Etiquetes

Què és un eclipsi? (el moviment)

Què és un eclipsi

Un eclipsi és un fenomen astronòmic que es produeix quan un astre s’interposa entre un altre astre i l’observador, ocultant-lo totalment o parcialment. En el sistema Sol–Terra–Lluna, els eclipsis tenen lloc quan aquests tres cossos s’alineen de manera prou precisa.

Tot i que el mecanisme geomètric és simple, la seva ocurrència és relativament poc freqüent, ja que requereix alineacions molt concretes.

Imatge 1: Representació de com es generen els eclipsis[2/2/26]{Recraft IA amb modificacions amb Canva}
Observem que quan hi ha alineació dels tres cossos es generen aquestes ombres: Sobre la Terra ombra de la Lluna quan és solar,
i ombra de la Terra sobre la Lluna quan és eclipsi lunar. 
Els cossos no estan a escala, només és per comprendre el concepte de quan es creen els eclipsis

Diferència entre eclipsi solar i eclipsi lunar

Un eclipsi solar es produeix quan la Lluna, en fase de Lluna nova, passa exactament per davant del Sol i en bloqueja la llum. Pot ser:
  • Total, si el disc solar queda completament ocult.
  • Parcial, si només se n’oculta una part.
  • Anular, si la Lluna es troba més lluny de la Terra i no cobreix completament el Sol.
Els eclipsis solars només són visibles des d’una franja molt estreta de la superfície terrestre, ja que l’ombra de la Lluna és relativament petita.

Imatge 2: Eclipse solar total del 14.12.2020 – Fases 
Observem que en un eclipsi total també hi ha una fase anular (anomenada també la corona)(imatge central), 
Una altra fase (que passa dos cops) és la de l'anell (les dues centrals de l'esquerra i la dreta)
Quan un eclipsi solar és parcial pot ser qualsevol de les imatges superior o inferior.

En canvi, un eclipsi lunar té lloc quan la Terra projecta la seva ombra sobre la Lluna, durant la fase de Lluna plena. Pot ser:
  • Total, si la Lluna entra completament dins l’ombra terrestre.
  • Parcial.
  • Penumbral.
A diferència dels solars, els eclipsis lunars són visibles des de qualsevol lloc del planeta on sigui de nit en aquell moment.

Imatge 3: Eclipsis lunars
Observem que la inclinació és essencial perquè hi hagi eclipsi lunar

Els cicles celestes implicats

Els eclipsis només poden entendre’s correctament si es tenen en compte diversos cicles astronòmics que interactuen entre si.
  • Cicle lunar: La Lluna completa una volta al voltant de la Terra aproximadament cada 27,3 dies (mes sideral), però el cicle de fases (de Lluna nova a Lluna nova) dura uns 29,5 dies (mes sinòdic).
  • Cicle terrestre: La Terra gira al voltant del Sol en un any, definint les estacions i la posició aparent del Sol respecte del fons d’estrelles (365,2564... dies siderals o 365,2563... dies solars).
  • Pla orbital i inclinació: El pla de l’òrbita de la Lluna està inclinat uns 5° respecte del pla de l’òrbita terrestre (eclíptica). Aquesta inclinació fa que, la majoria de mesos, la Lluna passi per sobre o per sota del Sol i no es produeixi cap eclipsi.
Imatge 4: Diagrama de les òrbites Lluna-Terra-Sol 

El cicle dels eclipsis

Els eclipsis només poden produir-se quan la Lluna passa pels nodes de la seva òrbita, és a dir, els punts on el seu pla orbital talla l’eclíptica. Quan això coincideix amb Lluna nova o plena, es dona una temporada d’eclipsis.

Aquestes temporades es repeteixen aproximadament cada 6 mesos, però això no implica que sempre hi hagi un eclipsi total ni visible des del mateix lloc.

Un cicle especialment important és el cicle de Saros, d’uns 18 anys, 11 dies i 8 hores, que fa que eclipsis molt semblants es repeteixin. Tot i així, cada repetició es desplaça geogràficament sobre la Terra (aquest cicle sorgeix de que coincideixin els mesos sinòdics amb els anys solars: 29,5·223=365,25·18,03).

Cal tenir en compte, que en proporció a la Terra, l’ombra de la Lluna és molt estreta, el cicle de Saros ens diu quan es repeteix i no concorda amb el cicle terrestre, així que cada cop que hi ha un eclipsi solar la Terra està desplaça del l'anterior eclipsi, és a dir, cada eclipsi traça una franja diferent sobre la superfície terrestre.

Com a conseqüència, un eclipsi solar total pot no repetir-se en un mateix indret fins al cap de segles.

Els següent vídeo ajuda a comprendre aquests apunts https://www.youtube.com/watch?v=DMpj8rnQzlE&t=46s [NASA Es.]

Cap a la pràctica

Comprendre què és un eclipsi, com es produeix i per què és un fenomen tan poc freqüent en un mateix lloc permet posar en context la seva importància científica i cultural. Aquest marc teòric és imprescindible abans de proposar qualsevol activitat experimental o didàctica relacionada amb l’observació, la fotografia astronòmica o la relativitat.

En la secció següent es presentarà una activitat didàctica dissenyada per consolidar aquests conceptes mitjançant una experiència pràctica.

El moviment

Una primera aproximació a què és un eclipsi: jugar amb escales i proporcions

Per entendre què és realment un eclipsi no n’hi ha prou amb dir que “la Lluna tapa el Sol” o que “la Terra fa ombra a la Lluna”. Cal entendre escales, distàncies, moviments i alineacions. Aquesta primera activitat didàctica té com a objectiu visualitzar el sistema Terra–Lluna–Sol a escala, treballant la proporcionalitat i introduint els conceptes clau que fan possibles els eclipsis.

Depenent del curs es pot donar a fer els càlculs (secundària) o simplement donar-ho fet i que vegin el moviment i comprenguin l'explicació (primària).


Imatge 5: Diagrama de Bessel
Observem que molts cops la Terra, la Lluna i el Sol estan alineats però no hi ha eclipsi total (imatge superior)
Perquè hi hagi eclipsi total solar el punt d'ombra V_u ha de quedar per sota de l'observador. 
En el següent enllaç podeu jugar amb tota això (aquesta és la idea de l'experimentació vivencial que tot seguit es presenta)
earthspacelab.com/app/eclipse/ca

Materials i idea general

  • 2 - Pilotes (per representar la Terra i la Lluna)(p.ex. radi: 20cm / 5,5cm),
  • Cordes o fils (per representar distàncies)(1,2m)
  • Tela semicircular de 2,2m de radi (groga a poder ser)(opcional)
  • Cintes mètriques (una de més de 30m i l'altra més precisa de fins a 2m),
  • Una llanterna o focus potent (per representar el Sol).
  • Un transportador d'angles (fotocopia de +5º i -5º amb cartró ben gran)
Tots els càlculs parteixen d’una dada coneguda: el radi de la Terra és de 6.371 km (una aproximació a la equatorial que ja ens serveix). A partir d’aquí, tot es redueix proporcionalment.

Escala Terra–Lluna

Sabem que: el radi de la Lluna és de 1.737 km, és a dir, aproximadament 3,7 vegades més petit que el de la Terra. Si escollim una pilota que representi la Terra amb un radi de 20 cm, la pilota que representa la Lluna ha de tenir un radi aproximat de 5,5 cm.

La distància mitjana Terra–Lluna és de 384.400 km, unes 60 vegades el radi terrestre. A escala, això implica separar les dues pilotes amb un fil d’uns 12 metres (en aquest moment podem parlar de que podem col·locar tots els planetes entre la Terra i la Lluna, i en alguns cursos és pot fer les operacions i portar-ho de forma vivencial)(al ser molts metres, un cop fet la simulació i comprensió de distàncies i mesures, podem reduir a una desena part la distància però fent menció que ara és un model per comprendre els moviments i les ombres, no les distàncies).

Amb aquest muntatge, l’alumnat pot fer girar la Lluna al voltant de la Terra, observant un moviment gairebé circular. Cal observar que sempre hi ha una cara de la "Lluna" que mira la Terra (és correcte parlar de la cara oculta de la Lluna, no de parlar de la cara fosca de la Luna). En aquest punt és fonamental introduir un detall clau: la Lluna no gira exactament en el mateix pla que l’òrbita de la Terra al voltant del Sol (podem suposar que aquest pla és el nostre terra, la horitzontal), sinó que oscil·la aproximadament ±5° respecte d’aquest pla (aquí cal vigilar amb aquesta inclinació)(un exercici podria ser: càlcul de l'arc de la pilota per representar 5º d'oscil·lació des del seu centre).

Imatge 6: Diagrama de l'orbita lunar
Cal deixar clar els conceptes d'inclinació de la Terra, el pla orbital (solar) i que també és el pla orbital de la Terra però no el de la Lluna.


Un alumne pot agafar la pilota-Terra i la corda d'1,2m per un extrem. Un altre alumne pot agafar la pilota-Lluna i la corda per l'altre extrem. I poden anar fent voltes. Amb l'ajuda d'un transportador d'angles l'alumne amb la pilota-Lluna pot anar pujant i baixant lentament (recomano fer una impressió de +5º i -5º amb cartró).

Aquest petit angle és essencial per entendre per què no hi ha un eclipsi cada mes. S'ha de fer veure que aquesta oscil·lació té un període real d'un mes sideri. En aquest punt es pot afegir l'explicació de les fases lunars utilitzant la llanterna. Cal que la llanterna estigui sempre fixa en un punt apuntant a la Terra. La Terra i Lluna van girant i el satèl·lit anar variant la seva inclinació. 

IMATGES PENDENTS

On és el Sol?

Arribats aquí, apareix una pregunta natural: on situem el Sol?

La distància mitjana Terra–Sol és d’uns 149,6 milions de km, que equivalen a 23.481 radis terrestres. A l’escala utilitzada, això situaria el Sol a uns 4,70 km de la pilota que representa la Terra.

Pel que fa a la mida: el radi del Sol és de 695.800 km, aproximadament 109 vegades el radi de la Terra. A escala, això significaria una esfera d’uns 2,2 m de radi, cosa clarament inviable dins l’aula. Per això, en aquesta primera experiència, el Sol es representa només com una font de llum mitjançant una llanterna o un focus potent, situada en la direcció correcta (es podria representar amb una tela, fer mitja circumferència de radi 2,2 i, també, posar-la a tant lluny com ens deixa el nostre centre. (podem canviar la pilota Lluna perquè ara faci de Terra i això ens reduirà la distància a un km, en aquest cas, podem fer servir una activitat estocàstica amb les passes: quantes passes són 1km?).

És important remarcar explícitament que les ombres que es generen en aquest muntatge no són representatives d’un eclipsi real. Aquesta limitació és intencionada i prepara el terreny per a la següent pràctica: "Què és un eclipsi? (les ombres)"

Amb aquest model es pot parlar del què és una unitat astronòmica, que les distàncies fora la Terra són immenses, reflexionar sobre què és el buit, pensar on estarien la resta dels planetes...  

IMATGES PENDENTS

Alineacions i inclinació orbital

Amb el sistema muntat, es pot mostrar que: la Terra i la Lluna giren conjuntament al voltant del Sol, cada cicle lunar els tres astres estan alineats (verticalment), però no en el mateix pla.

Els eclipsis només es produeixen quan: la Lluna és en lluna nova (eclipsi solar) o lluna plena (eclipsi lunar), i alhora es troba a prop d’un node, és a dir, del punt on el seu pla orbital talla el pla de l’òrbita terrestre.

Aquesta coincidència no és freqüent, i és la clau per entendre tant la raresa dels eclipsis com l’existència de cicles, com el cicle de Saros, que es poden treballar matemàticament amb l’alumnat a partir d’aquest model i amb el mcm dels períodes de cada astre  (223 cicles sinòdics {29,5 dies} són  18,03 cicles terrestres {365,25}, és a dir, 18 anys i 11 dies aproximadament).

IMATGES PENDENTS

Objectiu de la primera experiència

Aquesta primera pràctica no pretén reproduir un eclipsi, sinó: entendre què és un eclipsi, per què no passa cada mes, quin paper juguen les distàncies i les inclinacions, i per què cal parlar de cicles.

Només quan aquests conceptes estan clars té sentit abordar una segona experiència que se centri específicament en les ombres reals i en les dimensions efectives dels eclipsis sobre la Terra o la Lluna.

Es pot ampliar, com s'ha anat mencionant, per altres visions del Sistema Solar i astronomia. Alguns exemples:

Exemple de pràctica amb paper higiènic per veure escales de proporcionalitat astronòmica (Sistema Solar)

 
Una segona forma de fer aquesta pràctica

Una alternativa a aquesta pràctica es fer un model fix amb un llistó de 120cm una bola blanca de 1cm de diàmetre (Lluna) i una altra de 4cm de diàmetre (Terra).

Si posem en cada extrem del llistó una de les boles ja tenim el model Terra-Lluna, si l'alineem amb el Sol real podem observar sobre les boles diferents fenómens:
  • Fases de la Lluna i eclipsis lunars: posant la bola Terra que li toqui el Sol generarà en alguns moments ombres sobre la bola Lluna. Es pot observar com es generen les fases de la Lluna i els eclipsis lunars.
  • Eclipsis solars: posant la bola Lluna que li toqui el Sol generarà en alguns moments ombres sobre la bola Terra. Es pot la generació d'eclipsis solars. 

Referències i imatges:

ALTRES:

Etiquetes de comentaris: