Il sistema Terra-Luna

La luna è l’unico satellite della terra e costituisce con essa un unico sistema fisico. La luna è un vero pianeta doppio avente come baricentro un punto interno della terra. L’orbita della luna è sempre concava. La luna è un corpo di grandi dimensioni assolute. I rapporti tra terra e luna sono particolari essendo la proporzione tra le masse la maggiore del sistema solare. L’equilibrio gravitazionale è delicato e il fatto che non cadono l’una sull’altra è dovuto al bilanciamento tra forza centripeta e forza centrifuga, di attrazione e repulsione. La forma della luna: ellissoide, leggermente schiacciata ai poli; ciò deriva dalla sua rotazione e dall’azione della terra. Senza la luna il moto rotatorio della terra sarebbe più rapido e non esisterebbero le maree, la sua presenza stabilizza l’asse di rotazione.

La superficie della luna

La massa della luna non è sufficientemente per mantenere attorno ad un’atmosfera. La conoscenza del suolo lunare oggi è dettagliato; è possibile analizzare la superficie dove si possono distinguere 2 forme superficiali diverse: i mari e le aree alte.
• I mari: Ampie regioni grigio scure, pianeggianti, circolari. Definizione impropria perché sulla luna non esiste acqua.
• Le aree pianeggianti: Contornate da catene montuose riprendono nomi terrestri, altezze rilevanti (6000m).
• I crateri lunari: Definiti anche circhi quando sono di grande estensione. Sono decine di migliaia, il più grande ha un diametro di 300km. L’anello del cratere è in genere circolare e non supera i 2000m. i principali crateri portano i nomi di studiosi famosi. La conservazione è in genere buona perché non esistono agenti esogeni anche se c’è l’escursione termica. L’origine dei crateri è ipoteticamente meteoritica.
• I solchi: Spaccature lunghe parecchi chilometri di notevole profondità e larghezza dovuti a processi di raffreddamento della crosta o a fratture tettoniche.
• C’è l’acqua sulla luna? Se fosse presente rappresenterebbe una riserva idrica fondamentale. Apparentemente essa sembrerebbe del tutto assente ma vi è chi ipotizza che una certa quantità potrebbe trovarsi allo stato solido nelle zone in ombra.

L’altra faccia della luna

La luna volge verso di noi sempre la stessa faccia ma, poiché essa oscilla durante il suo movimento un osservatore da terra nel corso di un mese vede un po’ di più della metà della superficie lunare. Dai tempi della missione lunik III in poi, però, siamo stati in grado di fotografare anche il lato nascosto che differisce in maniera notevole da quello visibile. La morfologia ovviamente è simile, con crateri e ridotte distese pianeggianti. Se un paragone fra le 2 facce è possibile, si può dire che quella nascosta è più incisa da crateri. I mari sono in parte un prolungamento di quelli visivi ma hanno una conformazione più tortuosa; gli unici sistemi montuosi riconosciuti sono i monti Rook e Cordillera. In ogni caso questo versante della luna si trova ad un livello generale più elevato.
La geologia della luna
Sul nostro satellite vi è un sottile strato di regolite, un materiale granulare che ricopre il substrato roccioso. La grana della regolite è da fine a molto fine e i granuli vetrosi sono per lo più sferici; le rocce costituenti la crosta lunare sono basalti o altre rocce basiche. Al di sotto della regolite troviamo circa 1km di brecce. Pare inoltre che tale crosta abbia uno spessore maggiore al di sotto della faccia nascosta che non dalla parte rivolta alla terra. Ciò potrebbe essere spiegato con l’attrazione esercitata dalla terra sulla faccia della luna; non solo: l’attrazione della terra determina periodicamente sul suolo lunare un innalzamento e un abbassamento di una decina di centimetri, prova dell’esistenza di un mantello semifluido che ricopre il nucleo. Al di sotto di questo mantello si estende il nucleo metallico. Una particolarità della luna è la presenza dei mascons: concentrazioni regolari di grosse masse inglobate nel suolo lunare a bassa profondità; si ipotizza che siano meteorite inglobati nella crosta lunare, secondo altri studiosi potrebbero essere invece una sorta di batoliti risaliti attraverso la crosta. Le analisi dei materiali riportati sulla terra dalle spedizioni lunari hanno rivelato età comprese tra 3,1 e 4,7 miliardi di anni. La bassa azione gravitazionale priva la luna di un’atmosfera anche se sono presenti piccolissime tracce di gas (idrogeno, elio, neo e argo).
• Attività endogena: terremoti ed eruzioni: La luna possiede un’intense attività endogena rappresentata da sismi ed eruzioni vulcaniche. Per quanto riguarda le cause dei terremoti si pensa siano collegati all’attrazione terrestre e solare; non mancano infine le segnalazioni di eruzioni lunari.
L’origine della storia della luna
Circa l’origine del nostro satellite esistono diverse teorie riunite in 4 gruppi:
• Teoria del distacco o della fissione: L’ipotesi da cui partiva era legata a un ipotetico momento di aggregazione del nostro pianeta, quando la crosta non si era ancora consolidata. In quest’epoca la terra ruotava su se stessa molto più velocemente di oggi; a causa dell’attrazione solare nella zona equatoriale si è venuta formando una sorta di escrescenza che, con la rapida rotazione, aveva portato al distacco di una parte della terra, originando in tal modo la luna. La critica scientifica però non fu mai convinta della possibilità di un’attrazione così forte, l’ipotesi pertanto venne rielaborate immaginando una forte azione del momento angolare che sarebbe stato il motore determinante la formazione di una grossa goccia fluida distaccata da una rotazione terrestre velocissima; tuttavia non si spiega l’inclinazione dell’orbita lunare rispetto a quella terrestre dal momento che avrebbero dovuto essere complanari.
• Teoria dell’impatto: Un’altra ipotesi è legata ad un possibile impatto tra un protopianeta delle dimensioni di marte con la terra; questa teoria spiega molto bene il momento angolare del sistema terra/luna e la bassa densità del nostro unico satellite. Quest’ipotesi riscuote un credito maggiore ma non esistono tracce di questo corpo impattante.
• Teoria della cattura: Una terza ipotesi contempla l’idea della cattura da parte della terra di un grosso asteroide quando questo entrò nel campo gravitazionale terrestre. Una teoria analoga viene avanzata per i due satelliti di marte, ma questi sono decisamente più piccoli della luna infatti non si spiega come mai un corpo di così grosse proporzioni si sia potuto avvicinare tanto alla terra senza schiantarvisi sopra; non si capisce pertanto che cosa avrebbe frenato l’asteroide in modo tale da permettergli di rimanere in orbita attorno alla terra.
• Teoria dell’accrescimento: L’ultima è la teoria dell’accrescimento secondo cui la luna si sarebbe formata dopo la terra, aggregando il materiale rimasto in orbita e accrescendosi fino a formare un pianeta vero e proprio. La pressione esercitata da frammenti e polveri e bombardamento meteoritico avrebbe fornito il calore necessario a far fondere i materiali; questa teoria fin ora non ha raccolto obiezioni ma non ha neppure riscontri diretti.
• La storia della luna: Anche per quanto riguarda la storia della luna per ora esistono solo delle ipotesi. Le rocce lunari sin ora esaminate ci fanno pensare che essa si sia formata circa 4,6 miliardi di anni fa e che subito si sia costituita una crosta, fenomeno che avrebbe portato verso il nucleo gli elementi più pesanti e verso la parte esterna quelli più leggeri. La superficie così modellata risentiva del contemporaneo bombardamento meteoritico che dava al nostro satellite la morfologia che conserva ancora oggi.
I moti della luna
I più importanti moti lunari sono quelli di rotazione intorno all’asse, di rivoluzione intorno alla terra e di traslazione intorno al sole insieme alla terra.
• Moto di rotazione intorno all’asse: La rotazione avviene nello stesso senso di quella terrestre, da ovest verso est , la velocità angolare è di circa 13° al giorno e quindi per compiere una rotazione completa la luna impiega 27 giorni 7 ore 43 min e 12 sec. Tale valore è perciò la durata del giorno lunare: questa notevole lentezza fa sì che durante il dì, a causa della lunga esposizione solare la temperatura alla superficie raggiunga i 117 gradi e la notte scende a -163 gradi. Questo periodo è anche esattamente uguale alla velocità di rivoluzione della luna intorno alla terra e per questo essa ci mostra sempre la stessa faccia. O meglio qualcosa di più, essa è soggetta infatti a piccole oscillazioni, chiamate librazioni che ci consentono di vedere oltre la metà della superficie lunare.
• Moto di rivoluzione: Il secondo moto lunare è la rivoluzione intorno alla terra. Ovviamente vale anche in questo caso la prima legge di keplero, dove questa volta è la terra a occupare uno dei fuochi dell’ellisse. Abbiamo così un punto di maggior distanza dalla terra(apogeo) uno di maggiore vicinanza(perigeo) e un valore medio. I due piani di rivoluzione della terra intorno al sole e della luna intorno alla terra non sono complanari; la luna per tanto attraversa il piano dell’eclittica in due punti, uno in fase ascendente e una in fase discendente, tali punti sono detti nodi, mentre la loro congiungente linea dei nodi. L’intervallo di tempo tra i due passaggi consecutivi dello stesso nodo è chiamato mese draconiano. La forza di attrazione del sole agisce sul piano di rivoluzione della luna facendo progressivamente ruotare in senso orario la linea dei nodi; questo fenomeno è detto anche regressione della linea dei nodi. per compiere un giro completo di 360° intorno alla terra la luna impiega 27 gg 7 h 43 min e 12 sec(mese sidereo). Per ripresentarsi nella stessa posizione rispetto all’allineamento terra-sole, la luna allora dovrà ruotare intorno alla terra per altri 27°: per fare ciò essa impiega 2 gg che portano il totale a 29 gg 12 h 44 min 3 sec(mese sinodico) equivalente al ciclo lunare.
• Il mistero delle tectiti: Sappiamo che , a causa della minore massa, il valore della gravità lunare è di circa un sesto di quella terrestre. Questo fatto però ci induce anche a pensare che le eruzioni vulcaniche siano state più violente di quelle terrestri; la pressione atmosferica nel caso lunare è inesistente e l’azione negativa della gravità, come abbiamo detto, è decisamente più ridotta. Ciò vuol dire che,. A parità di materiali eruttati, quelli sulla luna sarebbero espulsi ad altezze molto maggiori. Questo fenomeno spiegherebbe la maggiore dimensione degli apparati vulcanici, ben più grandi di quelli del nostro pianeta, ma potrebbe anche essere la ragione di alcuni misteriosi prodotti vulcanici terrestri:le tectiti piccoli frammenti di vetro vulcanico con una composizione chimica diversa da qualsiasi lava terrestre. Le ipotesi sulle origini si restringono a due: derivano da rocce sedimentarie terrestri; oppure sono spruzzi di lava scagliati sulla terra dall’attività vulcanica lunare.
• Moto di traslazione: Abbiamo detto che il sistema terra-luna si comporta gravitazionalmente come un corpo unico. Il movimenti di rivoluzione della luna intorno al sole non è un’ellisse regolare ma appare come una linea serpeggiante interna ed esterna all’ellisse: questa linea è detta epicicloide.
Le fasi lunari
La luna non ha luce propria, riflette quella del sole. I 2 piani di rivoluzione non sono complanari. Questo ci permette di vedere la luna interamente illuminata se si trova in allineamento con la terra e il sole mentre appare oscurata se si trova tra la terra e il sole. Queste posizioni sono dette fasi lunari. Quelle principali sono le 2 assunte lungo l’allineamento luna-terra-sole sizigie e le 2 perpendicolari a questo allineamento, quadrature. Nelle prime abbiamo la luna nuova non vediamo quasi nulla perché la faccia rivolta a noi è in ombra se invece la luna è in opposizione, è illuminata totalmente dal sole, luna piena. Possiamo osservare 2 fenomeni connessi con l’illuminazione lunare, il primo si ha con il novilunio e si può intravedere una sorta di chiarore detto luce cinerea. Il secondo è il fenomeno della luna blu.
L’eclissi
Un effetto particolare del moto della luna sono le eclissi. Il termine significa nascondere.
• Eclissi di luna: Se abbiamo un allineamento luna-terra-sole si ha un’eclisse di luna. La terra copre il sole, la luna non è più illuminata e scompare alla nostra vista. L’eclissi può essere totale quando viene oscurato l’intero disco.
• Eclissi di sole: Queste sono più rare, quando è la luna che si trova ad attraversare l’allineamento terra-sole. I 2 dischi si sovrappongono con esattezza. La luna è molto più piccola della terra e quindi non riesce a coprire l’intero pianeta. Si verifica il passaggio da una normale illuminazione diurna alla notte oscura. Durante questa si può osservare la corona solare.
• Ciclicità delle eclissi: Ogni 223 lunazioni (18 anni) si verificano 43 eclissi di sole e 28 lunari. Questo ciclo prende il nome di “ciclo di soros”.
L’azione combinata di sole e luna
Le maree sono il risultato delle sollecitazioni che la terra subisce in direzioni diverse ad opera della luna e del sole. Si ha un sollevamento delle acque in 2 luoghi opposti: una nella parte della terra rivolta verso il sole e uno nella parte opposta, mentre perpendicolarmente a questi luoghi abbiamo un abbassamento delle acque. A complicare ciò interviene l’azione della luna tale che i moti delle maree diventano più difficili da comprendere. Si hanno 2 movimenti di alta mare: uno dal lato di fronte la luna e l’altro dal lato opposto. In ogni punto del nostro pianeta tutti i giorni si hanno 2 alte e 2 basse maree. Nelle aree oceaniche i movimenti sono maggiori e si raggiungono anche i 16m di escursione. L’azione di marea agisce anche sulla terra ferma e sull’atmosfera ed esistono quindi anche maree terrestri o atmosferiche.

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