Um fenômeno misterioso ocorre durante a totalidade de um eclipse solar

Águas velozes. Serpentes fantasmas. Padrões ondulantes de luz e sombra.

Observadores de eclipses solares descrevem há séculos um fenômeno misterioso conhecido como faixas de sombra, que aparece pouco antes e depois da totalidade — o período em que a Lua bloqueia completamente a luz do Sol e o céu escurece. Longas linhas escuras, separadas por espaços brancos, percorrem o chão ou as laterais dos edifícios.

David Turnshek, professor de física e astronomia da Universidade de Pittsburgh, testemunhou pela primeira vez as faixas de sombra quando era adolescente.

“Eu acho que devia ter uns 14 anos. Fui ver um eclipse total perto de Virginia Beach. Era 1970, e eu tinha construído meu próprio telescópio, então fui até lá para tentar fotografar o eclipse”, disse Turnshek, que também é diretor do Observatório Allegheny em Pittsburgh.

“E enquanto eu estava lá embaixo, notei, pouco antes do eclipse total, que essas faixas de luz estavam varrendo o chão.”

O olho humano consegue detectar facilmente faixas de sombra, mas elas são difíceis de fotografar e capturar em vídeo devido ao contraste sutil.

A pesquisa de Turnshek como astrônomo tem se concentrado principalmente na formação de galáxias e quasares, os núcleos luminosos de galáxias antigas e distantes. No entanto, ele manteve sua curiosidade juvenil sobre as faixas de sombra — um fenômeno com duas teorias concorrentes, mas sem uma explicação definitiva.

Um eclipse solar total que ocorrerá na próxima quarta-feira proporcionará aos cientistas mais uma oportunidade de estudar esse mistério. Os observadores do céu poderão presenciar o espetáculo quando a faixa de totalidade passar pelo extremo norte da Rússia, leste da Groenlândia, oeste da Islândia, metade norte da Espanha e nordeste de Portugal.

Resultados surpreendentes

Em 2017, um eclipse solar total cruzou os Estados Unidos de costa a costa pela primeira vez em 99 anos. Depois de conseguir financiamento da Nasa para estudar o fenômeno, Turnshek viajou para o Tennessee com um grupo de estudantes de graduação da Universidade de Pittsburgh que se autodenominavam os "bandidos das sombras de Pitt".

O objetivo deles era testar a principal teoria, proposta inicialmente na década de 1980, de que a turbulência — o movimento irregular das correntes de ar na atmosfera — causava as faixas de sombra. Quando a Lua obscurece a maior parte do Sol pouco antes da totalidade, deixando apenas uma fina faixa de luz solar, a turbulência se torna visível. É o mesmo motivo pelo qual as estrelas, quando vistas da Terra, parecem cintilar. No entanto, no caso do Sol, o efeito geralmente não é visível devido ao seu tamanho gigantesco.

O grupo instalou detectores de luz chamados fotodiodos no solo e a bordo de um balão de alta altitude, que coletou dados sobre os padrões de luz antes e depois da totalidade.

Esses dados foram então analisados ​​usando espectrogramas, uma forma de representar visualmente a intensidade das ondas de luz e como elas mudam ao longo do tempo. Se a teoria predominante estivesse correta, a equipe observaria faixas de sombra no solo, mas não no balão, que estava a 25 quilômetros (15,5 milhas) de altitude — acima da maior parte da atmosfera terrestre.

Os resultados foram surpreendentes , lembrou Turnshek. Os pesquisadores encontraram um sinal sustentado de 4,5 hertz — uma medida de quantas vezes uma onda de luz passa por um ponto fixo por segundo, tanto em grandes altitudes quanto no solo.

“Observamos esse efeito acima da atmosfera e no solo, o que significa que a principal teoria para as faixas de sombra pode estar errada, no sentido de que essa não é a única explicação para elas”, disse ele.

As descobertas do eclipse de 2017 sugeriram outra explicação, conhecida como interferência por difração, que poderia ser responsável pelas faixas de sombra. A difração é o que acontece com as ondas de luz quando encontram um obstáculo. Por exemplo, quando a luz se curva ao contornar um obstáculo ou limite pontiagudo, como a lâmina de uma faca, as ondas se curvam e interferem umas com as outras, criando faixas de luz escura e brilhante.

"Em determinado momento, a teoria mais popular era a de que se tratava de algum tipo de efeito de interferência de difração", disse ele.

"O pensamento é: 'Bem, temos um eclipse, e a lua, mesmo tendo uma borda curva, age como uma espécie de lâmina afiada.'"

A equipe verificou se o sinal não era resultado de componentes eletrônicos defeituosos que produziam leituras falsas. Turnshek e seus alunos pesquisadores buscaram uma oportunidade para tentar replicar os resultados, observando que isso não significava necessariamente que a teoria vigente estivesse incorreta.

“Quando você tem uma situação complicada na ciência, muitas vezes acontece de duas coisas serem verdadeiras ao mesmo tempo, contribuindo para o fenômeno”, disse Turnshek.

Quase uma década depois, durante o eclipse solar total de 8 de abril de 2024, Turnshek levou outra equipe de estudantes de pesquisa para Concan, no Texas, dentro da faixa de totalidade — e onde se esperava que o tempo estivesse mais claro.

Apesar de os pesquisadores terem utilizado sensores mais sensíveis e ampliado o escopo das medições, a cobertura de nuvens impediu a detecção de faixas de sombra . A equipe utilizou dois balões de alta altitude com sensores de luz e 31 balões meteorológicos para medir temperatura, pressão, velocidade do vento e umidade.

“Na maior parte do tempo, o céu estava nublado no solo, mas lançamos os dois balões de alta altitude e não detectamos nenhum sinal devido às faixas de sombra, apesar de nosso detector ser muito mais sensível”, disse Turnshek. “É claro que fiquei extremamente decepcionado.”

A equipe também conseguiu implantar um conjunto adicional de sensores de luz em uma aeronave que sobrevoou Vermont, onde o céu estava mais limpo. O espectrograma da aeronave, no entanto, não mostrou um sinal de 4,5 hertz — o padrão que eles encontraram no balão de alta altitude durante o eclipse de 2017. Os pesquisadores também não conseguiram fazer nenhuma observação correspondente da faixa de sombra a partir do solo em Vermont, tornando os dados inconclusivos.

Um livro aberto

Turnshek viajará para León, na Espanha, com alguns colegas para observar o próximo eclipse solar, mas afirmou que não poderá replicar o mesmo experimento devido à complexidade logística envolvida. Desta vez, ele estará lá principalmente como turista.

“Inicialmente, decidi que iria apenas à Espanha para apreciar o eclipse, pois é um fenômeno incrível, mas, claro, não consegui me conter e levarei um de nossos detectores eletrônicos para a Espanha.”

Na melhor das hipóteses, Turnshek espera detectar e capturar imagens em vídeo das faixas de sombra, usando o mesmo equipamento terrestre que implantou no Texas em 2024. Mas sem medições aéreas, feitas por avião ou balão, não será possível resolver os resultados ambíguos.

“Talvez alguém tenha lido nossos resultados de 2017 e 2024 e diga: 'Estou na Espanha. Tenho um avião.'”

Como visualizar as faixas de sombra

Turnshek não é o único pesquisador que busca registrar faixas de sombra na quarta-feira.

Gordon Telepun, um caçador de eclipses que trabalhou como embaixador da Nasa para compartilhar conhecimento sobre eclipses em 2017 e 2024, estará na ilha espanhola de Maiorca para o eclipse. Ele observou faixas de sombra em cinco dos sete eclipses que testemunhou.

“Você não vai vê-las na grama, no asfalto ou em algo parecido. É preciso um fundo liso e de cor clara”, disse Telepun, que criou um aplicativo para eclipses que inclui um lembrete de quando procurar as faixas.

“Se você quiser vê-las, precisa saber procurar por fileiras. Tenha em mente o que está procurando. Elas serão muito tênues.”

Ele observou que as faixas de sombra são fáceis de passar despercebidas, pois ocorrem pouco antes da totalidade — o momento mais emocionante, quando os observadores estão usando óculos de proteção solar e olhando para o último e fino crescente do sol.

Joe Conti, pesquisador independente e entusiasta da física residente em Massachusetts, está convidando observadores do eclipse na Islândia e na Espanha a registrarem o mistério óptico em seus smartphones como parte de um projeto de ciência cidadã. Cinco grupos já manifestaram interesse em participar, afirmou ele.

Conti recomenda a montagem de um painel de observação simples, feito de papelão, coberto com um lençol branco. Ele disse esperar que os dados coletados possam ajudar a comunidade científica em geral a desvendar as causas das faixas de sombra.

Para aqueles que tiverem a sorte de estar na faixa de totalidade na quarta-feira e quiserem vislumbrar as faixas de sombra, o conselho de Turnshek é ficar ao sul das montanhas e da costa, onde a cobertura de nuvens tem maior probabilidade de se acumular.

Ele também recomenda ir para oeste para garantir que o sol esteja o mais alto possível no céu. O eclipse que se aproxima ocorrerá no final da tarde, horário local, quando o sol estiver se pondo.

“Mesmo com tempo bom”, disse ele, “fica mais nublado perto do horizonte”.