La luna

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La Luna

La Luna è l’unico satellite naturale della Terra ed è anche il più interno fra tutti i satelliti del nostro Sistema planetario, cioè il primo che si incontra procedendo dal Sole verso l’esterno. E’ un astro privo di luce propria, costituito da materiali allo stato solido, la cui massa totale è pari a 1/81 di quella della Terra.

Un satellite di dimensioni rispettabili

La massa e la grandezza della Luna, modeste rispetto a quelle di tanti altri corpi celesti esistenti nell’Universo, sono abbastanza ragguardevoli se paragonate a quelle degli altri 35 satelliti del Sistema solare.
Anche se dalla Terra si osserva sempre la stessa faccia della Luna, persino a occhio nudo si ha l’impressione che essa abbia una forma sferica. E’ stato calcolato che il suo raggio è di circa 1.738 km (1/4 del raggio medio della Terra), la sua superficie di 38 milioni di km² (1/14 della sup. terrestre) e il suo volume è pari a 1/49 circa del volume della Terra.
Tramite fotografie ottenute con potenti telescopi e riprese da sonde spaziali si è scoperto che la Luna, come la Terra, non è perfettamente sferica, ma ha la forma di un ellissoide a tre assi, con il diametro maggiore rivolto verso la Terra.
La densità della Luna è di circa 3,3; leggermente maggiore della densità della crosta terrestre ma inferiore alla densità media della Terra, pari a 5,5.
Il valore della densità sembra confermare l’ipotesi che la Luna si sia originata dalla Terra, da cui si sarebbe staccata a causa della rotazione molto veloce del nostro pianeta appena formatosi e dalla forza di attrazione esercitata dal Sole; la maggiore densità della Terra sarebbe spiegata ammettendo che questa abbia conservato la parte centrale e più densa del corpo originario. Attualmente prevale però la teoria che la Luna abbia avuto un’origine simile a quella dei pianeti, tanto che il sistema Terra-Luna è considerato un pianeta doppio.
A causa delle dimensioni e della massa minori rispetto a quelle terrestri, il valore della gravità sulla superficie lunare è circa 1/6 di quello esistente sulla superficie terrestre.

Un corpo celeste completamente arido
La Luna non ha un’atmosfera gassosa e non ha presenza di acqua.
La mancanza di atmosfera e di acqua può essere spiegata con la teoria cinetica la qualesostiene che le molecole dei gas sono dotate di un movimento, per cui si urtano incessantemente spostandosi con una velocità tanto più elevata quanto maggiore è la temperatura; poiché ogni corpo possiede una velocità limite (velocità di fuga), al di là della quale un qualunque oggetto non può più essere trattenuto dal corpo, è probabile che le molecole dell’atmosfera della Luna abbiano superato tale limite, poichè sulla Luna la gravità presenta un valore basso e la velocità di fuga è piuttosto piccola (2,4 km/s), disperdendosi nello spazio. Allo stesso modo si spiega la mancanza di acqua sulla superficie lunare: anche solo per effetto del riscaldamento solare, l’acqua eventualmente presente sarebbe sottoposta ad un’evaporazione continua e quindi si disperderebbe nello spazio.
L’assenza di un involucro gassoso come quello che costituisce l’atmosfera terrestre fa sì che sulla Luna non si abbiano fenomeni crepuscolari, quindi il passaggio dall’illuminazione all’oscurità (e viceversa) è molto brusco. Inoltre i periodi di illuminazione e di oscurità hanno una lunga durata (circa 15 giorni ciascuno) perché la rotazione lunare è molto lenta. Considerando che il suolo lunare non solo non è protetto né da un’atmosfera, né da vegetazione o da nubi, ma è costituito da materiali che trattengono una parte dell’energia ricevuta dal Sole, si comprende come esso si riscaldi fortemente durante il periodo di illuminazione e si raffreddi rapidamente durante il periodo di oscurità. Perciò il suolo lunare presenta temperature che durante il dì superano i 110°C e durante la notte possono scendere bruscamente al di sotto dei -150°C.
La luminosità totale della Luna durante le fasi di “Luna piena” è circa 400.000 volte inferiore a quella del Sole. Ciò perché il potere riflettente (albedo) della superficie lunare è di circa 0,07, quindi solo il 7% della luce solare ricevuta viene rinviata verso di noi, mentre il rimanente 93% viene assorbito dal suolo lunare, trasformato in calore e poi disperso per rapido irraggiamento a causa dell’assenza di atmosfera.

I movimenti della luna
Se osserviamo il nostro satellite nel corso di un giorno possiamo vedere che la Luna compie un movimento analogo a quello del Sole e degli astri della Sfera celeste, sorgendo a Est e tramontando a Ovest. Questo movimento però è solo apparente, poiché è dovuto alla rotazione terrestre.
Se prolunghiamo la nostra osservazione nel tempo, prendendo in considerazione le diverse posizioni che la Luna assume rispetto alle stelle, ci rendiamo conto che essa compie anche un altro movimento, descrivendo sulla Sfera celeste, in poco più di 27 giorni, un circolo massimo da Ovest a Est: la Luna compie un moto antiorario intorno alla Terra, descrivendo un’orbita ellittica di cui la Terra occupa uno dei fuochi, secondo le leggi di Keplero.
Il comportamento della Luna in realtà è molto più complesso, perché il sistema Terra-Luna non si trova isolato nello spazio: oltre a girare attorno al Sole e a partecipare ai moti del Sistema solare, della Galassia e dell’Universo, subisce delle perturbazioni dovute all’azione gravitazionale degli altri corpi celesti. La Luna compie quindi diversi movimenti simultanei, tra cui il moto di rotazione intorno al proprio asse, il moto di rivoluzione intorno alla Terra, il moto di traslazione insieme alla Terra intorno al Sole.

Una rotazione più lenta di quella terrestre

Il movimento di rotazione si compie intorno all’asse lunare da Est verso Ovest, con una velocità angolare media di 13° al giorno; la durata di una rotazione completa della Luna è quindi di 27d7h43m12s, uguale a quella del moto di rivoluzione, per cui la Luna rivolge alla Terra sempre la stessa “faccia”.
La rotazione della Luna non è perfettamente uniforme: l’attrazione che la Terra esercita in maggior misura sul rigonfiamento equatoriale della Luna provoca in essa delle oscillazioni (librazioni).
La Luna compie anche delle altre oscillazioni che ci consentono di scorgere un po’ più della metà della sua superficie. Queste ultime sono dette librazioni apparenti, poiché non appartengono alla Luna, ma derivano dalle diverse posizioni e velocità con cui essa descrive la sua orbita attorno alla Terra o dallo spostamento di quest’ultima nello spazio.
L’asse di rotazione della Luna forma un angolo di 6°41L con la normale al piano della sua orbita; quindi dalla Terra noi vediamo alternativamente il Polo nord e il Polo sud della Luna. Inoltre, a causa della diversa velocità con cui avviene la rivoluzione lunare nei vari punti dell’orbita, la rotazione della Luna, si trova ora in anticipo ora in ritardo rispetto al moto di rivoluzione; ciò ci permette di vedere in certi momenti qualcosa di più del bordo occidentale e in altri qualcosa di più del bordo orientale della superficie lunare.
Un insieme di moti del sistema Terra-Luna
Analogamente agli altri satelliti, anche la Luna si muove rispetto al proprio pianeta e ai vari corpi del Sistema solare e dell’Universo.
Il movimento di rivoluzione della Luna si effettua in senso antiorario lungo un’orbita ellittica di cui la Terra occupa uno dei due fuochi. L’ellisse orbitale lunare è un po’ più schiacciata di quella terrestre, ma comunque assimilabile ad una circonferenza; il valore dell’eccentricità è infatti di 0,055 circa. Nel corso della rivoluzione la Luna non si trova sempre alla stessa distanza dalla Terra: il punto più vicino alla Terra (perigeo), è a circa 356.000 km dalla Terra e quello più lontano (apogeo), a circa 407.000 km; la distanza media si aggira intorno ai 384.000 km.
Il piano su cui giace l’orbita lunare non coincide con quello dell’orbita terrestre, ma è inclinato rispetto a questo di 5°09i. L’orbita lunare interseca il piano dell’orbita terrestre in due punti che sono detti nodi, uniti dalla linea dei nodi. La velocità con cui la Luna compie il suo moto di rivoluzione attorno alla Terra si aggira intorno a 1 km/s, ed è maggiore in prossimità del perigeo e minore in prossimità dell’apogeo. Per la durata della rivoluzione bisogna distinguere se essa è riferita ad una stella della Sfera celeste oppure all’allineamento Terra-Sole: nel primo caso si ha la rivoluzione siderea (o mese sidereo), nel secondo la rivoluzione sinodica (o mese sinodico o lunazione).
La rivoluzione sinodica è più lunga della rivoluzione siderea di due giorni. Tale differenza è dovuta al fatto che quando la Luna ha terminato di compiere una effettiva rivoluzione intorno alla Terra (riv. siderea), la Terra non si trova più nello stesso punto, e quindi la Luna, per ritrovarsi nello stesso punto rispetto all’allineamento Terra-Sole, dovrà percorrere un tratto supplementare della sua orbita.
La Luna e la Terra si muovono intorno ad un baricentro comune, che si trova all’interno della Terra ad una certa distanza dal suo centro, perciò il moto di rivoluzione della Luna si può considerare poco diverso da quello che si avrebbe se essa girasse realmente intorno alla Terra. Tuttavia il fatto che il baricentro del sistema Terra-Luna si trova non coincide con il centro della Terra non può essere trascurato, in quanto influisce sul fenomeno delle maree, le quali sono dovute non solo all’attrazione gravitazionale esercitata dalla Luna e dal Sole, ma anche alla forza centrifuga connessa al moto di rivoluzione del sistema Terra-Luna attorno al baricentro comune.
Nel compiere il suo moto attorno alla Terra la Luna si sposta anche intorno al Sole: ne deriva un movimento di traslazione che si effettua nello stesso senso e con la stessa velocità angolare con cui la Terra compie il suo moto di rivoluzione. La traiettoria lunare riferita al Sole è una specie di ovale deformata, un po’ sinuosa, che taglia l’orbita terrestre 24 o 25 volte. Essa viene chiamata epicicloide e ha la caratteristica di rivolgere la sua concavità sempre dalla parte del Sole: la Luna è infatti l’unico satellite del Sistema solare la cui orbita è sempre concava verso il Sole.
Esistono numerosi altri moti della Luna, simultanei ai precedenti ma molto più lenti; alcuni di essi consistono in perturbazioni dovute all’azione attrattiva del Sole. Tra i più importanti vi sono:
* Il moto di regressione della linea dei nodi: essa non rimane fissa nello spazio, ma si va spostando continuamente, ruotando in senso orario con un periodo di circa 18,6 anni.
* La rotazione dell’asse maggiore dell’orbita lunare: la linea che congiunge il perigeo con l’apogeo ruota in senso antiorario, come l’asse maggiore dell’orbita terrestre, compiendo un giro completo in 8,85 anni.
Naturalmente, insieme alla Terra, la Luna partecipa al movimento che il Sole e tutti i corpi del Sistema solare compiono verso la Costellazione di Ercole, e quindi anche alla rotazione della nostra Galassia e alla sua recessione, ossia all’espansione dell’Universo.
Le fasi lunari e le eclissi
Se osserviamo la Luna in serate successive ci rendiamo conto che le sue condizioni di illuminazione non sono sempre le stesse. I diversi aspetti della Luna (fasi lunari) si ripetono con la stessa successione ogni mese sinodico; essi sono dovuti, infatti, alle varie posizioni che la Luna assume non solo rispetto alla Terra, ma anche rispetto al Sole.

Un continuo susseguirsi di noviluni e pleniluni
Quando la luna si trova in congiunzione, ossia dalla stessa parte del Sole (rispetto alla Terra), l’emisfero che essa rivolge verso di noi non viene colpito dai raggi solari e quindi risulta oscuro: abbiamo allora la fase di Luna nuova (o novilunio). Quando invece la Luna si trova in opposizione, la sua metà illuminata è quella rivolta verso di noi ed allora abbiamo la fase di Luna piena (o plenilunio). Le posizioni corrispondenti a queste due fasi sono dette anche sizigie.
Fra queste due posizioni se ne hanno altre due che vengono chiamate quadrature: esse si verificano quando la Luna, la Terra e il Sole occupano i vertici di un triangolo rettangolo ideale, con la Terra situata dalla parte dell’angolo retto. In entrambi i casi dell’emisfero lunare illuminato dal Sole vediamo soltanto la metà rivolta verso di noi, quindi un quarto della superficie lunare, quindi le due fasi corrispondenti si chiamano primo quarto e ultimo quarto.
Fra queste quattro fasi principali, si hanno tutte le possibili condizioni di illuminazione intermedie. Subito dopo il novilunio dalla Terra si comincia a vedere una piccola porzione del disco lunare, a forma di falce che va crescendo di larghezza fino la plenilunio; durante questo periodo la Luna sorge e tramonta dopo il Sole e il margine esterno della falce lunare illuminata è rivolta verso ponente. Dal plenilunio al novilunio la porzione di superficie lunare illuminata si va progressivamente riducendo, fino ad assumere l’aspetto di un arco sottilissimo che poi scompare del tutto; in questo periodo la Luna sorge e tramonta prima del Sole e la convessità della falce è rivolta verso levante.
Osservando la Luna durante il novilunio e nei giorni prossimi a questa fase, possiamo notare che anche la parte oscura del disco lunare è rischiarata da un debole chiarore grigiastro, da una luce cinerea. Sono i raggi solari che colpiscono la Terra ad essere riflessi da questa verso la Luna la quale li rimanda verso di noi con una intensità luminosa molto ridotta.
Poiché una rivoluzione sinodica dura circa 29 giorni e mezzo, in un anno si hanno 12 mesi sinodici, o lunazioni, con un avanzo di circa 11d5h. Le fasi lunari non si ripetono sempre alla stessa data: ciò si verifica ogni 235 lunazioni, circa 19 anni (ciclo aureo). Il ciclo aureo permette di stabilire la data di un plenilunio o di un novilunio passato o futuro, e anche la data della Pasqua, che viene celebrata sempre la prima domenica seguente il plenilunio che si verifica dopo l’equinozio di primavera.

L’ombra della Terra sulla Luna e le occultazioni del Sole
La Luna e la Terra possono essere considerati come corpi opachi di forma quasi sferica; essi vengono perciò illuminati solo sull’emisfero rivolto verso il Sole, mentre dalla parte opposta inviano nello spazio dei coni d’ombra la cui ampiezza dipende sia dalle dimensioni dei due corpi e da quelle del Sole che dalle distanze alla quali essi si trovano rispetto al Sole.
Se nelle posizioni di sizigie il Sole, la Terra e la Luna si trovassero realmente sulla stessa linea retta, durante ogni mese lunare nella fase di plenilunio il cono d’ombra della Terra oscurerebbe completamente la Luna e si avrebbe perciò un’eclissi di Luna, mentre nella fase di novilunio l’ombra della Luna potrebbe oscurare una porzione della superficie terrestre impedendovi la vista del Sole, provocando un’eclissi di Sole. Ma i piani dell’orbita lunare e dell’orbita terrestre non sono coincidenti, quindi le eclissi si verificano solo quando, oltre ad essere in fase di plenilunio o novilunio, la Luna viene a trovarsi in uno dei nodi (eclissi totali) o nelle vicinanze (eclissi parziali).
Le eclissi di Luna possono essere totali anche quando essa, in fase di plenilunio, trovandosi in prossimità di uno dei nodi, passa completamente dentro il cono d’ombra della Terra, molto ampio rispetto alle dimensioni del suo satellite.
Nelle eclissi parziali l’oscuramento può essere prodotto, oltre che da una parte del cono d’ombra, anche dalla zona di penombra che si allarga a ventaglio dietro la Terra; in questo caso si tratta di una vera eclisse solo se la Luna è oscurata in ¾ almeno della sua superficie.
A causa delle grandi dimensioni del Sole e della limitata estensione del cono d’ombra della Luna, le eclissi totali di Sole, che si verificano quando la Luna si trova in uno dei nodi durante il novilunio, interessano zone piuttosto ristrette della superficie terrestre. Queste eclissi sono osservabili come eclissi parziali di Sole da tutti i luoghi della Terra investiti dalla penombra, che si estende intorno all’ombra per migliaia di km.
Tra le eclissi di sole, presentano un interesse particolari le eclissi anulari, che si verificano quando la Luna si trova in uno dei nodi e contemporaneamente sta alla sua massima distanza dalla Terra. In queste condizioni il cono d’ombra della Luna non riesce a toccare la superficie terrestre e quindi essa non riesce a occultare completamente il disco solare, del quale si può vedere la parte periferica a forma di anello luminoso.
Poiché nelle eclissi solari l’occultamento del Sole è prodotto dall’ombra della Luna che si sposta velocemente sulla sua orbita, dai diversi luoghi della Terra che sono interessati successivamente al fenomeno l’eclisse può essere osservata per un periodo piuttosto breve (può superare di poco i sette minuti e mezzo per un’eclisse totale, mentre può raggiungere quasi i dodici minuti e mezzo per un’eclisse anulare). La durata del fenomeno può raggiungere complessivamente le quattro ore circa, dal momento in cui l’eclisse solare inizia a vedersi in un certo luogo al momento in cui non è più visibile in nessun luogo della Terra.
In un anno si possono avere dalle due alle sette eclissi: nel primo caso sono entrambe di Sole, nel secondo caso cinque di Sole e due di Luna; eccezionalmente se ne possono avere quattro di Sole e tre di Luna. Le eclissi di Sole sono quindi più frequenti di quelle di Luna. Tuttavia, dato che eclissi solari interessano sempre porzioni limitate della superficie terrestre, il tempo necessario perché da un punto della Terra si possano osservare due successive eclissi totali di Sole è in media di 360 anni circa. Nonostante il movimento di regressione della linea degli equinozi, esiste una certa periodicità del fenomeno delle eclissi: durante 233 lunazioni, cioè in poco più di 18 anni (ciclo delle eclissi) si verificano in media 43 eclissi solari e 28 eclissi lunari; e dato che dopo 233 lunazioni le posizioni reciproche del Sole, della Luna e dei nodi si ripetono quasi in maniera identica, le eclissi verificatesi precedentemente si ripetono più o meno con la stessa successione e alle stesse distanze di tempo.

Il paesaggio lunare
Mari di polvere scuri e terre alte chiare
Uno degli aspetti caratteristici del paesaggio lunare, osservabile anche a occhio nudo, è rappresentato dalla presenza di grandi macchie scura, chiamate mari (e talvolta oceani).
I mari si estendono per aree molto ampie, a fondo quasi piatto e coperto da una polvere soffice, che si suppone sia stata in buona parte lanciata dai crateri, caduta a distanza, rimescolata dai numerosi impatti dei meteoriti che hanno prodotto i crateri minori e leggermente elaborata dal “vento solare”.
La polvere dei mari è un miscuglio di particelle provenenti da vari luoghi vicini e lontani. I campioni prelevati durante le missioni dell’uomo sulla Luna hanno permesso di stabilire che le particelle sono in buona parte frammenti di rocce simili ad alcune nostre rocce eruttive, quindi sembra probabile che in parte le minuscole gocce fuse possano essere state lanciate da crateri vulcanici. La sabbia o polvere lunare è chiamata regolite, per analogia con il materiale detritico terrestre proveniente da rocce fortemente disgregate e frammentate.
Ancora più estese dei mari sono le terre alte, regioni più chiare, che costituiscono più del 70% della “faccia” rivolta verso di noi e quasi la totalità della “faccia” invisibile: in complesso esse coprono all’incirca l’85% della superficie lunare. Esse vengono indicate anche come altopiani, anche se non sono uniformi e monotone.
I rilievi lunari hanno forme diverse (catene montuose, orli di circhi e di crateri, colline) ed altitudini che superano anche i 9000 metri: essi sono quindi molto più alti rispetto a quelli terrestri, anche se non si possono fare paragoni precisi dato che sulla Luna non vi è un riferimento ben definito per le altitudini e le profondità, come il livello del mare terrestre.
I crateri e i circhi, che costellano tutta la superficie lunare, hanno due possibili spiegazioni: o sono buchi imbutiformi creati dalla caduta di meteoriti o sono dovuti all’intensa azione vulcanica avvenuta durante la consolidazione della Luna.
I crateri possono avere diametri di tutte le misure: da decine di km fino a qualche centimetro; quando il loro diametro supera i 40 km, fino a 240 km circa, si possono anche chiamare circhi. Molti crateri sono identici agli imbuti formati sulla Terra dalla caduta di grosse meteoriti. Si pensa che sulla Luna non si trovino i resti delle meteoriti perché la velocità di caduta dà un impatto così violento da polverizzarle completamente.
Forme tipiche della superficie lunare sono anche i solchi, fatti a trincea, dritti o sinuosi, in pendio o in pianura; essi sono stati interpretati come fessure per diminuzione di volume dovuta a raffreddamento, o linee di fuoriuscita di masse gassose, o canali scavati dallo scorrere di lava fusa, o vere e proprie faglie.
Vi sono poi le creste o dorsali, alte poche centinaia di metri, ma larghe anche diversi km e lunghe a volte centinaia di km. Esse sono presenti soltanto nei mari e spesso sono affiancate da colline tondeggianti, chiamate cupole o domi, considerate come una testimonianza della passata attività vulcanica sulla Luna.
E’ ormai accertata anche la presenza di aree che provocano perturbazioni nel tragitto dei satelliti artificiali in orbita intorno alla Luna, per un maggior effetto del campo gravitazionale, come se quelle zone nascondessero masse più dense; tali aree sono chiamate mascons. Esse si trovano in corrispondenza dei mari e perciò sono state interpretate da alcuni studiosi come i nuclei sepolti delle grosse meteoriti o degli asteroidi che hanno scavato i grandi “bacini marini”; altri studiosi ritengono invece che esse siano i serbatoi magmatici in cui si sono consolidate le rocce ignee più dense.

La composizione superficiale e l’interno della luna

Fra i risultati principali delle missioni lunari, forse il più importante è rappresentato dalla raccolta di polveri e rocce portate sulla Terra e analizzate: sono i primi campioni di materiali extraterrestri giunti a noi intatti, e non caduti come meteoriti modificate dall’attraversamento dell’atmosfera. In questi materiali lunari non sono state rinvenute tracce di vita, né sostanze organiche che possano far pensare ad un’evoluzione verso la nascita di esseri viventi, ma solo composti organici semplici (composti del carbonio come carburi e metano). Si pensa che il carbonio, presente in quantità piuttosto modeste, provenga in parte da fonti esterne alla Luna e in parte da fonti localizzate su di essa.
Esaminando le rocce lunari si è potuto stabilire che quelle dei mari hanno una composizione chimica e mineralogica simile a quella delle nostre rocce ignee effusive, o lave, povere in SiO2 e ricche in silicati di Al, Fe, Mg, Ca. Le rocce delle terre alte sono più chiare e mostrano caratteri delle rocce ignee intrusive; ricche di un silico-alluminato di Ca (anortite). Simili rocce, chiamate “anortositi”, sono piuttosto rare sulla Terra.
In base alle osservazioni stereoscopiche delle fotografie eseguite dalle sonde spaziali, è stata costruita una “carta geologica della Luna” nella quale, oltre alle differenze di costituzione chimica o morfologica, si vedono anche vari tipi fondamentali di attività vulcanica e meteoritica distanziati nel tempo. Sono stati distinti finora i periodi: Preimbrico, Imbrico, Procellariano, Eratosteniano e Copernicano; si è cercato quindi di fare una prima datazione relativa degli eventi principali della storia della Luna.
Alcune scoperte interessanti sono state fatte per mezzo degli strumenti lasciati sulla Luna. Per esempio i sismografi hanno rivelato diverse scosse, che potrebbero essere dovute a frane o a veri e propri assestamenti tettonici; altre scosse si registrano periodicamente quando la Luna si trova alla minima e massima distanza dalla Terra e si possono quindi spiegare con deformazioni prodotte dall’attrazione terrestre sulla massa solida lunare.
L’attività sismica lunare è dunque ridotta, ma non assente; è minore di quella terrestre poiché l’interno della Luna è più rigido e meno eterogeneo, tuttavia si pensa che al di sotto di una “litosfera” rigida, oltre i 1.000 km di profondità, esista una “astenosfera” plastica, una zona semifluida relativamente calda, ma meno estesa e attiva di quella presente all’interno della Terra.

L’origine e l’evoluzione della luna
Le principali ipotesi e teorie formulate sull’origine della Luna si possono raggruppare schematicamente in tre categorie principali, che tentano di spiegare la nascita di questo corpo celeste secondo meccanismi diversi: fissione, cattura e accrescimento.

Varie ipotesi e teorie a confronto

L’idea che la Luna si sia “staccata” dalla Terra fu avanzata da George Darwin nel XIX sec. Nella sua versione originaria, questa ipotesi della fissione presupponeva che un tempo la Terra si trovasse allo stato fuso e ruotasse su se stessa molto velocemente, compiendo un intero giro in circa 4 ore; in tali condizioni essa avrebbe potuto scindersi in due corpi a causa di ripetuti e alternati rigonfiamenti dovuti all’attrazione gravitazionale del Sole sulla massa terrestre: queste maree si sarebbero succedute ogni due ore aumentando via via di ampiezza, finché una grossa goccia di materiale fuso si sarebbe staccata dalla Terra dando origine alla Luna. Tale teoria fu abbandonata quando si dimostrò con i calcoli che le resistenze di attrito nell’ipotetico materiale fuso terrestre non avrebbero consentito alla marea di raggiungere l’altezza necessaria per un distacco.
Una versione più moderna della teoria della fissione sostiene che l’origine dell’instabilità rotazionale della Terra, che avrebbe causato il distacco della Luna, non sarebbe stata nelle maree, ma nel processo di formazione del nucleo terrestre. Cosicché, quando il materiale più pesante si concentrò verso il centro della Terra, questa aumentò la propria velocità di rotazione, fino a compiere un intero giro in meno di 2,6 ore. In tal modo la Terra primordiale sarebbe divenuta instabile ed avrebbe modificato la propria forma da quella di uno sferoide schiacciato a quella di una pera, finché il collo della pera si sarebbe rotto, per formare la Luna.
Secondo le ipotesi e teorie della cattura, un tempo la Luna era un corpo indipendente che si muoveva liberamente nel Sistema solare; ad un certo momento essa sarebbe giunta tanto vicina alla Terra da esserne attratta e messa in rotazione su un’orbita ellittica, secondo le “leggi di Keplero”.
Queste ipotesi presentano il vantaggio di risolvere il problema della diversità di composizione fra la Terra e la Luna, ma presentano anch’esse notevoli difficoltà, poiché ipotizzano un processo dinamico molto improbabile. Difatti, il fenomeno della cattura richiede un avvicinamento della Luna alla Terra con una velocità relativa inferiore ad 1 km/s e fino a una distanza minore di 2 raggi terrestri dalla superficie della Terra; i calcoli dimostrano invece che la Luna nel punto di minor distanza non può aver oltrepassato il “limite di Roche”, pari a 2,86 raggi terrestri: a questa distanza l’attrazione gravitazionale terrestre diviene maggiore della forza di gravità propria della Luna, provocandone la frantumazione. Per superare questa difficoltà si può pensare che ci sia stata soltanto una disgregazione parziale, limitata allo strato superficiale della Luna; i grossi frammenti così formatisi potrebbero essere poi ricaduti sulla Luna quando essa ha incominciato a ruotare intorno alla Terra. In tal modo si spiegherebbe la formazione dei grandi “bacini marini”.
Per i sostenitori delle teorie dell’accrescimento la Luna si sarebbe formata, dopo la Terra, dall’unione di materiali diversi che un tempo erano in orbita attorno al nostro pianeta. Queste ipotesi, che superano molti dei problemi già esaminati, non escludono un fenomeno di cattura; infatti, la Luna potrebbe essersi formata per accrescimento da materiali localizzati fuori del campo di gravità terrestre, e potrebbe essere stata catturata dalla Terra in un secondo momento. Sulla base delle ricerche più recenti possiamo solo affermare che certamente la Terra e la Luna si sono formate nella stessa regione del Sistema solare.
Una storia lunga e complessa
Vengono distinti nella storia della Luna almeno sei stadi evolutivi successivi: l’origine della Luna, la separazione di una crosta, una prima epoca di vulcanismo, un periodo di bombardamento da parte di grossi corpi celesti, una seconda epoca di vulcanismo, un declino dell’attività lunare fino allo stato attuale di quiescenza.
La separazione della primitiva crosta lunare (secondo stadio) si è verificata, molto probabilmente, poco dopo la formazione della Luna (primo stadio), che risale a circa 4,6 miliardi di anni fa. Uno dei principali motivi che inducono a ritenere valida questa ipotesi consiste nella considerazione che la Luna appena formatasi dovrebbe essersi notevolmente riscaldata per l’aggregazione violenta e per gli impatti di minipianeti, frammenti e particelle ad elevata energia cinetica: il calore così prodotto può aver fuso lo strato più esterno; in questo materiale incandescente avrebbero iniziato a galleggiare le sostanze più leggere che, raffreddandosi, hanno formato poi le anortositi, che hanno un’età compresa tra i 4,6 e i 4,1 miliardi di anni.
Durante il terzo stadio dell’evoluzione della Luna sono comparse le brecce, un altro tipo di rocce molto diffuse sulle “terre alte”; esse sembrano legate ad una fusione parziale nell’interno stesso della Luna, con conseguenti gigantesche eruzioni superficiali, ed al bombardamento della superficie lunare da parte di grandi meteoriti. Questo bombardamento rappresenta il quarto stadio della storia della Luna, verificatosi intorno ai 4 miliardi di anni fa.
Mentre la pioggia di grossissime meteoriti diminuiva di intensità, la Luna entrava nel quinto stadio della sua evoluzione. Dai grandi bacini scavati dall’impatto delle meteoriti maggiori sono fuoriuscite a più riprese imponenti masse di lava, che solidificandosi hanno formato i basalti, i quali hanno prodotto le superfici dei “mari”, che ad occhio nudo appaiono come grandi pianure. Tale attività vulcanica si è protratta fino a circa 3 miliardi di anni fa.
Il sesto e ultimo stadio della storia della Luna è la quiescenza. Ormai la frequenza delle meteoriti vaganti nel Sistema solare è diminuita notevolmente, e l’involucro delle rocce fredde e rigide è aumentato di spessore man mano che il calore ha continuato ad essere perduto dalla superficie lunare. A questo punto la litosfera della Luna deve aver raggiunto uno spessore di circa 1.000 km. Sono continuati gli impatti di piccole meteoriti, ma la vitalità della Luna si è ristretta ad una parte del nucleo. Per il resto la Luna è un corpo celeste che viene considerato praticamente “morto”.

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