oscura, tendiendo al negro, del otro, en relación a su posición en la sombra, como ya vimos en esta imagen.

Durante un eclipse de Luna, para un observador situado en la Luna, como hemos dicho, se produciría un eclipse de Sol.
Además, los eclipses de Sol, vistos desde la Luna, deberían ser más frecuentes que los eclipses de Sol vistos desde la Tierra: eso por las mayores dimensiones de la Tierra, que eclipsaría el Sol aún cuando los tres astros no estén perfectamente alineados.

El eclipse de Sol, visto de la Luna, debe ser seguramente algo muy espectacular, por la presencia de la atmósfera terrestre, que refracta, dispersa y difunde los rayos del Sol, creando un espectáculo no fácil de imaginar.

La Tierra debería verse como un enorme disco negro, con un diámetro 3,67 veces mayor del diámetro del Sol, y una superficie 13,5 veces mayor. El eclipse sería también de mayor duración, y la atmósfera se vería fuertemente iluminada, con un intenso halo policromo de 360 grados. En el cielo negro de la Luna debería verse también la corona solar, pero no entera: solo se podría ver una parte, dado que el diámetro aparente de la Tierra es mucho mayor de el de la corona.
¿Como se verá en la realidad? ¿Alguien lo sabe? Un espectáculo así podría haber sido visto y fotografiado de algún satélite de aquellos lanzados en órbita lunar. Si alguien tiene alguna información, me encantaría saberlo. Yo me limito a imaginar lo que podría ser o pasar.

NOTA
en el mes de febrero de 2009, el satélite japonés Kaguya, ha demostrado
que la atmósfera terrestre se ve como una línea luminosa blanca muy finita que rodea la Tierra.
El espesor de dicha línea es más o menos 1/500 del diámetro terrestre,
pero parece más gruesa por la difusión de la luz en la retina, como cuando miramos el filamento de una lamparita.

Y a propósito de eclipses: ¿ A alguien se le ocurrió imaginar que sucedería si la Luna tuviese un diámetro aparente distinto del diámetro del Sol?
Si las dimensiones aparentes de la Luna fueran mayores (como pasaba hace millones de años), los eclipses de Sol tendrían lugar, pero sería imposible ver la corona entera.

Si sus dimensiones fueran menores ( como va a suceder en un futuro lejano, dado que la Luna
 - quizás cansada de ver todas las porquerías que pasan en este mundo... - se va lentamente pero inexorablemente alejando, no habría más eclipses totales de Sol!

En efecto, el Sol, 400 veces más grande que la Luna, es al mismo tiempo 400 veces más lejano;  y es por eso que tienen el mismo diámetro aparente, aproximadamente de medio grado.

Y es verdaderamente extraordinario que esta circunstancia se dé justo ahora que la Tierra está habitada por seres inteligentes.

¿Que alguien lo haya hecho a propósito?

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