¿La Estación Espacial Internacional arroja una sombra sobre la Tierra?

Una Sombra Penumbral débil, SÍ, pero no una Sombra Umbral completamente oscura

La Estación Espacial Internacional no proyecta una sombra umbral (completamente oscura) en la Tierra, pero sí proyecta una sombra “penumbral” débil e imperceptible en la Tierra.

Para proyectar una sombra umbral, un objeto debe tener un tamaño angular mayor o igual al diámetro angular del Sol. El tamaño angular del Sol es de 32 minutos de arco (poco más de medio grado) con pequeñas variaciones durante el año. Expresado como una relación pura (o expresado como un ángulo “en radianes”), este es un ángulo de 1/108, o una relación de 1 a 108 (los ángulos pequeños en minutos de arco se pueden convertir en relaciones puras muy fácilmente : dividir por 3438 –cualquier apelación al trigonometraje es exagerado). Si cualquier objeto tiene una relación de tamaño a distancia de 1 a 108, tendrá un diámetro angular igual al del Sol y podrá cubrir exactamente el disco del Sol a esa distancia, y también a una distancia más cercana. La “umbra” o sombra completamente oscura de ese objeto se extenderá desde el objeto a una distancia 108 veces mayor que el tamaño del objeto. Si el objeto tiene una sección transversal circular, entonces la umbra es un cono que se estrecha a un punto a esa distancia de 108 veces el diámetro. Tenga en cuenta que la EEI, a pesar de su gran tamaño general, es en su mayoría un espacio vacío. Sus componentes de mayor diámetro tienen alrededor de 5 metros de ancho, lo que significa que cualquiera de ellos podría bloquear completamente el Sol en un rango de solo 540 metros (o aproximadamente 1800 pies). Ese es el límite de los conos de umbral de los componentes individuales de la estación.

Cuando la ISS pasa directamente frente al Sol, bloquea solo una pequeña porción de la cara del Sol, produciendo un pequeño e imperceptible oscurecimiento (sombra penumbral) en la superficie de la Tierra. Esto es como la sombra en la superficie de la Tierra para un observador que ve un eclipse solar parcial, pero es una sombra excepcionalmente tenue debido a la pequeña porción del Sol cubierta por la ISS en tránsito. De hecho, el oscurecimiento durante los tránsitos recientes del planeta Venus a través del disco del Sol en 2004 y 2012 creó un mayor oscurecimiento ya que Venus, aunque un poco más pequeño en diámetro angular completo que la ISS en el cenit, es un cuerpo sólido en lugar de un marco abierto . Por supuesto, las sombras penumbrales de Venus y la EEI son completamente imperceptibles para los ojos humanos, pero quizás podrían detectarse mediante instrumentos sensibles. La disminución en el brillo del Sol durante dicho tránsito sería menor a 0.001 magnitudes astronómicas.

Podemos pensar en la sombra de otra manera: la energía solar. La energía solar a nivel del suelo es de aproximadamente 1000 vatios por metro cuadrado. Si el Sol está completamente cubierto, como en una sombra “umbral” completa, la potencia cae casi a cero (queda algo de luz por la dispersión). Esa es una sombra oscura. En la sombra “penumbral” de la estación espacial, la energía solar por metro cuadrado en la superficie de la Tierra cae aproximadamente 1 vatio durante aproximadamente un segundo cuando la EEI cruza la cara del Sol. Ese es el alcance de la “sombra” de la EEI.

Frank Reed
ReedNavigation.com

No. Para que se forme una sombra, un objeto tiene que bloquear la luz que se emite desde la fuente de luz para que no golpee el objeto sobre el que se proyecta la sombra.

Dado que el sol no es una fuente puntual de luz, debemos tener en cuenta su tamaño angular en la superficie de la Tierra. Ese tamaño angular es ~ 0.5 grados. Entonces, la luz de cualquier parte del disco de 0.5 grados del sol golpeará un punto en la Tierra.
Para bloquear esa luz, necesitamos cubrir 0.5 grados a la altitud del objeto que estamos usando como bloqueo. En la imagen de arriba, el círculo exterior de la derecha representa la altitud orbital del satélite.

Podemos usar la fórmula TanΘ = x / d donde theta es nuestro ángulo (0.5 grados) yd es la distancia desde la superficie de la Tierra hasta el objeto. X representará el tamaño del objeto.

Poniendo en dos valores comunes (altitud geosíncrona (GEO) 35786 km y altitud ISS (LEO) 370 km) encontramos que para que un satélite bloquee el sol necesitaría ser:

GEO: 312 km de ancho
LEO: 3,2 km de ancho: la ISS no es tan grande
Un avión a 10,000 m tendría que tener 87.3 m de ancho

Nota : alguien va a venir y responder con una imagen como la de abajo. Eso no es una sombra , es una silueta, así que no lo hagas.

Así es como se ve desde la tierra cuando la ISS está frente al sol. Bloquea solo una cantidad muy pequeña de la luz solar total. Entonces sí, en realidad hay una región en la tierra, en la que se oscurece un poco, cuando la ISS pasa entre el sol y el observador. Pero no lo suficiente para una sombra. (Creo que solo hablarías de una sombra, cuando toda la luz solar sería bloqueada por el objeto en el medio). Y, desde luego, no es suficiente para estar registrado con el equipo de compra.

En un sentido amplio, la respuesta de Robert Frost es correcta. Para ser más precisos, la ISS proyecta una sombra muy tenue que corresponde a la antumbra (y como veremos, incluso eso está completamente borrado por la luz del cielo). Hay 3 componentes de cualquier sombra proyectada por una fuente de luz que tiene un área finitamente grande (como el Sol): Umbra, penumbra y antumbra.

La umbra representa una sombra completa, por lo que si la ISS fuera lo suficientemente grande, su umbra podría tocar la superficie de la Tierra y podríamos ver que la ISS bloquea la luz del Sol. Podemos calcular la distancia a la que se extiende la umbra de la EEI utilizando triángulos similares. Tiene aproximadamente 11 km, que es solo una fracción de la distancia desde la EEI a la superficie de la Tierra (370 km).

La antumbra se extiende más allá de la umbra, y es básicamente el brillo de la sombra de la ISS por la luz del Sol que se filtra alrededor de los bordes de la ISS. Podemos calcular qué tan oscura es la antumbra comparando qué tan grande aparece la ISS en el suelo en comparación con el Sol. El diámetro angular del Sol es de 0.5 grados (como lo señala Frost), mientras que la EEI tiene un diámetro angular de aproximadamente 109 m / 370 km ~ 0.01 grados. Por lo tanto, la EEI solo bloquea alrededor de 0.01 / 0.5, o 2% de la luz del Sol.

El 2% ya es bastante bajo, pero nos hemos olvidado de tener en cuenta otra fuente de luz: el cielo. El brillo del cielo se puede medir en unidades de magnitud por segundo de arco (que multiplicaría por el diámetro angular para obtener la magnitud). El Sol tiene una magnitud de aproximadamente -7 (más pequeño es más brillante); Según este artículo, el cielo diurno es de aproximadamente 1.5 ~ 3 magnitudes por segundo de arco: ¿Qué tan brillante es el cielo diurno? Si la antumbra es más tenue que eso, no será visible. Podemos ver de inmediato que ese es el caso, porque la EEI solo atenúa la luz del Sol en un 2%, lo que hace que la magnitud del Sol se atenúe solo en aproximadamente 0.02 magnitudes.

Por lo tanto, el cielo eliminará cualquier rastro restante de la sombra de la ISS.

Sí, pero solo penumbra. La ISS es lo suficientemente pequeña como para que ningún punto en la Tierra esté ‘oscuro’ porque la ISS proyecta una sombra sobre ella. Pero para una región de unos pocos kilómetros de ancho en la superficie, será posible ver la ISS recortada contra el disco del sol.

Demasiado lejos, demasiado pequeño. Para proyectar una sombra, una cosa tiene que bloquear una fracción apreciable del sol. Un avión o un pájaro a veces pueden hacerlo: obtienes un parpadeo momentáneo cuando pasa directamente entre tú y el sol.

Pero puede fotografiar un tránsito: google for ISS Solar Transit y vea lo que obtiene.

No.
Su tamaño no es lo suficientemente grande como para poder proyectar una sombra oscura sobre la superficie de la tierra. Hay dos regiones, la umbra y la penumbra. Para que una sombra sea visible, la luz en la región de la umbra debe bloquearse y no debe haber otras fuentes de luz que transmitan la luz a la región de la umbra. La ISS bloquea una región suficientemente grande de la umbra, y se forma una sombra muy visible en sus inmediaciones, pero no es lo suficientemente grande como para alcanzar la superficie de la tierra y también debido a la reflexión y la refracción de la luz de diferentes regiones de la atmósfera, mucho de luz entra en la región de la umbra y, por lo tanto, no se proyectan sombras sobre la superficie de la tierra.

Depende de cómo se defina “sombra”.

Si solo pregunta: “Mientras la ISS está pasando frente al sol, ¿brilla el sol tan brillante donde estoy parado en la tierra como antes?” No, no lo es. ¿Es posible medir la pequeña diferencia? No sé, pero obviamente la diferencia existe.

Sí, solo que no en la Tierra.

Castea una penumbra.

Para mí, creo que la ISS proyecta sombra sobre la tierra, especialmente cuando se interpone entre la tierra y el sol en línea recta. Pero este evento es muy insignificante y la mayoría de la gente no puede verlo, por lo que no lo consideramos como tal.