La luna

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La luna

La Luna nella storia dell’uomo

La Luna ha sempre avuto una grande importanza nell’immaginario dell’umanità a causa del regolare alternarsi delle sue fasi; veniva raffigurata dalle antiche popolazioni con figure geometriche, che potevano consistere in cerchi pieni, vuoti o, più spesso, delle falci crescenti.

Nell'antico Egitto, la Luna aveva un doppio nome Hator-Tefnut; nel primo caso (Luna piena) era una seducente fanciulla, nel secondo (Luna nuova) un leone, mentre nel mondo Assiro le veniva attribuito l'appellativo di Luna nera ed era rappresentata circondata da animali notturni.
I Greci, poi, trasformarono la divinità lunare in Selene, dea dell'amore, e in Artemide, dea della caccia e della castità. I Romani ne mutarono i nomi in Diana, Lucina (da cui poi deriverà Luna) e Trivia; agli antichi sacrifici umani, celebrati alla dea della notte, sostituirono l'usanza di ululare lungamente nei trivii.

Le prime osservazioni dettagliate della superficie lunare vennero effettuate nel 1609 d.C. quando il telescopio venne utilizzato da Galileo Galilei per scopi astronomici.
In seguito, durante tutto il XVII secolo, numerosi astronomi si dedicarono all'osservazione della Luna e alla realizzazione di accurate mappe lunari; tra questi vanno ricordati soprattutto i gesuiti bolognesi Giovanni Battista Ricciòli e Francesco Maria Grimaldi, ideatori della nomenclatura dei luoghi della Luna che è alla base di quella ancor oggi usata, e infine Gian Domenico Cassini.
Proprio gli studi di Cassini sui moti della Luna, derivati da lunghe e meticolose osservazioni, sono stati fondamentali per tutti i lavori successivi basati sulle coordinate di luoghi lunari, tra cui quelli di Tobias Mayer.

Per ottenere tuttavia un salto rilevante nella qualità delle osservazioni lunari bisogna attendere il 1840, quando Daguerre ottenne il primo dagherrotipo della Luna.
Naturalmente questa prima immagine fotografica era oltremodo scadente, ma la nuova tecnica apriva la strada alla moderna astronomia.
Per avere le prime immagini dettagliate della superficie lunare e dell’emisfero a noi invisibile si dovette aspettare il 1959, quando il satellite sovietico Lunik III orbitò intorno alla Luna, inviando a Terra il 7 ottobre la prima immagine della faccia opposta alla Terra.
I progetti spaziali proseguirono tra il 1964 e il 1968, con le missioni Ranger e Lunar Orbiter, che inviarono a terra quasi ventimila immagini fotografiche del suolo lunare, riportanti dettagli riconoscibili fino a 25 cm, e con cinque veicoli Surveyor che effettuarono allunaggi morbidi, trasmettendo 86000 immagini televisive, in preparazione alle missioni Apollo che avrebbero portato allo sbarco dell'uomo sulla Luna. Così, la fatidica notte del 20 luglio 1969 l'Uomo si recò di persona sulla Luna, e l'impronta di Neil Armstrong rimase indelebile nella polvere lunare.

Caratteristiche generali
La Luna è l'unico satellite naturale della Terra ed è anche il più interno del sistema solare. La sua forma è ellissoidale con semiasse maggiore rivolto verso la Terra; il raggio medio è di 1.737 km (poco più un quarto di quello della Terra), la massa è pari a un ottantunesimo di quella terrestre e la densità media è di 3,4 g/cm³ (tre quinti di quella del nostro pianeta).

Il sistema Luna-Terra ruota attorno al centro di massa, nel senso della rotazione terrestre, in 27.32 gg. rispetto alle stelle fisse (rotazione siderale). Il baricentro si trova all'interno della Terra, in media a 4670 km dal suo centro, in direzione lunare. La gravità sulla superficie lunare è circa 1/6 rispetto a quella terrestre: ciò comporta l'assenza di atmosfera lunare e di conseguenza anche la mancanza d'acqua sulla superficie, poiché il riscaldamento solare ne ha provocato l'evaporazione e la dispersione delle molecole nello spazio.

Nonostante ciò non è da escludere la presenza di acqua o ghiaccio in qualche anfratto lunare; la sonda Clementine da un lato ed il Lunar Prospector e il radio telescopio di Arecibo dall'altro, forniscono rilevazioni contraddittorie sulla questione. L’esperimento del 9 ottobre 2009 che ha fatto cadere un razzo sul polo Sud della Luna ha definitivamente chiarito che sulla Luna c’è ghiaccio.
L'assenza di atmosfera impedisce anche il verificarsi di fenomeni crepuscolari come aurore e tramonti; il passaggio dal dì alla notte avviene quindi in modo brusco causando una notevole escursione termica: da –173°C della notte a +127°C del giorno.
La durata del giorno e della notte è approssimativamente di 14 giorni ciascuno.

Morfologia
Struttura esterna

Non essendoci acqua, le altezze non possono essere riferite al livello del mare, ma solo al livello medio della sua superficie.
Possiamo così riassumere le principali strutture morfologiche lunari:

crateri: l'origine dei crateri lunari è stata a lungo oggetto di discussione; le teorie moderne indicano che quasi tutti si formarono a causa degli impatti violenti di velocissime meteoriti o di piccoli asteroidi, avvenuti, nella maggior parte dei casi, nel corso delle prime fasi della formazione della Luna. Alcuni crateri, canali e picchi conici mostrano invece caratteristiche inequivocabili della loro origine vulcanica. I crateri più grandi, con diametro di oltre 200 km, sono chiamati circhi o anfiteatri; il più grande è il Bailly con diametro di 295 km e profondità di 3960 m. Attorno ad un cratere sono presenti dei raggi formati da detriti vetrosi creati dal calore sviluppatosi nell'impatto del meteorite con il suolo lunare;

catene montuose: sono presenti vere e proprie catene montuose (come quelle di Leibnitz e Doerfel) nelle quali si possono trovare vette alte fino a 7000 m e rilievi isolati che si trovano al centro dei crateri e sono alti come i loro bordi; si rileva anche la presenza di creste o dorsali alte poche centinaia di metri, lunghe diverse centinaia di chilometri e larghe pochi chilometri; queste ultime sono presenti nei mari, affiancate da colline tondeggianti dette cupole o domi, testimonianza di un antico vulcanesimo lunare;

mari: vaste aree di colore più scuro rispetto al resto della superficie; sono antiche cavità riempite a più riprese da colate di basalto fuso; il mare più ampio è il Mare Imbrium (mare delle Piogge), largo circa 1200 km;

fenditure: sono larghe dai 500 ai 2000 m e lunghe centinaia di chilometri; hanno un aspetto sinuoso come se fossero state scavate dal passaggio di un fluido.

Mineralogia
Dalla misura dell'età delle rocce lunari, si scoprì che la Luna ha 4,52 miliardi di anni, cioè più o meno la stessa età della Terra e presumibilmente del resto del sistema solare. Le rocce dei mari lunari si formarono per solidificazione di rocce fuse tra 3,96 e 3,16 miliardi di anni fa; queste sono simili ai basalti, un tipo di roccia vulcanica estremamente diffuso sul nostro pianeta. Gli altipiani lunari (o continenti), invece, si formarono probabilmente da un tipo di roccia ignea meno densa, detta anortite, che consiste quasi interamente di un minerale chiamato plagioclasio.
Altra caratteristica della superficie lunare è la regolite, cioè uno strato di pochi centimetri di sabbia finissima prodotta da micrometeoriti che hanno staccato dal suolo lunare frammenti di roccia. La regolite è composta da sferule, basalti, anortositi e brecce, che sono complessi miscugli di frammenti di roccia tenuti insieme dall'effetto del calore o della pressione.
Si è riscontrato inoltre che gli elementi poco volatili come Cr, Ti, Ba, Zr e le terre rare sono più abbondanti rispetto alla Terra, mentre gli elementi più volatili come Cl, Na, K, B sono meno abbondanti.

Sul suolo Lunare, oltre ai vari minerali citati, sembra sia presente una gran quantità di He3. L’importanza di questo isotopo dell’He sta nel fatto che attraverso reazioni di fusione nucleare sarebbe in grado di fornire una notevole quantità di energia dando origine come prodotti finali a He4 e H.

Struttura interna
Essendo la densità lunare minore di quella terrestre, si pensa che non esista un nucleo metallico esteso come all'interno della Terra, ma si suppone ci sia la seguente struttura a strati concentrici:
- nucleo di Fe di 340 km di raggio;
- mantello suddiviso in inferiore, intermedio e superiore;
- crosta avente uno spessore variabile dai 30 ai 100 km.
Mantello intermedio, mantello superiore e crosta fanno parte di una litosfera rigida che ha uno spessore di 1000 km in aumento col raffreddarsi del nucleo lunare, mentre mantello inferiore e nucleo fanno parte di una astenosfera plastica.
Tra il mantello inferiore e quello intermedio, sulla congiungente Luna-Terra, si è rilevata la presenza di lunamoti, sismi di intensità notevolmente minore rispetto a quelli terrestri; ciò sarebbe la prova che alcune zone vicine al centro del satellite potrebbero essere composte da materiali allo stato liquido.

Mascons
È ormai accertata anche la presenza dei mascons (acronimo di mass concentration), delle notevoli concentrazioni di massa osservate per la prima volta nel 1968 in seguito alla rilevazione di perturbazioni nelle traiettorie dei satelliti artificiali posti in orbita attorno alla Luna. In base all’analisi di tali perturbazioni, si ritiene che queste aree ad elevata densità abbiano un diametro non superiore ai 100 Km e siano situate a circa un centinaio di chilometri al di sotto della superficie lunare.
L’origine dei mascons non è ancora chiara: secondo alcuni studiosi sarebbero i nuclei sepolti di meteoriti o asteroidi precipitati sulla Luna, secondo altri sarebbero invece i serbatoi magmatici in cui si sono consolidate le rocce ignee più dense.

Origine ed evoluzione
Sull'origine della Luna sono state formulate quattro ipotesi:

Fissione: la Terra, più di 4 miliardi di anni fa, si sarebbe trovata allo stato fuso ruotando su se stessa compiendo un giro completo in circa quattro ore. A causa della forza centrifuga la Terra avrebbe acquistato la forma di uno sferoide sempre più schiacciato, finché si sarebbe formata una protuberanza che infine si sarebbe staccata per dare origine alla Luna. Questa teoria però non tiene conto della notevole forza necessaria per superare l'attrito presente nella Terra fusa.
Cattura: in questo caso la Luna sarebbe stata un corpo vagante nel sistema solare che, passando nei pressi della Terra, sarebbe stato catturato dal campo gravitazionale di quest'ultima. Questa teoria spiegherebbe la diversità di composizione chimica tra Terra e Luna.
Accrescimento: secondo questa ipotesi, materiale ruotante attorno alla Terra si sarebbe aggregato dando origine alla Luna.
Formazione da impatto: è la teoria più recente (pubblicata nel 1975) e maggiormente accreditata. Un asteroide di massa ingente chiamato planetoide (con dimensione paragonabile a quella di Marte), cadendo sulla Terra, avrebbe sollevato una nube di detriti, che poi si sarebbero accumulati, dando origine alla Luna.

A FAVORE di questa teoria vi sono alcuni dati sia astronomici sia geologici:
a) nella composizione della Luna è stata rilevata una bassa percentuale di ferro rispetto alla Terra. Questo è giustificabile se si pensa che l'impatto tra l'asteroide e la Terra deve avere asportato da quest'ultima soprattutto materiale del mantello, nel quale la presenza di ferro è già di per sé carente a causa della sedimentazione nel nucleo. Questo dato inoltre ci porterebbe ad escludere la teoria dell'accrescimento poiché, se tale teoria fosse vera, la composizione media terrestre e lunare dovrebbe essere simile.
b) confrontando le abbondanze degli isotopi dell'ossigeno presenti nelle rocce terrestri ed in quelle lunari, si trova che tali abbondanze sono identiche.
CONTRO: L'aspetto più debole della teoria dell'impatto del planetoide è nel fatto che essa implica che la Terra si sia fusa dopo l'impatto, mentre la geochimica terrestre non sembra indicare un processo così radicale.

Evoluzione
La storia del nostro satellite può essere suddivisa in sei fasi:
- Origine.
- Creazione della crosta.
- Prima epoca di vulcanesimo con creazione dei "mari".
- Era di bombardamento da parte di corpi celesti.
- Seconda epoca di vulcanesimo.
- Quiescenza: è quella attualmente vissuta dalla Luna.

Anche studi effettuati col metodo del decadimento radioattivo su campioni di roccia lunare hanno portato a stimare l'età della Luna in 4.6 miliardi di anni.
Il campo magnetico è meno intenso ed esteso di quello terrestre. Alcune rocce lunari sono debolmente magnetiche e ciò indica che esse si solidificarono in presenza di un campo magnetico più intenso di quello attuale.

NOTA

I sismografi installati sulla superficie lunare hanno registrato segnali che indicano l'impatto di 70/150 meteoriti con masse comprese tra 100 g e 1000 kg ogni anno. La Luna è ancora bombardata dallo spazio, benché meno intensamente che nel passato e ciò può rappresentare un problema per l'eventuale installazione di basi permanenti sul suo suolo.

Moti lunari

I moti principali della Luna sono:

Moto di rotazione: è compiuto da ovest verso est attorno al proprio asse.
Essendo il periodo di rotazione uguale a quello di rivoluzione, la Luna rivolge alla Terra sempre la stessa faccia.
Esistono però delle oscillazioni minori, dette librazioni, dovute all'ellitticità dell'orbita lunare che ci permettono di vedere un po’ il 59 % di tutta la superficie lunare. Poiché l’asse di rotazione è inclinato di solo 1,5° sul piano dell’eclittica, sulla Luna non ci sono stagioni.
Moto di rivoluzione attorno alla Terra: avviene su un'orbita abbastanza eccentrica (e = 0.0549) ed inclinata rispetto all'eclittica di 5° 11'. Il punto dell'orbita lunare più lontano dalla Terra è detto apogeo, quello più vicino perigeo. Le perturbazioni causate dal Sole e dagli altri pianeti provocano lo spostamento del perigeo nel piano dell'orbita lunare attorno alla Terra nello stesso senso del moto terrestre.
Di conseguenza l'asse maggiore dell'ellisse dell'orbita lunare ruota lentamente sul piano orbitale e tra due successivi passaggi al perigeo intercorrono 27.55 gg. La retta, intersezione tra il piano orbitale terrestre e quello lunare, è detta linea dei nodi. I nodi ruotano lentamente in senso opposto rispetto al moto dell'asse maggiore, perciò, la Luna, impiega solo 27.21 gg. per tornare allo stesso nodo, mentre il Sole impiega 346.62 gg. (anno draconico). La Terra intanto si è spostata sull'eclittica, perciò tra due uguali fasi lunari intercorrono 29.53 gg.

Riassumendo, i "mesi" lunari sono denominati:
- siderale: 27.32 gg.; rotazione rispetto alle stelle
- anomalistico: 27.55 gg.; rotazione rispetto al perigeo
- draconico: 27.21 gg.; rotazione rispetto ai nodi
- sinodico (lunazione): 29.53 gg.; rotazione rispetto alle fasi lunari

Moto di rivoluzione attorno al Sole. Nel compiere la sua rivoluzione attorno alla Terra, la Luna si sposta, assieme ad essa, attorno al Sole; la traiettoria risultante dai 2 moti, descritta nello spazio non è più un'ellisse, ma una epicicloide ed ha la caratteristica peculiare di rivolgere la sua concavità sempre dalla parte del Sole.
Assieme alla Terra ed al Sole la Luna partecipa al moto di traslazione verso la stella Ni Herculis, alla rotazione attorno al centro della Galassia ed ai moti di quest'ultima rispetto alla Radiazione Cosmica di Fondo.

Influenza Lunare sulla Terra: Le maree
Le Maree sono periodiche oscillazioni del livello delle acque negli oceani, in mare aperto e nelle insenature; la causa è l'attrazione gravitazionale della Luna (e in contributo minore anche del Sole) sull'acqua e sulla Terra stessa.
La Luna, passando sulla verticale di un punto della superficie terrestre, esercita una forza di attrazione sulle acque, che pertanto si innalzano al di sopra del loro livello normale. Sono soggette a questa forza anche le acque che si trovano dalla parte opposta della Terra. La cresta d'onda che si forma al passaggio lunare è detta marea diretta, mentre quella diametralmente opposta prende il nome di marea opposta. Lungo il cerchio massimo della Terra perpendicolare all'asse che congiunge le creste di marea si hanno fasi in cui l'acqua è più bassa rispetto al suo livello normale.
Le acque basse (riflusso) e alte (flusso) si alternano in un ciclo continuo e la differenza tra il massimo e il minimo livello raggiunti durante questo ciclo è detta escursione di marea. In ogni sito costiero si verificano due alte maree, una diretta e una opposta, e due basse maree in ogni giorno lunare. Due alte o basse maree successive hanno pressappoco lo stesso livello anche se in alcuni siti si riscontra una certa discrepanza, di cui non è ancora nota la ragione. Le maree oceaniche sono comunque più alte rispetto a quelle dei mari interni.

Fasi lunari ed eclissi

OGGETTO

DIAMETRO (KM)

DISTANZA (KM)

RAPPORTO DIAMETRO APPARENTE

RAPPORTO

DIAMETRO APPARENTE (°)

Luna

3474

384400

0.0090

0.52 Sole

1392000

149600000

0.0093

0.53

Poiché le distanze del Sole e della Luna sono proporzionali ai loro diametri, i due corpi celesti ci appaiono mediamente sotto lo stesso angolo visuale (circa 32').
Le posizioni reciproche di Luna, Terra e Sole determinano le fasi lunari e le eclissi.
Nei giorni attorno al novilunio la parte oscura del disco lunare, che dovrebbe essere invisibile, è rischiarata da una luce cinerea causata dai raggi solari riflessi dalla superficie terrestre.
Se Luna, Terra e Sole si trovassero sullo stesso piano, ogni mese avremmo un'eclisse di Sole al novilunio ed una di Luna al plenilunio, ma il piano dell'orbita terrestre e quello lunare sono inclinati di 5° 11’, quindi le eclissi si verificano solo quando la Luna si trova in prossimità dei nodi.
Eclisse di Luna: la luce solare che attraversa l'atmosfera terrestre viene diffusa più nel blu che nel rosso, quindi il bordo esterno della penombra e dell'ombra appaiono sfumati e di colorazione rosso-rame.
Eclisse di Sole: poiché 223 lunazioni corrispondono quasi esattamente a 19 anni draconici, cioè 18 anni tropici 11 gg e 8 ore, dopo questo intervallo di tempo, detto Ciclo di Saros (scoperto dai Caldei nel 2° millennio a.C.) il Sole, la Luna e la Terra riacquisteranno le stesse posizioni rispetto ai nodi e le eclissi, verificatesi in precedenza, si ripeteranno con poche differenze. In un Saros si verificano 43 eclissi solari, di cui 12 totali e 28 eclissi lunari, di cui 13 totali. Fra un'eclisse totale di Sole e quella dopo un Saros, l’unica differenza è solo nella zona terrestre di visibilità che si sposterà di 8 ore, cioè 120° in longitudine verso occidente. Perciò, trascorsi tre Saros, un'eclisse si verificherà nello stesso luogo quasi alla stessa ora. Questo Ciclo è detto di Exeligmos (conosciuto dalla Scuola alessandrina, Ipparco, nel 3° sec. a.C.).
Se la Luna si trova vicina all'apogeo, il cono d'ombra non è abbastanza lungo da raggiungere la superficie della Terra; il Sole in questo caso non viene oscurato completamente, ma le regioni più esterne rimangono visibili e l'eclisse è detta anulare.

La Luna che rischiara la notte col suo quieto fulgore è stata da sempre fonte di ispirazione per poeti, pittori e musicisti di tutti i tempi e di tutte le nazioni.

BIBLIOGRAFIA:

Bianucci, P., La luna, Giunti, Firenze 1988.
Fresa, A., La Luna: movimenti, topografia, influenze e culto, Hoepli, Milano 1952.
Smoluchowski, R., Il sistema solare, Zanichelli, Bologna 1989.
Fundamental Astronomy, Editor Springer
De Paoli, P.; Santocanale, Luna 20 anni dopo, Fabbri, Milano 1989.
Anton Pannekoek, L’evoluzione della nostra concezione del Mondo una storia dell’astronomia
Enciclopedia Microsoft Encarta 2006
http://www.nasa.gov/
http://pds.jpl.nasa.gov/planets/welcome.htm
http://www.nineplanets.org/luna.html
http://it.wikipedia.org/wiki/Elio-3 Per informazioni sull’utilizzo dell’ He3

Fonte: http://campus.unibo.it/38820/1/LUNA2.doc

Sito web da visitare: http://campus.unibo.it

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