La presenza nello spazio da una parte di un corpo luminoso quale é il Sole e dall’altra di un corpo opaco quale é la Terra, fa si che si proietti dalla parte della Terra opposta al Sole, quella che comunemente si chiama "ombra".

Cosa molto semplice a prima vista, ma non altrettanto semplice ad un attento esame.

Come si puó facilmente intuire, l’ombra della Terra nello spazio é sempre presente, ma in pari tempo invisibile. E non solo dallo spazio e dagli altri pianeti, ma anche dalla Terra stessa. L’unico modo di evidenziare l’ombra é la presenza di qualche corpo sul suo percorso: Luna, satellite artificiale, cometa ... ( ci sará stato quache caso? qualcuno lo sa?).

Ma il caso ideale sarebbe ovviamente quello di uno schermo bianco (o meglio quasi nero, dato che uno bianco, illuminato dal Sole, sarebbe acceccante). Schermo che non possiamo collocare, ma si immaginare.

In tale ipotetico schermo, posto per comoditá alla distanza della Luna, l’ombra della Terra apparirebbe pertanto come una macchia scura, ossia come un cerchio, ma non come un cerchio perfettamente nero e uniforme, bensí come un cerchio con caratteristiche peculiari, come si vede in questa immagine.

Una delle conseguenze della proiezione di detta ombra nello spazio sono le eclissi.

Ci sono eclissi di Sole e di Luna; ma in realtá esse si verificano sempre contemporaneamente.
E nello stesso istante nel quale, per un osservatore situato sulla Terra, si verifica una eclisse di Luna, per un osservatore situato sulla Luna si verifica una eclisse di Sole.

Quando invece dalla Terra si vede una eclisse di Sole, causata ovviamente dalla Luna, dalla Luna si dovrebbe vedere una "eclisse di Terra". Dato pero che la Luna é molto piú piccola della Terra, essa proietta sul pianeta azzurro solo una relativamente piccola macchia nera, che raggiunge nel migliore dei casi il diametro di 270 Km.

Nota - ci si potrebbe domandare a questo punto:
se l'ombra della Terra, alla distanza della Luna, é di 9.776 Km., pari a 0,75 diametri terrestri,
perché l'ombra della Luna sulla Terra é di soli 270 Km., pari a 0,08 diametri lunari?
la ragione sta nel fatto che, mentre osserviamo l'ombra della Terra a una distanza di 31 diametri terrestri,
l'ombra della Luna sulla Terra si trova a 113 diametri lunari, e si rimpicciolisce in proporzione.

Queste cose apparentemente molto semplici, sono tremedamente complicate da due fattori:

• dal fatto che il Sole non é una sorgente di luce puntiforme, bensí estesa;

• dal fatto che la Terra possiede una importante atmosfera.
  

Vediamo di analizzare le conseguenze di questi due fatti, ipotizzando, per cominciare, un Sole puntiforme e una Terra senza atmosfera ( intendendo per "puntiforme" un diametro apparente maggiore di quello delle stelle, ma non tale da  consentire di vedere il disco a occhio nudo ).

Primo caso (teorico)
Sole apparentemente quasi puntiforme, e Terra senza atmosfera

• Cominciamo col dire che, con un Sole puntiforme, non ci sarebbe innanzitutto nessuna penombra.

• L'ombra sarebbe invece molto scura e molto netta, e non solo per la mancanza di una penombra, ma anche per la mancanza dell'atmosfera terrestre.

• La forma dell'ombra della Terra sarebbe quella di un cono che si va aprendo, proiettando nello spazio una macchia nera, il cui diametro aumenterebbe con la distanza, e sarebbe in ogni caso e in ogni piano maggiore del diametro della Terra.

• Sul citato ipotetico schermo, la stessa apparirebbe come un cerchio nero molto ben definito, all’interno del quale non cadrebbe nessun raggio di luce, salvo quella delle stelle e delle cittá terrestri, peraltro trascurabile.

• Durante le eclissi di Luna si vedrebbero solo le fasi parziali, dato che la Luna, una volta entrata nell’ombra, scomparirebbe completamente, e non ci sarebbe possibilitá né di vederla né di fotografarla. Eventuali immagini si potrebbero ottenere solamente facendo ricorso al radar o ai raggi infrarossi. Bisogna comunque dire che la sua presenza nell'ombra potrebbe essere sempre evidenziata dai corpi celesti che essa stessa, a sua volta, occulta (stelle, pianeti o altro).

• Le "eclissi di Sole", viste dalla Luna, sarebbero in questo caso delle semplici "occultazioni", come quelle che si vedono dalla Terra quando la Luna occulta una stella.

Ma non basta considerare che il Sole non é puntiforme: bisogna anche considerare qual'é il suo diametro assoluto. Con un Sole apparentemente non puntiforme, si potrebbero dare tre casi differenti, anche se nella pratica, almeno per la Terra, se ne verifica uno solo.

Secondo caso (teorico)
Sole apparentemente non puntiforme, piú piccolo della Terra (tipo "nana bianca" )
e Terra senza atmosfera.

• Con un Sole non puntiforme ci sarebbero innanzitutto un'ombra e una penombra.

• L'ombra sarebbe conica, piú grande della Terra, e aumenterebbe in diametro con la distanza.

• La penombra sarebbe appena accennata, e i fenomeni si verificherebbero cosí:
  
  Visti dalla Terra:

• eclissi di Luna "in penombra" (poco appariscenti, passerebbero inosservate);

• eclissi parziali di Luna con ombra molto netta e parte eclissata invisibile;

• eclissi totali di Luna con Luna invisibile.

          Visti dalla Luna:

• eclissi parziali di Sole causate dalla Terra (simili a quelle che vediamo dalla Terra, ma di dimensioni diverse, con Terra molto grande e Sole molto piccolo);

• eclissi totali di Sole con fasi strane: per le grandi dimensioni della Terra, la durata dell'eclisse sarebbe maggiore, all’inizio della totalitá diventerebbe visibile solo parte della corona solare, ma poco dopo sparirebbe del tutto, non essendoci possibilitá alcuna di vedere la corona per intero.

Terzo caso (anch’esso teorico)
Sole apparentemente non puntiforme, con diametro uguale a quello della Terra,
e Terra senza atmosfera

• La penombra continuerebbe a essere presente, sarebbe ma ancora di poca ampiezza.

• L’ombra sarebbe invece cilindrica, con un diametro uguale a quello della Terra, a qualsiasi distanza.

• I fenomeni si verificherebbero in maniera analoga a quelli descritti nel secondo caso.

Quarto caso (quasi reale)
Sole con il suo diametro reale (apparentemente non puntiforme, e piú grande della Terra)
ma sempre con Terra senza atmosfera.

• La penombra continuerebbe ad essere presente, con un diametro, alla distanza della Luna, di 16.511 Km., pari a 1,29 diametri terrestri e a 4,75 diametri lunari.

• L’ombra, nuovamente conica, con diametro minore di quello della Terra, pari, alla distanza della Luna, a 9.776 Km., equivalenti a 0,75 diametri terrestri o a 2,81 diametri lunari.

• A distanze maggiori (1.383.568 Km., partendo dal valore medio della distanza del Sole) l’ombra si ridurrebbe a un punto, oltre il quale ci sarebbe solo penombra. Al di lá di quel punto, si vedrebbe una eclisse parziale di sole, che vista dall’asse del cono sarebbe anulare.

Come abbiamo giá detto, la prima conseguenza del fatto che il Sole non é puntiforme é la presenza di una penombra. Ma che cosa é la penombra? Per usare una espressione matematica, si puó dire che :

• la penombra é il luogo dei punti dove arriva solo una parte della luce del Sole, che va degradando da un massimo del 100% (dove arriva ancora tutta la luce) a un minimo dello 0% (dove non arriva nessuna luce e inizia l'ombra);

• l’ombra é il luogo dei punti nei quali non arriva la luce del Sole.

E’ ovvio che, con un Sole non puntiforme, e una Terra senza atmosfera, l’ombra sarebbe uniforme, e la penombra sfumata. Per intenderci meglio:

• l’ombra é il luogo dal quale un osservatore sulla Luna vedrebbe una eclisse totale di Sole;

• la penombra, il luogo dal quale vedrebbe una eclisse parziale, piú o meno grande.

Quando la Luna passa solo nella penombra, si ha una eclisse di Luna che non é né totale né parziale, e che viene chiamata "eclisse in penombra". La penombra sulla Luna é sfumata, e poco appariscente. Per un osservatore poco attento o non informato puó passare tranquillamente inavvertita. Per un osservatore situato in detta penombra (non importa se sulla Luna o nello spazio vicino) si vedrebbe una eclisse parziale di Sole tanto maggiore quanto piú ci si avvicina all’ombra. Per un osservatore situato nell’ombra, si avrebbe eclisse totale di Sole, di durata tanto maggiore quanto piú ci si avvicina al centro dell’ombra. Superfluo dire che, per un osservatore situato al limite fra ombra e penombra, l'eclisse totale durerebbe un solo istante, e la corona solare apparirebbe e scomparirebbe in una frazione di secondo.

Questo é ció che succederebbe, come abbiamo considerato in questo caso un po’ reale e un po’ immaginario, se la Terra non avesse atomosfera. Ma consideriamo ora il

Quinto caso ( reale )
Sole con il suo diametro reale (apparentemente non puntiforme, e piú grande della Terra)
e Terra con atmosfera.

In questo caso, i fenomeni si verificano come nel caso precedente quasi reale, ma con queste differenze:

• L'ombra della Terra non é piú né uniforme né nera, ma con caratteristiche piuttosto peculiari,  dovute alla presenza dell'atmosfera terrestre, come mostra questa immagine.

• La Luna assume una colorazione particolare, diversa per ogni eclisse, e l’eclisse "totale" di Luna é totale solo per modo di dire, dato che la Luna, durante la totalitá, anche se molto meno luminosa, continua ad essere visibile.

• In casi rari, quando cioé la Luna passa esattamente nel centro dell'ombra, puó arrivare a scomparire del tutto, in dipendenza anche di altri fattori (stato della nostra atmosfera).

• Molto spesso peró, pur restando visibile, diminuisce tanto la sua luminositá da stare al limite di visibilitá. In queste condizioni, sebbene il colore rosso continui ad essere presente, diventa impossibile percepirlo, e la Luna si vede grigia. Questo succede a causa del cosí chiamato "fenomeno di Púrkinie", in conseguenza del quale, quando lo stimolo luminoso é troppo debole, la retina del nostro occhio perde la sensibilitá ai colori. Nell fotografia, per contro, con una adeguata esposizione, i colori appaiono sempre in tutto il loro splendore.

• L'eclisse di Sole, infine, che si verifica contemporaneamente per un osservatore situato sulla Luna, sarebbe abbastanza piú complicata, come spiegato piú avanti.
  
  Ma perché succede tutto questo?

Succede perché i raggi del Sole, che attraversano l’atmosfera terrestre, sono assorbiti, dispersi, diffusi e rifratti in misura variabile sia in funzione della lunghezza d’onda sia in funzione dell’altezza sul livello del suolo.

I raggi che passano rasenti alla superficie terrestre sono in grande misura assorbiti; quelli di onda piú lunga (rosso, arancione, giallo, verde) in maniera parziale, quelli di onda corta (azzurro, indaco e violetto) in maniera quasi totale, come tutti possiamo comprovare quando osserviamo un tramonto. In pratica, quasi solamente la radiazione rossa riesce a passare, e, dato che deve fare un lungo percorso nella bassa atmosfera (che é il doppio di quello che fa quando osserviamo un tramonto), viene fortemente rifratta e concentrata all’interno del cono d’ombra. La radiazione di onda corta, quella tendente al blu, riesce invece a passare solamente negli strati piú alti dell’atmosfera. Anch’essa viene, anche se in misura molto minore, rifratta, dispersa, diffusa e assorbita, e anch’essa viene leggermente deviata (molto meno della rossa, a causa della minore densitá del mezzo) verso il cono d’ombra, gettando un po’ di luce nella sua parte periferica.

E' per questo che l’ombra della Terra non é una macchia nera uniforme, ma - come abbiamo giá visto in questa immagine - un disco con una apprezzabile quantitá di luce:

• piú scuro, tendente al nero, nel centro;

• color rosso rameico e meno scuro nella parte mediana;

• piú luminoso e tendente all’azzurro nella parte periferica.

Oltre a ció, qualitá e quantitá di luce deviate dall’atmosfera sono strettamente legate al suo stato del momento (piú o meno sporca) e particolarmente alterate in occasioni di eruzioni vulcaniche.

L’illuminazione della Luna totalmente eclissata puó quindi variare i maniera sensibile, e, in ogni caso, é sempre diversa e non é mai uniforme. Potrebbe al limite essere uniforme, o almeno simmetrica, sebbene molto scura, in caso di eclissi centrali, peraltro piuttosto rare. Ma nella stragrande maggioranza dei casi, appare piú chiara e piú azzurra da una parte, e piú scura e piú rossa dalla parte opposta, in relazione alla sua posizione nel cono d’ombra, come abbiamo giá visto in questa immagine.

Durante l’eclisse di Luna, per un osservatore situato sulla Luna, come giá detto, si verificherebbe una eclisse di Sole.

Le eclissi di Sole, viste dalla Luna, dovrebbero inoltre essere piú frequenti di quanto non siano le eclissi di Sole viste dalla Terra. Questo per le maggiori dimensioni della Terra, che eclisserebbe il Sole anche quando i tre astri non stanno perfettamente allineati.

L’eclisse di Sole vista dalla Luna dev’essere certamente qualcosa di molto spettacolare, per la presenza dell’atmosfera terrestre, che rifrange, disperde e diffonde i raggi del Sole creando uno spettacolo non facile da immaginare. La Terra dovrebbe infatti vedersi come un enorme disco nero (con un diametro 3,67 volte piú grande di quello del Sole, e una superficie 13,5 volte maggiore). L’eclisse sarebbe anche di maggior durata, l’atmosfera si vedrebbe fortemente illuminata, con un intenso alone policromo di 360 gradi (vedere nota). Nel cielo nero della Luna si dovrebbe vedere anche la corona solare, ma ovviamente non intera: solo si potrebbe vedere una parte o l’altra, dato che il diametro apparente della Terra supera anche quello della corona. Ma come si vedrebbe in realtá? c'é qualcuno che lo sa? Uno spettacolo del genere potrebbe forse essere stato visto e fotografato da qualcuno dei vari satelliti finora lanciati in orbite lunari. Se qualche lettore ne é a conoscenza, mi farebbe piacere saperlo.

NOTA POSTUMA
nel mese di febbario 2009, il satellite giapponese Kaguya, ha dimostrato che l'atmosfera terrestre
si vede come una linea luminosa bianca molto sottile che circonda la Terra.
Lo spessore di detta linea é in realtá circa 1/500 del diametro terrestre,
ma appare piú grossa per la diffusione della luce nella retina, come quando guardiamo il filamento di una lampadina.

E a proposito di eclissi, avete mai provato a domandarvi che cosa succederebbe se la Luna avesse un diametro apparente diverso da quello del Sole?

Se le dimensioni apparenti della Luna fossero maggiori (come succedeva milioni di anni fa) le eclissi di Sole ci sarebbero, ma sarebbe impossibile vedere la corona intera.

Se fossero minori (come accadrá in effetti fra milioni di anni, dato che la Luna si va lentamente ma costantemente allontanando) non ci sarebbero piú eclissi totali di Sole!

In effetti, il Sole, 400 volte piú grande della Luna, é allo stesso tempo 400 volte piú lontano; ed é per questo che hanno le stesse dimensioni apparenti, di circa mezzo grado.

Ed é veramente straordinario che questa circostanza si verifichi giusto ora che la Terra é abitata da esseri intelligenti.

Che Qualcuno lo abbia fatto apposta?...

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