Una sera compare una sottile falce di Luna e un'altra sera la Luna appare rotonda. Non significa che la Luna venga tagliata e poi ricresca. Cambia la porzione della parte illuminata dal Sole che possiamo vedere dalla Terra: questa variazione dell'aspetto è la fase lunare. Spiegare normalmente la parte scura con l'ombra terrestre confonde le fasi con le eclissi.
Per capire le fasi bisogna considerare insieme la luce che illumina la superficie e la direzione da cui la osserviamo. È un problema diverso dalla formazione dei crateri o dal percorso di una sonda lunare. Vedremo la posizione della Luna rispetto al Sole e i riferimenti con cui l'osservatore registra la sua forma.
1. Emisfero illuminato e porzione visibile non coincidono
La luce lunare è soprattutto luce solare riflessa dalla superficie. In condizioni ordinarie, senza eclissi, un modello sferico della Luna ha circa metà superficie illuminata dal Sole. Mentre la Luna orbita attorno alla Terra, la regione illuminata non si restringe improvvisamente a forma di falce. Come spiega la guida NASA alle fasi lunari, cambia quanto di quell'emisfero luminoso vediamo dalla Terra. Nemmeno il confine tra chiaro e scuro va interpretato come il segno di un altro corpo che nasconde la Luna.
Immaginate una palla bianca illuminata da una lampada fissa su un lato di una stanza. Se la testa dell'osservatore rappresenta la Terra e la palla la Luna, spostare la palla cambia la porzione luminosa visibile. Se la palla entra nell'ombra della testa, il modello rappresenta un'eclissi lunare, non una fase ordinaria. L'esperimento mentale chiarisce luce e linea di vista, ma non riproduce in scala dimensioni, distanze e inclinazioni reali di Terra e Luna.
2. Primo e ultimo quarto hanno forma simile ma ordine diverso
Alla Luna nuova, la Luna è vicina alla direzione del Sole vista dalla Terra; alla Luna piena è quasi nella direzione opposta. Vicino alla Luna nuova, la faccia rivolta verso la Terra è perlopiù scura e la vicinanza al Sole rende difficile vederla. Dopo la Luna nuova, la falce cresce, passa dal primo quarto e dalla fase gibbosa e arriva alla Luna piena. Poi la porzione luminosa diminuisce, attraversa l'ultimo quarto e la falce calante fino alla successiva Luna nuova. Il cambiamento è continuo, non una successione a scatti di otto immagini ferme.
Primo e ultimo quarto mostrano entrambi circa metà disco illuminato, ma il primo quarto appartiene alla crescita verso la Luna piena e l'ultimo alla diminuzione successiva. Oltre alla forma, confrontate i giorni precedenti per riconoscere la fase del ciclo. La tabella indica tendenze osservative approssimative per le medie latitudini. Stagione, latitudine e orizzonte modificano gli orari effettivi di levata e tramonto: non è un calendario di precisione.
| Fase principale | Porzione luminosa visibile dalla Terra | Tendenza approssimativa per l'osservazione |
|---|---|---|
| Luna nuova | Quasi invisibile | La vicinanza alla direzione del Sole rende difficile osservarla |
| Primo quarto | Circa metà, poi aumenta | Adatta all'osservazione serale dopo il tramonto |
| Luna piena | Disco quasi interamente rotondo | Sorge generalmente verso il tramonto e rimane visibile di notte |
| Ultimo quarto | Circa metà, poi diminuisce | Adatta all'osservazione dalla tarda notte verso il mattino |
3. La durata del mese dipende dal riferimento
La Luna impiega in media circa 27,3 giorni per compiere un'orbita attorno alla Terra rispetto alle stelle lontane: è il mese siderale. Il ritorno dalla Luna nuova alla successiva Luna nuova, cioè alla stessa fase, richiede invece in media circa 29,5 giorni: è il mese sinodico. Non sono due arrotondamenti dello stesso periodo. Tornare alla stessa posizione rispetto alle stelle e ricreare la stessa disposizione rispetto al Sole sono due condizioni diverse.
Nel frattempo anche Terra e Luna avanzano insieme attorno al Sole. Quando la Luna ha completato un giro rispetto alle stelle, la direzione del Sole vista dalla Terra è cambiata: per tornare alla stessa fase la Luna deve proseguire ancora. Ecco perché il mese sinodico è più lungo di quello siderale. Questi valori sono medie e non significano che ogni mese sinodico abbia durata identica. Non si può prevedere l'istante esatto della prossima Luna piena aggiungendo sempre 29 o 30 giorni al calendario.
4. Un'eclissi richiede un allineamento diverso dalle normali fasi
Un'eclissi lunare avviene vicino alla Luna piena quando l'allineamento Sole-Terra-Luna porta la Luna nell'ombra terrestre. La parte scura della falce o di un mezzo disco ordinario non è quell'ombra. La guida NASA alle eclissi lunari distingue l'eclissi totale, con tutta la Luna nell'ombra centrale, quella parziale, con solo una parte al suo interno, e quella penombrale, con il passaggio nella penombra esterna. Quest'ultima può produrre un cambiamento di luminosità difficile da notare; non ogni eclissi fa scomparire completamente la Luna.
Il piano dell'orbita lunare è inclinato di circa 5 gradi rispetto al piano dell'orbita terrestre attorno al Sole. Di solito, quindi, anche alla Luna piena la Luna passa sopra o sotto l'ombra terrestre. Per un'eclissi devono coincidere la configurazione della Luna piena e il passaggio lunare vicino alla linea d'intersezione dei due piani orbitali. Un disegno con Sole, Terra e Luna sullo stesso piano non dimostra che debba esserci un'eclissi ogni mese: omette l'inclinazione, e quel limite del diagramma non è una proprietà del fenomeno reale.
5. Orientamento della parte luminosa e date vanno controllati separatamente
Nello stesso istante la fase è, in pratica, quasi uguale dalle diverse regioni terrestri, ma l'orientamento apparente della Luna dipende dal luogo di osservazione. Nei due emisferi una forma familiare può sembrare capovolta e persino nello stesso luogo l'inclinazione rispetto all'orizzonte può cambiare. Non applicate quindi a ogni luogo e fotografia la regola secondo cui una parte destra luminosa indicherebbe sempre una fase crescente. Verificate eventuali rotazioni della foto o inversioni ottiche e osservate anche se la porzione luminosa è aumentata o diminuita nei giorni successivi.
L'ora della Luna piena in un'effemeride indica un istante preciso; la Luna può apparire quasi rotonda anche nelle notti vicine. Esprimere quell'istante come data locale può dare giorni diversi secondo il fuso orario. Per esempio, un ipotetico orario delle 18:00 UTC diventa le 03:00 del giorno successivo in UTC+9. È un esempio di conversione, non una previsione reale di Luna piena. Anche l'attività JPL per il calendario lunare specifica fuso orario e area di applicazione. Controllate anno, fuso e luogo quando usate un calendario o un'immagine di un altro paese.
6. Distinguere ciò che si è osservato da ciò che si prevedeva
Osservate la Luna per circa un mese annotando data, ora locale, luogo, direzione nel cielo e forma della parte luminosa. Potete iniziare dallo stesso posto dopo il tramonto, ma la Luna non è visibile sempre alla stessa ora lungo tutto il ciclo. Quando non la vedete, registrate nuvole, ostacoli edilizi e adeguatezza dell'orario. Una casella vuota non dimostra da sola che fosse Luna nuova. Non puntate binocoli o telescopi verso il Sole per cercare la Luna nelle sue vicinanze.
Supponiamo che un diario immaginario A descriva una falce sottile a ovest una sera e una falce più spessa alla stessa ora qualche giorno dopo. Il dato è compatibile con una fase crescente, ma non misura con precisione la durata del mese sinodico. Se un diario B registra un giorno senza avvistamento e un avvistamento il giorno dopo, non dimostra che la Luna fosse scomparsa per un giorno. Entrambi sono esempi inventati per ragionare sulle condizioni osservative, non risultati di osservazioni reali.
Come propone il diario di osservazione lunare JPL, confrontare in ordine i disegni di più giorni aiuta a distinguere il ciclo ripetuto dalle lacune delle osservazioni. Se completate in seguito una lacuna usando un'effemeride, contrassegnate diversamente osservazione diretta e previsione. Distinguete anche un'immagine scura per esposizione o nuvole dalla riduzione dell'area luminosa. Un diario della successione delle fasi, da solo, non determina la distanza della Luna o l'ora precisa di un'eclissi.