La Luna Formazione, caratteristiche e moti del satellite della Terra A cura di Stefano Motti IV H Liceo Scientifico G. Aselli a.s. 2010/2011

Così descrive la Luna G. Galilei nel Sidereus Nuncius. “La superficie della Luna non è levigata, uniforme ed esattamente sferica, come gran numero di filosofi credette di essa e degli altri corpi celesti, ma ineguale, scabra e con molte cavità e sporgenze, non diversamente dalla faccia della Terra, variata da catene di monti e profonde valli.” Così descrive la Luna G. Galilei nel Sidereus Nuncius.

Indice La formazione della Luna Caratteristiche morfologiche Moti lunari Le fasi lunari

Nessuna delle ipotesi avanzate è stata mai confermata definitivamente La formazione della Luna Le 4 teorie sulla genesi del satellite terrestre Ipotesi della fissione Ipotesi dell’accrescimento Ipotesi della cattura Ipotesi dell’impatto violento Nessuna delle ipotesi avanzate è stata mai confermata definitivamente

Ipotesi della fissione Secondo questa teoria (tra le prime ad esser state avanzate) la Luna si sarebbe formata dalla materia staccatasi dall’equatore terrestre a causa del rigonfiamento a poli della terra, dato dalla grande velocità di rotazione.

I “contro” dell’ipotesi L’ipotesi della fissione è considerata la più improbabile dato che non spiega la diversa composizione della Luna dalla Terra ed è inoltre impossibile che la velocità di rotazione terrestre fosse stata sufficientemente elevata per permettere l’accadere di questo evento.

Ipotesi dell’accrescimento La teoria ipotizza che la Luna si sia formata contemporaneamente alla Terra dall’aggregazioni di polveri e vari materiali che giravano attorno al centro gravitazionale del pianeta nascente. In seguito questi si sarebbero addensati dando origine ad un corpo di notevoli dimensioni tenuto in orbita attorno alla Terra grazie all’interazione gravitazionale.

I “contro” dell’ipotesi L’ipotesi è sicuramente una delle più preferite dagli astronomi moderni anche se non spiega del tutto alcune caratteristiche della composizione chimica lunare e l’elevato momento angolare del sistema formato da Terra e Luna.

Ipotesi della cattura Secondo questa ipotesi la Luna si sarebbe formata in una regione lontana dalla Terra del Sistema solare. In seguito, passando per puro caso abbastanza vicino al nostro pianeta da poter entrare nel suo campo gravitazionale, sarebbe stata catturata da esso entrando poi nella sua orbita.

I “contro” dell’ipotesi A sfavore di questa teoria vi è principalmente il fatto che è assai improbabile che la Luna potesse esser stata catturata proprio dalla Terra, che ha un campo gravitazionale debole se confrontata ai giganti del Sistema solare. Non si conosce inoltre un possibile meccanismo in grado di mutare l’orbita iniziale della Luna, presumibilmente parabolica, in una ellittica attorno al nostro pianeta. Per questi motivi l’ipotesi è improbabile.

Ipotesi dell’impatto violento Secondo la teoria dell’impatto, elaborata da Hartmann e Davis, La Luna sarebbe il risultato della fusione di un insieme di planetesimi* e detriti formatisi a seguito dell impatto del nostro pianeta con un corpo delle dimensioni di Marte. Come nella teoria dell’accrescimento, questi materiali si sarebbero uniti dando origine ad un grande corpo orbitante intorno alla terra. *planetesimo: corpo roccioso primordiale che origina asteroidi e meteoriti

La teoria più avvalorata Quella dell’impatto violento, a detta della comunità scientifica, sembra essere l’ipotesi più plausibile della formazione lunare. A favore di essa entrano in gioco molti fattori, tra i quali la conformazione fisica del satellite e la sua composizione chimica

Caratteristiche morfologiche Storia delle osservazioni La superficie lunare L’interno della Luna ed il campo magetico

Storia delle osservazioni La Luna suscitò vasti interessi già dalle prime osservazioni astronomiche. Il primo che avanzò un ipotesi corretta sulla sua natura morfologica che oggi riteniamo esatta fu probabilmente Anassagora di Clazomene,il quale sosteneva che la Luna avesse colli e valli sulla sua superficie.

La cosmologia dei filosofi greci si occupò largamente della natura del nostro satellite e dopo l’introduzione della quinta essenza eterea, a fianco dei quattro elementi di Empedocle, a lungo si ritenne che la Luna fosse composta di questa sostanza cristallina, perfetta, indistruttibile ed eterna. Le macchie grigie presenti sulla sua superficie erano considerate come vapori acquei e non potevano quindi provare la possibile presenza di imperfezioni sul suolo lunare.

Il primo scienziato che provò sperimentalmente la presenza di crateri, valli e monti sulla Luna fu Galileo Galilei, grazie all’utilizzo del suo cannocchiale astronomico. Numerosi furono gli scontri con la Chiesa per questa ipotesi, dato che l’istituzione cristiana considerava la Luna in senso aristotelico, formata cioè di quinta essenza.

La superficie lunare La superficie lunare appare di colore grigiastro, dato dalla presenza di uno strato compatto di polvere detta regolite. Sono poi presenti sul satellite molti avvallamenti e rilievi che si distinguono in mari, regioni depressionarie formate da vaste pianure disseminate di piccoli crateri, e terre, abbastanza elevate e composte da crateri di varie dimensioni.

Mari Terre

Sulla superficie lunare sono inoltre presenti alcune catene montuose con rilievi che arrivano ai 6000 m di altezza. Esse sono distribuite in maniera irregolare sulla Luna e si concentrano solitamente attorno ad i mari. Sul suolo del satellite vi sono pure alcuni vulcani, formatisi come crateri molto profondi, la cui origine è da attribuirsi al forte bombardamento meteorico a cui la Luna è soggetta a causa dell’assenza di atmosfera.

Crateri lunari Catena montuosa lunare

L’interno della Luna ed il campo magnetico La struttura fisica interna della Luna è molto simile a quella terrestre. Il nucleo è piuttosto piccolo e composto da ferro, il mantello occupa la maggior parte del volume lunare e la crosta ha uno spessore molto variabile (da 60 a 100 km) ed è costituita da anortosite.

Crosta Mantello semisolido Nucleo Mantello A causa della scarsa presenza di materiale ferroso fluido, la Luna non possiede un vero e proprio campo magnetico. In passato probabilmente la situazione non era tale e ciò è dimostrato dalla presenza di residui di ferro nelle rocce lunari.

I moti lunari Il nostro satellite è dotato di una massa abbastanza piccola e di conseguenza risente fortemente della forza gravitazionale del Sole e dei pianeti del Sistema, oltre che di quella terrestre. Per questo motivo i moti della Luna risultano essere complessi, irregolari e perturbati.

Rivoluzione Rotazione Librazioni Traslazione Eclissi Maree

Rivoluzione E’ il moto della Luna lungo una traiettoria ellittica attorno alla Terra, che occupa uno dei due fuochi dell’ellisse. Durante questo movimento la Luna presenta una velocità orbitale variabile in maniera inversamente proporzionale alla distanza dal nostro pianeta. In particolare avremo un minimo ed un massimo della velocità orbitale, a seconda che essa si trovi rispettivamente all'apogeo (il punto più lontano dalla Terra) o al perigeo (il punto più vicino alla Terra).

La direzione del moto di rivoluzione è da Ovest verso Est, mentre per il moto apparente del cielo, a causa della contemporanea rotazione della Terra nello stesso verso, la Luna apparirà come trascinata dalla volta celeste da Est verso Ovest. La durata del periodo di rivoluzione, detto mese siderale, è di 27,3 giorni.

Rotazione La Luna compie un moto di rotazione attorno al proprio asse in 27,3 giorni. Proprio per il fatto che sia il periodo di rotazione che quello di rivoluzione hanno la stessa durata la Luna rivolge verso la Terra sempre la medesima faccia.

Librazioni Con il termine librazioni si intende una serie di oscillazioni latitudinali e longitudinali compiute dalla Luna. I due piatti di una bilancia possono oscillare come un pendolo su e giù attorno alla loro posizione di equilibrio, e il moto di librazione della Luna prende il nome da questo tipo di oscillazione a cui rassomiglia. Nella posizione di equilibrio, l'asse maggiore della Luna (che non è sferica, ma un po' allungata) è puntato verso la Terra, e la librazione fa variare temporaneamente questo puntamento un po' verso nord, sud, est e ovest.

Librazioni Nord-Sud Librazioni Est-Ovest

Traslazione Il moto di traslazione è svolto dalla Luna che ruota contemporaneamente alla Terra attorno al Sole lungo una traiettoria detta epiciclo. L’immagine illustra la forma della traiettoria risultante del movimento della Luna attorno al Sole

Eclissi Nel momento in cui avviene una congiunzione tra il Sole, la Terra e la Luna, cioè si ha un allineamento tra i tre corpi celesti, avvengono le eclissi. Vi sono due tipi di eclissi: Solari Lunari

Eclissi solari Si assiste alle eclissi solari quando la Luna si interpone tra il Sole e la Terra, nascondendo la stella dalla nostra vista. A tal fine non basta però che i tre corpi siano allineati, dato che i piani su cui giacciono le loro orbite non hanno la stessa inclinazione. Nel momento in cui però si ha, oltre che un allineamento dei tre astri, una complanarità tra essi, ecco che si assiste ad una vera e propria eclissi solare. Il periodo di tempo che intercorre tra le varie eclissi è detto ciclo di Saros, un periodo di 18 anni, 11 giorni ed 8 ore, ed era già noto agli antichi.

Tipi di eclissi solari Esistono 3 tipi di eclissi solari che variano a seconda della posizione dell’osservatore sulla Terra e dell’allineamento dei corpi celesti. Si ha un’ eclisse totale quando il disco solare è totalmente oscurato, essa dura circa 8 minuti Si ha un’eclisse anulare nel momento in cui il disco solare ha l’anello più esterno non in ombra. Ciò avviene quando la Luna è lontana dalla Terra. Si ha un’eclisse parziale quando l’ombra della Luna copre solo una porzione del disco solare.

Eclisse totale Eclisse anulare Eclisse parziale

Eclissi lunari Si assiste ad un’eclisse di Luna quando la Terra si interpone tra il Sole e la Luna proiettando sul nostro satellite la sua ombra. Le eclissi lunari sono osservabili da tutto l’emisfero non illuminato dal Sole e hanno una durata di diverse ore. Durante questo fenomeno la Luna non scompare del tutto ma viene colpita da deboli raggi luminosi che, attraversando l’atmosfera terrestre, vengono rifratti assumendo una colorazione rossastra.

Le fasi di un’eclisse lunare

Le maree A causa della grande forza di gravità esercitata dalla Luna, le grandi masse d’acqua oceaniche e marittime tendono a spostarsi uniformemente per effetto dello spostamento della Luna rispetto alla Terra. In particolare quando l’acqua si sposta da una parte all’altra del nostro pianeta vi sarà una zona in cui essa confluirà, alzando il livello marittimo, ed una dalla quale defluirà, abbassando il livello del mare.

Siccome sia la Terra ruota intorno al proprio asse sia la Luna attorno alla Terra, le maree sono influenzate da una composizione di questi due moti. Per questo motivo si assiste nello stesso luogo sulla Terra ad un alternarsi di alta e bassa marea ogni 6 ore, fatto che causa il susseguirsi di 4 fasi di maree in una giornata. Sempre per la composizione dei due moti, le maree sono ritardate di 50 minuti ogni giorno.

L’effetto solare sulle maree Anche il Sole esercita una notevole forza di gravità sulle masse d’acqua terrestri, anche se in maniera minore rispetto alla Luna. Questo fatto è di fondamentale importanza perche quando Luna è piena, la marea raggiunge il massimo livello di differenza tra i livelli di alta e bassa ed il Sole, in posizione opposta rispetto al satellite, mitiga l’effetto mareale.

Le fasi lunari Dato che la Luna non splende di luce propria ma riflette quella solare, essa presenta delle fasi causate dalle posizione del Sole, della Terra e del satellite stesso.

Quando la Luna si trova tra Terra e Sole (non in complanarità) la faccia illuminata della Luna è opposta alla Terra e per questo dal nostro pianeta non si percepisce alcuna luce riflessa. E’ questa la fase di novilunio.

Quando la Terra si trova tra Sole e Luna, i raggi luminosi colpiscono il satellite sulla faccia mostrata alla Terra e di conseguenza la vedremo totalmente illuminata. Si tratta della fase di plenilunio.

Nelle fasi intermedie il Sole illumina solo una porzione della Luna visibile dalla Terra e di conseguenza essa apparirò falciforme o gobba. In particolare tra novilunio e plenilunio (fase crescente) la Luna assume una forma prima falciforme e poi gibbosa, viceversa tra plenilunio e novilunio (fase calante) si passa da una gibbosa ad una falce.

I dati della Luna 3476 Km 7,35 x 1022 Kg 3,35 g/cm2 1,57 m/s2 Diametro 3476 Km Massa 7,35 x 1022 Kg Densità media 3,35 g/cm2 Gravità 1,57 m/s2 Distanza media dalla terra 384 000 Km Periodo di rivoluzione 27g 7h 43m 12s Periodo di rotazione Velocità di fuga 2,4 km/s