Eclipses

Um eclipse acontece sempre que um corpo entra na sombra de outro. Assim, quando a Lua entra na sombra da Terra, acontece um eclipse lunar. Quando a Terra é atingida pela sombra da Lua, acontece um eclipse solar.

Sombra de Um Corpo Extenso

eclipses.gif

Na parte superior da figura acima vemos a região da umbra e da penumbra da sombra. Na parte inferior, vemos a aparência da fonte para os pontos A a D na sombra.

Quando um corpo extenso (não pontual) é iluminado por outro corpo extenso definem-se duas regiões de sombra:

umbra

A órbita da Terra em torno do Sol, e a órbita da Lua em torno da Terra, não estão no mesmo plano, ou ocorreria um eclipse da Lua a cada Lua Cheia, e um eclipse do Sol a cada Lua Nova.

Linha dos Nodos

Linha dos nodos
O plano da órbita da Lua em torno da Terra não é o mesmo plano que o da órbita da Terra em torno do Sol.

O plano da órbita da Lua está inclinado 5,2 ° em relação ao plano da órbita da Terra. Portanto só ocorrem eclipses quando a Lua está na fase de Lua Cheia ou Nova, e quando o Sol está sobre a linha dos nodos, que é a linha de intersecção do plano da órbita da Terra em torno do Sol com o plano da órbita da Lua em torno da Terra.

eclipsesol1
Eclipses do Sol e da Lua são os eventos mais espetaculares do céu. Um eclipse solar ocorre quando a Lua está entre a Terra e o Sol. Se o disco inteiro do Sol está atrás da Lua, o eclipse é total. Caso contrário, é parcial. Se a Lua está próxima de seu apogeu (ponto mais distante de sua órbita), o diâmetro da Lua é menor que o do Sol, e ocorre um eclipse anular.
anular
Como a excentricidade da órbita da Terra em torno do Sol é de 0,0167, o diâmetro angular do Sol varia 1,67% em torno de sua média, de 31'59". A órbita da Lua em torno da Terra tem uma excentricidade de 0,05 e, portanto, seu diâmetro angular varia 5% em torno de sua média, de 31'5", chegando a 33'16", muito maior do que o diâmetro máximo do Sol.
Eclipse Lunar
Um eclipse total da Lua acontece quando a Lua fica inteiramente imersa na umbra da Terra; se somente parte dela passa pela umbra, e resto passa pela penumbra, o eclipse é parcial. Se a Lua passa somente na penumbra, o eclipse é penumbral. Um eclipse total é sempre acompanhado das fases penumbral e parcial. Um eclipse penumbral é difícil de ver diretamente com o olho, pois o brilho da Lua permance quase o mesmo. Durante a fase total, a Lua aparece com uma luminosidade tênue e avermelhada. Isso acontece porque parte da luz solar é refractada na atmosfera da Terra e atinge a Lua. Porém essa luz está quase totalmente desprovida dos raios azuis, que sofreram forte espalhamento e absorção na espessa camada atmosférica atravessada.
eclipse lua

Eclipses do Sol

eclipsesolar

Durante um eclipse solar, a umbra da Lua na Terra tem sempre menos que 270 km de largura. Como a sombra se move a pelo menos 34 km/min para Leste, devido à órbita da Lua em torno da Terra, o máximo de um eclipse dura no máximo 7 1/2 minutos. Portanto um eclipse solar total só é visível, se o clima permitir, em uma estreita faixa sobre a Terra, chamada de caminho do eclipse. Em uma região de aproximadamente 3000 km de cada lado do caminho do eclipse, ocorre um eclipse parcial.

Mir
eclipse2020

Como a Lua se move aproximadamente 12° por dia, para leste, em relação ao Sol (360°/29,5 dias= 12°/dia), o que implica numa velocidade de:

\frac{ 12^\circ/dia}{360^\circ} \times 2\pi\times 384\,000 km = \simeq 80400 km/dia \simeq 56 km/min

A velocidade de um ponto da superfície da Terra devido à rotação para leste da Terra é,

\frac{2\pi}{R_\oplus}=\frac{2\pi\times6370 km}{24 h} = 1667 km/h \simeq 28 km/min

Como a velocidade da Lua no céu é maior do que a velocidade de rotação da Terra, a velocidade da sombra da Lua na Terra tem o mesmo sentido do movimento (real) da Lua, ou seja, para leste. O valor da velocidade da sombra é, grosseiramente, $56 km/min - 28  km/min = 28  km/min$. Cálculos mais precisos, levando-se em conta o ângulo entre os dois movimentos, mostram que a velocidade da Lua em relação a um certo ponto da Terra é de pelo menos 34 km/min para leste. A duração da totalidade do eclipse, em um certo ponto da Terra, será o tempo desde o instante em que a borda leste da umbra da Lua toca esse ponto até o instante em que a borda oeste da Lua o toca. Esse tempo é igual ao tamanho da umbra dividido pela velocidade com que ela anda, aproximadamente,
\frac{270 km}{34 km/min} = 7,9 min
Na realidade, a totalidade de um eclipse dura no máximo 7 1/2 minutos. Um eclipse solar total começa quando a Lua alcança a direção do disco do Sol, e aproximadamente uma hora depois o Sol fica completamente atrás da Lua. Nos últimos instantes antes da totalidade, as únicas partes visíveis do Sol são aquelas que brilham através de pequenos vales na borda irregular da Lua, um fenônemo conhecido como "anel de diamante", já descrito por Edmund Halley no eclipse de 3 de maio de 1715. Durante a totalidade, o céu se torna escuro o suficiente para se observar os planetas e as estrelas mais brilhantes. Após a fase de "anel de diamante", o disco do Sol fica completamente coberto pela Lua, e a coroa solar, a atmosfera externa do Sol, composta de gases rarefeitos que se extendem por milhões de km, aparece. Note que é extremamente perigoso olhar o Sol diretamente. Qualquer exposição acima de 15 segundos danifica permanentemente o olho, sem apresentar qualquer dor!

animation

Em 4 Nov 1994 eu filmei o eclipse solar total em Criciúma, Santa Catarina, e produzi esta figura.

Eclipses da Lua

Eclipses da Lua
Um eclipse lunar ocorre quando a Lua entra na sombra da Terra. À distância da Lua, 384 mil km, a sombra da Terra, que se extende por 1,4 milhões de km, cobre aproximadamente 3 luas cheias. Em contraste com um eclipse do Sol, que só é visível em uma pequena região da Terra, um eclipse da Lua é visível por todos que possam ver a Lua. Como um eclipse da Lua pode ser visto, se o clima permitir, de todo a parte noturna da Terra, eclipses da Lua são muito mais freqüentes que eclipses do Sol, de um dado local na Terra. A duração máxima de um eclipse lunar é 3,8 hr, e a duração da fase total é sempre menor que 1,7 hr.

Temporada de Eclipses

Se o plano orbital da Lua coincidisse com o plano da eclíptica, um eclipse solar ocorreria a toda Lua nova e um eclipse lunar a toda Lua cheia. Entretanto, o plano está inclinado 5,2 ° e, portanto, a Lua precisa estar próxima da linha de nodos (cruzando o plano da eclíptica) para que um eclipse ocorra. Como o sistema Terra-Lua orbita o Sol, aproximadamente duas vezes por ano a linha dos nodos está alinhada com o Sol e a Terra. Estas são as temporadas dos eclipses, quando os eclipses podem ocorrer. Quando a Lua passar pelo nodo durante a temporada de eclipses, ocorre um eclipse.

Plano Como a órbita da Lua gradualmente gira sobre seu eixo (com um período de 18,6 anos de regressão dos nodos), as temporadas ocorrem a cada 173 dias, e não exatamente a cada meio ano. A distância angular da Lua do nodo precisa ser menor que 4,6° para um eclipse lunar, e menor que 10,3 ° para um eclipse solar, o que estende a temporada de eclipses para 31 a 38 dias, dependendo dos tamanhos aparentes e velocidades aparentes do Sol e da Lua, que variam porque as órbitas da Terra e da Lua são elípticas, de modo que pelo menos um eclipse ocorre a cada 173 dias.

Entre dois e sete eclipses ocorrem anualmente. Em cada temporada usualmente acontece um eclipse solar e um anular, mas podem acontecer três eclipses por temporada, numa sucessão de eclipse solar, lunar e solar novamente, ou lunar, solar e lunar novamente. Quando acontecem dois eclipses lunares na mesma temporada os dois são penumbrais. As temporadas de eclipses são separadas por 173 dias [(1 ano - 20 dias)/2].

Eclipses do Sol 2010-2020
Data Tempo Dinâmico Latitude Longitude Tipo de
(centro) (centro) (centro) Eclipse
15 Jan 201007:07:39 2 N 69 E Anular do Sol
11 Jul 201019:34:38 20 S122 O Total do Sol
4 Jan 201108:51:4265 N 21 E Parcial do Sol
1 Jun 201121:17:1868 N 47 E Parcial do Sol
1 Jul 201108:39:3065 S 29 E Penumbral do Sol
25 Nov 201106:21:2469 S 82 O Parcial do Sol
20 Mai 201223:53:5449 N 176 E Anular do Sol
13 Nov 201222:12:5540 S 161 O Total do Sol
10 Mai 201300:26:202 N 175 E Anular do Sol
3 Nov 201312:47:363 N 12 O Total do Sol
29 Abr 201406:04:3371 S 131 E Anular do Sol
23 Out 201421:45:3971 N 97 O Parcial do Sol
20 Mar 201509:46:4764 N 7 O Total do Sol
13 Set 201506:55:1972 S 2 O Parcial do Sol
9 Mar 201601:58:1910 N 149 ETotal do Sol
1 Set 201609:08:0211 S 38 E Anular do Sol
26 Fev 201714:54:3335 S 31 O Anular do Sol
21 Ago 201718:26:4037 N 88 O Total do Sol
15 Fev 201820:52:3371 S 1 E Parcial do Sol
13 Jul 201803:02:1668 S 127 E Parcial do Sol
11 Ago 201809:47:2870 N 174 E Parcial do Sol
6 Jan 201901:42:3867 N 154 E Parcial do Sol
2 Jul 201919:24:0717 S 109 O Total do Sol
26 Dez 201905:18:531 N 102 E Anular do Sol
21 Jun 202006:41:1531 N 80 E Anular do Sol
14 Dez 202016:14:3940 S 68 O Total do Sol
Eclipses da Lua 2010-2020
Data Tempo Dinâmico Tipo de
(centro) Eclipse
26 Jun 201011:39:34Parcial da Lua
21 Dez 201008:18:04Total da Lua
15 Jun 201120:13:43Total da Lua
10 Dez 201114:32:56Total da Lua
04 Jun 201211:04:20Parcial da Lua
28 Nov 201214:34:07Penumbral da Lua
25 Abr 201320:08:38Parcial da Lua
25 Mai 201304:11:06Penumbral da Lua
18 Out 201323:51:25Penumbral da Lua
15 Abr 201407:46:48Total da Lua
08 Out 201410:55:44Total da Lua
04 Abr 201512:01:24Total da Lua
28 Set 201502:48:17Total da Lua
23 Mar 201611:48:21Penumbral da Lua
16 Set 201618:55:27Penumbral da Lua
11 Fev 201700:45:03Penumbral da Lua
07 Ago 201718:21:38Parcial da Lua
31 Jan 201813:31:00Total da Lua
27 Jul 201820:22:54Total da Lua
21 Jan 201905:13:27Total da Lua
16 Jul 201921:31:55Parcial da Lua
10 Jan 202019:11:11Penumbral da Lua
05 Jun 202019:26:14Penumbral da Lua
05 Jul 202004:31:12Penumbral da Lua
30 Nov 202009:44:01Penumbral da Lua
A diferença entre o Tempo Dinâmico e o Tempo Universal, devido principalmente à fricção causada pelas marés, aumenta de 67s em 2010 para 74s em 2020.
Tabela dos Eclipses

Saros

O Sol e o nodo ascendente ou descendente da Lua estão na mesma direção uma vez cada 346,62 dias. Dezenove de tais períodos (=6585,78 dias = 18 anos 11 dias) estão próximos em duração a 223 meses sinódicos. Isto significa que a configuração Sol-Lua e os eclipses se repetem na mesma ordem depois deste período. Este ciclo já era conhecido pelos antigos Babilônios, e por razões históricas, é conhecido como Saros, que significa repetição em grego.

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Modificada em 3 jun 2012