La Luna

E' l'unico satellite naturale della Terra e il corpo celeste piu' vicino. Venne chiamato Luna dai romani, Selene dai greci e con innumerevoli altri nomi nelle mitologie di altri popoli.
E' noto sin dai tempi preistorici in quanto risulta il secondo oggetto (dopo il Sole) per luminosita' visibile in cielo.
Ha un diametro di 3476 km, pari a poco piu' di un quarto di quello terreste che e di circa 12700 km, la sua massa e' 81.3 volte inferiore a quella terrestre e la gravita' (1.63 m/sec2) sei volte piu' piccola.
Data la sua massa ridotta (in rapporto alla massa della Terra), la velocita' di fuga della Luna e' di 2,4 m/s: tale velocita', piuttosto bassa, ha fatto si che i gas piu' leggeri siano riusciti a sfuggire alla forza di gravita' lunare, lasciando il nostro satellite completamente privo di atmosfera.
La mancanza di atmosfera, oltre a impedire (assieme alla mancanza d'acqua) il possibile sviluppo di forme di vita, ha altri importanti risvolti:
1) mancando l'atmosfera, e' venuto meno lo scudo protettivo capace di frenare la caduta di meteoriti e asteroidi, con la conseguenza che il suolo lunare e' fortemente segnato dall'impatto con piccoli e grandi corpi vagabondi cha hanno scavato un' enorme quantita' di crateri;
2) la mancanza di atmosfera fa si che il cielo lunare appaia sempre nero ed e' causa di forti escursioni termiche fra le zone in ombra e le zone illuminate: la temperatura sulla Luna varia da 95°C (con un massimo di 120°C), per la parte illuminata, a un minimo di -170°C all'equatore e -203° ai poli, nelle zone in ombra.
Come sin da piccoli ci e' stato fatto notare, da un'osservazione diretta della Luna, questa assomiglia o ci ricorda un volto umano con tanto di naso occhi e bocca: questo incantesimo e' realizzato dalla proprieta' che hanno alcune regioni della Luna di riflettere poca luce e quindi di creare chiaroscuri molto particolari. Queste zone scure e lisce sono chiamate mari, nome attribuitogli in antichita' dai primi osservatori che pensavano fossero immense distese di acqua; oggi sappiamo che sono state formate da effusioni di roccia (magma) fusa e poi solidificata a causa di enormi meteoriti penetrati nella crosta Lunare.
Altre formazioni molto importanti, scoperte per prime da Galileo nel 1600, sono i crateri e le catene montuose, generati anch'essi da meteoriti di dimensioni piu'' piccole; i crateri vanno da pochi centimetri a centinaia di chilometri di diametro e come le catene montuose possono raggiungere i 7000 metri di dislivello.

Tra le varie teorie nate per spiegare la formazione del nostro satellite naturale, la piu' accreditata suggerisce che la Luna abbia avuto origine in seguito ad un violento impatto tra la Terra ed un corpo celeste delle dimensioni simili a quelle di Marte, scontro che sarebbe avvenuto all'incirca 4 miliardi di anni fa nell'Oceano Pacifico.
La conseguenza di questo impatto fu la formazione attorno alla Terra di un anello di detriti di composizione mista, in altre parole in parte formato da materiale terrestre ed in parte da materiale extraterrestre. L'addensamento di questo anello avrebbe permesso, nel giro di qualche centinaia di milioni di anni, la formazione della Luna.
E sempre milioni di anni fa, quando si e' formata la luna, questa era molto piu' vicina alla Terra e, di conseguenza, la sua immagine nel cielo era molto piu' grande. Inoltre ruotava su se' stessa ad una velocita' nettamente superiore, che, nel tempo, e' gradualmente diminuita.



L'allontanamento progressivo della Luna dalla Terra

In base a precise ed accurate misurazioni tuttora condotte mediante l'impiego di un raggio laser collimato che viene riflesso da un sistema di specchi appositamente collocato sulla superficie lunare durante le missioni Apollo, s'è avuta la conferma che la Luna si sta progressivamente allontanando dalla Terra. Il fenomeno è una conseguenza delle leggi di Keplero. All'inizio della sua storia, la Luna e la Terra erano ancora allo stato fuso e la Luna si calcola orbitasse a circa 20 000 km dalla Terra, per cui la reciproca attrazione gravitazionale era imponente, visto che l'intensità della forza di gravità è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra le due masse agenti.

L’attrazione esercitata dalla Luna sulla Terra provocava, al tempo, le maree, ma non di acqua, come oggi, bensì di lava densa e viscosa. Il sollevamento delle masse di lava creava sulla superficie terrestre una vera e propria protuberanza, anche di un qualche migliaio di metri d'altezza, che, a sua volta, esercitava una forza di attrazione sulla Luna molto intensa. La Terra ruotava intorno al proprio asse in circa 6 ore, effetto direttamente imputabile all'urto ricevuto dal planetoide al momento della formazione del satellite, mentre la Luna ruotava intorno alla Terra in una settimana circa, mostrando entrambe le sue facce al pianeta.

A causa di questa differenza di velocità, la protuberanza che si formava sulla Terra si trovava sempre più avanti rispetto alla Luna, cosicché la forza di attrazione che la protuberanza esercitava sulla Luna - rimasta indietro a causa della sua minore velocità di rivoluzione intorno alla Terra - tendeva a “trascinare” il satellite, costringendolo ad aumentare la sua velocità. Per la legge di Keplero, a velocità maggiore corrisponde un’orbita maggiore, ecco che l’orbita della Luna aumentava di dimensione. In pratica, si allargava ed il satellite si allontanava. In realtà, l'allontanamento graduale della Luna dalla Terra continua anche oggigiorno, sebbene ad un ritmo meno veloce, in quanto le superfici dei due corpi celesti sono diventate solide e l'acqua degli oceani ha preso il posto del magma primordiale.

Parimenti, questo fenomeno determina anche un leggero rallentamento del moto di rotazione attorno al proprio asse della Terra, in virtù del principio di conservazione dell'energia. Ne consegue un allungamento della durata del giorno ed una diminuzione della durata sia del mese che dell'anno terrestri. È estremamente difficile calcolare a ritroso nel tempo i valori di tali cifre, perché una grande variabile è data dalla distribuzione, nelle ere geologiche, delle masse continentali terrestri, in base alla deriva dei continenti. Generalmente, la configurazione "a supercontinente" (come la Pangea) tende a diminuire l'attrito esercitato dalla Luna sulla Terra, cosicché la velocità d'allontanamento del satellite dal pianeta si riduce. Dai dati geologici (alternanza delle maree desumibili dai fanghi fossili degli antichi estuari, velocità d'accrescimento delle scogliere coralline fossili, numero delle camere in cui si suddividono le conchiglie di alcuni molluschi, etc.) si può calcolare che già 600 milioni d'anni fa la luna si trovasse già ad una distanza di 320 000 km dal pianeta, divenuta 348 000 km 400 milioni d'anni fa.

Parimenti, la durata del giorno passò dalle 20 ore di 600 milioni d'anni fa alle 22 ore di 400 milioni d'anni fa. Oggigiorno la Luna s'allontana di 3,8cm all'anno (in presenza del supercontinente terrestre il valore si riduce a 2,17 cm annuali) con un allungamento del giorno di 2 decimilionesimi di secondo per anno (ridotti a 1,15 decimilionesimi di secondo per anno in presenza della configurazione "a supercontinente"). La reciproca attrazione gravitazionale ha sincronizzato nel tempo i moti di rotazione e di rivoluzione lunari (oggigiorno di circa 28 giorni terrestri), cosicché la Luna mostra sempre la stessa faccia alla Terra.

Fra circa 800 milioni di anni, la distanza della Luna dal pianeta sarà tale che le sue dimensioni apparenti non consentiranno più il manifestarsi del fenomeno dell'eclisse totale di sole, mentre fra 7 miliardi di anni, se nel frattempo il sole morente non avrà distrutto il sistema Terra - Luna, la distanza della Luna dal pianeta sarà tale che la rotazione terrestre avrà prodotto il fenomeno per cui anche il pianeta mostrerà sempre la stessa faccia alla Luna. Infatti, l'allungamento della durata del giorno terrestre e l'allontanamento della Luna avranno termine quando sarà stata raggiunta la condizione di stazionarietà per cui una rotazione terrestre equivarrà ad una lunazione. A quell'epoca il giorno terrestre durerà quanto 47 giorni attuali, la Luna disterà dalla Terra 480 000 km e apparirà fissa nel cielo e dunque visibile da un solo emisfero terrestre, mentre saranno azzerati sia l'allontanamento lunare che l'allungamento della durata del giorno terrestre.



LE FASI LUNARI

La Luna impiega 27 giorni 7 ore 43 minuti e 11,5 secondi per compiere un giro (rivoluzione) intorno al nostro pianeta (a una distanza media di 384400 km) alla velocita' di 1020 m/s ovvero 3672 km/orari, percorrendo un orbita ellittica inclinata di 5° 8' su quella Terrestre; le due orbite si intersecano in due punti detti nodi, che si spostano nello spazio ruotando completamente in 18 anni. Questo periodo di tempo viene detto Saros e assume molta importanza per prevedere le eclissi, infatti ogni 18 anni la Luna il Sole e la Terra si ritrovano nella stessa posizione che permette con alcune approssimazioni di prevedere le eclissi.
In un Saros ci sono periodicamente 41 eclissi di sole e 21 di luna, naturalmente solo una decina delle eclissi di sole sono totali. E' importante notare che se il piano orbitale della Luna non fosse inclinato si avrebbe un'eclisse di sole in concomitanza della Luna nuova e un'eclisse di Luna in concomitanza della Luna piena; circa due eclissi al mese!
Tutte queste caratteristiche, dalle quali deriva una bassa velocita' di fuga (2.4 km/sec contro gli 11 km/s della Terra), fanno della Luna il corpo celeste ideale per l'osservazione sia dallo spazio sia sulla superficie: l'allunaggio, per via della gravita' inferiore, e' piu' semplice e la ripartenza richiede meno energia che sulla Terra.
Per la prima volta sulla Luna atterro' il veicolo spaziale sovietico Luna 2 nel 1959.
E' l'unico corpo celeste su cui sia sceso l'uomo per la prima volta il 20 luglio 1969 lasciando la sua impronta nello spazio interplanetario.
La Luna orbita attorno alla Terra ad una distanza media di 384401 chilometri.

File:Moon phases en.jpg

La Luna compie una rotazione completa su se stessa ogni 27,3216 giorni, lo stesso tempo che impiega ad effettuare una rivoluzione (ossia un giro completo) intorno alla Terra: per questo motivo questa rotazione viene detta rotazione sincrona.
Questa caratteristica ci consente pero' di poter vedere solo il 50% della Luna (anche se le piccole oscillazioni della luna, dette librazioni, permettono di osservare effettivamente il 59% della superfice lunare), e sempre e solo lo stesso lato, mentre il lato opposto sara' sempre nascosto alla nostra vista.

La Luna, essendo un pianeta come lo e' la Terra, non brilla di luce propria, e riflette la luce del sole, e, come la Terra, meta' della Luna e' esposta alla luce diurna e meta' e' avvolta nelle tenebre (la notte). Talvolta, come si vedra' piu' avanti, e' possibile vederene l'intero lato illuminato dal sole (questo fenomeno e' noto come Luna piena), altre volte l'intero lato non illuminato, nascondedo la luna dalla nostra vista (questo fenomeno e' noto come Luna nuova), e, per molto piu' volte spicchi illuminati detti quarti: tutto questo viene chiamato fasi lunari.
Le fasi lunari, infatti, sono causate dalle diverse posizioni reciproche di Sole, Terra e Luna, e consistono nel cambiamento delle condizioni di illuminazione della Luna, cioe' rappresentano la variazione tra porzione illuminata e quella oscura.
A seconda della posizione lungo la propria orbita la Luna e' vista da ogni localita' della Terra con angolazioni diverse, e cosi' la sua superficie appare completamente, parzialmente o per niente illuminata dalla luce solare diretta.
Partendo infatti dalla fase di Luna Nuova essa inizia a mostrare la classica falce che cresce ogni giorno sino a diventare un disco nella fase di Luna Piena, per cominciare quindi a decrescere successivamente sino ad annullarsi nuovamente in una Luna Nuova.
Le fasi principali sono quattro e sono separate da un intervallo di circa 7 giorni in cui si hanno fasi intermedie.
Le fasi principali, sono dovute a quattro posizioni particolari di Terra - Sole - Luna:


Congiunzione (Luna interposta tra Sole e Terra)

Fasi lunari: la luna nuova (novilunio) Rappresenta il NOVILUNIO (ossia Luna nuova).
La parte rivolta alla Terra non e' illuminata, quindi e' poco o per nulla visibile.
Il disco lunare appare di colore grigiastro, poiche' debolmente illuminato dai raggi solari riflessi dalla Terra.
La luce della Luna in questa fase viene definita luce cinerea. La Luna si trova nella stessa direzione del Sole (per questo si dice che e' in congiunzione), e percio' tramonta e sorge con esso.
La superficie della Luna non e' visibile, perche' il Sole si trova proprio dietro di essa e quindi non riesce ad illuminarla; pero' gia' un giorno subito dopo il novilunio si riesce ad intravedere una sottilissima ed esile falce di Luna, effetto della debole illuminazione (chiamata luce cinerea) che le fornisce indirettamente la Terra riflettendo i raggi solari; con essa inizia la fase di Luna crescente che si protrarra' sino al 6° giorno.
La luna nuova ha un'eta' di 0 giorni. La Luna sorge alle 6 e tramonta alle 18.



Fasi lunari: luna crescenteLuna Crescente

La Luna mostra un disco parzialmente illuminato per meno della meta' che e' rivolto verso Ovest. Come detto in precedenza, la Luna crescente si protrarra' sino al 6° giorno, per poi essere chiamata primo quarto.

Gibbosa Crescente (o Luna gobba)

La porzione di disco illuminato ammonta ad oltre la meta'.
L'eta' della Luna e' di 10 giorni.
La Luna gobba (Gibbosa crescente) durera' sino al 14° giorno, quando diverra' Luna piena (detto anche plenilunio).
La Luna mostra un disco parzialmente illuminato per meno della meta' che e' rivolto verso Ovest. Come detto in precedenza, la Luna crescente si protrarra' sino al 6° giorno, per poi essere chiamata primo quarto.

Queste due fasi sono identificabili tramite la direzione della falce di luna illuminata:

se e' diretta verso OVEST, e' Luna crescente Fasi lunari: luna crescente

 



Durante il primo quarto, la Luna e' illuminata a meta'.

Fasi lunari: primo quarto (crescente)Primo Quarto

A 90° dal Sole verso Est (percio' detta in quadratura), la Luna sorge e tramonta 6 ore dopo di esso mostrando mezzo emisfero illuminato che si trova rivolto verso Ovest.
La Luna si presenta esattamente divisa a meta' da una linea chiamata terminatore, questo e' anche il periodo migliore, insieme all'ultimo quarto, per vedere i particolari piu' interessanti della Luna, come i crateri e le catene montuose, che si trovano illuminati di profilo e risaltano bene all'osservatore.
L'eta' della Luna e' di 7,4 giorni.
Il primo quarto durera' sino al 10° giorno, per lasciare poi spazio alla Luna gobba (o Gibbosa crescente).

Sorge alle 12 e tramonta alle 24.



Opposizione (Luna dalla parte opposta del Sole, rispetto alla Terra)

Rappresenta il PLENILUNIO (ossia Luna piena).
Il disco lunare e' perfettamente illuminato.
La luminosita' della Luna e' tale da disturbare perfino le osservazioni.
In questa fase la Luna sorge alle 18 e tramonta alle 6.

Fasi lunari: la luna piena (plenilunio)Luna Piena

Dalla parte opposta al Sole (percio' detta in opposizione), la Luna e' completamente illuminata. Sorge e tramonta in maniera opposta al Sole, ossia con una differenza di 12 ore (180°), ed ha un'eta' di 14,7 giorni.
In questo periodo la Luna e' illuminata completamente perche' il Sole le e' proprio di fronte, ma non e' possibile scorgere nessun particolare significativo data l'illuminazione dall'alto che impedisce la formazione delle ombre.


 

Fasi lunari: ultimo quarto (decrescente)Ultimo Quarto

Nell'ultimo quarto invece la Luna e' illuminata nella meta' diversa dal primo quarto.Il nostro satellite sta per completare il giro, si trova infatti nuovamente a 90° dal Sole, ma questa volta verso Ovest, per cui sorge e tramonta 6 ore prima. L'emisfero illuminato della Luna volge ad Est e la Luna ha un'eta' pari a 22,1 giorni.
In questo periodo la Luna si ripresenta nuovamente di taglio (come nel primo quarto) e offre di nuovo la possibilita'' di scorgere i suoi dettagli, come i crateri e le catene montuose, che si trovano illuminati di profilo e risaltano bene all'osservatore.

Sorge alle 24 e tramonta alle 12.


Nelle fasi intermedie, si ha la Luna crescente dal novilunio al plenilunio e la Luna calante dal plenilunio al novilunio successivo.
se e' diretta verso EST, e' Luna calante Fasi lunari: luna calante.

Gibbosa Calante

Il disco lunare appare illuminato per oltre meta', ma in fase decrescente. La frazione illuminata del disco lunare continua a decrescere mostrando ancora una piccola parte che si trova rivolta verso Est.
il 28° giorno e' possibile intravedere solo una piccola falce, effetto della debole illuminazione (chiamata luce cinerea) che le fornisce indirettamente la Terra riflettendo i raggi solari, che va scomparendo il 29° giorno, quando la Luna torna ad essere nuova, ricominciando il ciclo.

 

Da ricordare inoltre come dall'eta' della luna alle ore zero del primo gennaio, valore che viene chiamato epatta, si ricavi la data della Pasqua e di tutte le altre feste religiose ad essa collegate, e che la parte illuminata e' separata dall'altra, durante le fasi parziali, da una linea detta terminatore dove i raggi solari, a causa dell'angolo d'incidenza molto piccolo, fanno risaltare tutti i particolari della superficie.




Proverbi

La Luna e' bugiarda:

la guardi e vedi una C (Fasi lunari: luna calante) ma non e' crescente;

la guardi e vedi una D (Fasi lunari: luna crescente) ma non e' descrescente.





Dati tecnici

La Luna si muove su un'orbita ellittica intorno alla Terra: l'intersezione tra il piano dell'orbita della Luna e quella della Terra e' detta linea dei nodi. Questa linea si muove in senso orario (retrogrado) con un periodo di 18,6 anni. L'intervallo di tempo tra due passaggi della Luna allo stesso nodo si chiama mese draconitico, di durata 27,21 giorni.

Fissato un punto sull'orbita, la Luna impiega 27,32 giorni, cioe' un mese siderale, per percorrere un'orbita completa e ritornarvi. Nello stesso periodo compie anche una rotazione completa attorno al suo asse o, come si dice abitualmente, la Luna ha il periodo di rotazione uguale al mese siderale. Questa affermazione, una delle leggi che Gian Domenico Cassini defini' alla fine del XVII secolo, ha come conseguenza che la Luna rivolge alla Terra sempre lo stesso emisfero.
In realta', a causa di piccoli movimenti, si ha la possibilita' di vedere altre regioni della Luna, al di la' dell'emisfero normalmente visibile: questi movimenti si chiamano librazioni e permettono di vedere complessivamente poco meno del 60% della superficie lunare. Sono sia oscillazioni reali della Luna, dovute alla non omogeneita' delle masse terrestri, che fattori puramente geometrici legati all'inclinazione dell'asse di rotazione lunare e all'ellitticita' dell'orbita. Inoltre, data la vicinanza, osservare la Luna da un certo luogo terrestre o da un luogo diametralmente opposto permette di vedere regioni diverse della superficie lunare.

Riepilogo
mese sinodico:
ciclo delle fasi lunari o lunazione,
periodo tra un novilunio e il successivo.
durata: 29,5305 giorni.

mese siderale:
tempo impiegato dalla luna per ritornare in un puno qualsiasi della sua orbita.
durata : 27,3216 giorni

mese draconitico:
l'intervallo di tempo impiegato per passare due volte allo stesso nodo (la linea dei nodi si sposta e' quindi inferiore al mese siderale)
durata : 27,2122 giorni.

mese anomalistico:
intervallo di tempo che intercorre fra due passaggi successivi della Luna al perigeo (alla distanza minima dalla Terra)
durata 27,5545 giorni




Parametri orbitali


Distanza dalla Terra al perigeo (km) = 356400
Distanza dalla Terra all'apogeo (km) = 406700
Distanza media dalla Terra (km) = 384401
Mese draconitico (giorni) = 27.2122
Mese siderale (giorni) = 27.3216
Mese sinodico (giorni) = 29.5305
Eccentricita' dell'orbita = 0.0549
Inclinazione rispetto all' eclittica = 5° 9'
Inclinazione sul piano dell' orbita =6.7°
Velocita' orbitale media (km/sec) = 1.02



Dati fisici


Massa (g) = 7.35×1025
Massa (Terra = 1) = 1/81.3 = 0.0123
Raggio equatoriale (km) = 1738
Raggio equatoriale (Terra = 1) = 0.27
Densita' media (g/cm3) = 3.3
Densita' media (Terra = 1) = 0.60
Volume (Terra = 1) = 0.02
Accelerazione di gravita' (m/sec2) = 1.63
Accelerazione di gravita' (Terra = 1) = 0.167
Velocita' di fuga (km/sec) = 2.4
Temperatura superficiale min: -203° C
Temperatura superficiale max: + 117° C

Caratteristiche fisiche

Crateri lunari
Superficie lunare.

Poiché il periodo di rotazione della Luna è esattamente uguale al suo periodo orbitale noi vediamo sempre la stessa faccia della Luna. Questa sincronia è il risultato dell'attrito gravitazionale causato dalla Terra che ha rallentato la rotazione della Luna nella sua storia iniziale. A causa di queste forze, dette anche forze di marea, anche la rotazione della Terra viene gradualmente rallentata e la Luna si allontana lentamente dalla Terra di 4 cm all'anno mentre il momento rotazionale di quest'ultima viene trasferito al momento orbitale della Luna. L'attrazione gravitazionale che la Luna esercita sulla Terra è la causa delle maree del mare. Le variazioni della marea sono sincronizzate con l'orbita della Luna attorno alla Terra.

La Terra e la Luna orbitano attorno a un centro di massa comune, che si trova a una distanza di circa 4 700 km dal centro della Terra. Poiché questo centro si trova dentro alla massa terrestre il moto della Terra è meglio descritto come un'oscillazione. Viste dal Polo Nord della Terra l'orbita della Luna attorno alla Terra e l'orbita di questa attorno al Sole sono tutte in senso antiorario.

Rispetto agli altri satelliti naturali del sistema solare la Luna è eccezionalmente grande rispetto al pianeta attorno a cui orbita. Infatti ha un diametro pari a un quarto e una massa pari a 1/81 di quella terrestre.[18] Questi valori ne fanno il secondo satellite naturale per le dimensioni relative a quelle del suo pianeta madre. Solo Caronte, il satellite del pianeta nano Plutone, ha dimensioni proporzionalmente maggiori, con una massa pari all'11,6% di quella di Plutone.[19] In genere, satelliti di dimensioni a essa comparabili orbitano attorno ai giganti gassosi (Giove o Saturno), mentre i pianeti più affini alla Terra o non hanno satelliti (Venere) o ne hanno di minuscoli (Marte).

Il sistema Terra-Luna non può essere considerato un pianeta doppio perché il centro di gravità del sistema Terra-Luna non è esterno al pianeta, ma è localizzato 1 700 km al di sotto della superficie terrestre, circa un quarto del raggio terrestre.[20]

Il piano dell'orbita della Luna è inclinato di 5°19' rispetto a quello dell'orbita della Terra intorno al Sole (il piano dell'eclittica). Il piano orbitale della Luna, assieme al suo asse di rotazione, ruota in senso orario con un periodo di 18,6 anni, sempre mantenendo un'inclinazione di 5°19' gradi; questo movimento è correlato alle nutazioni terrestri, che possiedono infatti lo stesso periodo. I punti in cui l'orbita lunare interseca l'eclittica sono chiamati nodi lunari. Le eclissi solari accadono quando un nodo coincide con una luna nuova, le eclissi lunari quando un nodo coincide con una luna piena.

Le ere geologiche della Luna vengono definite in base alla datazione di alcuni crateri che hanno avuto un effetto significativo sulla sua storia.

Le forze di marea che oggi causano le maree terrestri erano attive anche quando la Luna era in via di formazione e ancora fusa. Poi si raffreddò e si solidificò, ma mantenne la forma di un ellissoide con l'asse maggiore puntato verso la Terra. Le forze di marea della Luna sulla Terra, pur molto minori di quelle della Terra sulla Luna, hanno avuto l'effetto di rallentare progressivamente la velocità di rotazione della Terra. È stato calcolato per esempio che 400 milioni di anni fa il giorno terrestre durava 21,8 ore circa.[senza fonte] Inoltre i reciproci effetti mareali tendono a far aumentare la distanza tra i due corpi: nella stessa epoca, essa era di circa 320 000 km.[senza fonte]

Composizione chimica

Più di 4,5 miliardi di anni fa, la superficie della Luna era un oceano di magma liquido. Gli scienziati pensano che uno dei componenti delle rocce lunari detto KREEP, acronimo dell'espressione inglese K (potassio), Rare Earth Elements (terre rare), e P (fosforo), rappresenti l'ultimo resto del magma originario. Il KREEP è composto da quelli che gli scienziati chiamano "elementi incompatibili": elementi che non possono entrare a far parte delle strutture dei cristalli e che quindi rimangono inutilizzati sulla superficie del magma. Per i ricercatori, il KREEP 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.

La crosta lunare è composta da una varietà di elementi primari: uranio, torio, potassio, ossigeno, silicio, magnesio, ferro, titanio, calcio, alluminio e idrogeno. Dai dati forniti dalla missione GRAIL sulle caratteristiche della crosta lunare, i ricercatori hanno ottenuto preziose informazioni anche sulla composizione interna del satellite, scoprendo che racchiude all'incirca la stessa percentuale di alluminio della Terra.[21] Quando viene bombardato dai raggi cosmici, ogni elemento riemette nello spazio una sua propria radiazione particolare, sotto forma di raggi gamma. Alcuni elementi, come l'uranio, il torio e il potassio, sono radioattivi ed emettono spontaneamente raggi gamma. Quale che sia la loro causa, i raggi gamma emessi da ogni elemento sono diversi e uno spettrometro è in grado di distinguerli e appunto in questo modo è stato possibile scoprirne l'esistenza. Una mappa globale della Luna, che riporti l'abbondanza di questi elementi, non è ancora stata realizzata.

Struttura interna

Struttura interna della Luna.
Composizione chimica della regolite della superficie lunare.[22]
Compound Formula Composizione (peso %)
Mari Alture
silice SiO2 45,4% 45,5%
allumina Al2O3 14,9% 24,0%
Ossido di calcio CaO 11,8% 15,9%
Ossido di ferro FeO 14,1% 5,9%
Ossido di magnesio MgO 9,2% 7,5%
Biossido di titanio TiO2 3,9% 0,6%
Ossido di sodio Na2O 0,6% 0,6%
Totale 99,9% 100,0%

La Luna è un corpo celeste internamente differenziato: come la nostra Terra ha una crosta geochimicamente distinta, un mantello e un nucleo.

La parte interna del nucleo, con un raggio di 240 km, è ricca di ferro allo stato solido ed è circondata da un guscio esterno fluido costituito principalmente da ferro liquido, con un raggio di circa 300 km. Attorno al nucleo si trova una fase parzialmente fusa con un raggio di circa 500 km.[23] La sua composizione non è stata del tutto chiarita, ma si dovrebbe trattare di ferro metallico in lega con piccole quantità di zolfo e nickel; sono le analisi della variabilità della rotazione lunare a indicare che esso è almeno parzialmente fuso.[24]

Si ritiene che questa struttura si sia sviluppata attraverso una cristallizzazione frazionata dell'oceano magmatico che avvolgeva il satellite 4,5 miliardi di anni fa, al tempo della sua formazione.[25]

La cristallizzazione dell'oceano magmatico avrebbe creato il mantello mafico per precipitazione e separazione dei minerali di olivina, ortopirosseno e clinopirosseno; dopo che circa tre quarti del magma si era cristallizzato, i minerali di plagioclasio, a densità più bassa, poterono galleggiare e formare la crosta superficiale.[26] I liquidi, che cristallizzarono per ultimi, si trovarono compressi tra la crosta e il mantello, con un'elevata abbondanza di elementi scarsamente compatibili ed esotermici.[27] A conferma di questo, la mappatura geochimica effettuata dalle sonde in orbita, mostra che la crosta è prevalentemente a base di anortosite;[28] anche i campioni di roccia lunare della lava eruttata sulla superficie da fusioni parziali del mantello, confermano la composizione mafica del mantello, più ricco in ferro di quello terrestre.[27] Attraverso i dati inviateci dalla missione GRAIL, le ultime stime effettuate, dimostrano invece che la crosta lunare è più sottile di quanto si pensava, in media 32-34 km contro i 45 km precedenti.[27]

La Luna è il secondo satellite più denso del sistema solare dopo Io.[29] Tuttavia le dimensioni del nucleo interno lunare sono piuttosto piccole in confronto alla dimensione totale del satellite, solo il 20%,[27] rispetto al circa 50% della maggioranza degli altri satelliti di tipo terrestre.

Topografia lunare

Topografia della Luna. In rosso le elevazioni, in blu le depressioni.

La topografia della Luna è stata misurata utilizzando tecniche come l'altimetria laser e l'analisi stereoscopica delle immagini.[30]

La caratteristica topografica più rilevante è l'enorme Bacino Polo Sud-Aitken, situato sulla faccia nascosta della Luna e pertanto non direttamente visibile da noi. Si tratta di un vasto cratere da impatto di oltre 2 240 km di diametro, il più grande del nostro satellite e uno dei più estesi dell'intero sistema solare.[31][32] Oltre alle dimensioni, il cratere vanta anche due altri primati: con i suoi 13 km di profondità contiene il punto più basso dell'intera superficie lunare[31][33] mentre la massima elevazione del satellite si trova sul suo bordo nord-est. Si ritiene che quest'area sia il risultato di un impatto obliquo che ha portato alla formazione del bacino.[34]

Anche altri grandi bacini da impatto come Mare Imbrium, Mare Serenitatis, Mare Crisium, Mare Smythii e Mare Orientale posseggono vaste depressioni e bordi molto elevati.[31] L'emisfero nascosto della Luna ha un'elevazione media di 1,9 km più alta rispetto quella dell'emisfero visibile.[27]

Presenza di acqua

Immagine del Polo Sud lunare ripresa dalla sonda Clementine.

La Luna per gran parte della sua storia antica è stata bombardata da asteroidi e comete, quest'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. È stato però ipotizzato che quantità significative di acqua possano rimanere sulla Luna, in superficie, in aree perpetuamente all'ombra o inglobate nella crosta.[35]

A causa della modesta inclinazione dell'asse di rotazione lunare (solo 1,5°), alcuni dei crateri polari più profondi non ricevono mai luce dal Sole, rimanendo sempre in ombra. In accordo con i dati raccolti durante la missione Clementine, sul fondo di tali crateri potrebbero essere presenti depositi di ghiaccio d'acqua.[35] Le successive missioni lunari hanno tentato di confermare questi risultati, senza tuttavia fornire dati definitivi.[35]

Nell'ambito del suo progetto di ritorno sulla Luna, la NASA ha deciso di finanziare il Lunar Crater Observation and Sensing Satellite.[36] La sonda è stata progettata per osservare l'impatto dello stadio superiore del razzo vettore Centaur che l'avrebbe portata in orbita, su una regione permanentemente in ombra situata in vicinanza al Polo Sud lunare.[37] L'impatto del razzo è avvenuto il 9 ottobre 2009, seguito quattro minuti dopo da quello della sonda che in questo modo ha attraversato il pennacchio così sollevatosi e ne ha potuto analizzare la composizione.[38]

Il 13 novembre 2009, la NASA ha annunciato che, in seguito a un'analisi preliminare dei dati raccolti durante la missione di LCROSS, è stata confermata la presenza di depositi di ghiaccio d'acqua nei pressi del Polo Sud lunare.[39] Nello specifico sono state rilevate linee di emissione dell'acqua nello spettro, nel visibile e nell'ultravioletto, del pennacchio generato dall'impatto sulla superficie lunare dello stadio superiore del razzo che aveva portato la sonda in orbita.[39] È stata inoltre rilevata la presenza di idrossile, prodotto dalla scissione dell'acqua investita dalla radiazione solare.[39]

L'acqua (sotto forma di ghiaccio) potrebbe in futuro essere estratta e quindi divisa in idrogeno e ossigeno da generatori ad energia solare. La quantità di acqua presente sulla Luna è un fattore importante nel rendere possibile la sua colonizzazione, perché il trasporto dalla Terra è estremamente costoso.

L'acqua lunare potrebbe essere contenuta al suo interno e derivare dalla sua formazione, come rileva uno studio recente (maggio 2011) condotto dalla NASA[40]. Lo studio evidenzia che la percentuale di acqua presente nella Luna potrebbe essere simile a quella terrestre e quindi i depositi rilevati potrebbero essere stati generati dalle eruzioni magmatiche del passato.

Campo magnetico

Per più di un miliardo di anni dalla sua formazione, la luna ebbe un campo magnetico paragonabile a quello terrestre. Gran parte del calore indispensabile a mantenere fluido il nucleo esterno ed il mantello era dato, in parte dal decadimento degl'isotopi radioattivi, ma soprattutto dalle forze mareali esercitate dalla Terra, come accade ancor oggi per la luna gioviana Io. Le forze mareali creavano un notevole attrito - e, quindi, riscaldamento interno - negli strati interni della Luna in quanto, all'inizio della sua storia, il satellite, che continua anche oggi ad allontanarsi progressivamente dalla Terra, orbitava intorno al pianeta ad una distanza molto inferiore a quella odierna, cosicché la forza gravitazionale esercitata dalla Terra era in grado anche di fondere e far rimanere allo stato fuso le rocce del mantello lunare e quelle del nucleo esterno (che sono tuttora fuse). A distanza ravvicinata, le interazioni di marea tra la Terra e la Luna avrebbero, oltretutto, fatto sì che il mantello del nostro satellite ruotasse in modo leggermente diverso da quello del suo nucleo, creando celle convettive che si mantennero fino a circa 3 miliardi d'anni or sono. Proprio questo movimento differenziale avrebbe indotto nel nucleo un rimescolamento in grado, almeno stando alle previsioni teoriche, di dar luogo a una dinamo magnetica[41]. Il campo magnetico esterno attuale della Luna è molto debole, compreso tra uno e cento nanotesla, circa un centesimo di quello terrestre. Non si tratta di un campo magnetico dipolare globale, che richiederebbe un nucleo interno liquido, ma solo una magnetizzazione crostale, probabilmente acquisita nelle prime fasi della sua storia quando la geodinamo era ancora operativa.[42][43] Parte di questo residuo di magnetizzazione potrebbe anche derivare da campi magnetici transitori generatisi durante grandi eventi di impatto attraverso l'espansione della nube plasmatica associata all'impatto in presenza di un preesistente campo magnetico ambientale. Questa ricostruzione è supportata dalla localizzazione delle grandi magnetizzazioni crostali disposte agli antipodi dei grandi bacini da impatto.[44]

Le misurazioni del campo magnetico possono dare inoltre informazioni su dimensione e conduttività elettrica del nucleo lunare, fornendo quindi dati per una migliore teoria dell'origine della Luna. Per esempio, se il nucleo contenesse una proporzione maggiore di elementi magnetici (come il ferro) rispetto a quella terrestre, la teoria della nascita per impatto perderebbe credito (anche se potrebbero esistere spiegazioni alternative per questo fatto).

Sopra tutta la crosta lunare si stende uno strato esterno di roccia polverosa, chiamata regolite. Sia la crosta sia la regolite sono distribuite in modo irregolare, l'una con uno spessore da 60 a 100 chilometri, l'altra passando da 3-5 metri nei mari fino a 10-20 metri sulle alture. Gli scienziati pensano che queste asimmetrie siano sufficienti per spiegare lo spostamento del centro di massa della Luna. L'asimmetria della crosta potrebbe anche spiegare la differenza nei terreni lunari che sono formati principalmente da mari sulla faccia vicina e rocce sulla parte lontana.

Atmosfera

La Luna non possiede quella che si può definire un'atmosfera nel senso comune del termine; si può solo parlare di un velo estremamente tenue, tanto che può essere quasi assimilato al vuoto, con una massa totale di meno di 10 tonnellate.[45] La pressione superficiale risultante è attorno a 10−15 atmosfere (0,3 nPa), variabile in funzione del giorno lunare. La sua origine è imputabile al degassamento e allo sputtering, cioè il rilascio di atomi di gas da parte delle rocce che compongono la Luna, in seguito all'impatto degli ioni portati dal vento solare.[28][46]

Tra gli elementi che sono stati identificati ci sono sodio, potassio (presenti anche nelle atmosfere di Mercurio e del satellite Io) generati da sputtering; elio-4, da vento solare; argon-40, radon-222 e polonio-210 da degassamento per effetto del decadimento radioattivo all'interno di crosta e mantello.[47][48] Non è ben chiara l'assenza di elementi allo stato neutro (atomi o molecole) come ossigeno, azoto, carbonio e magnesio, normalmente presenti nella regolite.[47]

La presenza di vapore acqueo è stata rilevata dalla sonda indiana Chandrayaan-1 a varie latitudini, con un massimo a ~60–70 gradi; si ritiene che possa essere generato dalla sublimazione del ghiaccio d'acqua della regolite.[49] Dopo la sublimazione, questo gas può ritornare nella regolite, sotto l'effetto della debole attrazione gravitazionale della Luna, o essere disperso nello spazio a causa sia della radiazione solare sia del campo magnetico generato dal vento solare sulle particelle ionizzate.[47]

Terremoti sulla Luna

Le missioni Apollo che hanno portato astronauti sulla Luna hanno sbarcato anche alcuni sismografi. Questi sismografi hanno funzionato per molti anni ottenendo risultati ben diversi da quelli posti sulla superficie terrestre. Pur avendo registrato qualche migliaio di terremoti l'anno, si è visto che in media l'energia liberata da essi è molto bassa e non ha quasi mai superato il secondo grado della scala Richter. L'assenza di moti crostali impedisce lo sviluppo di terremoti di alta intensità.