Sistema Terra-Luna

Il raggio laser e la distanza lunare

Il tempo necessario perché il raggio laser riflesso raggiunga nuovamente il punto di partenza (circa 2,5 secondi) è influenzato da diversi fattori sia terrestri che lunari. La distanza cambia di continuo per una varietà di motivi, ma la media è di circa 384.467 chilometri. Il raggio laser emesso dalla Terra giunge sulla superficie della Luna con un diametro di circa 6,5 chilometri. I fotoni ricevuti possono essere identificati perché il laser emette una luce altamente monocromatica.

I movimenti della Luna

La Luna volge alla Terra sempre la stessa «faccia» perché il suo moto di rotazione dura quanto la sua rivoluzione.

• Moto di rotazione: 27g 7h 43m 12s
• Moto di rivoluzione: 27g 7h 43m 12s
• Moto riv. lunare: 29g 12h 44m 3s

Mese sidereo e mese sinodico

Il mese sidereo (o mese siderale) fa riferimento al moto di rotazione della Luna intorno al proprio asse e anche al moto di rivoluzione intorno alla Terra. Invece il mese sinodico si riferisce al moto di rivoluzione della Luna intorno alla Terra; esso è il periodo di tempo necessario affinché la Luna torni esattamente nella stessa configurazione considerata inizialmente. La differenza tra i due sta nel fatto che, nel corso della rotazione della Luna intorno alla Terra, anche essa ruota intorno al Sole, ciò fa sì che la Luna debba ruotare di 389° per tornare al punto di partenza rispetto al Sole.

Moto di rivoluzione

La Terra e la Luna orbitano attorno a un centro di massa comune che si trova a una distanza di 4670 km (CB) dal centro della Terra. Questo baricentro segna l’effettivo movimento della Luna e della Terra intorno ad esso. L’orbita della Luna attorno alla Terra e quella della Terra intorno al Sole avvengono tutte in senso antiorario. Il piano orbitale della Luna è inclinato di 5°8’ rispetto a quello dell’orbita terrestre. Le perturbazioni gravitazionali del Sole vanno a imporre all’orbita lunare un moto di precessione, cambiamento dell’asse di rotazione di un corpo in movimento rotatorio.

• Eclissi solari: nodo coincide con una luna nuova
• Eclissi lunari: nodo coincide con luna piena

Moto di rotazione

È il movimento che compie intorno all’asse lunare nello stesso senso della rotazione terrestre. La durata è uguale a quella della rivoluzione, per questo motivo dalla Terra è visibile sempre la stessa faccia del satellite.

Moto di librazione

Dato che il moto di rivoluzione della Terra non è perfettamente circolare, durante un’orbita i moti di rivoluzione e di rotazione presentano degli sfasamenti tali da creare oscillazioni apparenti di lieve entità dette librazioni. Questi sfasamenti consentono ad alcune zone di superficie lunare di essere visibili per alcuni intervalli di tempo sulla Terra.

Moto di traslazione

È quel movimento che compie ruotando intorno al Sole assieme alla Terra lungo l’ecclittica. Il moto di traslazione, la cui traiettoria è una complessa curva detta epicicloide, avviene con la stessa velocità e nello stesso tempo del moto di rivoluzione della Terra.

Regressione della linea dei nodi

Sappiamo che la linea di intersezione tra il piano dell'orbita lunare e il piano dell'orbita terrestre prende il nome di linea dei nodi. Questa linea non resta fissa nel corso del tempo, ma si sposta in modo continuo, ruotando in senso orario in un periodo di circa 18,6 anni. Questo movimento è detto regressione della linea dei nodi ed esso è responsabile:

• Delle nutazioni dell'asse terrestre;
• Della periodicità delle eclissi.

Allontanamento progressivo della Luna dalla Terra

Questo allontanamento è dovuto alle forze di marea esercitate dal satellite sul pianeta. Le masse d’acqua oceaniche terrestri vengono attratte dalla Luna e vanno a protendersi nella direzione Terra-Luna con un leggero disallineamento. L’attrazione della Luna sulla marea ha una componente nella direzione opposta alla rotazione terrestre: vi è un rallentamento del momento angolare terrestre con il conseguente incremento di quello della Luna. Questo porta la Luna a un progressivo trasferimento su un’orbita a quota più elevata.

Le fasi lunari

Il Sole illumina parzialmente la parte visibile della Luna e questo ne va ad alterare l’aspetto giorno dopo giorno durante il ciclo di un mese sinodico (è il tempo che impiega la Luna per riallineare nuovamente la sua posizione con il Sole e la Terra dopo aver compiuto una rivoluzione intorno a quest'ultima). I cambiamenti dell’aspetto della Luna percepiti dalla Terra sono detti fasi lunari, comunemente distinte in due diverse:

• Crescente quando la parte visibile illuminata aumenta
• Calante quando la parte visibile illuminata diminuisce

Abbiamo anche le due situazioni estreme, ossia durante il novilunio quando la Luna si trova tra Terra e Sole per cui la parte illuminata non è visibile; plenilunio quando la parte illuminata è totalmente visibile. Poiché l'orbita della Luna è inclinata rispetto all’eclittica: durante il novilunio, viene a trovarsi un poco più a settentrione o leggermente più a meridione rispetto al Sole, transita per un nodo e provoca un eclissi. Durante il plenilunio la Terra si trova tra il Sole e la Luna e anche in questo caso quando la Luna transita per un nodo provoca un’eclissi di Luna. Quando la Luna si frappone tra la Terra e il Sole, proietta un cono d'ombra sulla Terra detto eclissi solare, ovviamente solo nel caso in cui la Luna sia a una distanza dalla Terra tale da farla apparire di diametro angolare lievemente maggiore di quello del Sole. Non accade ogni novilunio poiché l'asse nodale deve coincidere con la direzione Terra-Sole. Rappresentano un’ottima opportunità per studiare la corona solare che normalmente è invisibile per via dell'eccessiva luminosità. Un altro fenomeno si ha quando la Terra proietta la sua ombra sulla Luna, durante il plenilunio ed è chiamato eclissi lunare. La Luna piena perde improvvisamente di luminosità, per poi oscurarsi del tutto appena entra nel cono d'ombra, e può durare alcune ore. Inoltre può avvenire un’eclissi solo anulare nel caso in cui durante un'eclissi solare il diametro angolare della Luna sia minore di quello del Sole, andando a creare un vero e proprio anello o cerchio attorno alla Luna.

Composizione chimica

Più di 4,5 miliardi di anni fa la superficie della Luna era un oceano di magma liquido. Uno dei componenti delle rocce lunari, resto del magma originario, è detto KREEP: K = potassio, REE = rare earth elements, P = fosforo. Questo è composto da tutti gli elementi incompatibili che rimangono inutilizzati sulla superficie del magma. È un marcatore utile per determinare la storia del vulcanismo lunare e tracciare la cronologia degli impatti da parte di comete e altri oggetti celesti. Le ere geologiche della Luna vengono definite in base alla datazione di alcuni crateri che hanno avuto un effetto significativo sulla sua storia.

Struttura interna

La Luna è un corpo celeste internamente differenziato: ha una crosta geochimicamente distinta, un mantello, la cui astenosfera è parzialmente fusa, e un nucleo. La parte interna del nucleo è ricca di ferro allo stato solido ed è circondata da un guscio esterno fluido costituito principalmente da ferro liquido. Attorno al nucleo si trova una fase parzialmente fusa con un raggio di circa 500 km. Le dimensioni del nucleo interno della Luna sono piuttosto piccole rispetto alle sue dimensioni totali. La cristallizzazione dell'oceano di magma avrebbe creato il mantello femico per precipitazione e separazione dei minerali di olivina e pirosseno; dopo che circa i tre quarti del magma si erano cristallizzati, i minerali di plagioclasio, dalla densità più bassa, poterono galleggiare e formare la crosta superficiale. La crosta è prevalentemente a base di anortosite e i campioni di roccia lunare della lava eruttata sulla superficie, da fusioni parziali del mantello, confermano la composizione mafica del mantello il quale è più ricco in ferro rispetto a quello terrestre.

Topografia lunare

La topografia della Luna è stata misurata attraverso l'altimetria laser e l'analisi stereoscopica. La caratteristica topografica più rilevante è l'enorme bacino Polo Sud-Aitken, sulla faccia nascosta della luna, che ha un cratere da impatto di circa 2.500 km di diametro, con i suoi 13 km di profondità è il punto più basso dell'intera superficie lunare; invece troviamo la massima elevazione del satellite. Questo ci fa pensare che sia stato il risultato di un impatto obliquo che ha portato alla formazione del bacino. L’emisfero nascosto della Luna ha un'elevazione media più alta rispetto a quello dell'emisfero visibile. Inoltre attraverso alcuni sismografi è stata rilevata la presenza di qualche migliaio di terremoti l'anno, ma non hanno quasi mai superato il secondo grado della scala Richter; l'assenza di moti crostali impedisce lo sviluppo di terremoti di alta intensità.

Acqua sulla Luna?

La Luna nella sua storia antica è stata bombardata da asteroidi e comete, queste ultime ricche d'acqua. L'energia della luce solare divide la maggior parte di quest'acqua nei suoi elementi costituenti, idrogeno e ossigeno, di cui la maggior parte si disperde immediatamente nello spazio. Si è ipotizzato però che quantità significative di acqua possono essere rimaste sulla Luna in aree perennemente all'ombra o inglobate nella crosta. La modesta inclinazione dell'asse di rotazione lunare fa sì che alcuni dei crateri non ricevano mai la luce del Sole, e sul fondo di tali crateri potrebbero essere presenti depositi di ghiaccio d'acqua. È stata rilevata la presenza di idrossile, che è il prodotto dalla scissione dell'acqua investita dalla radiazione solare. La percentuale di acqua presente sulla Luna potrebbe essere simile a quella terrestre e quindi i depositi rilevati potrebbero essere stati generati dalle eruzioni magmatiche del passato.

La superficie lunare

La superficie della Luna è fatta di due categorie principali:

• Mari: Quel che resta della passata attività vulcanica e sono di origine basaltica. Le macchie scure pianeggianti sul lato visibile della Luna che sono ben visibili anche a occhio nudo.