Perché la Luna diventa rossa
Una luna di sangue è ogni alba e ogni tramonto della Terra insieme, proiettati sulla Luna.
La Luna dentro la nostra ombra
Livello Base — linguaggio semplice, senza matematica
Certe notti la Luna piena fa una cosa inquietante: invece di sparire nel nero, diventa di un rosso profondo e polveroso. La chiamano luna di sangue, e succede durante un'eclissi lunare - quando la Terra passa esattamente tra il Sole e la Luna e le lascia sopra la propria ombra.
Ed ecco la parte strana. Se la Terra si limitasse a bloccare la luce del Sole, la Luna svanirebbe nel buio. Non succede, perché il nostro pianeta ha una cosa che una roccia nuda non avrebbe: l'aria. La luce solare che sfiora il bordo della Terra attraversa una lunga fetta di atmosfera, e per strada le capitano due cose. L'aria la piega verso l'interno, arricciando luce dentro un'ombra che sarebbe dovuta restare vuota. E l'aria le toglie il blu, disperdendolo di lato per tutto il cielo e lasciando proseguire dritto il rosso e l'arancione.
Quindi la luce che arriva sulla Luna eclissata è già stata filtrata dalla nostra atmosfera. È, letteralmente, la luce di ogni alba e di ogni tramonto che in quel momento stanno accadendo sulla Terra, raccolta e lanciata per 384.000 km su una roccia. Se fossi in piedi sulla Luna durante un'eclissi lunare vedresti una Terra nera circondata da un sottile anello di fuoco rosso: tutte le albe e i tramonti del mondo insieme.
Ed è anche il motivo per cui due lune di sangue non si somigliano mai. Quando l'aria è pulita la Luna brilla di rame acceso. Quando un grande vulcano ha spinto polvere e zolfo in alto nell'atmosfera, più luce viene assorbita lungo il tragitto e la Luna può farsi marrone torbida - o quasi sparire.
Da sapere
- La luce rossa su una Luna eclissata è luce solare filtrata dall'atmosfera terrestre: ogni alba e ogni tramonto del pianeta nello stesso momento.
- Dopo l'eruzione del Pinatubo nel 1991 l'eclissi lunare successiva fu così scura che la Luna era difficile persino da trovare: la polvere vulcanica si era mangiata la luce.
- Un'eclissi lunare si può guardare a occhio nudo senza alcun rischio, al contrario di una solare: stai guardando una Luna fioca, non il Sole.
Ombra, penombra e la scala Danjon
Livello Studente — le equazioni principali
La Terra proietta due ombre annidate. La penombra è il cono esterno, dove il Sole è coperto solo in parte; una Luna che ci entra si affievolisce così poco che quasi nessuno se ne accorge. L'ombra (umbra) è il cono interno, dove la Terra copre il Sole per intero. È lì che nasce il colore.
Alla distanza della Luna l'ombra è larga circa 2,6 volte la Luna stessa, ed è per questo che la totalità può durare più di un'ora. Quanto in profondità la Luna ci entra dipende da quanto è centrato l'allineamento, e gli astronomi lo esprimono come magnitudine umbrale: 1,0 o più significa totale, 0,96 è una parziale profonda con una sola falce chiara che resiste, sotto lo 0 la Luna non esce mai dalla penombra.
Dentro l'ombra l'unica illuminazione è luce solare rifratta e filtrata da Rayleigh. L'atmosfera terrestre funziona da lente, piegando i raggi radenti fino a circa un grado, e da filtro: la diffusione va come \(1/\lambda^4\), quindi il blu viene disperso circa dieci volte più del rosso. Quel che sopravvive al viaggio è il residuo arrossato, migliaia di volte più debole di una Luna piena normale.
Siccome quella luce deve sopravvivere alla nostra aria, l'aspetto della Luna diventa una lettura in diretta delle condizioni atmosferiche. Gli osservatori lo valutano con la scala Danjon, da L=4 per un'eclissi arancio-rame luminosa fino a L=0 per una così scura che la Luna quasi svanisce. Aerosol vulcanici e nubi spesse lungo il terminatore fanno scendere il punteggio.
Formule chiave
| Diffusione di Rayleigh | \(I_{\text{scattered}} \propto \dfrac{1}{\lambda^{4}}\) | il blu se ne va, il rosso resta |
|---|---|---|
| Magnitudine umbrale | \(U = \dfrac{R_u + r_m - d}{2 r_m}\) | totale quando U \ge 1 |
| Ombra alla distanza lunare | \(R_u \approx 1.3^\circ \approx 2.6\, r_m\) | |
Da sapere
- L'ombra della Terra alla distanza lunare è larga circa 2,6 diametri lunari, quindi un'eclissi totale centrale può tenere la Luna interamente in ombra per oltre 100 minuti.
- La diffusione di Rayleigh va come 1/λ⁴: il blu viene disperso circa dieci volte più del rosso, e la luce che resta è rossa per esclusione.
- La scala Danjon va da L=0 (Luna quasi invisibile) a L=4 (arancio-rame luminoso con bordo azzurrino).
Rifrazione, estinzione e il colore variabile
Livello Esperto — profondità matematica completa
L'ombra non è buia perché l'atmosfera terrestre vi rifrange dentro la luce solare. I raggi che passano a incidenza radente vengono piegati di circa \(0.5^\circ\)-\(1^\circ\), abbastanza da riempire di luce trasmessa l'ombra geometrica alla distanza lunare. L'illuminazione che raggiunge una Luna eclissata proviene quasi interamente dal lembo terrestre, integrato lungo tutto il terminatore: il suo spettro è dunque lo spettro solare visto attraverso un cammino atmosferico lunghissimo.
È quel cammino ad arrossarla. La diffusione molecolare di Rayleigh rimuove le lunghezze d'onda corte con dipendenza \(\lambda^{-4}\), mentre l'assorbimento dell'ozono nella banda di Chappuis morde tra 500 e 700 nm. È questo secondo effetto a spiegare perché le eclissi profonde mostrano spesso una netta frangia turchese appena all'interno del bordo dell'ombra, dove la luce ha percorso il tragitto più lungo nello strato di ozono, prima che l'interno viri al rosso.
La luminosità complessiva è molto variabile: contano la profondità geometrica nell'ombra, il carico di aerosol e persino la copertura nuvolosa lungo il terminatore. Una Luna totalmente eclissata è tipicamente \(10^{4}\)-\(10^{5}\) volte più debole di una Luna piena non eclissata, un intervallo di parecchie magnitudini che la scala Danjon cattura solo grossolanamente. Dopo le grandi iniezioni stratosferiche - El Chichón nel 1982 e Pinatubo nel 1991 - si sono registrate eclissi a L=0, di fatto invisibili a occhio nudo.
La geometria si ripete sul saros, 6585,32 giorni, perché quell'intervallo è quasi esattamente un numero intero di mesi sinodici, draconitici e anomalistici contemporaneamente. Il terzo di giorno che avanza ruota la Terra di 120°, quindi ogni ripetizione si osserva al meglio a un terzo di globo dalla precedente, e un dato saros torna a casa ogni tre cicli: 54 anni.
Formule chiave
| Rifrazione al lembo | \(\Delta\theta \approx 0.5^\circ - 1^\circ\) | riempie l'ombra geometrica |
|---|---|---|
| Sezione d'urto di Rayleigh | \(\sigma \propto \lambda^{-4}\) | |
| Luminosità in totalità | \(L/L_{\text{full}} \sim 10^{-4} - 10^{-5}\) | |
| Saros | \(223\ \text{sinodici} \approx 6585.32\ \text{d}\) | |
Da sapere
- La luce che raggiunge la Luna eclissata viene dal lembo terrestre integrato su tutto il terminatore: un osservatore lì vedrebbe una Terra nera cinta di fuoco.
- L'assorbimento dell'ozono nella banda di Chappuis (500-700 nm) regala a molte eclissi una frangia turchese appena dentro il bordo dell'ombra.
- Il saros dura 6585,32 giorni; il terzo di giorno in più sposta ogni ripetizione di 120° in longitudine, così lo stesso saros torna dalle tue parti ogni 54 anni.