Eclissi lunare totale 2011: la luna si colora di rosso

     La notte del 15 giugno 2011 è stata la notte dell’eclissi lunare totale, meglio conosciuta come l’evento della “luna rossa”. Il fenomeno astronomico ha richiamato l’attenzione sia degli astronomi e astrofili, sia dei profani, compreso il sottoscritto. Premetto che io adoro il cielo, adoro proprio guardarlo e fin da piccolo rimanevo completamente rapito guardando le stelle e la luna, tutto preso da quel timore reverenziale che mi rendeva incapace di accettare che cose tanto belle fossero al contempo così lontane eppure così vicine a me.

     Ma com’è che questa luna si è colorata di rosso? In questo post cercherò di spiegare il meccanismo di questo fenomeno così affascinante.

La luce della luna

     Come sappiamo fin da piccoli, la luna non ha una luce propria, bensì riflette la luce che le arriva dal sole: il sole illumina la luna, la luce si riflette dalla luna arrivando sulla terra e noi vediamo quella luce riflessa, potendo dire di “vedere” la luna. Normalmente sulla terra arriva tutta o quasi tutta la luce riflessa dalla luna, quindi noi la vediamo bianca o gialla; il fatto che durante un’eclissi possa apparire rossastra significa quindi che ai nostri occhi sta arrivando solo una parte della luce che colpisce la luna: infatti ogni “colore” è una parte della luce visibile (e la somma di tutti i colori della luce visibile dà la luce bianca).

Le condizioni dell’eclissi lunare

     Affinché si abbia un’eclissi lunare totale sono necessarie delle condizioni particolari. Vediamo quali sono…

     Prima di tutto la luna deve essere piena (fase di plenilunio).

     Inoltre è necessario che i protagonisti di un’eclissi, ovvero il sole, la terra e la luna, siano disposti tra loro in quest’ordine preciso. Ovvero: prima il sole, poi al centro la terra e, in ultimo, la luna, “nascosta” al sole dietro la terra. Se non si ha questa disposizione l’eclissi lunare non ha luogo. Quando la luna assume questa particolare disposizione si dice che è in opposizione (viceversa, quando la luna si trova tra la terra e il sole si dice che è in congiunzione).

     Infine non basta che sole, terra e luna siano allineati in quest’ordine, bensì occorre che questi tre corpi celesti siano allineati su una stessa linea immaginaria che passi per il centro di tutti e tre. Normalmente infatti la luna si nasconde più volte dietro la terra nel corso di un anno, perché compie il suo moto di rotazione attorno a essa molte volte, ma non è vero che in tutti quei casi avviene un’eclissi lunare. Perché? È molto semplice: la terra ha una sua orbita ellittica attorno al sole e anche la luna ne ha una sua, sempre ellittica, attorno alla terra.

     Immaginate che all’interno di queste due orbite ci sia un piano, così da ottenere due dischi bidimensionali di forma ellittica. Il “disco” ellittico che deriva dall’orbita terrestre e il “disco” ellittico derivato dall’orbita lunare sono inclinati tra loro di circa 5 gradi: questo significa che la terra e la luna non si trovano quasi mai sullo stesso piano su cui si trovano la terra e il sole; quindi il sole e la terra possono essere sempre considerati poggiati su uno stesso piano, ma raramente su questo stesso piano si trova contemporaneamente anche la luna. Affinché anche la luna sia perfettamente allineata con la terra e col sole nello stesso momento, cioè affinché anche la luna poggi su quel piano su cui poggiano anche la terra e il sole, è necessario che il piano della sua orbita “tocchi” il piano dell’orbita terrestre. I punti in cui questo accade si chiamano nodi lunari. Perciò quando la luna si trova su uno dei suoi nodi allora è possibile il perfetto allineamento di sole, terra e luna, ovvero tutti e tre possono giacere su una stessa linea immaginaria.

Il particolare allineamento sole-terra-luna che occorre affinché
si verifichi un'eclissi lunare (la luna è il corpo celeste che appare
più grande nell'inquadratura).

     Com’è facile intuire anche senza fare calcoli astronomici, la perfetta coincidenza temporale di tutte queste condizioni è un evento raro: questo è il motivo per cui la prossima eclissi lunare totale sarà visibile soltanto nel 2018 in Italia.

Il ruolo delle ombre

     Andiamo ora nel dettaglio e vediamo cosa accade quando sole, terra e luna si allineano in questo modo: il sole manda i suoi raggi verso la terra e ne illumina una parte (quella parte in cui è giorno), lasciando un’altra parte al buio (quella in cui è notte); i raggi solari non riescono tuttavia ad illuminare quella parte di spazio che sta davanti alla parte buia della terra, poiché la terra fa ombra con la sua presenza. Si forma allora una zona ombrata a forma di cono, chiamata appunto cono d’ombra: questa è la zona in cui avviene l’eclissi lunare totale e in cui la luna può apparire rossa.

     Oltre al cono d’ombra, il sole forma un secondo cono più grande, in cui i suoi raggi filtrano debolmente (nel cono d’ombra non filtravano affatto): questo secondo cono è quindi in penombra e si chiama cono di penombra. Il cono d’ombra, più piccolo, è contenuto quindi nel cono di penombra, più grande.

Le fasi dell’eclissi lunare totale

     Quando la luna ruota attorno alla terra entra in un primo momento nel cono di penombra (se la luna entrasse solo nel cono di penombra si avrebbero le eclissi lunari penombrali): in questa fase la luna perde una parte della sua luminosità perché è meno illuminata.

     Dopo essere passata attraverso la prima zona di penombra, la luna entra nel cono d’ombra vero e proprio. In questa fase la luna è al buio, perché non viene illuminata direttamente dai raggi del sole, che non sono presenti nel cono d’ombra. Quindi, in teoria, la luna dovrebbe scomparire alla vista, non la si dovrebbe poter vedere, poiché non potrebbe riflettere alcuna luce. E invece la si continua a vedere! Anzi, diremo di più: la si continua a vedere anche con colori diversi dal solito: può capitare di osservarla colorata verde scuro, o anche rosso arancio o, come nell’ultima eclissi lunare totale, rosso rame.

     Perché avviene questo cambiamento di colore? Perché l’atmosfera della terra (che è una cappa di gas a forma di sfera che avvolge il pianeta) ha la capacità di rifrangere i raggi del sole: la rifrazione dei raggi solari non è altro che la deviazione della loro traiettoria.

     Tutti noi abbiamo almeno una volta nella vita assistito a una rifrazione di luce: per esempio quando da piccoli abbiamo notato che quando immergiamo una cannuccia in un bicchiere d’acqua ci sembra che la cannuccia si sia piegata. In quel caso i raggi luminosi che partono dalla cannuccia vengono deviati dall’acqua e quando arrivano al nostro occhio sono stati inclinati, deviati, piegati e quindi la cannuccia stessa appare piegata. L’acqua, infatti, è un mezzo diverso dall’aria nel quale la luce si comporta in modo diverso e quando la luce viaggia in due mezzi diversi viene rifratta.

     Altro esempio di rifrazione della luce, anche questo molto familiare, è quello che si verifica quando un raggio di luce bianca (la luce bianca ha dentro di sé tutti i colori) viene fatto passare attraverso un prisma e, uscendo dal prisma stesso, si “scompone” in tanti colori diversi, ognuno dei quali viene “deviato” in modo diverso. Anche in questo caso la luce passa dall’aria al materiale del prisma, subendo una prima rifrazione (deviazione) e poi una seconda rifrazione quando passa dal prisma all’aria. Il cambiamento di mezzo (aria-prisma-aria) rifrange la luce più volte, così che in uscita i raggi luminosi cambiano la loro traiettoria, ognuno con un’angolazione diversa.

Due esempi di rifrazione della luce: i corpi che appaiono "spezzati" se immersi
in un liquido e lo spettro cromatico derivante dal passaggio di un fascio di luce
bianca attraverso un prisma: in entrambi i casi i raggi luminosi vengono deviati
quando viaggiano passando da un mezzo a un altro.

     Questo stesso fenomeno avviene nel corso di un’eclissi lunare: i raggi solari all’inizio viaggiano nel vuoto, ma quando entrano nell’atmosfera terrestre, entrano in un mezzo diverso (nel vuoto non c’è nulla; nell’atmosfera ci sono diversi gas). L’atmosfera terrestre è un mezzo diverso dal vuoto e quindi dentro di essa la luce solare viene rifratta, cioè la traiettoria dei raggi solari viene deviata, in modo che una parte di questa luce penetra nella zona del cono d’ombra e colpisce la luna; a sua volta, la luna rifletterà parte di questi raggi, facendoli arrivare al nostro occhio, in modo tale che noi la vediamo colorata in un certo modo. La variazione di colore nel corso di un’eclissi dipende fondamentalmente dalla zona della terra dalla quale si osserva la luna.

     Nel momento in cui la luna si trova al centro del cono d’ombra si trova perfettamente allineata con la terra e con il sole su una stessa linea immaginaria, ovvero tutti e tre i corpi giacciono sul piano dell’orbita terrestre.

     Dopo aver attraversato tutto il cono d’ombra, la luna continua a ruotare attorno alla terra entrando nella seconda parte del cono di penombra, riacquistando lentamente il suo colore “naturale”. Il colore rosso scompare, perché, uscendo dall’ombra, la luna non viene più illuminata dai raggi rifratti del sole, che erano raggi piegati e più poveri di luce (che contenevano solo alcuni colori visibili e non altri), ma torna a essere illuminata direttamente da raggi del sole non rifratti, che hanno una quantità di energia maggiore, cioè che hanno più colori dentro di sé.
     Inoltre, nel passaggio tra la zona d’ombra e quella di penombra, una parte della luna che prima era rossa viene totalmente oscurata, mentre l’altra parte riacquista il suo colore candido: questo oscuramento avviene perché in quel momento la luna, trovandosi ancora al limite del cono d’ombra, non riceve più (o non riceve ancora) quei raggi rifratti del sole e resta completamente al buio.

Sequenza di fasi di un'eclissi lunare totale.

     Quando la luna passa per il cono d’ombra attraversandolo completamente si ha l’eclissi lunare totale descritta finora. Ma può accadere anche che la luna transiti solo in parte nel cono d’ombra: in quel caso si parla di eclissi lunare parziale. La durata di un’eclissi dipende dalla velocità di rivoluzione dei corpi celesti interessati, che non è la stessa e che non si mantiene costante nel corso della loro rivoluzione, come si può dimostrare dalle leggi di Keplero.

     Per chiudere vi lascio qui un video con varie fotografie di questa eclissi, fatte all’Osservatorio Astronomico di Capodimonte.