Che Cosa Avviene Durante una Eclissi Lunare?

Fonte dell'immagine

Il 27-28 settembre 2015, ci sarà un evento spettacolare in gran parte del mondo: una eclissi lunare totale, che di per sé non è un evento comunissimo; inoltre, la luna sarà una super moon o superluna.

Dal momento che una superluna e una eclissi lunare si verificano raramente insieme, proviamo ad approfondire l'argomento.

Una supermoon o superluna è una luna piena (o una luna nuova) che è al suo massimo avvicinamento alla Terra (perigeo). Ciò comporta che il diametro della luna possa apparire più grande fino al 14%. "Superluna" non è un termine prettamente astronomico: per il suo massimo avvicinamento, si utilizza la locuzione scientifica "perigeo lunare".
Una luna piena al perigeo è visivamente più grande, ripetiamolo, fino al 14% in diametro (o quasi il 30% come area) e brilla il 30% in più rispetto a quando si trova all'apogeo, il punto di massimo allontanamento dalla Terra.
Troverete ulteriori informazioni sulla superluna nel post "Supermoon e Illusione Ottica".

► Che cos'è una eclissi lunare?

L'eclissi lunare è un fenomeno ottico, durante il quale la Terra oscura la Luna rispetto al Sole. Questo fenomeno può manifestarsi soltanto quando la Luna è in opposizione alla Terra rispetto al Sole, evento che si presenta due giorni ogni mese, quando la Luna è piena.
Comunque, una eclissi lunare è un evento piuttosto raro, dato che accade una volta ogni due anni.

Vediamo di comprendere

► il meccanismo dell'eclissi lunare.

Tale fenomeno può avvenire soltanto quando il Sole, la Terra e la Luna sono perfettamente allineati, esattamente nell'ordine indicato. Questo non accade molto spesso perché la Luna orbita intorno alla Terra con un angolo diverso da quello con cui la Terra orbita attorno al Sole: le loro orbite sono su piani diversi.

La maggior parte del tempo, il nostro pianeta ed il suo satellite non sono allineati, essendo la posizione del secondo al di sopra o al di sotto della posizione della Terra: di conseguenza la Luna è esposta al sole. Due volte al mese, questa attraversa il piano dell'orbita terrestre nei punti chiamati nodi, le cui posizioni si muovono, orbitando intorno alla Terra in modo simile, ma più lentamente, rispetto alla Luna. 
In sintesi, un'eclissi lunare avviene solo quando la Luna e un nodo coincidono dietro la Terra (rispetto al Sole).

► Perché la Luna è visibile durante l'eclissi?

Un'eclissi lunare totale è visibile, eppure la Terra è molto più grande della Luna e potrebbe, in teoria, impedire alla luce del Sole di raggiungere il nostro satellite. In realtà, un po' della luce solare raggiunge la Luna durante un'eclissi. Questo perché la luce del Sole passa attraverso l'atmosfera terrestre, che la fa deviare verso la Luna in un processo chiamato rifrazione.

Si può vedere la rifrazione in azione, se si immerge, per esempio, un bastone nell'acqua. Sembrerà che il bastone si pieghi nel punto in cui entra in acqua.

Se la Terra non avesse atmosfera, la luce del sole non sarebbe rifratta sulla Luna, che risulterebbe invisibile durante l'eclissi, come nella figura seguente.

La luce rallenta in velocità quando attraversa un nuovo mezzo, quale potrebbe essere un gas. Se il nuovo mezzo non si trova ad angolo retto rispetto al fascio di luce, questo cambia direzione. Tale comportamento è conosciuto come rifrazione, appunto.

Rifrazione di un fascio di luce che attraversa un mezzo diverso.

L'atmosfera terrestre rifrange la luce del Sole sulla Luna, illuminandola durante l'eclissi.

Fasci di luce che si stanno avvicinando all'atmosfera terrestre, propagandosi il linea retta.

Fasci di luce che, attraversando l'atmosfera terrestre, vengono rifratti e quindi deviati verso la Luna.

► Perché la Luna appare rossa, durante una eclissi lunare?

Una delle caratteristiche più spettacolari di un'eclissi lunare è la colorazione rossa della Luna, che si può osservare. Il fenomeno è una conseguenza dell'interazione della luce solare con l'atmosfera terrestre.
La luce del sole è composta da tutti i colori dell'arcobaleno. Ogni colore ha una lunghezza d'onda propria e, quindi, diversa. Il che vuol dire che la luce dei vari colori è influenzata in modo diverso dall'atmosfera. La luce ad alta frequenza viene diffusa (o deflessa) più facilmente della luce a bassa frequenza.

Il fenomeno della diffusione ottica non deve essere confuso con la riflessione e la rifrazione che fanno cambiare le traiettorie di onde o particelle in modo regolare e determinato. La diffusione viene chiamata scattering in inglese, termine che vuol dire letteralmente "sparpagliamento", per stare ad indicare che la traiettoria dei fasci di luce, in questo caso, vengono deviati in maniera disordinata e in qualche misura casuale.
Come risultato, la luce a frequenza più bassa, raggiunge la Luna. Siccome la luce a bassa frequenza è rossastra, la Luna eclissata appare rossa.

Le immagini seguenti fanno comprende meglio il fenomeno.

Ciascun colore è associato ad un'onda elettromagnetica con una determinata frequenza

La luce è la parte dello spettro elettromagnetico che percepiamo con i nostri occhi. Tale porzione è lo spettro visibile e comprende i sette colori percepibili dall'occhio umano, che vanno dal rosso al violetto. Nel suo insieme, lo spettro visibile appare bianco. Quando la luce viene scomposta, per rifrazione, nei colori dello spettro visibile, abbiamo la situazione illustrata nella figura sopra, in cui ogni colore è associato ad un'onda elettromagnetica con una determinata frequenza. Alle basse frequenze sono associate le lunghezze d'onda più grandi mentre alle alte frequenze sono associate quelle più piccole: al rosso corrisponde la più bassa frequenza e al violetto la più alta frequenza.

Come si può vedere nell'immagine seguente, le onde di frequenza più alta vengono diffuse dall'atmosfera terrestre più facilmente di quelle a frequenza più bassa, che pertanto la attraversano indisturbate.

Poiché la luce rossa è la radiazione a frequenza più bassa, di conseguenza è la candidata più gettonata per raggiungere la Luna senza essere diffusa, e quindi "sparpagliata", quando attraversa l'atmosfera del nostro pianeta, provenendo dal Sole. La Luna appare rossa, durante una eclissi lunare, per tale ragione.

► Eclissi lunare totale

L'ombra generata dalla Terra, quando si trova di fronte al Sole, consta di due parti: la penombra, nella cui zona la Terra oscura il Sole soltanto parzialmente, e l'ombra, la zona che si forma là dove il Sole viene oscurato completamente.
Un'eclissi lunare totale si verifica quando la Luna transita interamente nel cono d'ombra proiettato dalla Terra.
Questa è la forma più spettacolare di eclissi lunare, in cui la Luna si offusca notevolmente e diventa di colore arancione- rossastro.

L'eclissi lunare totale consta di tre fasi, visibili nell'immagine seguente:
1. la Luna entra nella zona di penombra;
2. la Luna si muove nel cono d'ombra;
3. la Luna riemerge nella zona penombrale.

Questa è un'animazione dell'eclissi lunare totale del 3-3-2007.

Fonte: Wikipedia

► Eclissi lunare parziale

Un'eclissi lunare parziale si verifica quando la Luna non transita completamente nel cono d'ombra della Terra, e viene quindi occultata soltanto parzialmente, mostrando un profilo incompleto. È di minore interesse scientifico rispetto alle totali.
Anche l'eclissi parziale è preceduta e seguita dalla fase di penombra. Nell'immagine, si vede soltanto la fase centrale del fenomeno, quando la Luna transita nel cono d'ombra.

Eclissi lunare parziale

► Eclissi lunare penombrale

Un'eclissi lunare penombrale si verifica quando la Luna transita soltanto nella zona di penombra della Terra. Durante questo tipo eclissi, la Luna si offusca un po', ma generalmente non abbastanza da far percepire il fenomeno.
A seconda che la Luna transiti immersa completamente o solo in parte nella zona di penombra, l'eclissi penombrale sarà rispettivamente totale o parziale.

Eclissi penombrale

Segue un'immagine che sintetizza un'eclissi lunare totale. Fonte: NASA.

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Per quanto riguarda l'evento del 28 settembre prossimo alle nostre latitudini, l'inizio della fase di totalità è previsto alle ore 02:11 per finire alle ore 03:24 (tempo UTC).

► Informazioni dettagliate sono disponibili sulla pagina dell'Unione Astrofili Italiani (UAI)

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Nota: dove non diversamente specificato, le immagini sono state tratte, e da me riarrangiate, da un sito amministrato dall'Università del Galles del sud.