Da qualche parte sulla Terra, la Luna oscura il Sole in media ogni 18 mesi. Resta però in un solo posto, e l'attesa è molto più lunga: un'eclissi solare totale ritorna nello stesso luogo solo una volta ogni 360-410 anni in media. È proprio questa rarità il motivo per cui le persone volano attraverso i continenti per stare all'ombra della Luna per pochi minuti fugaci.
Un'eclissi solare si verifica quando la Luna passa direttamente tra il Sole e la Terra, gettando un'ombra stretta sulla superficie del pianeta. All'interno di quell'ombra, il giorno si trasforma brevemente in crepuscolo, e l'atmosfera esterna del Sole, normalmente invisibile, lampeggia in vista. Quello che segue è quello che secoli di osservazione delle eclissi, e più di un secolo di fisica delle eclissi, hanno rivelato.
Una volta ogni tre secoli: quanto rara (e quanto lunga) può essere la totalità
Anche in condizioni perfette, la totalità non dura a lungo. Quando un'eclissi accade con la Luna molto vicina al perigeo, il suo punto di massima vicinanza alla Terra, la traccia dell'ombra può allargarsi fino a 267 km (166 miglia), e la totalità stessa può durare più di 7 minuti. Le eclissi reali raramente raggiungono questo limite: la più lunga calcolata finora non si verificherà fino al 16 luglio 2186, quando la totalità sulla Guyana settentrionale durerà 7 minuti 29 secondi.
Eclissi come queste sono prevedibili secoli in anticipo perché si ripetono a un ritmo fisso chiamato saros. Un ciclo completo copre esattamente 223 mesi sinodici, che corrispondono a 18 anni, 11 giorni e 8 ore, insieme a corrispondenze vicine a due altri ritmi lunari, i mesi draconitico e anomalistico. Conoscere questo ritmo è quello che permette agli astronomi di calcolare, secoli prima, esattamente quanto tempo una data città dovrà aspettare per il suo prossimo scorcio di totalità.
L'eclissi del 1919 che ha riscritto la fisica
Nessun'eclissi ha fatto più per la scienza di quella del 1919. Quando la totalità ha spazzato i tropici quell'anno, l'astronomo Arthur Eddington ha osservato la luce stellare sfiorare il bordo del Sole e ha scoperto che si era curvata, esattamente come predetto dalla ancora nuova teoria della relatività generale di Einstein. Mesi dopo, l'8 novembre 1919, i risultati sono stati annunciati a Londra, segnando la fine del modello della gravità secolare di Newton e l'inizio di quello di Einstein.
Albert Einstein, il quarantenne berlinese dietro l'idea, è diventato il più grande scienziato del mondo praticamente da un giorno all'altro. Le misurazioni del 1919 in sé non erano perfettamente uniformi, però: la curvatura della luce registrata nel sito di osservazione a Príncipe è risultata leggermente inferiore al valore previsto, mentre la lettura dal sito brasiliano è risultata leggermente superiore – un divario che i critici avrebbero sottolineato per decenni.
Comportamento strano della gravità durante la totalità
La relatività non è stata confermata solo una volta. Decenni dopo, il satellite Hipparcos dell'ESA, che ha volato dal 1989 al 1993, ha tracciato la luce stellare con sufficiente precisione per fornire la conferma più chiara di quella stessa previsione del 1919.
Non tutto su eclissi e gravità va perfettamente insieme, però. Uno studio che ha misurato la gravità durante un'eclissi totale ha rilevato una piccola ma reale anomalia, uno spostamento di 7,0 ± 2,7 × 10^-8 m/s² nella trazione locale della gravità, e i suoi autori hanno suggerito che il risultato potrebbe indicare una sorta di effetto di schermatura durante la totalità. È un promemoria che anche un secolo dopo Eddington, un'eclissi totale ancora dà ai fisici l'opportunità di testare la gravità in modi che nessun laboratorio sulla Terra può.
La corona nascosta del Sole
Un'eclissi totale è essenzialmente l'unica volta in cui chiunque si trovi sulla Terra può vedere la corona, l'atmosfera esterna del Sole, ad occhio nudo. Si comporta come uno strano capovolgimento di come il calore normalmente funziona: la superficie visibile del Sole raggiunge circa 4500-6000°C, eppure la corona sottile sopra di essa supera un milione di gradi Celsius, un salto che i fisici ancora non riescono a spiegare completamente.
Le persone documentano quel strano anello di luce da più di mille anni – il resoconto noto più antico di una corona osservata proviene da Costantinopoli nel 968 d.C. Poiché la totalità naturale è così breve, l'Agenzia spaziale europea ha costruito un modo per creare di più: la missione del doppio satellite Proba-3 fa volare un satellite davanti al Sole per bloccarlo per l'altro, producendo eclissi artificiali che si sommano a 1000 ore di tempo di osservazione in due anni, molto più di quanto qualunque eclissi naturale potrebbe mai offrire.
Perle di luce e la prima fotografia di eclissi
Nei secondi prima e dopo la totalità, la luce solare che si stringe attraverso i valori sul bordo irregolare della Luna si rompe in una serie di punti luminosi. Nel 1715, decenni prima che chiunque coniasse un nome per questo fenomeno, l'astronomo Edmund Halley è stato la prima persona a annotare quello che ora chiamiamo le perle di Baily e l'effetto diamante.
La fotografia ha raggiunto l'astronomia più di un secolo dopo. La più antica fotografia conosciuta di un'eclissi solare è stata scattata il 28 luglio 1851 da Julius Berkowski, che ha utilizzato il processo dagherrotipo, la fragile tecnica della piastra d'argento dietro alcune delle immagini fotografiche più antiche sopravvissute.
L'eclissi americana del 2017, in numeri
L'eclissi più osservata nella memoria recente ha spazzato da costa a costa attraverso gli Stati Uniti nell'agosto 2017, il suo percorso di totalità toccando sia il Pacifico che l'Atlantico – qualcosa che non accadeva dal 1918.
Quell'ombra era enorme: ha spazzato circa il 16% dell'intera area degli Stati Uniti, anche se la maggior parte di quel percorso passava su oceano aperto piuttosto che sulla terra. A terra, la totalità si è fermata più a lungo su Giant City State Park nell'Illinois meridionale, appena fuori da Carbondale, resistendo per 2 minuti 41,6 secondi – lo scorcio più lungo che qualsiasi singolo punto sulla terra ha sperimentato quel giorno.