Efemérides para el curso 2021-22. (1) - Eclipses

Con el comienzo de un nuevo curso y justo el día en que este blog cumple 6 años, retoma su andadura tras la pausa casi total del verano para recoger algunas efemérides destacadas del cielo en 2021-22. Para que no quede muy largo lo dividiré en varios capítulos, empezando por éste sobre los eclipses, que sin duda son los fenómenos astronómicos más llamativos.

Como corresponde al inicio de curso, intentaré recoger aspectos didácticos: Detallar los mapas que se utilizan habitualmente para indicar las zonas de visibilidad de cada eclipse, las condiciones para que un eclipse sea de un determinado tipo, y algunos otros aspectos que habitualmente no se mencionan, como siempre por si quieres saber más.

Durante este curso habrá 4 eclipses. Es el número más frecuente, y el mínimo, que pueden producirse durante un periodo de un año (lo empecemos a contar en enero como año natural o en septiembre como curso escolar), y los 4 son diferentes. Desde la península Ibérica prácticamente solo el último será visible (en Galicia también el primero), y desde América la situación será mucho mejor.

Concretamente, se producirán en las siguientes fechas:

- El 19 de noviembre, eclipse parcial de Luna que llegará a ser casi total con un 98% de la superficie lunar oscurecida, hacia las 9 T.U. Se ve el fenómeno completo tanto las fases penumbrales como la fase parcial en casi la totalidad de Norteamérica, y gran parte de su desarrollo en la mayoría de los países sudamericanos, además de zonas de Asia y Oceanía.

En latitudes altas cercanas al polo norte se ve también el fenómeno completo, ya que allí al ser noche perpetua la luna llena es visible de manera continua porque al haber eclipse está justo opuesta al Sol.

En lo que respecta a España, solo desde Canarias y el extremo noroccidental de la península podría verse el comienzo de la fase parcial con la Luna poniéndose en el horizonte, mientras que la fase penumbral, casi imperceptible, se podría intuir en toda la península y Baleares. 

Mapa que recoge el desarrollo completo del eclipse:

Éste y los siguientes mapas se han realizado tomando como base los de eclipse.gsfc.nasa.gov, a los que se han añadido indicaciones sobre las circunstancias de visibilidad de los eclipses en cada una de las zonas, lo que además de permitir comprobar las condiciones en que podremos verlo dese nuestra ubicación, proporciona unos datos que pueden ser interesantes para entender mejor el desarrollo del fenómeno.

- Como es habitual 15 días más tarde, el 4 de diciembre, eclipse total de Sol en zonas antárticas, que será parcial en gran parte del océano índico y en el extremo sur de Africa. En los lugares más meridionales de Australia y la Patagonia podrá verse muy ligeramente coincidiendo con la salida y la puesta de Sol respectivamente.

Como también es habitual,  casi 6 meses más tarde se produce otra pareja de eclipses, también uno de cada tipo.

- El 30 de abril un eclipse parcial de sol, al igual que el anterior en zonas meridionales, pero solo será parcial. Podrá verse levemente en una zona cercana a la península del Labrador, y en condiciones ligeramente mejores en todo Chile, gran parte de Argentina, Sur de Perú y parte de Bolivia.

En cualquier caso en todas estas regiones no será fácilmente apreciable sin un horizonte Este muy bajo, y desde donde mejor se apreciaría sería en zonas del Pacífico Sur.

- El último de los cuatro, el del 16 de mayo, un eclipse total de Luna que podrá verse completo desde toda Sudamérica y la zona Este y Sur de Norteamérica, mientras que una parte del mismo se verá en el resto de Norteamérica, África y gran parte de Europa.

Desde la Antártida se verá el fenómeno completo por ser noche perpetua, y lo contrario ocurre en latitudes cercanas al polo norte, donde la Luna estará por debajo del horizonte durante todo el eclipse.

Desde el extremo nordeste de la península Ibérica de madrugada la Luna se ocultará totalmente eclipsada, en el resto de la península podrá verse también el comienzo de la segunda fase parcial, y en Canarias se verá prácticamente el proceso completo porque la Luna se pondrá cuando ya esté en la fase penumbral final.

Estos 4 eclipses nos pueden ayudar a entender la mecánica y periodicidad con que se producen estos fenómenos.

Lo primero y más básico es comprobar que los eclipses de Luna ocurren siempre en la fase llena cuando la Sombra de la Tierra incide en el satélite y los de Sol siempre en fase nueva cuando la sombra lunar toca la superficie de la Tierra en unas zonas desde las que debido a ello el Sol se vería ocultado, como se deduce de este gráfico: 

Está claro que no en todas las lunas llenas o nuevas hay eclipse, porque en ese caso ocurrirían mucho más, y eso es porque el plano orbital de la Luna está inclinado respecto al de la Tierra (la eclíptica un ángulo de 5º aproximadamente, y solo cuando nuestro satélite está en las cercanías de los puntos de corte de ambos planos (en los nodos) se encuentra a la misma altura que la Tierra y el Sol, y su sombra puede incidir en nuestro planeta o la sombra de la Tierra en la Luna.

 

En las 4 posiciones del gráfico hay luna nueva, pero solo en 1 y en 3 se produce el eclipse de Sol. En 2 la sombra lunar pasa por encima de la Tierra (por el norte) y en 4 por debajo.

Pero hay más cuestiones que pueden resultar interesantes si se quiere profundizar en el tema:

¿Por qué lo más habitual es que cada año haya 4 eclipses? ¿Por qué el curso pasado hubo 5? ¿O el año 2020 fueron 6? ¿Podrían ser aún más? ¿Por qué ambos eclipses de Sol de este curso solo se ven desde las cercanías del polo Sur? ¿Por qué van por parejas? ¿Por qué en la primera pareja de este curso el primer eclipse es de Luna y en la segunda de Sol?  

Todo esto se puede entender considerando los tamaños, las distancias y la mecánica de los movimientos de los astros implicados y fijándose en algunos detalles que aparecen en el anexo. Para no hacerlo demasiado árido no he incluido los cálculos matemáticos para la obtención de los diferentes periodos, pero si a alguien le interesan podría suministrárselos

La duración media de una lunación es de 29.5 días, la traslación de la Luna alrededor de la Tierra 27.3, pero la línea de los nodos no permanece siempre con la misma orientación, sino que va retrogradando levemente, siendo 27.2 días el tiempo entre dos pasos consecutivos de la Luna por el mismo nodo. Por eso en distintos años los eclipses no se producen en fechas análogas.

Esto último hace que de un año a otro los eclipses se van adelantando de un año a otro.

Como se ha dicho, cuando se produce el eclipse la Luna está cerca de  uno de los nodos, casi a la misma altura que el Sol para que podamos verlo ante él en fase nueva, o para que la sombra de nuestro planeta incida en ella en luna llena. 

Se puede calcular aproximadamente a qué distancia máxima del nodo debe encontrarse la Luna para que se produzca algún eclipse.

- En los eclipses lunares, a partir de un gráfico donde se representan los tamaños de los conos de sombra y de penumbra de la Tierra a la distancia de la Luna, y las posiciones de ésta en los lugares extremos para que se produzca un eclipse de alguno de los 3 tipos, puede calcularse:

A partir de la distancia de la Luna al centro de la sombra de la Tierra (T, Pr y Pn) se calcula en cada caso la posición del nodo y los datos numéricos de cada tipo de eclipse:

Es suficiente con que la Luna esté a menos de 15º del nodo (poco más de 27 horas antes o después de pasar por él) para que se produzca un eclipse lunar. Si está a más de 11º (unas 20 horas antes o después de pasar por el nodo) es solo penumbral, entre 5º y 11º  (unas 9 o 20 horas respectivamente) será parcial, y si está a menos de 5º del nodo será total.

En el caso de que la Luna pasara justo por el nodo el eclipse será total y lo más largo posible (casi 1h 45m la totalidad).

Todos estos números y los que aparecen luego solo son aproximados, se han calculado tomando valores medios, ya que varían y dependen de la cercanía de la Tierra al perihelio y de la Luna al perigeo porque según eso los conos de sombra y penumbra de la Luna y la Tierra tienen un tamaño variable. Pero pueden ser suficientes para hacernos una idea de la situación.

Como se aprecia en el gráfico, cuando la Tierra está más cerca del Sol, el cono de sombra es más pequeño pero el de penumbra es más grande. Habría menos eclipses totales y más penumbrales. Si cuando se produce el eclipse la Luna está cerca del perigeo, aunque la intersección del cono de sombra es más amplia, se mueve más rápida y los límites horarios respecto al paso por el nodo se estrechan.

- En los eclipses de Sol:

A partir de los valores de T y P se calcula y se obtienen los siguientes resultados:

Si la Luna está en el nodo se verá un eclipse total o anular desde zonas próximas al ecuador, y cuanto más separado del esté del nodo, hasta 10º  (unas 18 horas) la línea de visibilidad se alejará del ecuador pero seguirá siendo total o anular.

Si la separación de la Luna con el nodo está entre los 10º y los 15º (aproximadamente 27 horas) se verá un eclipse parcial desde zonas cercanas a los polos porque el vértice del cono de sombra de la Luna no toca la superficie terrestre.

Por lo tanto, tomando valores medios, tanto en los eclipses de Luna como en los de Sol nuestro satélite debe estar en un intervalo aproximado de 30º entorno al nodo (15º por delante o por detrás), para que el fenómeno se produzca. Esta coincidencia en ambos tipos de eclipses es una casualidad.

Circunstancias de los 4 eclipses de este curso.

- En el eclipse del 19 de noviembre el paso por el nodo se produce a las 17:59 y el máximo del eclipse es a las 9:04, casi 9 horas antes del paso por el nodo ascendente y por eso está casi en el límite entre un eclipse total y parcial (la Tierra está ligeramente más cerca del perihelio y el cono de sombra es más estrecho, y es parcial)

- El 4 de diciembre el momento central del eclipse de Sol es a las 7:35, algo menos de 17h. después de pasar por el nodo descendente el día 3 a las 14:58. Por eso es total por muy poco y la zona de totalidad ocurre cerca del polo Sur.

Proyección con el plano de la eclíptica de perfil, y donde se ha exagerado la inclinación de la órbita lunar.

- El 30 de abril el eclipse de Sol es a las 20:43 y casi 23 horas antes del paso por el nodo ascendente (al día siguiente a las 20 h.) Por eso será parcial y solo se verá desde lugares cercanos al polo sur.

- El 16 de mayo el momento central del eclipse de Luna es a las 4:13, solo 4 horas después del paso por el nodo descendente, por lo que será un eclipse total.

Representando simultáneamente los 4 eclipses y las posiciones de plenilunios y novilunios entre ellos en un gráfico desplegado:

Pares de eclipses

Al igual que en estas ocasiones, siempre 15 días (más exactamente 14.75 días) después de un primer eclipse se produce otro.

Como la duración de la lunación es mayor que el periodo de paso de la Luna por uno de los nodos, a medida que avanzan las lunaciones la luna llena se va acercando a un nodo y la luna nueva al opuesto (como se puede apreciar en el gráfico anterior). En un momento una de ellas se encontrará a menos de 27h (1.12 días) de pasar por el nodo y entonces se produce el eclipse.

La órbita de la Luna es casi circular, pero se ha recortado para reducir el tamaño del gráfico

En el peor de los casos, en que una luna llena o nueva se quede al borde del intervalo de 30º alrededor del nodo (ocurra poco más de 29 horas antes)  en que se produce el eclipse tal como se representa en el gráfico anterior en la posición 1, al cabo de 14.75 días (nueva o llena siguiente) habrá recorrido 194.5º (en 27.3 días recorre 370º) y como mucho estará un poco antes del otro nodo (posición 2), por lo que la siguiente (15.75 días después) pasará a menos de 15º del primer nodo (aunque éste haya retrogradado un poco) y se producirá un segundo eclipse en la posición 3.

Una pareja de eclipses, el primero de Sol  y el segundo de Luna

Lo más habitual es que después de una pareja de eclipses a otra haya al cabo de 6 lunaciones (5 lunaciones sin eclipse), y a diferencia de lo que ocurre este curso, que el tipo de eclipse del primero de la pareja (de Luna o de Sol) se repita en la segunda pareja pero en el otro nodo:

En este ejemplo, en ambas parejas primero ocurre el de Sol y luego el de Luna

Esto es porque al cabo de 6 lunaciones han pasado 177 días (29.5x6),  y 6 pasos y medio por el mismo nodo son 27.2 x 6.5 (o 13.6 x13)= 176.8 días

Casi coinciden, y por eso en la mayoría de los casos las parejas son iguales (Sol-luna o Luna Sol), y se producen al cabo de 6 lunaciones y 12 nodos, pero como 177 es un poco más que 176.8 esas 2 décimas se van acumulando y en ocasiones llega el eclipse en el nodo anterior (al cabo de 11 nodos y 5 lunaciones y media), con la misma fase que acabó la anterior pareja y se cambia el orden, como ocurre en el caso de este curso que el primer par de eclipses es Luna-Sol y el segundo Sol-Luna.

El que el eclipse del 4-12 ocurra tan alejado del nodo, y también el que en el intervalo la Tierra pase por el perihelio produciendo lunaciones más largas hacen que el 30 de abril la Luna nueva alcance las proximidades del nodo y haya eclipse de Sol, rompiendo la tendencia habitual.

Cuando se produce esta circunstancia, de que se invierte el orden de la pareja porque el segundo par ha ocurrido un nodo antes de lo habitual como en este curso, el segundo de la primera pareja y el primero de la segunda ocurren lejos del respectivo nodo y no son buenos. Si son de Luna serán penumbrales o parciales muy leves, y si son de Sol ambos ocurrirán cerca del mismo polo. En el caso de este curso, el polo sur.

Tríos de eclipses

En ocasiones se producen tres eclipses seguidos en vez de los dos habituales. Si un eclipse ocurre justo al principio de la zona de 15º  (casi 29 horas antes que el nodo), el segundo ocurrirá muy cerca del otro nodo y hay tiempo para un tercero, nuevamente en las proximidades del nodo, aunque ya muy pasado, poco menos de las 29 horas. En estos casos solo el eclipse central es bueno y los otros dos serán parciales de Sol o penumbrales de Luna.

Esto ocurrió en junio y julio del año 2020, con dos eclipses de Luna penumbrales y un eclipse solar intercalado entre ellos.

También sucederá en 2027 y 2038 con dos parejas de eclipses lunares intercalados por uno solar como en el gráfico anterior, y en 2029 un trío formado por dos de Sol y uno de Luna.

Máximo de eclipses en un año:

En un mismo año (u otro periodo de 365 días) puede haber hasta 7 eclipses. Siempre habrá al menos dos parejas (o una pareja y un trío) separados por 6 lunaciones o 5 y media.

Esto es por el hecho de la retrogradación de los nodos. Si no fuera así los periodos medios serían de 6 meses.  

Si empiezan a principio de año, a mediados habrá otra pareja y da tiempo para otra al final.

En el caso de que haya un trío, si el primer eclipse ocurre los primeros días del año, da tiempo para otras dos ocasiones, con lo que dos parejas y un trío, 2+2+3=7. Pero de los 7 solo 3 serán buenoos

En el siguiente gráfico se recogen los eclipses de los últimos 5 años:

En 2019 hubo 5 eclipses y en 2020 fueron 6, pero en ambos casos podría haberse contabilizado uno más desplazando la fecha del comienzo de la cuenta, ya que comparte una pareja de eclipses (finales de 2019 de Luna y principio de 2020 de Sol)

Por ejemplo, fueron 7 desde el 26-12-19 hasta el 30-11-20 Sol-Luna, Luna-Sol-Luna y Sol-Luna, pero los 4 de Luna solo fueron penumbrales, como se aprecia en el gráfico anterior.

Según una representación desplegada como en otros gráficos anteriores, la situación de 7 eclipses en un año natural, sería de la siguiente manera: