Studio della Luna

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Perché studiare la Luna

• La Luna, insieme al Sole, è il corpo celeste di maggiore interesse per il nostro pianeta.
• Tra la Terra e il suo satellite naturale esistono strette relazioni, astronomiche e planetologiche, che comprendono:
– il movimento che la Luna compie intorno alla Terra, responsabile delle fasi lunari;
– il moto che la Terra e la Luna compiono intorno al Sole;
– l’attrazione gravitazionale che la Luna esercita sulla Terra, principale causa delle maree.
• Attualmente la Luna è considerata come un laboratorio naturale e semplificato per lo studio dell’origine del nostro pianeta e come una piattaforma ideale per l’osservazione astronomica e astrofisica.

– La Luna a confronto con la Terra e con i satelliti degli altri pianeti
• La Luna è l’unico satellite naturale della Terra.

E’ un astro privo di luce propria.
• La sua massa è 1/81 di quella della Terra; il suo volume è 1/49 di quello terrestre. Il raggio è di circa 1783 km. E’ un ellissoide a tre assi con il diametro massimo rivolto verso la Terra. Le sue dimensione sono ragguardevoli rispetto a quelle degli altri satelliti del sistema solare.
• Con la sua attrazione gravitazionale la Luna influenza la Terra in misura ben maggiore di quanto fanno molti satelliti del Sistema solare nei confronti dei rispettivi pianeti.
• Altre caratteristiche della Luna:
– la densità è di circa 3,3 g/cm3;
– sulla sua superficie l’accelerazione di gravità è circa 1/6 di quella esistente sulla superficie terrestre.
• Queste caratteristiche della Luna, insieme alla forma pressoché sferica, la fanno ritenere un altro pianeta, piuttosto che un vero e proprio satellite. La Terra e la Luna, quindi, costituiscono un sistema biplanetario.
• Sulla Luna mancano l’atmosfera e l’idrosfera. Le conseguenze principali dell’assenza di atmosfera sono:
– la mancanza dei crepuscoli, per cui si assiste a un passaggio molto brusco dall’illuminazione solare all’oscurità (circa 15 giorni l’uno);
– l’elevata escursione termica fra la “notte” (sino ai -150 °C) e il “dì” (sino ai 110 °C).
• La luminosità della Luna è molto scarsa: il suo potere riflettente è di circa 0,07 cioè riflette solo il 7% della luce solare, il restante 93% viene assorbito.

– I movimenti della Luna e del sistema Terra- Luna
• La Luna è dotata di complessi movimenti simultanei.
• La Luna compie un movimento di rotazione antiorario intorno al proprio asse, impiegando 27d 7h 43m 12s, esattamente quanto impiega per la sua rivoluzione. Questo è il motivo per cui la Luna rivolge a noi sempre la stessa “faccia”.
• L’attrazione che la Terra esercita in maniera maggiore sul rigonfiamento equatoriale della Luna, causa oscillazioni di lieve entità dette librazioni. Altre librazioni sono quelle apparenti, perché legate alle posizioni che la Luna assume rispetto alla Terra, ai punti della superficie terrestre dai quali si osserva la Luna e allo spostamento che la Terra compie nello spazio. Bisogna inoltre considerare che l’asse di rotazione della Luna non è perpendicolare al paino dell’orbita lunare, ma forma un angolo di 6°41’ con la perpendicolare a questo paino. Le librazioni, reali e apparenti, ci consentono di vedere circa il 59% della superficie lunare. Il 18% della sua superficie è a noi alternativamente visibile e invisibile, mentre del restante 82% una metà la vediamo sempre (anche se periodicamente oscura) e l’altra metà ci è sempre nascosta.
• Il movimento di rivoluzione della Luna intorno alla Terra avviene in senso antiorario (immaginando di osservarlo dal Polo Nord Celeste) lungo un’orbita ellittica di cui la Terra occupa uno dei fuochi.
• Il punto dell’orbita lunare più vicino alla Terra è il perigeo (356000 km circa), il più lontano è l’apogeo (407000 km circa) quindi la loro distanza media si aggira intorno ai 384000 km. Il piano dell’orbita lunare forma con il piano dell’orbita terrestre un angolo di circa 5°. I punti di intersezione delle due orbite sono i nodi e la linea che li unisce è detta linea dei nodi.
• La Luna gira intorno alla Terra a una velocità pari a 1km/s, ed è maggiore in prossimità del perigeo e minore in prossimità dell’apogeo.
• La durata della rivoluzione lunare è di 27d 7h 43m 12s (mese sidereo) se riferita a una stella; è di 29d 12h 44m 3s (mese sinodico) se riferita all’allineamento Terra- Sole.
• La Terra e la Luna girano insieme intorno al baricentro del sistema che esse costituiscono. A causa della maggiore massa della Terra, il baricentro del sistema Terra-Luna si trova all’interno della Terra a circa 4670 km dal suo centro. Ciò comporta il fenomeno delle maree che, oltre all’attrazione gravitazionale della Luna e del Sole, sono dovute alla forza centrifuga connessa al moto di rivoluzione del sistema T. – L. attorno al baricentro comune.
• Il sistema Terra-Luna si muove intorno al Sole. La Luna compie, quindi, un moto di traslazione descrivendo un’orbita complessa detta epicicloide.
• Altri movimenti della Luna, più lenti, sono perturbazioni della rivoluzione lunare, causate dalla variabile attrazione gravitazionale del Sole e dei pianeti. Tra questi:
– la regressione della linea dei nodi;
– la rotazione dell’asse maggiore dell’orbita lunare.
• La Luna partecipa alla rotazione della Galassia e all’espansione dell’Universo.

– Le fasi lunari
• Le condizioni di illuminazione della Luna cambiano, durante il mese sinodico, al variare della sua posizione rispetto al Sole. Queste diverse condizioni di illuminazione sono chiamate fasi lunari.
• Quando la Luna si trova in congiunzione, cioè dalla stessa parte del Sole rispetto alla Terra, la “faccia” della Luna rivolta verso di noi non viene illuminata e rimane oscura. Si verifica allora la fase di novilunio. (Tale posizione viene anche detta sizigie)
• Quando la Luna si trova in opposizione, cioè dalla parte opposta del Sole rispetto alla Terra, i raggi solari illuminano la metà della Luna rivolta verso la
Terra. Si ha quindi la fase di plenilunio. (Tale posizione viene anche detta sizigie)
• Quando la Terra, la Luna e il Sole sono in quadratura, cioè disposti nello spazio in modo da occupare i vertici di un triangolo rettangolo, risulta per noi illuminato solo un quarto della superficie lunare. Le fasi corrispondenti sono quelle di primo quarto e ultimo quarto.
• Tra queste fasi principali si hanno tutte le possibili condizioni di illuminazione intermedie. Dopo il novilunio la Luna sorge e tramonta dopo il Sole e il margine estremo, detto “gobba”, è rivolto verso ponente. Dopo il plenilunio la Luna sorge e tramonta prima del Sole, e la gobba è rivolta verso levante.
• Il ciclo aureo, che dura 19 anni, è il tempo necessario affinché le fasi lunari si ripetano nella stessa data. Attraverso questo ciclo è possibile stabilire la data di un plenilunio o novilunio passato e futuro. Permette inoltre di prevedere la data della Pasqua che viene celebrata la prima domenica dopo il plenilunio che si verifica dopo l’equinozio di primavera.
• La Terra e la Luna, essendo pressoché sferiche, quando vengono investite da un fascio di luce producono un cono d’ombra.
• Se la Luna, la Terra e il Sole si trovano allineati lungo la linea dei nodi si verificano le eclissi.
• Le eclissi di Luna totali (e parziali) si verificano in plenilunio (con la Luna in uno dei nodi o in prossimità di esso).
• Le eclissi totali di Sole si verificano quando la Luna si trova in un nodo in fase di novilunio. Esse sono osservabili da limitate zone della superficie terrestre.
• Le eclissi parziali di Sole si osservano da tutti i luoghi della Terra investiti dalla penombra.
• Le eclissi anulari di Sole si verificano quando la Luna si trova in uno dei nodi, in fase di novilunio, e contemporaneamente in apogeo.

– Il paesaggio lunare
• Il paesaggio della Luna è caratterizzato dalla presenza di:
– mari, distese scure a fondo quasi piatto costituite da distese di lava basaltica. I mari sono ricoperti da una coltre di polvere, cenere e detrito grossolano. Tali materiali costituiscono il regolite; si sono originati a seguito dell’attività vulcanica e del successivo rimaneggiamento da parte degli impatti meteoritici e del vento solare;
– terre alte, vaste regioni chiare e densamente caratterizzate. Le terre alte costituiscono più del 70% della “faccia” rivolta verso di noi e la quasi totalità dell’altra metà della superficie lunare. I mascon sono invece concentrazioni irregolari di massa che provocano aumenti locali della forza di gravità.
• Sulla Luna esistono rilievi con forme diverse (catene montuose, orli di circhi e crateri, colline) la cui altitudine raggiunge anche i 9000 m.
• La superficie della Luna è disseminata di crateri e circhi (dai 40 km ai 240 km), originati o dalla caduta di meteoriti o dall’intensa attività vulcanica avvenuta durante la consolidazione della Luna.
• Altre forme tipiche della superficie lunare sono i solchi, interpretati come fessure da raffreddamento di lave o linee di fuoriuscita di gas, o come canali scavati da colate di lava, o anche come vere e proprie faglie (fratture con spostamento delle masse rocciose a contatto).
• Altre forme tipiche sono le creste o dorsali, rilievi lunari alti poche centinaia di metri ma larghe anche diversi km e lunghe a volte centinaia di km. Spesso sono affiancate da cupole o domi, che sembrano piccoli vulcani a scudo o domi di lava.

– L’origine della Luna
• Sull’origine della Luna sono state formulate diverse ipotesi, nessuna delle quali però è una teoria universalmente accettata. Esse sono:
– ipotesi della fissione. Secondo queste ipotesi, la Luna si sarebbe distaccata dalla Terra durante la formazione del nucleo terrestre (Charles Darwin);
– ipotesi della cattura. Secondo queste ipotesi, un tempo la Luna sarebbe stata un copro libero di muoversi nel Sistema solare. A un certo momento essa sarebbe giunta tanto vicino alla Terra da esserne attratta e messa in rotazione su un’orbita ellittica (Keplero);
– ipotesi dell’accrescimento. La Luna si sarebbe formata dopo la Terra dalla riunione di materiali diversi che un tempo erano in orbita intorno al nostro pianeta come frammenti di corpi celesti, particelle e polveri;
– ipotesi dell’impatto. La Luna si sarebbe formata per aggregazione di materiale proveniente dalla Terra, finito in orbita in seguito all’impatto di un gigantesco corpo celeste sulla superficie terrestre.