Sombra da Lua projetada sobre a Terra durante o eclipse solar em 21/08/2017. (Reprodução/ ISS)

Dando continuação ao panorama sobre eclipses…

Capricho cósmico 2: distâncias, tamanhos, e excentricidade orbital

Você já se perguntou por que razão a Lua, durante um eclipse solar total, consegue tapar o Sol exatamente por inteiro? Afinal, o Sol é enorme, muitíssimo maior do que a Terra que por sua vez também é bem maior do que a Lua!

Temos aqui outra incrível coincidência ou, como gosto de dizer, outro capricho cósmico. O Sol é uma esfera que tem cerca de 400 vezes o diâmetro da esfera lunar. Mas, coincidentemente, está cerca de 400 vezes mais longe da Terra do que a Lua. Logo, uma coisa “compensa“ a outra de tal sorte que, para um observador terrestre, tanto o Sol quanto a Lua têm praticamente o mesmo tamanho angular aparente que equivale a 0,5º (meio grau). A figura a seguir, também fora de escala, ilustra essa curiosa ideia geométrica.

Para um observador na Terra, Sol e Lua apresentam o mesmo tamanho angular aparente de meio grau. (Crédito: www.fisicanaveia.com.br)

É por conta disso que quase sempre o tamanho aparente do disco lunar escuro coincide com o tamanho aparente do disco solar iluminado durante um eclipse solar. Mas eu disse “quase”. Há outro capricho cósmico a ser levado em conta e que pode mudar um pouco essa coincidência tão perfeita de tamanhos aparentes.

É que nem a órbita da Terra ao redor do Sol e nem a órbita da Lua ao redor da Terra são circulares. Temos órbitas ovais, tecnicamente chamadas de órbitas elípticas. É bem verdade que não são elipses muito excêntricas, ou seja, exageradamente ovais. São elipses quase circulares.

Mas essa pequena diferença já é suficiente para fazer variar as distâncias Terra-Lua e Terra-Sol, o que muda ligeiramente os tamanhos aparentes da Lua e do Sol para um observador terrestre. Você sabe que qualquer coisa vista de perto nos parecerá maior e, de longe, ao contrário, menor. Isso vale para qualquer coisa mesmo, incluindo o Sol e a Lua.

Assim, em alguns eclipses solares ainda mais especiais, pode ocorrer do disco solar iluminado visto por um observador na Terra estar ligeiramente maior do que o disco escuro da Lua Nova. Nesses casos, quando a Lua Nova passar na frente do Sol, pode “sobrar” uma beiradinha brilhante de Sol que não foi obstruída pelo disco lunar.

Nesses casos peculiares teremos um eclipse especial classificado como anelar, palavra que lembra anel, uma alusão direta ao anel solar que “sobra” ao redor do disco escuro da Lua. Confira abaixo o que se vê daqui da Terra quando acontece um eclipse solar total ou um eclipse solar anelar.

Eclipse solar total, à esquerda, com o disco lunar tapando o disco solar por completo. Eclipse solar anelar, à direita, com o disco lunar tapando o disco solar quase que totalmente, mas “sobrando” uma beiradinha de Sol. (Crédito: www.fisicanaveia.com.br)

Capricho cósmico 3: inclinação das órbitas

A Lua demora cerca de 28 dias para completar uma volta ao redor da Terra. Por isso, entre a Lua Nova (na qual ocorrem eclipses solares), e a Lua Cheia (na qual acontecem os eclipses lunares) temos praticamente duas semanas.

Se pensar bem, sempre quando a Lua ficasse entre o Sol e a Terra, deveríamos ter eclipse solar. E, sempre quando a Terra ficasse entre o Sol e a Lua, teríamos eclipse lunar. Logo, não era para termos dois eclipses todo mês, sendo um solar e outro lunar? Era. Mas isso não ocorre. E por conta de outra sutileza, mais um capricho cósmico. É que o plano que contém a órbita da Lua ao redor da Terra está inclinado em cerca de 5,2^o em relação ao plano da órbita da Terra ao redor do Sol.

Logo, não é tão comum termos alinhamentos Sol-Lua-Terra — para acontecer eclipse solar — ou Sol-Terra-Lua — para ocorrer eclipse lunar. Eclipses só vão acontecer quando os três astros estiverem mais ou menos posicionados em uma linha imaginária que coincida com a intersecção dos citados planos orbitais, direção conhecida como linha dos nodos. Confira essa incrível ideia na imagem a seguir.

A linha dos nodos, direção rara na qual acontecem os eclipses solares e lunares. (Crédito: www.fisicanaveia.com.br)

Entendeu como a não coincidência dos planos orbitais acima citados e ilustrados torna os eclipses solares e lunares fenômenos raros?

Mas vale observar que, sempre quando temos um eclipse solar, temos outro lunar. Os dois eclipses estão separados por cerca de 14 dias, intervalo de tempo no qual a Lua dá meia volta na Terra. Como os três astros (Sol, Terra e Lua) não são pontuais, o quase alinhamento na linha dos nodos persiste, propiciando os dois eclipses.

Tanto é verdade que, antecedendo o eclipse solar total do dia 21 de agosto, já tivemos um eclipse lunar no último dia 7 de agosto, 14 dias antes. Infelizmente ele não foi visível daqui do Brasil.

O cenário real

Todas as figuras de meu texto que mostram o Sol, a Lua e a Terra foram desenhadas propositalmente fora de escala. Sem esse recurso didático, ficaria difícil perceber certos detalhes.

Mas gostaria que você tivesse uma melhor ideia, numa escala real, de como seriam na prática os cones de sombra e penumbra. Pela grande distância do Sol até a Terra e até a Lua, tais cones são bastante alongados. O vídeo abaixo, uma simulação feita pela NASA, mostra o curioso cenário real. (Clique na imagem para acessar o vídeo).

Simulação em escala real dos cones de sombra e penumbra da Terra e da Lua. (Crédito: NASA)

Visto do espaço, um eclipse é algo bastante curioso. Na medida em que o nosso planeta gira, por conta da sua rotação natural, a ponta do cone de sombra (ou umbra) vai “lambendo” a Terra. Confira a seguir, noutra simulação da NASA, como um pontinho negro vai percorrendo a superfície da Terra. Quem tiver a sorte de estar num local por onde o pontinho vai passar observará o raro e espetacular eclipse total que, às vezes, como mostrei, também pode ser anelar. (Clique na imagem para acessar o vídeo).

Simulação de um eclipse solar visto do espaço. (Crédito: NASA)

Para encerrar o nosso papo, clique aqui para ver uma animação feita com imagens reais do eclipse solar de 9 de março de 2016 registrado do espaço pelo satélite japonês Sunflower 8. É praticamente a mesma cena do vídeo acima. Mas o vídeo da NASA é uma simulação feita em computador. A cena é real! E de cair o queixo! Afinal, ver um eclipse solar daqui da Terra já é algo raro, do espaço é bastante improvável.

Progressão do Eclipse solar de 1º de agosto de 2008 visto desde Novosibirsk, Rússia. (Reprodução)

Eclipses solares e lunares são verdadeiros caprichos cósmicos. Para acontecerem, deve haver o perfeito casamento de detalhes peculiares. Por isso mesmo, eclipses não são fenômenos corriqueiros e que são vistos a toda hora e em qualquer lugar.

No dia 21 de agosto acontece um eclipse solar total, visível em sua totalidade apenas numa faixa estreita do território americano. Daqui do Brasil o eclipse é observável de modo parcial e somente será visto a partir do norte e nordeste brasileiro, já com o Sol se pondo. O show, de verdade, ocorrerá somente nas terras de Donald Trump.

A proposta deste texto, inspirado no eclipse solar total que só poderá ser acompanhado por nós em tempo real via web, é tentar entender melhor o que são e como acontecem os eclipses solares.

Capricho cósmico 1: jogo de luz, sombra e penumbra

Se uma fonte de luz tem tamanho desprezível, ao iluminar um objeto opaco, dará origem a uma região escura, por trás do objeto, que chamamos de sombra ou umbra. Nessa região não chega nenhum raio de luz pois eles foram obstruídos pelo objeto opaco. A imagem a seguir ilustra a ideia, com a sombra projetada numa parede. A fonte pontual é a chama de uma vela e o objeto opaco uma bola de futebol.

Fonte pontual, de tamanho desprezível, gera uma sombra (ou umbra) bem definida. (Crédito: www.fisicanaveia.com.br)

E se a fonte de luz não for pontual, ou seja, não tiver tamanho desprezível? O que vai mudar? Como agora os raios de luz partem de vários pontos da fonte extensa, ao tangenciarem a bola, formarão também outra região além da umbra chamada de penumbra e à qual pode chegar um pouco de luz. Na prática, vai aparecer uma sombra (ou umbra) bem definida no centro e, ao redor dela, uma região parcialmente iluminada, a penumbra. Para entender bem como é isso, imagine, por exemplo, várias velas acesas. As chamas, juntas, formam uma fonte extensa.  Confira o resultado na próxima imagem, onde veremos a sombra escura central e, ao redor dela, a penumbra parcialmente iluminada, que se mostra como um halo cinza.

Legenda: Fonte extensa, de tamanho não desprezível, dá origem à sombra e à penumbra. (Crédito: www.fisicanaveia.com.br)

Deu para entender a sutileza na formação da sombra e da penumbra? Tudo depende da fonte e luz ter ou não ter tamanho desprezível.

Agora leve tais ideias para o espaço. Coloque o Sol no lugar das velas. Troque a bola pela Lua. O Sol, por ser uma estrela, astro que produz luz própria, equivale a muitas velas acesas simultaneamente e espalhadas numa enorme esfera. Mesmo visto da daqui da Terra, a quase 150 milhões de quilômetros, o Sol não tem aparência pontual, ou seja, não pode ser tratado como mero ponto de luz. Devemos tratá-lo como fonte de luz extensa. Dessa forma, ao iluminar outros astros, como a Lua, o Sol dará origem a um cone de sombra (ou umbra) e também à penumbra. Concorda? A imagem a seguir, propositalmente fora de escala, deixa claro o que estou dizendo. Confira.

Legenda: O Sol, fonte extensa, ao iluminar a Lua, provoca sombra e penumbra. (Crédito: www.fisicanaveia.com.br)

Você consegue imaginar o que acontecerá se a Terra atravessar os cones de sombra e de penumbra da Lua? A ilustração a seguir, também propositalmente fora de escala em favor do caráter didático, nos dá a resposta.

Legenda: Os cones de sombra e penumbra da Lua iluminada pelo Sol, aqui vistos de perfil, tocam o nosso planeta. (Crédito:www.fisicanaveia.com.br)

Não abandone a imaginação. Agora tente descobrir o que veria um observador na superfície da Terra numa posição privilegiada dentro da pequeníssima região em que o vértice do cone de sombra toca o planeta. Consegue imaginar? Para esse observador sortudo, na hora e lugar corretos, a Lua opaca passará diante do Sol, obstruindo-o. Ele verá um disco escuro tapando o Sol aos poucos. Para este observador estará acontecendo um raro eclipse solar total e, por alguns minutos, durante a totalidade, com o Sol tapado, o dia vai virar noite.

E se o observador estiver somente dentro da penumbra? O que ele vai observar? Para ele o Sol estará parcialmente obstruído pela Lua, ou seja, estará acontecendo um eclipse solar parcial.

Note que, durante um eclipse solar, o lado não iluminado da Lua está voltado para a Terra. Isso quer dizer que, para um observador na Terra, acontece Lua Nova. Eclipses solares sempre ocorrem na fase da Lua Nova.

Essa ideia já foi tema da prova do ENEM. Confira o enunciado da questão.

Um eclipse lunar acontece quando, ao contrário do que vimos no solar, a Terra se interpõe ao Sol e à Lua. Nesse caso, a Lua Cheia passa dentro dos cones de sombra e de penumbra da Terra, como mostra a imagem abaixo.

Quando a Lua Cheia atravessa os cones de sombra e penumbra da Terra iluminada pelo Sol, temos os eclipses lunares. (Crédito: www.fisicanaveia.com.br)

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E isso não é tudo… Amanhã, aqui, nestas mesmas coordenadas digitais, tem mais informações sobre estes caprichos cósmicos.