Luna: tra suggestione e realtà - Tesina per Liceo Scientifico

MOTO ROTATORIO SU SE MOTO DI RIVOLUZIONE

STESSA ATTORNO ALLA TERRA

avviene attorno ad un descrive un'orbita ellittica

asse inclinato di circa 7° di eccentricità pari a 0,055

rispetto alla

perpendicolare al piano

orbitale lunare velocità variabile

velocità costante durante il suo moto si può

trovare in due differenti

punti:

•APOGEO, punto di

massima distaza;

•PERIGEO, punto di

minima distanza;

29

Sia il moto di rotazione che il moto di rivoluzione, durano 27giorni e 7ore: quindi la luna volge alla

Terra sempre la stessa faccia.

Dato che anche la luna ha forma ellissoidica, la Terra esercita la sua attrazione in misura maggiore sul

rigonfiamento equatoriale, determinando piccole oscillazioni dette “LIBRAZIONI FISICHE”.

Oltre a queste librazioni ne esistono altre:

 LIBRAZIONI IN LONGITUDINE (di circa 7°55’’ a est o a ovest a seconda dei casi),

provocate dal fatto che la velocità di rotazione lunare è variabile mentre quella di rivoluzione è

costante: ne consegue che a volte il moto rotatorio è in anticipo rispetto al moto di

rivoluzione, a volte è invece in ritardo;

 LIBRAZIONI IN LATITUDINE, causate dall’inclinazione dell’asse lunare sul paino

orbitale: queste oscillazioni rendono visibili le regioni attorno ai poli;

 LIBRAZIONI PARALLATTICHE, determinate dalla posizione dell’osservatore sulla

superficie terrestre.

Per effetto delle varie librazioni:

 un 41% della superficie lunare E’ SEMPRE VISIBILE;

 l’altro 41% della superficie lunare E’ SEMPRE INVISIBILE;

 il restante 18% della superficie lunare E’ ALTERNATIVAMENTE VISIBILE O

INVISIBILE.

MESE LUNARE SINODICO E MESE LUNARE SIDEREO Il piano dell’orbita lunare e

quello dell’orbita terrestre

differiscono di un angolo

pari 5°09’’: la linea di

intersezione dei due piani è

detta LINEA DEI NODI e

i punti di intersezione tra

l’orbita lunare e l’eclittica

sono detti NODI. A seconda che si faccia riferimento ad una stella o al Sole, il periodo di rivoluzione

cambia:

 si chiama MESE LUNARE SIDEREO (27 giorni e 7 ore), l’intervallo tra due successive

culminazioni stellari; 30

 si chiama MESE LUNARE SINODICO (29 giorni e 12 ore), l’intervallo tra due successive

culminazioni solari.

La diversa durata tra i due mesi si spiegano col fatto che mentre la luna compie la sua orbita intorno

alla Terra, contemporaneamente quest’ultima rivoluziona intorno al Sole:

quando la Terra si trova al punto T della propria

orbita, dalla Luna si vedono culminare sul punto L

contemporaneamente il Sole e una stella;

dopo un periodo di tempo pari al mese sidereo, la

α

Terra si è spostata di un angolo e si trova dunque

nel punto T’, di conseguenza sul punto L’ si vede già

culminare la stella ma, per ottenere la culminazione

solare, si dovrà attendere che la Luna compia un

α’.

angolo

Considerando che la Terra l’intera orbita di

rivoluzione in 365 giorni circa, avremo che la velocità

angolare di rivoluzione sarà pari a

Essendo dunque il mese sidereo di 27d 7h, si otterrà

che in tale intervallo di tempo la Terra ha percorso sulla propria orbita una distanza angolare di circa

α: α’

27°, corrispondente all’angolo calcolando il tempo impiegato dalla luna per compiere l’angolo

:

sull’orbita, dato che la velocità angolare di rivoluzione lunare è

360°:27d=27°:x

Si ottiene dunque una differenza di circa due giorni tra il mese lunare sidereo e il mese lunare

sinodico.

La Luna, inoltre, viene trascinata dalla Terra nel suo moto di rivoluzione intorno al Sole, quindi viene

a compiere un moto complesso intorno al Sole, rappresentato da una curva detta EPICICLOIDE:

dato che la durata del mese lunare non corrisponde alla durata media del mese terrestre, la curva

epicicloide interseca l’orbita terrestre circa 25 volte in un anno. Si determina anche un moto

31

secondario, detto REGRESSIONE DELLA LINEA DEI NODI: dato che le distanze tra Luna e

Sole variano continuamente, si ha uno spostamento della linea dei nodi in senso orario, dal periodo

di circa 18,6 anni: tale moto influenza la periodicità delle eclissi e genera piccole oscillazioni dell’asse

terrestre.

FASI LUNARI ED ECLISSI

Nel volgere di un mese lunare (approssimato a 28 giorni) la Luna assume varie posizioni:

 SIGIZIE, quando il Sole, la Terra e la Luna sono allineati;

 QUADRATURE, quando la Luna si trova a 90° rispetto all’allineamento Sole-Terra;

 OTTANTI, quando la Luna si trova in posizioni intermedie.

Quando Terra, Sole e Luna sono allineati, si verifica il fenomeno delle eclissi: se i piani orbitale e

terrestre coincidessero si avrebbero eclissi ogni mese ma, dato che differiscono per un angolo di circa

5°, l’eclissi si verifica solo se la Luna si trova in prossimità di un nodo:

 ECLISSI DI LUNA, si verifica quando la Luna si trova in opposizione e in un nodo: in

questo caso la Terra proietta un cono d’ombra sulla Luna, la cui dimensione è circa tre volte il

diametro lunare (l’eclissi può durare anche 100 minuti); in questo caso l’eclissi è visibile da

tutti quei punti che hanno la luna sopra l’orizzonte;

32

 ECLISSI DI SOLE, si verifica quanto la Luna si trova in congiunzione e in un nodo: in

questo caso il cono d’ombra lunare è estremamente ridotto, mentre notevole appare il cono

di penombra; in questo caso l’eclissi è visibile solo d auna piccola parte della superficie

terrestre. L’eclissi solare può a sua volte essere:

o ANULARE, nel caso in cui la Luna si trovi in apogeo e la Terra in perielio ( può

arrivare a durare anche 12,5 minuti);

o TOTALE OCCULTAZIONE DEL DISCO SOLARE, nel caso in cui la Luna si

trovi in perigeo e la Terra in afelio (dura al massimo 7,5 minuti).

33

IPOTESI SULL’ORIGINE

 TEORIA DELLA FISSIONE: secondo questa ipotesi,

quando la Terra era ancora allo stato fuso, la sua

rapidissima rotazione avrebbe provocato colossali maree

per effetto del Sole. Il pianeta avrebbe dunque iniziato a

compiere una seria di dilatazioni e compressioni che

causarono infine il distacco di una parte del materiale

terrestre. Secondo questa teoria la Luna sarebbe dunque

figlia della Terra: questa teoria non è comunque plausibile

in quanto si calcolò che l’attrito non avrebbe potuto mai

consentire maree di tale entità;

 TEORIA DELLA CATTURA: secondo questa ipotesi, la Luna sarebbe un corpo creatosi in

un'altra regione del Sistema Solare e successivamente catturato dal campo gravitazionale

terrestre; per evitare la collisione,

bisognava però che la Luna frenasse il

suo moto, una parte della sua energia

sarebbe dunque stata dissipata

dall’urto contro materiali già orbitanti

oppure nell’attrito di marea. A questo

punto, per essere catturata, la Luna

avrebbe dovuto superare il limite di

Roche, pari a 2,86 raggi terrestri.

Avendo superato la distanza che le assicurava di mantenersi compatta per effetto della propria

forza di gravità, si pensa che la Luna non si sia disintegrata poiché superato di poco, avrebbe

dunque perso solo lo strato superficiale, producendo la tipica caratterizzazione: nemmeno

questa teoria è però plausibile, in quando l’analisi dei campioni lunari ha mostrato che Terra

e Luna si sono formate nella medesima regione del sistema solare, poiché hanno un identico

rapporto tra gli isotopi dell’ossigeno presenti nella loro composizione che, nella nebulosa

primitiva, non erano egualmente distribuite;

34

 TEORIA DELL’ACCRESCIMENTO: secondo questa teoria, la luna si sarebbe formata per

progressiva accumulazione di frammenti già orbitanti intorno alla Terra, dunque da potenziali

pianeti, o planetesimi, che, per loro piccola

massa, furono attirati dal campo

gravitazionale dei corpi maggiori. In tempi

più recenti si è fatta strada l’ipotesi di un

evento catastrofico: quando la Terra era

ancora giovane, sarebbe stata colpita da un

corpo avente una massa pari a 1-3 volte

quella di Marte. L’impatto avrebbe

provocato la vaporizzazione di una parte del

materiale presente nel mantello terrestre,

che sarebbe andato a costituire una sorta di

anello intorno alla Terra che, aggregandosi,

avrebbe dato vita alla Luna: questa ipotesi è

la più accreditata per due motivi:

o la Luna ha un nucleo metallico di massa molto piccola;

o la Luna presenta un’abbondanza di silicio e magnesio simile a quella della parte

superficiale della Terra. 35

La forza principale che interagisce nel sistema Terra-Luna, così come nell’intero Sistema Solare, è la

forza di gravitazione universale, ideata da Isaac Newton.

Essa fa sì che la Luna rimanga in orbita intorno alla Terra.

La legge di gravitazione universale afferma che l’intensità della forza gravitazionale che

due punti materiali di masse m e m , separati da una distanza r, esercitano l’uno

1 2

sull’altro è:

dove G=6,67∙10 N∙m /Kg .

-11 2 2

Essa risulta sempre attrattiva e agisce lungo la retta congiungente i due punti materiali.

36

Tra gli avvenimenti storici, la Corsa allo Spazio rappresenta sicuramente uno tra gli avvenimenti

principali della storia: essa ha inaugurato una nuova era dominata da studi ed esplorazioni spaziali.

La corsa allo spazio è un aspetto della guerra fredda tra USA e URSS: le due potenze, tra il 1957 e il

1975, si sfidarono nella rincorsa ad ottenere sempre maggiori successi spaziali nel lancio di missili,

satelliti e nella conquista della Luna, cercando di prevalere l’uno sull’altro.

Anche se le sue radici affondano nelle prime tecnologie missilistiche e nelle tensioni internazionali

che seguirono la seconda guerra mondiale, essa iniziò dopo il lancio dello Sputnik1 sovietico il 4

Ottobre 1957: la tecnologia spaziale divenne un’importante arena per questo conflitto a distanza, sia

per le potenziali applicazioni militari che per i benefici psicologici derivanti dalla propaganda e dal

morale.

I razzi interessarono gli scienziati per secoli e alcune popolazioni, come i cinesi, li usarono come armi

fin dall’XI secolo. Lo scienziato Konstantin Tsiolkovsky nel 1880 teorizzò dei razzi con diversi stadi

alimentati a carburante liquido che potessero raggiungere lo spazio: attraverso la sua equazione dei

razzi, che determinava la velocità di volo, stabilì così le basi della scienza missilistica che viene ancora

utilizzata nella progettazione dei moderni razzi. Nonostante la sua precocit&agrav