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As vistas, segurança e ciência do grande eclipse americano

A sombra da lua cai na Terra vista da Estação Espacial Internacional durante o eclipse solar de 29 de março de 2005. Crédito da imagem: NASA/ISS/Expedição 12.

Em 21 de agosto de 2017, um eclipse total atingirá 14 estados. Aqui está o seu guia para tudo o que você precisa saber.

… e o Sol desapareceu do céu, e uma névoa maligna paira sobre tudo.
– A Odisseia de Homero

Em 21 de agosto de 2017, um eclipse solar total ocorrerá na Terra, viajando pelos Estados Unidos, de costa a costa, pela primeira vez em 99 anos. De cerca de 10h na costa oeste até quase 15h. na costa leste, a sombra da Lua mergulhará porções de 14 estados na escuridão total durante o dia, bloqueando o Sol e criando uma experiência diferente de qualquer outra coisa na Terra. Mais de 12 milhões de pessoas vivem no caminho da totalidade, e outros milhões virão de todo o país e do mundo para experimentar este evento: o primeiro eclipse solar total sobre qualquer parte dos EUA continentais desde 1979. O que você deve procurar? Quais são os perigos? E qual é a ciência por trás de como eles ocorrem? Vamos descobrir.

Um evento como um eclipse solar total ocorre quando a Terra, a Lua e o Sol estão tão bem alinhados que a sombra da Lua cai na superfície do nosso planeta. Crédito da imagem: Estúdio de Visualização Científica da NASA.

Normalmente, a Lua orbita a Terra em um plano específico, e o sistema Lua-Terra orbita o Sol em um plano ligeiramente diferente. Se todos os três objetos estivessem perfeitamente alinhados, cada lua nova levaria a um eclipse solar, enquanto cada lua cheia conteria um eclipse lunar total. Em vez disso, apenas cerca de uma em cada 10 luas cheias ou novas leva a um eclipse, já que a órbita da lua está inclinada em pouco mais de 5 graus em relação ao plano Terra-Sol: cerca de 10 vezes o diâmetro angular da lua. A Terra e a Lua lançam sombras no espaço, mas essas sombras não duram para sempre. O diâmetro do Sol é muito maior do que qualquer outra coisa no sistema solar, o que significa que, em distâncias suficientemente grandes, as sombras da Terra e da Lua têm a forma de cones, chegando ao fim em algum ponto.

Para que um eclipse ocorra, os nós da órbita da Lua devem se alinhar com o plano Terra-Sol durante uma lua nova ou cheia. Para obter um eclipse solar total, é necessário ainda mais. Crédito da imagem: James Schombert / University of Oregon.

Quando a Lua passa entre a Terra e o Sol, durante aqueles momentos em sua órbita em que sua fase é nova e seus nós estão alinhados com o plano Terra-Sol, ocorre um eclipse solar. Mas um eclipse solar total só acontecerá quando a Lua parecer maior que o Sol no céu: quando a Terra estiver próxima do afélio, ou mais distante do Sol, e quando a Lua estiver próxima do perigeu, ou mais próxima da Terra. . Os eclipses mais longos podem lhe dar uma totalidade de até 7 minutos, enquanto a situação inversa – onde o Sol está mais próximo da Terra e a Lua está mais distante da Terra – resulta na Lua cobrindo apenas 91% do disco do Sol. O eclipse de 21 de agosto de 2017 ocorrerá apenas 7 semanas após o afélio e a apenas 3 dias do perigeu, o que significa que a Terra estará perto o suficiente da Lua para que a sombra lunar caia na superfície da Terra, criando a totalidade.

Uma ilustração da configuração Sol-Lua-Terra configurando um eclipse solar total. A não planicidade da Terra significa que a sombra da Lua se alonga quando está perto da borda da Terra. Crédito da imagem: software educacional Starry Night.

O interessante é que nem todos os locais no caminho da totalidade experimentam a mesma duração do eclipse. A superfície da Terra é curva, de modo que quando a sombra da Lua toca pela primeira vez a borda externa da Terra, onde o nascer do sol está ocorrendo pela primeira vez, está até 4.000 milhas (mais de 6.000 km) mais distante da origem da sombra do que quando a sombra passa por você ao meio-dia. Como resultado, a duração mais longa do eclipse ocorre quando está mais próximo do meio-dia, enquanto as durações mais curtas ocorrem mais perto do nascer/pôr do sol. Carbondale, Illinois, recebe 2 minutos e 41 segundos de totalidade desta vez, enquanto alguém na costa do Oregon só terá cerca de 2 minutos. Com observações suficientes, você poderia usar um eclipse para medir a curvatura da Terra.

O local do maior eclipse para o eclipse de 21 de agosto de 2017 é Carbondale, Illinois, com observadores do céu por mais de 100 milhas ao longo do caminho experimentando um eclipse que dura 2 minutos e 40 segundos: cerca de 35% mais do que um observador na costa oeste experiências. Crédito da imagem: Michael Zeller / greatamericaneclipse.com.

Como a Lua e o Sol se movem um em relação ao outro através do espaço, enquanto a Terra gira, a Lua aparecerá, da Terra, movendo-se lentamente pela face do Sol. Ao longo de aproximadamente uma hora, a Lua começará a eclipsar o Sol, criando uma fase parcial para este eclipse. Cada vez mais o disco do Sol será coberto, o que significa uma redução na luz e no calor provenientes do Sol. Para aqueles com o equipamento certo ou a técnica certa, você poderá sentir e observar isso por si mesmo.

Por cerca de uma hora, antes e depois da totalidade, a Lua eclipsará parcialmente o Sol, bloqueando uma fração de sua luz. Crédito da imagem: Matt Hecht.

É absolutamente essencial, se você vai observar isso, fazê-lo com segurança! Existem várias maneiras de fazer essas observações sem olhar diretamente para o Sol: aproveitando as sombras. A maneira mais simples e sem equipamentos de fazer isso é ficar de costas para o Sol, manter as mãos acima da cabeça e cruzar os dedos em um padrão de waffle. Quando você faz isso, normalmente, a luz do sol será filtrada pelos espaços entre os dedos, criando pontos brilhantes no chão na forma dos espaços entre as mãos. Mas durante um eclipse parcial, essas lacunas se comportam como câmeras pinhole, e a projeção no solo revela quais porções do Sol são eclipsadas pela Lua. Suas sombras distorcidas revelarão o eclipse!

Fazendo uma grade em forma de waffle com os dedos sobre a cabeça e de costas para o Sol, você pode ver a porção eclipsada do Sol nas sombras entre os dedos. Crédito da imagem: NASA/ScienceCast.

Outras maneiras de criar esse efeito incluem:

• segurando um objeto com um pequeno buraco (ou uma série de pequenos buracos) para criar uma imagem do Sol no chão,
• colocando uma lente de um par de binóculos no caminho do Sol, criando uma projeção ampliada no chão abaixo de você,
• e permitir que a luz solar filtre através das folhas de uma árvore, onde o padrão de luz manchado no solo mostrará evidências da fase eclipsada do Sol.

Mesmo sem olhar diretamente para o Sol, você pode observar os efeitos do eclipse.

A luz do sol que atravessa as folhas de uma árvore exibirá sombras do Sol, inclusive da parte eclipsada, pois as lacunas entre as folhas agem como uma câmera pinhole. Crédito da imagem: NASA/ScienceCast.

À medida que a totalidade se aproxima, o Sol parecerá mais brilhante do que nunca, mas deixará de ser quente para você. Mesmo uma redução de 50% ou 90% na luz não é suficiente para fazer a diferença para seus olhos, mas é uma diferença dramática para sua pele. À medida que o eclipse atinge 99% ou mais, você começará a experimentar um fenômeno conhecido como contas de Baily, onde as paredes da cratera na Lua bloqueiam a luz solar, mas as próprias crateras permitem a passagem da luz solar. Isso prova que a Lua não é perfeitamente lisa, mas sim que as crateras têm bordas, profundidades e perfis que afetam muito por onde a luz do sol pode e não pode passar.

À medida que a Lua bloqueia quase todo o Sol, as crateras mais profundas continuam a deixar a luz do sol passar, dando o efeito conhecido como Baily's Beads. Crédito da imagem: Phil Hart, via http://philhart.com/content/solar-eclipse-queensland-14th-november-2012 .

Finalmente, a totalidade ocorrerá. Se houver muitas pessoas conversando animadamente durante a fase parcial, espere um silêncio abafado durante esses dois minutos. Primeiro, você será engolido pela escuridão. Em segundo lugar, você começará a notar objetos surgindo no céu diurno que você normalmente não vê. Estes incluem a coroa do Sol, estrelas durante o dia, até mesmo os planetas Marte e Mercúrio. Você também notará que partes do céu parecem brilhantes, especialmente perto do horizonte; estes são locais onde a sombra da Lua não é queda. A região onde ocorre um eclipse total é bastante estreita e mudará ao longo de sua experiência de eclipse total.

Embora a maior parte do céu escureça, há partes durante um eclipse total que permanecerão brilhantes, pois a sombra da Lua é menor do que sua visão de todo o horizonte de 360 ​​graus. Crédito da imagem: Luc Jamet.

Depois que a totalidade terminar, você pode querer observar os objetos mais a leste de você mergulharem na escuridão enquanto a sombra da Lua passa sobre eles. Se você tiver montanhas distantes no caminho da totalidade, você notará absolutamente quando elas experimentarem a escuridão ao ver quando elas escurecem. (Aqueles de nós no oeste do Oregon, que podem ver o Monte Jefferson, testemunharão a queda na sombra alguns minutos depois de experimentarmos a totalidade.) Você terá mais uma hora da fase parcial, mas nada se comparará ao que você será. capaz de ver durante esses poucos minutos, diferente de qualquer outra coisa na Terra.

Loops de plasma que se elevam acima da fotosfera do Sol podem ser vistos, eventualmente se ligando à coroa e se estendendo até o espaço. O eclipse de 2015 foi uma excelente demonstração desse efeito. Crédito de imagem: Miloslav Druckmuller, Shadia Habbal, Peter Aniol, Pavel Starha.

É importante, principalmente durante a fase parcial e a fase das contas de Baily, manter os olhos protegidos. Os riscos de cegueira são reais e afetam desproporcionalmente jovens e crianças. As razões são muitas: olhar diretamente para o Sol queima a retina e o dano é cumulativo ao longo de muitas horas. Olhar para o Sol por alguns segundos, mesmo que seja, e depois desviar o olhar, não não restaurar suas retinas, mesmo após alguns minutos ou horas. Se você olhar para o Sol por um total de 60 a 90 segundos em um único dia, poderá queimar suas retinas permanentemente. Isso geralmente ocorre porque não é acompanhado de dor e há horas de atraso entre o momento em que você causa o dano e o momento em que sua visão desaparece.

A maneira de evitar esse destino é usar equipamentos de segurança em todos os momentos ao ver o Sol.

Usar óculos de eclipse com certificação ISO bloqueará 99,997% da luz visível, permitindo que você olhe com segurança para o Sol parcialmente eclipsado durante o dia. Crédito da imagem: NASA/ScienceCast.

Os óculos Eclipse, que devem ser certificados pela ISO, têm uma parte externa prateada e não têm defeitos ou furos visíveis, são a maneira mais comum de ver o eclipse com segurança. Você também pode comprar filtros solares para binóculos e telescópios, desde que os coloque sobre as lentes externas, onde a luz do sol incide primeiro. (Olhar através de binóculos ou de um telescópio diretamente para o Sol não filtrado ou mal filtrado pode cegar você permanentemente quase que instantaneamente!)

Mas minha maneira favorita de ver o Sol durante uma fase parcial é através de óculos de soldador ou um capuz (ou ambos, combinados), onde a tonalidade combinada do vidro precisa ser 14 ou superior. A maioria dos óculos de prateleira são de tom 5, enquanto a maioria dos capuzes de prateleira são de tom 10; usá-los juntos é uma ótima maneira de aproveitar todo o eclipse com segurança.

O vidro do soldador Shade-14 é seguro para olhar, mesmo para o sol. A maioria dos óculos de prateleira são de cor 5; a maioria dos capuzes são de cor 10; mas o vidro do soldador é aditivo. É seguro usar óculos de sombra 5 sob um capuz de sombra 10. Crédito da imagem: E. Siegel, 2012.

Quando a totalidade chegar, no entanto, tire toda a proteção para os olhos e apenas aproveite a experiência. Este eclipse, se visto por mais de 30 milhões de pessoas (o que pode ser!) o recorde estabelecido pelo eclipse de 2009 que passou pela Índia, China e Japão. Podemos estabelecer outro recorde também: para o maior engarrafamento de todos os tempos na história mundial, com milhões de pessoas migrando de cidades próximas para regiões escassamente povoadas.

Certifique-se de trazer água e comida suficientes e que você não planeja fazer muitas viagens dentro de 8 a 12 horas do eclipse em qualquer direção. Dito isto, esta é a experiência astronômica mais espetacular que a maioria de nós jamais terá. Em uma escala de um a dez, um eclipse parcial é um 5, um eclipse anular é um 9, mas um eclipse solar total, durante os momentos de totalidade, é cerca de um milhão. Para ainda mais informações, confira o mais recente podcast Starts With A Bang sobre eclipses . Fique seguro, aprenda a ciência, mas o mais importante, aproveite o show!

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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