La Luna

Aspetti fisici La Terra è il primo pianeta, partendo dal Sole, a possedere un satellite naturale, la Luna. La Luna dista dalla Terra in media 384.000 km, il suo raggio (1.740 km) è circa un quarto di quello terrestre, la sua massa è circa un ottantesimo di quella terrestre e la sua gravità è circa un sesto di quella della Terra.

Aspetti fisici A causa della bassa gravità sulla Luna non c’è atmosfera e ciò produce diverse conseguenze: Il passaggio dalla luce al buio è molto netto (non esiste il crepuscolo); Le zone al buio hanno una temperatura di –150°C mentre le zone illuminate dal Sole raggiungono i 100°C; Tutti i meteoriti attirati dalla Luna impattano sul suolo producendo dei crateri (a differenza della Terra dove l’attrito con l’atmosfera fa “incendiare” i piccoli meteoriti – “stelle cadenti”).

Aspetti fisici Da un punto di vista morfologico sul suolo lunare si possono distinguere: Mari (le aree più scure che si osservano sulla Luna piena); Terre (le aree più chiare); Crateri. I numerosi crateri, di svariate dimensioni (da pochi cm a qualche centinaio di km di diametro) sono stati prodotti in buona parte dall’impatto con meteoriti, ma vi sono anche crateri di origine vulcanica.

Movimenti della Luna La luna compie tre movimenti: - ROTAZIONE (intorno al proprio asse, da W verso E, come la Terra) - RIVOLUZIONE (intorno alla Terra, sempre da W verso E) - TRASLAZIONE (intorno al Sole insieme alla Terra) La rivoluzione segue le leggi di Keplero e quindi l’orbita della Luna intorno alla Terra ha una forma ellittica con un perigeo (364.400 km) ed un apogeo (406.730 km). I movimenti di rotazione e di rivoluzione sono sincroni, avvengono cioè con lo stesso periodo (27 giorni,7 ore, 43 minuti). E’ per questo che dalla Terra si vede sempre la stessa faccia della Luna.

Le fasi lunari Le relative posizioni del Sole, della Terra e della Luna, durante una rivoluzione lunare, determinano le fasi lunari: NOVILUNIO: in questa fase viene illuminata la faccia nascosta della Luna, mentre la faccia rivolta verso la Terra è in ombra (congiunzione); PRIMO QUARTO: la Luna si trova in quadratura ossia l’angolo Sole-Terra-Luna è di 90°; PLENILUNIO: in questa fase viene illuminata la faccia rivolta verso la Terra (opposizione); ULTIMO QUARTO: ci troviamo nuovamente in quadratura.

Le fasi lunari Per riconoscere la fase lunare in cui ci si trova si può far riferimento al proverbio popolare: “Gobba a ponente, Luna crescente, gobba a levante, Luna calante”. Se però non si conosce la posizione dell’Est e dell’Ovest ci si può affidare ad un altro metodo, “La Luna bugiarda ”: se la Luna disegna una D (iniziale di decrescente) allora sarà in fase crescente; se disegna una C (iniziale di crescente) allora sarà in fase decrescente. Provare per credere!

Eclissi Il piano dell’orbita lunare è inclinato di circa 5° rispetto a quello dell’orbita terrestre con la conseguenza che per metà rivoluzione la Luna si trova sopra il piano dell’orbita terrestre (eclittica) e per l’altra metà sotto tale orbita. Il Sole , la Terra e la Luna giacciono quindi sullo stesso piano solo quando la Luna si trova in due punti particolari della propria orbita; questi punti sono detti nodi. Solo quando la Luna si trova in uno dei nodi, o molto prossima a questi, e contemporaneamente si trova nella fase di Novilunio o di Plenilunio si può osservare il fenomeno dell’eclissi (rispettivamente di Sole o di Luna).

Eclissi di Luna Queste eclissi possono essere totali o parziali a seconda se la Luna è investita dal cono d’ombra o di penombra proiettato dalla Terra. In realtà durante una eclissi totale la Luna non scompare del tutto, ma appare debolmente illuminata da una luce rossastra. Si tratta della luce del Sole rifratta e diffusa dall’atmosfera terrestre così come avviene all’alba e al tramonto.

Eclissi di Sole A causa del piccolo cono d’ombra proiettato dalla Luna sulla Terra, le eclissi di Sole sono visibili da una porzione limitata della superficie terrestre. Le eclissi di Sole possono essere totali, parziali o anulari e ciò dipende dalle relative distanze dei corpi celesti che determinano le loro dimensioni apparenti. L’eclissi totale di Sole si ha quando la Luna si trova in perigeo e contemporaneamente la Terra in afelio. L’eclissi parziale di Sole si ha quando la Terra entra nel cono di penombra della Luna. L’eclissi anulare di Sole si ha quando la Luna si trova in apogeo e la Terra in perielio.

Eclissi di Sole A causa delle piccole dimensioni del cono d’ombra della Luna, le eclissi totali di Sole durano al massimo poco più di 7 minuti. Già gli antichi avevano scoperto che le eclissi seguono un ciclo, detto “ciclo di Saros” della durata di circa 18 anni in cui avvengono 43 eclissi solari (12 totali, 16 anulari e 15 parziali) e 28 eclissi di Luna.

Le maree Un’altra conseguenza del moto di rivoluzione della Luna è osservabile nel fenomeno delle maree. Per spiegare questo fenomeno occorre tener presente che il baricentro Terra-Luna cade a circa ¾ del raggio terrestre dalla parte della Luna. Quindi non è solo la Luna a girare intorno alla Terra ma anche il contrario. Questo ruotare intorno ad un baricentro comune genera una forza centrifuga che spiega la presenza dell’alta marea anche agli antipodi del meridiano dove culmina la Luna. Forza centrifuga Attrazione lunare

Le maree Le alte e basse maree si susseguono ogni 6 re circa. L’ampiezza delle maree dipende dalla conformazione dei fondali marini. Nel Mediterraneo l’ampiezza media è di circa 0,5 m mentre nell’alto Adriatico l’oscillazione raggiunge anche 1 m. Nella Baia di Fundy (Canada) sono stati registrati dislivelli di marea di poco inferiori ai 20m. Nel Golfo di Saint Malo (Bretagna-Canale della Manica) si sono avuti dislivelli di 12-13 m

Formazione della Luna Sono state proposte diverse ipotesi sulla formazione della Luna. IPOTESI DELLA FISSIONE – Proposta da George Darwin, figlio del più noto Charles, questa ipotesi afferma che la Luna si sarebbe staccata dalle Terra quando questa, nelle sue fasi iniziali di formazione, era fusa e girava molto velocemente. Questa ipotesi è stata scartata perché la velocità di rotazione della Terra non sarebbe stata sufficiente per produrre il distacco di una sua parte.

Formazione della Luna IPOTESI DELLA CATTURA – Secondo questa ipotesi la Luna sarebbe un corpo celeste che, mentre attraversava il sistema solare, sarebbe stato catturato dall’attrazione gravitazionale delle Terra. Questa ipotesi è stata scartata in seguito alla forte somiglianza dei rapporti degli isotopi dell’ossigeno presenti sui due corpi celesti.

Formazione della Luna IPOTESI DELL’ACCRESCIMENTO Questa ipotesi prevede che la Luna si sia formata in seguito all’aggregazione di frammenti rocciosi in orbita intorno alla Terra.

Formazione della Luna IPOTESI DELL’IMPATTO GIGANTE – Secondo questa ipotesi la Terra, durante le fasi finali di formazione quando già si era differenziato il suo nucleo metallico, sarebbe stata colpita da un corpo grande circa come Marte. L’impatto avrebbe espulso una grande quantità di materiale, proveniente dal mantello e dalla crosta della Terra ma anche dal corpo celeste, formando un anello di detriti in orbita intorno alla Terra. In seguito i detriti, condensandosi, avrebbero dato origine alla Luna. Questa ipotesi trova numerosi sostenitori in quanto in questa maniera è possibile spiegare, ad esempio, la somiglianza della composizione chimica della Luna con quella del mantello terrestre.

L’ESPLORAZIONE DELLA LUNA La relativa vicinanza della Luna ne ha reso possibile una sua esplorazione, anche perché negli anni 1960-1970 la sua conquista era uno degli obiettivi della cosiddetta “guerra fredda” tra gli Stati Uniti e l’Unione Sovietica. L’Unione Sovietica ha preferito usare sonde automatiche che, raggiunto il suolo lunare, hanno raccolto campioni di roccia (Luna 16,17,20 e 22). Gli Stati Uniti hanno invece preferito un programma più ambizioso che prevedeva lo sbarco sulla Luna di un equipaggio umano.

L’ESPLORAZIONE DELLA LUNA Il 21 luglio 1969 gli astronauti statunitensi N. Armostrong, B. Aldrin e M. Collins raggiungono la superficie lunare. « Un piccolo passo per un uomo, un balzo da gigante per l'umanità » Neil Armostrong

FASI IMPORTANTI CHE HANNO PORTATO ALLA CONQUISTA DELLA LUNA

? APOLLO ZOND RANGER SURVEYOR LUNIK Lunar Orbiter Le missioni lunari: dalla fine della guerra fredda ad una nuova corsa alla Luna? APOLLO ZOND Lunar Orbiter ? RANGER SURVEYOR LUNIK galileo

Le sonde “Ranger” Ranger 1: lanciata nel 1961, è servita da “prova” per testare una serie di apparecchiature necessarie per l’esplorazione spaziale. La missione, considerando le difficoltà nel lancio, ebbe buoni risultati. Ranger 9: lanciata nel 1965, aveva come missione quella di fornire foto ad alta risoluzione fino ad urtare ad alta velocità la superficie lunare. Le 5814 foto registrate nei 19 minuti prima dell’impatto danno una visione della superficie lunare con una risoluzione che arriva, nell’ultima foto, a 0,3 metri.

Le sonde “Surveyor” Le sonde Surveyor (nello specifico la Surveyor 6) avevano lo scopo di preparare lo sbarco umano sulla Luna, a cominciare dallo studio dei parametri per l’atterraggio soffice. Oltre all’atterraggio si voleva capire se e come fosse possibile per un Apollo rimanere e ripartire dalla Luna, oltre che ottenere conoscenze di natura scientifica. Dopo l’atterraggio la sonda fu fatta “saltare” due metri e mezzo più lontano riaccendendo i propulsori che servivano a frenare la discesa. È il primo caso di “ripartenza” dalla Luna. LA missione produsse circa 30000 immagini della superficie lunare.

Le sonde “Lunik” Il luna 1 è stata la prima sonda a raggiungere la luna, ed ha inaugurato una fortunata serie di sonde automatiche interplanetarie. La forma era sferica, con una serie di antenne e di protuberanze che fungevano da “finestre” per gli strumenti a bordo. Non aveva motori per stabilizzare un’orbita, e la sua posizione tracciata nel momento in cui, a 113000km dalla Terra, rilasciò un’ampia nuvola di sodio gassoso che fu visibile nell’oceano Indiano come una piccola stella di colore arancio. Questo fu anche un modo per osservare il “colore” del gas nello spazio esterno. Luna 1 passò a 6000 km circa dalla Luna il 4 gennaio 1959 ed è finita in orbita attorno al Sole tra Marte e la Terra. La sonda conteneva un trasmettitore radio, un sistema di telemetria, e cinque differenti apparati scientifici tra cui un magnetometro, un contatore geiger, un contatore a scintillazione, un detector per micrometeoriti. Le misure ottenute durante la missione mostrarono che la Luna non possiede un campo magnetico, e che c’è un vento solare ovvero un flusso di particelle ionizzate provenienti dal Sole, che viene emanato nello spazio interplanetario. Il Luna 2 è la prima sonda ad atterrare sulla Luna, ed impattò la superficie lunare ad est del mare della Serenità, vicino ai crateri Aristide ed Archimede. La costruzione era simile al Luna 1, e fu lanciata pochi mesi dopo, nel settembre 1959.

Le sonde “Lunik” La sonda Luna 3 è celebre per aver fornito per la prima volta immagini del lato nascosto della Luna. Dal rozzo atlante che venne stilato con le prime immagini, di qualità scadente, si potè vedere come la superficie fosse estremamente craterizzata, molto differente rispetto alla “faccia” a noi familiare. La sonda era molto più sofisticata delle precedenti, avendo al suo interno delle videocamere che si affacciavano dall’oblò della parte superiore. L’interno della sonda era chiuso a 0,23 atm e delle celle solari erano montate sulle pareti per fornire potenza alle batterie interne alla sonda. Un primitivo sistema di condizionamento controllava che la temperatura interna non oscillasse mai troppo lontano dai 25°C. Delle celle fotoelettriche mantenevano l’orientamento reciproco con il Sole e la Luna. Una volta lanciata e giunta in posizione, la fotocellula “riconosceva” la giusta posizione e faceva accendere la videocamera che iniziava a scattare immagini. Successivamente il film veniva sviluppato in automatico e scannerizzato tramite un tubo fotomoltiplicatore con una risoluzione di 1000 linee. A questo punto era possibile inviare il segnale a terra. La sonda ebbe una serie di problemi una volta lanciata, e le 17 immagini che inviò a Terra furono solo una parte delle 29 scattate.

Le sonde “Lunik” La sonda Luna 9 fu la prima sonda ad atterrare dolcemente sulla luna e a trasmettere immagini e dati sulla Terra il 3 febbraio 1966. Il sistema, una volta atterrato nell’oceano delle Tempeste, si separò dall’apparato di volo, ed aprì i suoi quattro “petali” stabilizzandosi. Tramite un sistema radiotelevisivo rotante iniziò a riprendere attorno a sé per circa 8 ore.

Le sonde “Lunik” La sonda Luna 21, lanciata nel 1973, è importante per il rover lunare (Lunokhod2) che trasportava con sé. Gli obiettivi primari della missione erano collezionare immagini della superficie lunare, esaminare il livello di luce ambientale per determinare la fattibilità di un osservazione astronomica dalla Luna, mettere su un sistema di puntamento laser dalla Terra (che è ancora oggi usato per misurare la distanza Terra-Luna), osservare i raggi X solari, misurare il campo magnetico locale, e studiare le proprietà meccaniche del materiale superficiale lunare. Il rover pesava circa 840 kg, era lungo 170 cm e procedeva su 8 ruote indipendenti a due velocità (1 e 2 km/h). Sopra di esso c’erano 3 videocamere ad alta risoluzione, di cui una dedicata alla navigazione (il controllo era dato da Terra da una squadra di 5 persone). La potenza era fornita da un pannello solare che copriva la strumentazione, mentre una batteria nucleare rappresentava la fonte di calore che teneva il rover tiepido nella fredda notte lunare. Oltre a ciò, erano presenti 4 fotocamere panoramiche, un tester per misurare le proprietà meccaniche del suolo, uno spettrometro a raggi X, un astrofotometro per misurare i livelli di radiazioni visibili e UV, un magnetometro, un laser a rubino, uno specchio per raggi laser, e un radiometro. Una volta sceso sul suolo lunare, nel cratere LeMonnier, il rover risalì la china e giunse sul posto in cui era atterrato il Luna20. Tra il 16 gennario e il 4 giugno il rover coprì la distanza di 37 km , fermandosi occasionalmente a ricaricare le batterie e ibernandosi la notte.

Le sonde “Lunik” La sonda Luna 24 fu l’ultima della serie e la terza missione sovietica a riportare sulla Terra campioni di suolo lunare (170 g circa). Il tutto avveniva in automatico, con una trivella ed un sistema di raccolta in capsule. Successivamente veniva attivato un sistema di lancio dal modulo di atterraggio.

Le sonde “Zond” Lo Zond 3 fu lanciato dallo Sputnik (la piattaforma messa in orbita dall’Unione Sovietica) nel 1965. Era equipaggiato con una camera ed un sistema radiotelevisivo. Passando sulla faccia nascosta della luna, a distanze tra i 10000 e i 12000 km, scattò foto ad alta qualità e filmò la superficie lunare per circa 68 minuti. Le foto furono trasmesse mentre si allontanava e furono successivamente ritrasmesse per testare le comunicazioni a distanza vicina a quella dell’orbita di Marte. La sonda montava anche degli spettrografi nell’UV e nell’ IR, dei sensori di radiazioni e un radiotelescopio

“Houston, we have a problem!” FINE