Esplorazione delle caratteristiche, movimenti e origine della Luna

Caratteristiche fisiche della Luna

La Luna è l’unico satellite naturale della Terra. È un astro privo di luce proprio, formato da materiali allo stato solido. La sua massa è circa 1/8 di quella terrestre, e la forma è pressochè sferica, con dimensioni del raggio uguali a ¼ di quello terrestre. La sua forma è propriamente detta di ellissoide a tre assi, che sono: asse maggiore equatoriale (diametro massimo, rivolto verso la Terra), asse minore equatoriale (più corto di poche centinaia di metri) e asse polare (pochi chilomteri più corto). La sua densità è di circa 3,3 g/cm3, circa metà di quella terrestre, ma leggermente maggiore rispetto a quella della crosta terrestre. Ciò suggerisce che la Luna si sia originata dalla Terra appena formatasi. La minore massa inolre fa corrispondere un valore di accelerazione di gravità pari ad 1/6 di quella terrestre. Le eruzioni vulcaniche di conseguenza furono molto violente in passato.

Assenza di atmosfera e conseguenze

La Luna non presenta ne atmosfera gassosa, ne idrosfera. Ciò è proprio dovuto al basso valore dell’accelarazione di gravità. Infatti, secondo la teoria cinetica, le molecole di gas, maggiore è la temperatura, si urtano e si muovono con velocità sempre maggiore. Data la poca G, la velocità di fuga dalla superficie lunare è molto bassa (2,4m/s). Quindi le molecole di gas un tempo presenti, quando avveniva attività vulcanica con conseguenti alte temperature, sono riuscite a sfuggire dall’attrazione lunare. Anche l’acqua è assente, essendo evaporata.

L’assenza di atmosfera implica: nessun fenomeno crepuscolare, i materiali della superficie trattengono minima parte del calore ricevuto dal sole (quindi quindi quando avviene insolazione  superficie si riscalda fortemente. Quando invece cala oscurità  sensibile raffreddamento. Le termperature lunari infatti oscillano tra 110°C e -150°C).

La superficie ha scarsa luminosità, quindi un potere riflettente (albedo) di solo 0,07, cioè il 7% della luce viene riflesso, mentre il 93% viene assorbito. Si deduce che la superficie è composta di rocce scure (basalti).

• Movimenti lunari

1. Rotazione

Movimenti di rotazione e rivoluzione

Il movimento di rotazione avviene in direzione ovest-est (antiorario), con una velocità angolare di 13° al giorno. La durata è di 27g7h43min. Coincide con quella della rivoluzione, quindi dalla terra si vede sempre la stessa faccia del satellite.

La rotazione non è perfettamente uniforme in quanto la Luna è un corpo ellissoide. La Terra esercita attrazione maggiormente sul rigonfiamento equatoriale, rispetto che ai poli. Quindi ci sono delle oscillazioni (librazioni). Avvengono anche delle altre oscillazioni che però non sono dovute alla Luna in sé, quindi si parla di librazioni apparenti. Derivano da: diverse posizioni e velocità assunte durante l’orbita intorno alla Terra; spostamento della Terra nello spazio; rotazione terrestre e dal luogo in cui ci troviamo al momento dell’osservazione.

L’asse di rotazione della Luna non è perpendicolare al suo piano dell’orbita, ma inclinato di 6,4° con la perpendicolare. Per questo motivo l’osservatore, durante la rivoluzione, vede alternativamente Polo Nord e Polo Sud lunari. Nei vari punti dell’orbita, siccome la velocità assunta è diversa, la rotazione regolare della Luna si trova quindi o in anticipo o in ritardo. Quindi si vede alternativamente maggiormente il bordo orientale o quello occidentale.

2. Rivoluzione

Avviene in senso antiorario su di un’orbita ellittica in cui la Terra occupa uno dei due fuochi. L’orbita è molto simile ad una circonferenza, avendo un valore di eccentricità di soli 0,055. Nel corso dell’orbita la distanza Terra-Luna varia. Ma raggiungono comunque un punto di massima vicinanza (perigeo, 356mila km) e uno di massima lontananza (apogeo, 407mila km). Il piano su cui giaca l’orbita lunare non corrisponde con quello su cui giace l’orbita terrestre, ma sono inclinati di 5°. Esse però si intersecano in due precisi punti detti nodi, congiunti dalla linea dei nodi.

La velocità media di rivoluzione è di 1km/s, maggiore in prossimità del perigeo e minore presso l’apogeo. La sua durata, cioè il mese, si differenzia:

-mese sidereo: 27giorni, viene preso come punto di riferimento una stella della Sfera celeste

-mese sinodico (lunazione): 29giorni, viene preso come punto di riferimento l’allineamento Terra-Sole

La differenza è dovuta al fato che quando la Luca conclude una rivoluzione siderea intorno alla Terra, essa si intanto spostata intorno al Sole di 27°. Quindi per completare la rivoluzione sinodica e ritornare al punto di allineamento, la Luna deve percorrere questi 27° di differenza.

Luna e Terra si muovo intorno ad un baricentro comune. Dato che la massa della Terra è molto più grande rispetto a quella del proprio satellite, il centro di massa si trova all’interno della Terra stessa. Ciò quindi non influenza la rivoluzione, ma genera il fenomeno delle maree.

3. Traslazione

Avviene intorno al Sole, insieme alla Terra, con stessa velocità angolare e senso della rivoluzione di quest’ultima. La traiettoria è un ovale deformato, cioè sinosoidale, che taglia l’orbita terrestre tra le 24/25 volte. È detta epicicloide, ha concavità sempre rivolta verso il Sole.

4. Altri moti

La regressione della linea dei nodi: essa non rimane fissa nello spazio, ma si sposta ruotando in senso orario compiendo un giro ogni 18,6 anni. Tale movimento è responsabile delle nutazioni terrestri, ma anche della ciclicità delle eclissi.

• Fasi lunari

Fasi lunari e loro ciclicità

Si tratta di variazioni delle condizioni dell’illuminazione della Luna che si ripetono ciclicamente ogni mese sinodico. Si possono individuare 4 diverse posizioni della Luna rispetto a Terra e Sole:

1. Congiunzione: si trova interposta tra Terra e Sole. Pertanto l’emisfero a noi rivolto non è colpito dai raggi solari, quindi è totalmente oscurato. Si tratta della fase di luna nuova (novilunio)

2. Opposizione: la Terra si trova interposta tra Sole e Luna. L’emisfero lunare a noi rivolto è completamente illuminato dai raggi solari e visibile. Si tratta della fase di luna piena (plenilunio)

Queste due posizioni sono dette sizigie.

Esistono poi altre due diverse posizioni che sono dette quadrature. In questo caso Sole, Terra e Luna occupano i vertici di un triangolo, con la Terra presso il vertice con angolo retto. Dell’emisfero rivolto verso di noi ne è illuminata solo metà, quindi è visibile solo ¼ della superficie lunare. Sono le fasi di primo quarto e di ultimo quarto.

Dopo il novilunio la Luna ha la “gobba” crescente, cioè illuminazione verso ponente. Dopo il plenilunio invece ha “gobba” calante, cioè illuminazione verso levante.

Anche durante il periodo di novilunio la Luna appare comunque leggermente illuminata. Cioè è dovuto alla luce solare riflettuta dalla superficie terrestre (luce cinerea).

In un anno ci sono in tutto 12 mesi sinodici con un disavanzo di 11 giorni. Quindi le fasi lunari avvengono durante la stessa data circa ogni 19 anni. È il ciclo aureo.

• Eclissi

Eclissi lunari e solari

Sia Terra che Luna vengono illuminate soltanto sull’emisfero rivolto vero il sole. Dalla parte opposta si crea un cono d’ombra, la cui entità dipende dalle dimensioni del corpo celeste a dalla distanza rispetto a Sole.

-Cono d’ombra della Terra (lunghezza media di 1,392milioni +/- 23mila chilometri)

-Cono d’ombra della Luna (lunghezza media 373,5mila +/- 6mila chilometri)

Se durante le sizigie Sole, Terra e Luna si trovano lungo una linea retta, durante il plenilunio l’ombra della Terra oscurerà completamente la Luna  eclissi di Luna. Necessario è però che l’allineamento avvenga lungo la linea dei nodi. Questo tipo di eclissi è quasi sempre totale ed è visibile da tutti i luoghi della Terra dove la Luna è sopra l’orizzonte. Possono essere anche parziali, l’oscuramento è prodotto anche dalla zona di penombra che si allarga a ventaglio dietro la Terra. Se vengono interessati almento ¾ della superficie lunare, si ha eclissi.

Se durante le sizigie Sole, Terra e Luna si trovano lungo una linea retta, durante il novilunio l’ombra della Luna oscura interamente una porzione di Terra impedendo la vista del Sole  eclissi solare. Date le grandi dimensioni del Sole, le eclissi totali interessano soltanto ristrette parti della superficie terrestre. Queste stesse eclissi però, da altri luoghi della Terra, sono osserabili come eclissi parziali, e si ha penombra. Un particolare caso è quello delle eclissi anulari: la Luna si trova contemporaneamente in novilunio, in uno dei nodi e alla massima distanza dalle Terra (apogeo). Quindi il cono d’ombra lunare non arriva alla superficie terrestre e il disco solare non è completamente occultato, ma si vede la sua parte periferica.

Ogni anno possono avvenire o 2 eclissi (entrabe di Sole) oppure 7 eclissi (5 di Sole e 2 di Luna): la maggiore frequenza di quelle solari è dovuta alla maggiore ampiezza del fascio luminoso Sole-Terra rispetto al cono d’ombra della Terra sulla Luna. Un eclissi solare avviene sullo stesso punto della superficie terrestre ogni 360 anni.

Se non avvenisse la regressione dei nodi, per prevedere le eclissi basterebbe basarsi sul ciclo aureo. Invece la periodicità del ciclo delle eclissi prevede un periodo di 223lunazione (43solari e 28lunari).

• Paesaggio Lunare

1.

Paesaggio e composizione lunare

Mari: presenti soprattutto sull’emisfero visibile. Consistono in grandi macchie scure, superfici depresse di espandimenti lavici solidificati. Sono ricoperti da una coltre di polvere, cenere, detriti vari, modellati dal vento solare. La polvere si compone di:

-frammenti di rocce magmatiche

-irregolare sostanza vetrosa

-sferule rotonde (dovuta a solidificazione di roccia fusa creata da urti di meteoriti)

Più in generale, i detriti rocciosi lunari incoerenti prendono il nome di regolite. In corrispondenza dei mari esistono aree di massa più concentrata e densa, dette mascon. Potrebbero trattarsi di nuclei sepolti di grossi meteoriti. Oppure serbatoi magmatici dove si sono consolidate rocce ignee più dense.

2. Terre alte: regioni della superficie più chiare che costituiscono il 70% della faccia rivolta verso di noi e quasi la totalità della faccia invisibile (in tutto l’85% della supericie). Sono altopiani non uniformi. Si ha:

-Rilievi: catene montuose, orli di circhi e di crateri, colline che possono raggiungere anche altitudini di 9000 metri. Queste catene montuose hanno spesso forma arcuata e sorgono intorno ai grandi mari.

-Crateri (0-40km) e circhi (40-240km): costellano tutta la superficie, possono essere o buchi imbutiformi dovuti alla caduta di meteoriti, oppure crateri di antichi vulcani.

-Solchi: diritti o sinuosi, in pendio o in pianura, hanno diverse spiegazioni: fessure per diminuzione di volume dovuta a raffreddamento, linee di fuoruscita di masse gassose, canali scavati dallo scorre di lava fusa, faglie vere e proprie.

-Creste/dorsali: rilievi alti poche centinaia di metri, ma lunghi anche centinaia di chilometri, presenti solo nei mari.

-Cupole/domi: colline tondeggianti, possono essere antichi vulcani a scudo o domi di lava.

• Composizione rocciosa

Le rocce dei mari lunari hanno composizione chimica e molecolare simile a quella delle rocce ignee effusive terrestri, cioè povere di silice e ricche di silicati. Sono quindi assimilabili a basalti. Hanno età comprese tra i 3,2 e i 3,8 miliardi di anni: un tempo di solidificazione più breve, che quindi è avvenuto a temperatura minore.

Le rocce delle terre alte lunari sono più abbondanti e chiare. Sono simili a rocce ignee intrusive, in cui abbonda l’anortite. Sono quindi assimilabili ad anortositi. Hanno età comprese tra i 4,1 e i 4,4 miliardi di anni: un tempo di solidificazione più lungo, che quindi è avvenuto ad una temperatura maggiore.

L’interno della Luna è rigido e poco eterogeneo e si suddivide in:

1. Mantello: molto esteso, comprende una litosfera rigida (1000km) e poi una astenosfera plastica, semifluida e calda

2. Nucleo: essenzialmente non metallico, quindi roccioso

La crosta è poco conosciuta. Ha uno spessore di 30-45km al di sotto dei mari e di 30-70km sotto i rilievi. Nella faccia nascosta raggiunge i 100km.

La Luna subisce scosse di terremoti lunari. Sono dovuti a frane, assestamenti della crosta, attrazione gravitazionale terrestre.

• Origine della Luna

Origine e storia della Luna

Numerose sono le ipotesi:

1. Ipotesi della fissione: La Terra antica si trovava allo stato fuso, ruotando su se stessa molto velocemente (4h). La forza di attrazione gravitazionale del Sole causava ripetuti rigonfiamente, maree di sempre maggiore ampiezza. Pertanto la Terra si dilata e contrae ad un ritmo sempre più veloce e sempre di più. Ad un certo punto un’ampia area di materiale si stacca e inizia ad orbitare intorno alla Terra: diventerà poi la Luna.

Tale teoria può essere confutata dal fatto che raggiungere un’altezza delle maree sufficiente a far staccare un pezzo di materiale terrestre sarebbe stato impossibile per il troppo attrito. Potrebbe allora centrare il processo di formazione del nucleo: il materiale più pesante si concentra al centro, aumentando così la velocità di rotazione (fino ad un giorno di 2,6h). La Terra in questa situazione è molto instabile, quindi modifica la sua forma da uno sferoide schiacciato a quella di una pera, finchè il collo di essa non si spezza. Ciò spiegherebbe la minore densità della Luna rispetto alla Terra, perché quest’ultima avrebbe conservato il più denso materiale della parte centrale.

Questa teoria però non spiega perché i piani orbitali dei due corpi celesti siano tra loro inclinati.

2. Ipotesi della cattura: la Luna era in realtà un corpo indipendente che è giunto in prossimità della Terra e ne fu attratto dalla gravità per poi essere posizionato in rotazione lungo un’orbita ellittica. Avvicinandosi la Luna avrebbe subito un effetto frenante, per non schiantarsi contro il pianeta. Cioè è da individuarsi nella dissipazione della sua energia dovuta all’attrito delle maree terrestri oppure alla possibile presenza di detriti già in orbita.

Questa teoria spiegherebbe la diversità di materiali Terra-Luna. È però un processo dinamico improbabile: per essere catturata dalla gravità terrestre, la Luna doveva avere velocità minore di 1km/s e distanza dalla Terra di meno di 2 raggi terrestri. Ma Luna non può oltrepassare il limite di Roche (2,86 raggi terrestri) senza frantumarsi per la troppa attrazione gravitazionale.

3. Ipotesi dell’accrescimento: Dopo la formazione della Terra, materiali diversi in orbita intorno al pianeta iniziano ad aggregarsi. Può anche essere che l’accrescimento sia avvenuto altrove e solo successivamente il corpo è stato catturato dall’attrazione gravitazionale terrestre.

4. Ipotesi dell’impatto: La Terra ancora in formazione collide con un corpo di grosse dimensioni (ca. 4,5 miliardi di anni fa). Il corpo impattato si disintegra e anche una parte del mantello terrestre. La nube di gas e detriti che si è così formata si associa in un nuovo corpo, la Luna. Il nucleo metallico del corpo impattato invece si associa alla Terra. Dopo la collisione il mantello terrestre doveva essere fuso, ma anche la proto-luna era inizialmente avvolta in un oceano di magma.

In futuro, la Luna dovrebbe progressivamente allontanarsi dalla Terra fino a quando non raggiungerà una distanza (75raggi terrestri) in cui la situazione si stabilizzerà.

Nella storia della Luna si sono succedute più fasi:

1. Origine

2. Separazione della prima crosta lunare (poco dopo la sua formazione, la temperatura era molto alta per via della violenta aggregazione subita e gli impatti di altri minipianeti. Lo strato più esterno quindi si fonde. In questo materiale incandescente ora galleggiano sostanze leggere, che poi si raffreddano e si consolidano)

3. Eruzioni superficiali (l’interno stesso della Luna va a fondersi e avvengono enormi eruzioni vulcaniche)

4. Bombardamento meteorico (ha investito tutti i pianeti del Sistema Solare circa 4miliardi di anni fa)

5. Seconda epoca di vulcanismo (dopo l’intensa pioggia di meteoriti, dai grandi bacini scavati dagli impatti iniziano a fuoriuscire masse di lava. Esse poi si solidificano, producendo così i mari)

6. Quiescenza (Non avvengono più impatti di corpi estranei. L’involucro di rocce esterne fredde è aumentato di spessore).