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Eclipses, tránsitos y ocultaciones

Luis CuestaPor Luis Cuesta* y Mar Gulis (CSIC)

Si miramos al cielo con atención mañana por la tarde-noche podremos observar un sutil eclipse de luna desde la mayor parte de España. Parte de nuestro satélite se teñirá de rojo y se oscurecerá, sin dejar de verse por completo, al bloquear la Tierra los rayos de Sol que llegan a la Luna. Es lo que se conoce como un eclipse penumbral parcial, que se produce cuando los tres cuerpos se alinean de forma que una parte de la Luna entra en el cono de penumbra creado por la Tierra.

eclipse luna

Eclipse total de luna visto desde el Observatorio de Calar Alto (Almería). / Juan Pedro Gómez Sánchez.

Aprovechamos la ocasión para hablaros de eclipses, tránsitos y ocultaciones; fenómenos que se producen cuando los cuerpos astronómicos se encuentran alineados. Es la diferencia en el tamaño aparente de los cuerpos lo que hace que se dé uno de ellos y no los otros.

Se habla de eclipse cuando el tamaño de los cuerpos es similar. Así, en los eclipses de Sol los tamaños aparentes de nuestra estrella y nuestro satélite son casi iguales, por lo que la Luna tapa completamente al Sol. A veces, los cambios en las distancias relativas, debidos a que las órbitas no son exactamente circulares, producen eclipses anulares, en los que la Luna no tapa completamente el disco solar.

La ocultación ocurre cuando el cuerpo más cercano, el que pasa por delante y produce la ocultación, es mucho más grande que el más lejano, el ocultado. El cuerpo ocultado desaparece completamente durante un tiempo hasta que vuelve a aparecer al otro lado del ocultador. Es lo que pasa, por ejemplo, cuando los planetas del sistema solar pasan por detrás del Sol.

transito venus

Tránsito de Venus visto desde Cartagena. / Juan Pedro Gómez Sánchez.

Por el contrario, un tránsito se da cuando el cuerpo más cercano, el que pasa por delante, es mucho más pequeño que el más lejano, el transitado. Durante el tránsito, el cuerpo pequeño no tapa completamente al grande, sólo oculta parte de su luz en la zona del tránsito. Sólo los planetas interiores, como Mercurio y Venus, pueden producir tránsitos sobre el Sol. En promedio, se producen 13 tránsitos cada 100 años en el caso de Mercurio –el próximo será en noviembre 2019– y cada 1000 años en el caso de Venus –habrá que esperar a 2117 para ver el siguiente–.

 

¿Por qué hay tan pocos eclipses de Sol si la Luna pasa por delante de él cada 28 días?

Un dato importante es que no basta con que los cuerpos estén en conjunción (es decir, que se encuentren en la misma posición proyectada sobre el plano de su órbita) para que se produzca uno de estos fenómenos: los cuerpos, además, deben estar debidamente alineados. Eso explica que no tengamos un eclipse de Sol y otro de Luna más o menos cada 28 días, cada vez que la Luna pasa por delante del Sol (luna nueva) o detrás de la Tierra (luna llena). Los eclipses son eventos poco frecuentes porque la órbita de la Luna está inclinada un poco más de 5 grados con respecto al plano de rotación de la Tierra, de forma que la mayoría de las veces que los astros están en conjunción no se alinean de forma necesaria para que ocurran estos fenómenos.

De igual manera, no siempre que Marte está en conjunción con el Sol se produce una ocultación (Marte pasa por detrás del Sol) porque su órbita tiene una ligera inclinación de casi 2 grados con respecto a la eclíptica. Tampoco en el caso de Mercurio, con 7 grados de inclinación de su órbita, ocurre un tránsito o una ocultación cada vez que se produce una conjunción con el Sol.

conjunción mercurio

Ejemplos de posibles conjunciones de Mercurio. En el caso A) no se produce tránsito, en el caso B), sí porque están además alineados. / Luis Cuesta.

Los tránsitos, claves en la ‘caza’ de exoplanetas

Los tres eventos que hemos visto han servido a lo largo de la historia para determinar parámetros fundamentales en astronomía. Por ejemplo, los tránsitos sirvieron para obtener la primera medida bastante aproximada de la distancia entre la Tierra y el Sol, parámetro en el que se basan todas las medidas de distancia al resto de objetos en el universo. Las ocultaciones, por su parte, han servido para determinar la forma, posibles satélites e incluso la atmósfera de varios planetas menores del Sistema Solar, como Plutón. En estos casos, lo que se ha observado es la ocultación de estrellas por estos cuerpos.

Eclipse anular de sol de visto cerca del horizonte. / Juan Pedro Gómez Sánchez.

Eclipse anular de sol de visto cerca del
horizonte. / Juan Pedro Gómez Sánchez.

Hasta ahora hemos hablado sobre todo de eventos dentro de nuestro Sistema Solar pero los tránsitos, ocultaciones y eclipses también se producen en estrellas lejanas. Las estrellas dobles eclipsantes son un buen ejemplo y han servido para detectar los primeros agujeros negros. Pero por lo que destacan sobre todo los tránsitos es por su importancia en la búsqueda de vida en el Universo más allá de la Tierra. En los últimos años han sido la herramienta que ha permitido detectar la mayor parte de los exoplanetas que conocemos.

El efecto es similar al que se da en los tránsitos de Mercurio o Venus por delante del Sol: el exoplaneta, mucho más pequeño que su estrella, no la oculta completamente y únicamente produce una ligera disminución en la luz observada cuando pasa por delante. A partir de esta variación periódica del brillo se puede determinar la órbita del astro y su tamaño. En algunos casos, cuando ha sido posible observar también el tránsito secundario (cuando el exoplaneta pasa por detrás de la estrella), se ha podido estimar además la masa del exoplaneta y su temperatura. Además, en ciertos casos, se ha podido evidenciar la presencia de una atmósfera alrededor del exoplaneta estudiando la luz de la estrella que la atraviesa (algo parecido a lo que sucede con la luz que tiñe de rojo nuestro satélite durante un eclipse de luna).

Curva de luz de la estrella WASP-3 durante el tránsito de su exoplaneta. / Luis Cuesta.

Curva de luz de la estrella WASP-3 durante el tránsito de su exoplaneta. / Luis Cuesta.

Gracias a esta técnica ya se han encontrado varios planetas muy parecidos a la Tierra en tamaño, aunque todavía no con condiciones adecuadas para la vida tal y como se da en la Tierra. La ventaja del estudio de estos tránsitos es que se reproducen en cada paso del exoplaneta y permiten mejorar los resultados repitiendo sistemáticamente las observaciones. Pero, además, es seguro que el avance de las técnicas de observación nos llevará a encontrar gemelos de la Tierra con condiciones propicias para la vida. Determinar realmente su existencia en esos exoplanetas es otra cuestión pues aún no se ha dado con un identificador inequívoco de vida; es otro camino por recorrer en astrobiología.

 

* Luis Cuesta es astrofísico y se dedica a la promoción y divulgación de la ciencia.

¿Cómo se imaginaban la Luna en el siglo XIX?

Fotografía de un molde de escayola construido por Nasmyth recreando la región del cráter Copérnico. Publicada en ‘La Luna: considerada como un planeta, un mundo y un satélite’ (1874).

Fotografía de un molde de escayola construido por Nasmyth recreando la región del cráter Copérnico. Publicada en La Luna: considerada como un planeta, un mundo y un satélite (1874).

Por Montserrat Villar y Mar Gulis (CSIC)*

Mira esta fotografía de un cráter lunar. ¿Dirías que es real o que se trata de una maqueta? Publicada en 1874 por el ingeniero mecánico e inventor James Nasmyth (1808-1890) y el astrónomo James Carpenter (1840-1899), la imagen solo puede ser una recreación…  aunque es sorprendentemente buena para la época.

Pese a que por aquel entonces hacía varias décadas que se habían empezado a obtener fotografías de nuestro satélite, la calidad no era suficiente para resaltar los detalles de su superficie con la nitidez que los autores deseaban. En lugar de esto, Nasmyth construyó moldes de escayola del relieve lunar inspirados en observaciones telescópicas realizadas junto a Carpenter. Los moldes fueron iluminados con diferentes intensidades y desde distintos ángulos, controlando las condiciones con exquisito cuidado, y posteriormente fotografiados.

Hoy en día algunas de esas imágenes siguen dando a primera vista la impresión de haber sido tomadas in situ. Pero hay más. Nasmyth y Carpenter no limitaron su recreación de la Luna a estos moldes –que en la actualidad se conservan en el Museo de la Ciencia de Londres–. En su libro La luna: considerada como un planeta, un mundo y un satélite, donde se incluyeron las fotografías, los autores trataron de describir otras sensaciones que experimentaría en la Luna un ser humano que encontrara un método para poder respirar.

Molde de escayola de una porción de la superficie lunar realizado por Nasmyth. / Museo de Ciencias , Londre (CC-BY-NC-ND-2.0.)

Molde de escayola de una porción de la superficie lunar realizado por Nasmyth. / Museo de Ciencias , Londres (CC-BY-NC-ND-2.0.).

Detallaron, por ejemplo, los efectos de la ausencia de aire. Incluso cuando el Sol o la Tierra brillaran altos sobre el horizonte, al no haber difusión de la luz como ocurre en nuestra atmósfera, se vería un cielo totalmente negro salpicado por las luces de estrellas y planetas, que se apreciarían con mayor nitidez que en cualquier noche terrestre.

Nasmyth y Carpenter también imaginaron los cambios en el paisaje producidos por los marcados juegos de luces y sombras sobre el relieve lunar; o los contrastes de color debidos a la composición de la superficie, donde diferentes minerales darían coloraciones especiales y únicas a la escena.

Además recrearon el espectáculo de un eclipse solar producido por la Tierra. En la ilustración realizada por Nasmyth,  se aprecia el Sol en la distancia eclipsado por nuestro planeta, tal y como lo vería un observador en  la Luna. Su forma empieza a despuntar detrás del círculo terrestre, que tiene un tamaño aparente unas cuatro veces mayor. La corona aparece impresionante. La luz solar atraviesa la fina capa de la atmósfera de nuestro planeta rodeándolo de un halo brillante y rojizo que ilumina un paisaje montañoso y salvaje donde reina la desolación.

El Sol eclipsado por la Tierra visto desde la Luna. / Ilustración de James Nasmyth.

El Sol eclipsado por la Tierra visto desde la Luna. / Ilustración de James Nasmyth.

Junto a sugerentes imágenes, en el libro también hay espacio para el “mortal silencio que reina en la luna”: “Mil cañones podrían ser disparados y mil tambores golpeados en aquel mundo sin aire, pero ningún sonido saldría de ellos. Labios que podrían temblar, lenguas que intentarían hablar, pero ninguna de sus acciones rompería el silencio de la escena lunar”.

 

* Montserrat Villar es investigadora en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) en el grupo de Astrofísica extragaláctica. 

La mutación de la Luna

FJ BallesterosM. VillarPor Montserrat Villar (CSIC) y Fernando J. Ballesteros (UV)*

Ya no me atrevo a macular su pura
aparición con una imagen vana,
la veo indescifrable y cotidiana
y más allá de mi literatura.

(Fragmento del poema “La Luna” de Jorge Luis Borges, 1899-1986)

Luna pura y sin mácula, Luna de plata o cristal: estas ideas, que encontramos en infinidad de poemas y obras pictóricas, se remontan a hace más de 2.300 años, época en la que Aristóteles planteaba su visión del cosmos. Según el gran filósofo griego, el universo se divide en dos mundos: el sublunar, la Tierra, donde todo es corrupto y mutable, y el supralunar, el de lo inmutable, armónico y equilibrado. La Luna para Aristóteles, como antesala de ese mundo supralunar, es un astro puro y perfecto.

La cosmología de Aristóteles prevaleció en Europa hasta el Renacimiento, pues era considerada por la Iglesia acorde con las Sagradas Escrituras, al mantener a la Tierra y al ser humano en el centro del universo y de la creación. Sobrevivió asimismo su concepción de la Luna y esto queda patente en numerosas obras de arte. Aún en la época barroca perviven estas ideas, como puede apreciarse en muchas representaciones de la Inmaculada, que muestran a la Virgen María tal y como es descrita en el Apocalipsis (12,1): “Apareció en el cielo una señal grande, una mujer envuelta en el sol, con la Luna bajo sus pies, y sobre la cabeza una corona de doce estrellas”. En estas obras en general aparece la Luna como una superficie cristalina y sin defectos. Esta imagen de la Luna pura aparecía vinculada a la de la virgen inmaculada como consecuencia del sincretismo paleocristiano, que había asociado la virgen María a la popular diosa cazadora Diana, virgen también y diosa de la Luna. Así, la perfección lunar era una alegoría perfecta de la Inmaculada Concepción.

Sin embargo, con una mirada a nuestro satélite nos damos cuenta de que su superficie no es perfecta, sino que presenta contrastes entre zonas claras y oscuras; son las popularmente llamadas ‘manchas’ de la Luna. Hoy sabemos que se deben a variaciones de las propiedades geológicas y de composición de unas regiones a otras. Son apreciables a simple vista y en siglos pasados trataron de explicarse de diferentes maneras.

La idea de una superficie lunar irregular e imperfecta, con valles y montañas como la Tierra, había sido ya planteada en la era precristiana. Sin ir más lejos, de Plutarco proviene la idea de que las manchas oscuras visibles sobre la Luna debían ser mares, cuando al compararla con la Tierra escribió: “De igual forma que en la Tierra hay grandes y profundos mares, […] también los hay en la Luna”. Sin embargo, hacia la Edad Media y siglos posteriores aún había intentos de reconciliar esas ‘manchas’ con la filosofía aristotélica. Para ello, unos pensaron que nuestro satélite había sido parcialmente contaminado por la corrupción de la Tierra en el mundo sublunar. Otros, siguiendo a Clearco, discípulo de Aristóteles, defendían que la Luna era un espejo perfecto que reflejaba los continentes de la Tierra. Rodolfo II de Bohemia, patrón de Kepler, incluso aseguraba identificar la península italiana en las manchas lunares.

Con todo, la idea de una Luna lisa e inmaculada era la norma en las representaciones artísticas. Sin embargo, algunos artistas se alejaron de la norma y representaron nuestro satélite en su obra de manera bastante realista. El ejemplo más antiguo conocido corresponde al pintor flamenco Jan van Eyck (h. 1390-1441), que ejecutó un díptico de la Crucifixión y el Juicio Final hacia 1435-1440 (actualmente en el Museo Metropolitano de Arte de Nueva York). En la escena del Calvario la imagen de la Luna es diminuta, de no más de unos pocos centímetros de diámetro, pero de tamaño suficiente para ilustrar una serie de claroscuros, algunos de los cuales han sido identificados con rasgos lunares reales. Se considera la primera imagen realista de nuestro satélite, anterior incluso a los dibujos realizados por Leonardo da Vinci unos setenta años más tarde, hacia 1510.

Díptico de La Crucifixión y el Jucio Final

Díptico de La Crucifixión y el Jucio Final (Jan van Eyck, h. 1435-1440).

En 1609 Galileo utilizó por primera vez un telescopio para estudiar el Cosmos. Sus dibujos representando las fases lunares y el relieve de nuestro satélite son, además de un valioso documento científico, una obra de extraordinaria belleza. Curiosamente no consta que realizara ninguna observación telescópica de eclipses lunares, como el que tendremos oportunidad de ver en la madrugada del 27 al 28 de septiembre, aunque sin duda debió observarlos. Lo que sí mostró su estudio de la Luna es que lejos de ser perfecta, es rugosa; está llena de cráteres y montañas. Era la prueba definitiva de su imperfección. El cambio de visión hacia esta nueva Luna quedaría plasmado en el arte por primera vez por el pintor florentino Ludovico Cigoli (1559-1613), amigo y admirador de Galileo. En su última obra (1612), la Inmaculada de los frescos de Santa Maria Maggiore en Roma, la Virgen aparece sobre una Luna plagada de cráteres, muy parecida a la que dibujara Galileo a partir de sus observaciones y en cuyos dibujos se inspiró el artista. De esta manera Cigoli incorporaba en su trabajo artístico y difundía los resultados de los estudios de Galileo. Dejaba además constancia de una convicción profunda: la religión debe dar cabida a los avances científicos. O, dicho de otra manera, la fe debe adaptarse al progreso del conocimiento.

Dibujos de la Luna de Galileo y Virgen de Cigoli

Dibujos de la Luna realizados por Galileo (izqda.) y Virgen Inmaculada de Cigoli (derecha).

* Montserrat Villar es investigadora en el Centro de Astrobiología (INTA/CSIC) en el grupo de Astrofísica extragaláctica. Fernando J. Ballesteros es jefe de instrumentación en el Observatorio Astronómico de la Universidad de Valencia.