GAT - ECLISSI SOLARI TOTALI E FENOMENI ATMOSFERICI

ECLISSI SOLARI TOTALI E FENOMENI ATMOSFERICI
Di Piermario Ardizio

La corona solare ripresa in Messico durante la totalità dell' 11/07/91 con un telescopio rifrattore da 710 mm in proiezione con oculare da 18 mm. Posa di 1/2 s su pellicola da 200 ISO.
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Fiumi di inchiostro vengono versati sulle pagine delle riviste all'approssimarsi di un'eclisse, ma è tutto orientato a guidare gli appassionati alla ripresa di fotografie dello spettacolare fenomeno trascurandone l'aspetto scientifico. Questo articolo vuole essere uno stimolo per i lettori che hanno la possibilità di approfondire l'argomento durante le future eclissi.
Certamente nessuno tra i lettori ha dubbi sull'esistenza di una stretta, anche se non chiara, correlazione tra il nostro Sole ed i fenomeni dell'atmosfera, da sempre del resto si chiamano in causa il Sole o la luna quali astri responsabili di un buon raccolto o di una buona riuscita del vino, non solo, ma anche il comportamento di uomini ed animali si dice correlato ai loro influssi. Quanto c'è di vero in questi "detti popolari"? Quali sono (se ci sono) le basi scientifiche su cui poggiano queste antiche credenze? Certo verificarle non è un problema semplice, soprattutto per quanto riguarda il comportamento umano, tuttavia un'eclisse totale può aiutarci a comprendere quali siano i legami fisici tra Sole-Terra-Luna, quali i fenomeni ad essi associati e quali le interazioni con i principali fenomeni atmosferici che accadono attorno a noi.

ECLISSI: NON SOLO UN CURIOSO FENOMENO
Al giorno d'oggi, forse perchè pensiamo di sapere tutto sulle eclissi, ci accontentiamo di riprendere solo delle belle foto ignorando che anche gli strumenti, con i loro numeri, potrebbero evidenziare il fascino di un simile fenomeno, ma quali 'numeri' dobbiamo cercare? Certamente le misure utili possono essere molte, ma credo che quelle più interessanti siano riferite alle interazioni tra la nostra stella e la nostra atmosfera. Lo spostarsi del cono d'ombra sulla superficie terrestre cambia i venti, modifica la temperatura (che diminuisce in conseguenza dell'assenza dell'irragiamento solare), il calo di luce altera i comportamenti di uomini e animali. L'idea di quantificare alcune di queste grandezze nasce in me pochi mesi prima di partire per osservare l'eclisse più lunga del secolo in Messico. Mi aveva infatti colpito il fatto che nessuna pubblicazione avesse mai riportato misure di questo tipo, rilevabili con una strumentazione che oggigiorno risulta essere abbastanza semplice e poco costosa. Dopo una accurata ricerca viene acquistato tutto il necessario, che viene subito messo alla prova, onde non incappare in errori sistematici dovuti al suo cattivo uso. Si evidenzia così la necessità di alcuni perfezionamenti che vengono prontamente eseguiti. Oggi tale strumentazione è diventata ormai una fedele compagna dei nostri viaggi finalizzati allo studio delle eclissi e viene integrata ogni volta con nuovi dispositivi atti a misurare il fenomeno nel modo più completo possibile, per questo in Perù si sono aggiunti un igrometro e un barometro, mentre nel futuro completerà la strumentazione un anemometro.

PRECEDENTI MISURE ATMOSFERICHE
Tracce storiche di tali misurazioni sono rare, probabilmente ciò è dovuto alla difficoltà di avere gli strumenti sul luogo dell'eclisse, secondariamente fino ad una ventina di anni fa tali strumenti erano ingombranti e costosi e la loro sensibilità era decisamente più limitata; tuttavia esempi osservativi sono rintracciabili nell'Astronomische Mitteilungen der Eidgenossichen Sternwarten Zurich, dove si trovano osservazioni di 4 eclissi, nelle quali sono state misurate alcune grandezze meteorologiche ad opera di M. Waldmeier, eccone una breve sintesi:
A) la prima è quella del 25/02/52, durante la quale si è verificato un calo di temperatura di 4.9 C 15min dopo la totalità. Inoltre durante l'eclisse si è avuto un calo nella velocità del vento che è passata da 3 a 2m/sec, con il minimo raggiunto 20min dopo la totalità, nessuna significativa variazione di pressione è stata rilevata.
B) la seconda osservata da Rio de Oro il 2/10/59, con una variazione di temperatura di 4 C.
C) la terza osservata da Aguasul (Colombia) il 12/10/77, con il Sole alto 7 sull'orizzonte ed una durata della totalità di 53sec. L'influenza dell'eclisse sulla temperatura è immediata, infatti si altera subito dopo il 1 contatto e durante la totalità cala di 2 C. La luminosità è pari a quella del Sole quando si trova 6.5 sotto l'orizzonte.
D) l'ultima è quella osservata da Great Falls (MONTANA, USA) il 26/02/79 dove si è riscontrato che la luminosità allo zenith durante la totalità era pari a quella del Sole quando si trova 5 sotto l'orizzonte, l'influenza dell'eclisse sulla temperatura si nota dopo 5min dal 1 contatto, mentre il calo di 2.2 C lo si ha dopo 9min dalla fase centrale della totalità.

I NOSTRI RISULTATI
Con la nostra strumentazione abbiamo seguito per ora, due eclissi: quella dell'11/07/91 in Messico a Juchitan e quella del 3/11/94 in Perù a sud di Arequipa, sono ovviamente troppo poche per trarre delle conclusioni, ma sufficienti per fare delle ragionevoli ipotesi, in funzione delle quali preparare gli esperimenti per le prossime eclissi. Occorre prima ricordare brevemente qualche semplice accorgimento per evitare di incappare in errori di misura grossolani:
1) per evitare problemi dovuti alla deriva termica la strumentazione bisogna accenderla una decina di secondi prima di effettuare la misura e poi subito spegnerla. Inoltre nel valutare i risultati occorre tener conto delle caratteristiche dello strumento (le misure di temperatura fatte con una termocoppia a lettura digitale daranno risultati diversi rispetto ad un preciso termometro a mercurio, dato che diversi sono i tempi di risposta alle variazioni della grandezza misurata).
2) il luogo ideale per collocare la sonda di temperatura è all'ombra e al riparo dal vento, con la termocoppia posta a circa 1m da terra, per evitare alterazioni della misura a seguito del calore rilasciato dal suolo.
3) occorre fare attenzione, nel leggere le misure, che il dato resti sufficientemente stabile per un ragionevole lasso di tempo, si evita così di registrare casuali variazioni dovuti a fattori non correlati al fenomeno che stiamo osservando. Una possibile causa potrebbe essere la nostra presenza, infatti la nostra respirazione potrebbe influenzare (se gli strumenti sono sensibili) sia le misure di temperatura che quelle di umidità.
4) è sempre buona regola allenarsi con la nostra strumentazione a casa, soprattutto se è nuova, ci sarà così possibile risolvere con calma gli eventuali problemi derivanti dal suo uso e scoprire eventuali difetti o malfunzionamenti.
Vediamo ora una breve sintesi dei risultati ottenuti.

La luminosità
Nell'eclisse del Messico abbiamo sperimentato un calo di luce del 78%, la luce residua è stata parago-nabile a quella che si ha allo zenith, quando il Sole si trova 5.8 sotto l'orizzonte. Purtroppo durante l'eclissi peruviana lo strumento si è guastato (un filo parzialmente tranciato durante il trasporto che si è rotto in piena eclisse, durante le misure), le poche misure possibili ci hanno permesso di rilevare che il valore di luce con cui iniziava l'eclisse era pari all'82% (era mattino presto) rispetto a quella messicana, forse anche per questo è sembrata più buia.

Curva di luminosità dell'eclisse messicana dell' 11/07/91.
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La temperatura
I risultati ottenuti in Messico evidenziano un calo di temperatura di 2,1 C misurato durante la totalità, quando la temperatura è passata da 31,6 a 29,5 C (bisogna dire che l'improvviso calo del vento può aver influito sull'ampiezza dell'escursione termica in quanto, da prove sperimentali condotte in Italia, si è visto che tale fenomeno può determinare una variazione nel valore massimo della temperatura con ampiezza fino a 1,5 C), il valore ottenuto è comunque allineato con le misure fatte a Baia Cali-fornia dove è stata registrata una caduta di 2,6 C. In Perù la temperatura è passata da 16,2 a 14,4 C,con una variazione di 1.8 C, valore rilevato qualche minuto dopo il 3 contatto, mentre misurazioni dal Brasile davano un calo di 4,2 C.

Curva di temperatura dell'eclisse messicana dell' 11/07/91.
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Curva di temperatura dell'eclisse totale di Sole del 3/11/94 rilevata dal Gruppo Astronomico Tradatese (GAT) in una località del deserto peruviano a sud di Arequipa.
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L'umidità
La misura fatta in Perù a 1105m di altezza, in una località a sud di Arequipa, ci ha dato l'impressione che l'umidità sia pilotata dall'eclisse e dalle alterazioni dei parametri atmosferici conseguenti. Guardando il grafico di fig. 2 è curioso come all'intorno della totalità vi sia un tratto orizzontale privo di variazioni, questo sembra suggerire che qualcosa abbia temporaneamente bloccato il normale corso dei fenomeni atmosferici (l'umidità normalmente diminuisce all'aumentare della temperatura). Purtroppo nessun altra misura è disponibile, in quanto in Messico non avevamo ancora lo strumento.

Curva di umidità dell'eclisse totale di Sole del 3/11/94.
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La pressione
Qui è molto evidente il ritardo della variazione di pressione rispetto ai tempi dell'eclisse, la causa è probabilmente dovuta al fatto che la zona interessata dall'eclisse raffreddandosi, richiama aria più calda dagli strati vicini dove il Sole continua a splendere, aumentando quindi la quantità d'aria si ha un conseguente aumento di pressione. Cessato il fenomeno il riequilibrio della situazione richiede ovviamente un certo tempo e lo si raggiunge infatti circa 35 min dopo la totalità. Le variazioni di pressione sono piccole, occorrono perciò strumenti molto sensibili, questo potrebbe spiegare la mancata registrazione di variazioni durante l'eclissi del 1952.

Curva di pressione dell'eclisse totale di Sole del 3/11/94.
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Il Vento
In ultimo ci resta un dato osservativo relativo al vento, purtroppo non possiamo essere molto precisi perchè lo strumento che avevamo in Perù, non consentiva misure, era infatti nato col principio di rilevare la presenza o l'arresto del vento, fenomeno occorso in Messico quando è cessato improvvisamente poco prima della totalità e altrettanto improvvisamente è ripartito poco dopo. In Perù non abbiamo avuto un arresto, ma un cambio di direzione. I dati meteo della zona dicono che il vento segue normalmente la costa, correndo prima in una direzione poi nell'altra. Durante l'eclisse, poco prima della totalità, prendeva una direzione quasi perpendicolare rispetto al normale (proveniendo dal mare che era alle nostre spalle), come se questa "bolla fredda" generata dall'eclisse, avesse in qualche modo alterato i moti delle masse d'aria. Un fenomeno analogo è descritto nella pubblicazione del ventennale del gruppo G. e A. Bernasconi di Saronno, allora un gruppo di ragazzi veniva portato a Savona ad osservare l'eclisse totale del 15/02/61, essi riferiscono di una gelida brezza, alzatasi con il calare delle tenebre, che provenendo dal mare sferzava i loro volti e cessava poco dopo la totalità. Anche nell'eclisse del 1952 veniva rilevata una variazione di velocità a testimonianza di come sia imprevedibile l'atmosfera e complessi i suoi meccanismi.

CONCLUSIONE
I dati al momento disponibili ci suggeriscono che misure di questo tipo possono portare a risultati interessanti, ma per prima cosa occorre approfondire, da un punto di vista teorico, il bilancio energetico dell'atmosfera (quanta energia assorbe, quanta ne disperde e in che modo) ed approfondire la conoscenza dei fenomeni atmosferici nel loro succedersi quotidiano nei luoghi interessati dal-l'eclisse. Possiamo comunque azzardare qualche commento: per esempio il grafico rilevato in Messi-co ci dà la sensazione che durante la totalità, l'atmosfera abbia raggiunto l'equilibrio tra energia rice-vuta ed energia dispersa. Inoltre i confronti tra le varie eclissi di cui abbiamo parlato, ci suggeriscono di tener conto anche dell'ora in cui avviene il fenomeno, parametro che ha certamente una certa influenza nel determinare l'ampiezza della diminuzione di temperatura, la cui escursione è intima-mente legata alla situazione climatica locale. Questo ci viene suggerito dalle differenze nei valori registrati durante una stessa eclisse in siti diversi: il 3/11/95 in Perù è mattina presto e misuriamo un calo di 1,8 C, mentre dal Brasile ci perviene un dato, rilevato nel primo pomeriggio, che ci dà un calo di 4,2 C; quest'ultimo dato lo possiamo confrontare con quello del Messico, rilevato nella stessa fascia oraria, dove il calo però è stato di soli 2,1 C. Si capisce come molti siano i parametri di cui tenere conto e molti i fenomeni da controllare in cui le variazioni sono minime, come ad esempio la pressione, dove si lavora al limite della risoluzione degli strumenti stessi. Ovviamente tale argomento andrà approfondito, ripetendo le misure con altre eclissi, l'invito è ovviamente esteso a tutti gli astrofili che abbiano voglia e possibilità di farlo, una consistente mole di dati potrebbe certamente aiutare a comprendere meglio i fenomeni e le correlazioni esistenti tra il Sole e la nostra atmosfera e tra questa e le forme viventi che popolano il pianeta. Per noi resta comunque una "buona scusa" per recarci in qualche remoto luogo del pianeta per osservare uno dei fenomeni celesti più strabiliante, abbinandolo magari anche alla scoperta di civiltà terrestri a noi ancora sconosciute.

Ecco ora tre approfondomenti:

RICORDO DI UN'ECLISSE
L'arrivo ad Arequipa avviene al tramonto, la sua luce riempie il cielo di una moltitudine di colori, preparandoci così allo spettacolo dell'eclisse del successivo 3 novembre. Descrivere le sensazioni che si provano durante tali avvenimenti è cosa assai ardua, tuttavia vale la pena tentare. La sveglia, che ci viene data al mattino molto presto (l'inizio del fenomeno è, previsto per le 6:10 ora locale), ci trova pronti con tutta la strumentazione controllata più volte per essere sicuri del suo regolare funzionamento (consapevoli che l'imprevisto è sempre in agguato avevamo la massima ridondanza in tutte le apparecchiature: 2 pile, 2 macchine fotografiche, 2 flessibili etc). Arrivati sul luogo previsto per l'osservazione sprofondiamo in un grande sconforto nel vedere il Sole coperto dalle nuvole, tanto più grande quanto più vicina era l'inizio dell'eclisse. A eclisse iniziata permane una fitta copertura nuvolosa là dove c'è il Sole, un pò avviliti continuiamo a rilevare le nostre misure ormai rassegnati a vivere un'eclisse "strumentale", ma la natura, che non finisce mai di stupirci (forse per premiarci dei nostri sacrifici), a pochi minuti dalla totalità fa filtrare la luce solare permettendoci così di vedere la parzialità. Grande è stato il mio stupore nel vedere dopo il 2 contatto apparire la corona solare in tutta la sua magia, dato che solo pochi attimi prima guardavo il Sole con il binocolo senza protezione tanto era attenuata la sua luce (è bene ricordare che non si dovrebbe MAI guardare il Sole senza appositi filtri), al punto da farmi pensare che questa luce argentea mai avrebbe potuto raggiungerci dato lo spessore del velo nuvoloso. Oltre quindi alla graditissima sorpresa, il dato interessante è che questa luce polarizzata ha una capacità di penetrazione attraverso gli strati nuvolosi molto superiore alla luce normale. Come tutta la natura attorno, anche noi eravamo immersi in questo insolito fenomeno che causa agli esseri viventi emozioni e sensazioni indescrivibili sino ad alterare il nostro orologio interno e farci ritrovare alla fine del fenomeno, durato ben 2min e 25sec con il 50% delle cose previste a tavolino ancora da fare. Quello che mi ha colpito in questa eclisse è stato il paesaggio attorno a noi, che appena è calato il buio si è colorato di mille sfumature, come in un crepuscolo a 360 , questo particolare lo si può sperimentare solo se ci si trova in un luogo lontano da centri abitati, come nel nostro caso era il deserto peruviano. Mentre ritornavamo ad Arequipa io ripensavo alla straordinaria bellezza di un fenomeno così raro, la mia mente scavava nei ricordi e mi riportava al fascino irresistibile del Sole alto nel cielo messicano di tre anni prima (era l'11 luglio 1991), quando per sei minuti una luce surreale ci sovrastava, stregando i nostri occhi e le nostre menti al punto di farci scordare perchè eravamo lì, così le foto, le misure e gli studi preparati con tanta cura, davanti allo straordinario spettacolo della natura, stavano per essere dimenticati. Solo con un grande sforzo riuscivamo a riprendere il controllo di noi stessi e ad iniziare le misure per permettere ai numeri di esprimere il loro fascino, che si era per altro già manifestato al primo contatto. Noi infatti fino a quel momento ci eravamo fidati di sequenze numeriche che ci avevano spinti a percorrere 15.000Km per vedere qualcosa che era frutto dell'elaborazione di un computer, ma in pochi secondi, quando il rifrattore da 60mm mostrava il contatto tra il disco lunare e quello solare, quei numeri diventavano parole che inneggiavano all'armonia dell'universo di cui l'uomo, con la sua mente, ne era parte.

UN PO' DI STORIA
Certamente non si può parlare di America del Sud senza spendere due parole sui popoli che vi hanno abitato, bisogna però premettere che non esiste una univoca interpretazione su molti aspetti di queste culture, la riprova sono le differenti versioni date dalle guide ai diversi gruppi presenti, pertanto parleremo di quello che abbiamo ascoltato noi:
Nazca: qui si trovano le famose 'linee' che secondo alcuni, sono di origine extraterrestre, purtroppo grande come sempre è la delusione nel ritrovare la mano dell'uomo in queste opere, la loro datazione le fa risalire al 500 D.C. circa. Tale dato lo si ottiene dalla prova del 14C eseguita sui cocci che i sacerdoti erano soliti rompere al termine della loro processione, questo si pensa, per evitare che il vaso lasciato integro potesse essere usato da mani pagane. Queste linee erano certamente fatte per essere viste dall'alto, la loro realizzazione non richiedeva molto tempo come dimostratoci da uno studioso locale, con una quindicina di persone si traccia una linea simile in 30 minuti lunga 150m. Queste linee venivano costruite con l'ausilio di rudimentali strumenti e di corde usate per fare il tracciato, si procedeva poi alla rimozione dello strato superficiale (composto da sassi ad alto contenuto di metalli: rame, ferro, manganese) per far affiorare la silice sottostante, che essendo molto più chiara rendeva le linee ben visibili. Vi sono varie ipotesi sul loro possibile significato: potrebbero simboleggiare i loro dei raccolti in un grande tempio, oppure potrebbero essere la raffigurazione di alcune costellazioni del cielo che per le culture di allora, di tipo magico-religioso, assumevano qualche significato particolare, potrebbe ancora trattarsi della raffigurazione dei simboli delle famiglie potenti di allora, realizzate in omaggio agli dei e per questo dovevano essere ben visibili dall'alto.
Civiltà sconosciute: un dato certo è che queste civiltà erano composte da gente con un senso artistico molto evoluto, purtroppo ricostruire nel dettaglio i loro usi e costumi non è facile, soprattutto per il periodo antecedente quello degli INCAS (ricordiamo che il nome viene usato in modo improprio, in quanto significa imperatore e non si riferisce alla civiltà in se stessa), in quanto la cultura veniva tramandata a voce.
Cercando di ricomporre i pezzi di questo mosaico sembra di rilevare la presenza nelle Americhe di un grande impero, che si potrebbe paragonare a quello romano in Europa distrutto dalle varie tribù di barbari, analogamente qui in America i barbari avrebbero preso il nome di Maya, Aztechi, Toltechi, Incas, etc.... i quali avrebbero assogettato una parte di questo impero. Approfonditi studi hanno dimostrato che queste civiltà, avevano tra loro contatti e scambi commerciali, inoltre vi è una forte affinità nella religione che sembra confermare una radice comune. Per quanto riguarda la loro provenienza si sospetta che siano approdati sul continente americano durante le glaciazioni, provenienti dalla Mongolia, molte sono infatti le similitudini morfologiche tra le due etnie, si trovano inoltre affinità anche nel linguaggio usato per la comunicazione. Certamente rimane il mistero, che forse non potrà mai essere completamente svelato, ma forse è proprio questo il loro fascino.

GLI STRUMENTI
Durante le nostre osservazioni sono stati utilizzati 4 sistemi di misura, qui di seguito ecco i dettagli di ciascuno:
Lo strumento utilizzato per misurare la caduta di luce è costituito da:
• un multimetro digitale Sinclair usato sulla portata Volt X 10, con precisione dell'1%,
• un pannello solare da 0,2W che misura 7,5cm per lato, quest'ultimo inserito in un tappo di PVC con bordo di 7cm, internamente verniciato di nero per ridurre le riflessioni e la zona di cielo da cui provengono i fotoni. Inizialmente per la calibrazione dello stesso sono stati presi come riferimenti i valori dati dal Sole alla stessa ora dell'eclisse; valore stimato in 5,44 Volt e quello dato dalla Luna piena al meridiano stimato in 0,53 Volt. In alternativa si può usare l'altezza del Sole sotto l'orizzonte, quando la luminosità zenitale eguaglia quella letta durante la totalità.
Più complesso l'esperimento per rilevare il valore di temperatura; che comprende:
• un multimetro digitale usato con portata 200mV e precisione dell'1,2%,
• un dispositivo elettronico che provvedeva ad amplificare il segnale proveniente da una termocoppia, rendendo disponibile poi la lettura direttamente sul visore del multimetro.
Con questa apparecchiatura il range di temperatura misurabile è tra -45 C e +199,9 C.
L'esperimento per rilevare il valore di umidità comprende:
• un dispositivo elettronico che rende la lettura direttamente su un visore.
Con questa apparecchiatura il range di umidità misurabile và dal 25% al 95% con risoluzione pari all'1%.
L'esperimento per rilevare il valore di pressione comprende:
• un dispositivo elettronico che rende la lettura direttamente su un visore.
Con questa apparecchiatura il range di pressione misurabile è quello atmosferico con variazioni di 1 mBar.

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