La Luna

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Testo

Castagner Giovanni
2. La Luna
2.1 Le strutture superficiali
Sulla superficie lunare sono ben visibili anche dall’osservazione diretta dalla terra delle zone chiare e altre più scure. Le prima sono state chiamate Terrae (Altopiani) le seconde Maria (Mari).
I maria lunari sono vaste zone prevalentemente pianeggianti e quasi prive di crateri. Si ritiene che i maria derivino soprattutto dal riempimento di depressioni da parte di lave vulcaniche molto fluide e provenienti dall’interno della luna. Questo può essere avvenuto a causa dell’impatto sulla crosta lunare di asteroidi grazie al quale si sono formate delle fenditure sulla crosta che hanno permesso la fuoriscita della lava dal mantello.
La bassa albedo (potere riflettente 0,05-0,01) dei maria è causata dalla composizione delle rocce che li costituiscono. I maria sono infatti costituiti da rocce basaltiche scure, ricche di ferro.
I mari sono regioni più giovani rispetto agli altipiani e sono praticamente assenti nella faccia nascosta della luna. Questa differenza va ricondotta al maggiore spessore della crosta nella faccia non visibile dalla terra.
Gli Altopiani costituiscono circa l’80% della superficie lunare e sono zone elevate rispetto al livello dei maria.
A causa della diversa composizione chimica delle rocce, gli altopiani presentano una maggiore albedo rispetto ai mari e proprio per questo motivo all’osservazione appaiono più chiari.
Le rocce prevalenti sugli altopiani sono di due tipi: basalti chiari e anortositi.
Le rocce basaltiche degli altopiani si differenziano da quelle dei mari perché più poveri in ferro e magnesio e più ricchi in alluminio e silicio (proprio questa differenza è alla basa della loro maggiore albedo). I basalti chiari sono comunemente identificati con la sigla KREEP che indica la loro composizione preponderante: potassio (K), terre rare (Rare Earth Elements) e fosforo (P).
Le anortositi sono invece rocce simili ai gabbri terrestri ma sono molto più basiche di queste. Il minerale principale di cui sono composte è il plagioclasio calcico che si presenta con cristalli relativamente chiari.
Non bisogna però pensare che la superficie lunare sia rivestita da una crosta compatta e formata dai diversi tipi ti rocce sopradescritti. Infatti, la continua caduta di meteoriti, ha frantumato lo strato superficiale delle rocce lunari.
Proprio per questo motivo buona parte dei campioni che gli astronauti hanno prelevato dalla luna dei diversi allunaggi, sono delle brecce o frammenti ancora più piccoli chiamati regolite. La regolite, che ricopre l’intera superficie lunare, è un materiale eterogeneo a grana molto fine paragonabile alla sabbia terrestre. I granuli che la formano presentano caratteristiche diverse e provengono tutti da rocce lunari. Possono essere arrotondati o a spigoli vivi e ancora essere cementati insieme da una pasta vetrosa (questo fenomeno va ricondotto al calore che si libera nell’urto con un meteorite). Ovviamente la regolite deriva da una lentissima ma continua degradazione spaziale che trova le sue origini nel susseguirsi dell’impatto di meteoriti, nel vento solare, nelle escursioni termiche e nella gravità.
Sugli altopiani come sui mari spesso si osservano profondi solchi sinuosi che si pensa possano essere stati scavati dalla lava o che siano fratture prodotte durante il raffreddamento della crosta. In particolare in alcuni casi il crollo della volta di questi canali a portato alla formazione dei rille.
Sulla superficie lunare con maggiore frequenza sulle terrae che non sui maria, si presentano numerosissimi crateri aventi forme e dimensioni diverse. La maggior parte di questi crateri è sicuramente stata prodotta dall’impatto di meteoriti ma in alcuni casi è indubbia anche l’origine vulcanica. Va inoltre ricordato che la mancanza dell’atmosfera permette a molti corpi rocciosi di piccole dimensioni di raggiungere la superficie terrestre senza disintegrarsi come invece accade sulla terra.
2.2 La struttura interna della luna
Gli studi sulla struttura interna della luna si basano principalmente sui dati che ci forniscono i sismografi lasciati dagli astronauti nei diversi allunaggi.
Dal punto di vista sismico la luna è più quieta della terra e questo dunque ci fa capire perché la luna non sia attualmente caratterizzata da una fase endogena.
Tuttavia la maggior parte dei sismi è concentrata nei periodi di tempo in cui la luna si trova alla minima o alla massima distanza dalla terra e questo ci fa dunque supporre che i movimenti tellurici della luna (lunamoti) debbano essere messi in relazione con l’attrazione gravitazionale prodotta dalla terra.
Secondo i dati sismici la luna ha una struttura a gusci concentrici come la terra. Sotto la crosta troviamo il mantello e più in profondità il nucleo.
La crosta è rigida e ha uno spessore minimo di 60 km. Sembra che la crosta abbia uno spessore minore nella faccia rivolta verso la terra e questo spiegherebbe la quasi assenza di maria sulla superficie della luna non visibile dal nostro pianeta. Inoltre la crosta dei maria è caratterizzata da una densità maggiore e da uno spessore minore rispetto a quella delle terrae.
Il mantello superiore (1000 km), come la crosta, è caratterizzato da materiali rigidi e soldi e proprio per questo motivo nel loro complesso, mantello superiore e crosta lunare formano la litosfera lunare. La presenta di uno strato rigido cosi rigido rende ovviamente impossibile ogni forma di modificazione di tipo endogeno della struttura superficiale della luna.
Il mantello inferiore è invece formato da materiale plastico e viscoso e forma la cosi detta astenosfera che si estende sino al nucleo.
Il nucleo invece (con un raggio di soli 500km) è probabilmente ricco di ferro allo stato non fluido ma non è denso come quello terrestre. E’ importante sottolineare che sulla luna non esiste un campo magnetico e questo concorda con l’ipotesi dell’assenza di un nucleo di ferro allo stato fluido. (Le rocce lunari presentano tuttavia un forte magnetismo residuo detto magnetismo fossile che testimonia un notevole campo magnetico al momento della loro formazione).
2.3 I moti della luna
2.3.1 Moto di rotazione
La luna ruota intorno al proprio asse da W verso E con una velocità angolare giornaliera di 13°. Il periodo di rotazione è di 27d 7h 43m e 11s. L’asse di rotazione lunare è inclinato di 6° e 4’ rispetto alla verticale al piano dell’eclittica terrestre.
E’ importante sottolineare che a causa della mancanza di un atmosfera lunare, il circolo di illuminazione separa nettamente il di dalla notte e non si verifica il fenomeno crepuscolo tipico del nostro pianeta.
2.3.2 Moto di Rivoluzione
La luna compie un moto di rivoluzione introno alla terra muovendosi da W verso E su un orbita ellittica che ha il centro della terra in uno dei due fuochi. Dunque la distanza terra luna è variabile e oscilla tra un valore massimo (apogeo) e uno minimo (perigeo). L’eccentricità dell’orbita è maggiore di quella terrestre ma relativamente poco elevata. Il periodo di rivoluzione (mese sidereo) dura 27 d 43 m e 11 s. E’ importante sottolineare che la durata del moto di rotazione e di quello di rivoluzione è il medesimo; per questo motivo i due moti vengono definiti SINCRONI. La più rilevante conseguenza della sincronizzazione dei due moti è che dal nostro pianeta è sempre visibile la stessa faccia della luna. Va comunque considerato che la parte direttamente visibile della luna è più della metà della sua superficie: innanzi tutto la luna si trova alternativamente al di sopra o al di sotto del piano dell’eclittica (in quanto l’orbita lunare giace in un piano inclinato 5°9’ rispetto al piano dell’eclittica) e ciò permette di vedere una porzione di superficie al di là dei poli, invisibile quando la luna è sulla linea dei nodi (i punti di intersezione tra il piano dell’eclittica e quello dell’orbita lunare). Inoltre mentre il moto di rivoluzione lunare avviene a velocità costante, quello di rivoluzione, seguendo la seconda legge di Keplero ( spazi uguali in tempi uguali), avviene a velocità variabile e dunque il moto di rivoluzione talvolta è in anticipo o in ritardo rispetto a quello di ritrazione e si vedono perciò parti delle regioni equatoriali che dovrebbero appartenere alla faccia nascosta. Non vanno infine trascurati i fenomeni di librazioni fisiche che riguardano l’asse della luna e che comportano piccole oscillazioni dell’asse della luna causate dall’attrazione gravitazionale che la terra genera sul rigonfiamento equatoriale della luna.

Nel suo moto di rivoluzione la luna passa da una posizione in cui si trova in direzione opposta rispetto al sole oltre la terra (opposizione) ad una in cui si trova tra il sole e la terra (congiunzione).
Inoltre la posizione intermedia nella quale l’angolo tra la direzione terra luna e l’angolo tra la direzione terra sole è di 90° (quadratura).
Come detto in precedenza, il piano dell’orbita lunare è leggermente inclinato rispetto al piano dell’eclittica ed esattamente di 5° e 9’. I due piani si intersecano dunque in due punti che vengono chiamati nodi: solo quando la luna si trova in corrispondenza di uno dei due nodi, giace realmente sul piano dell’eclittica. La linea che congiunge i due nodi prende il nome di linea dei nodi e si sposta lungo l’orbita terrestre mantenendosi parallela a se stessa. ( La linea dei nodi e paragonabile alla linea degli equinozi. Ricorda infatti che gli equinozi non sono altro che l’intersezione del piano equatoriale terrestre con il piano dell’eclittica).
L’asse di rotazione lunare è quasi perpendicolare all’asse di rivoluzione e proprio per questo motivo non si verificano sulla luna cambiamenti stagionali si altezza e illuminazione solare, in altre parole il circolo di illuminazione passa sempre in prossimità dei poli.
Si distinguono il mese sidereo e il mese sinodico.
Il mese sidereo corrisponde a all’intervallo di tempo che trascorre tra due successivi allineamenti della luna e di una stella di riferimento. Data la grande distanza delle stelle, il mese sidereo durata rappresenta il tempo reale di rivoluzione (27d 7h 43m 22s).
Il mese sinodico corrisponde invece all’intervallo di tempo che trascorre tra due congiunzioni o due opposizioni ed ha una durata di 29d 12h 44m 3s. La differenza tra mese sidereo e sinodico va ovviamente ricercata nel fatto che mentre la luna compie una rivoluzione intorno alla terra, insieme a questa compie un moto di rivoluzione intorno al sole (moto di traslazione). Per ritrovarsi dunque in una stessa posizione rispetto al sole sarà necessario che la luna completi un ulteriore arco intorno alla terra corrispondente all’angolo che la terra ha compiuto durante il mese sidereo intorno al sole. (corrisponde circa a 27° equivalente a circa 2 d).
2.3.3 Il moto di traslazione
Come accennato in precedenza, mentre compie il moto di rotazione e rivoluzione, la luna segue la terra nel moto di rivoluzione intorno al sole, questo prende il nome di moto di traslazione della luna. Ovviamente l’orbita descritta dalla luna nel moto di traslazione non può essere descritto da una elisse dato il suo evidente moto sinuoso. La curva risultante è detta EPICICLOIDE. L’epicicloide intercetta l’orbita di rivoluzione terrestre in 24-25 punti all’anno e presenta la sua concavità sempre verso il sole.
2.3.4 I moti secondari
I moti secondari sono imputabili principalmente all’attrazione gravitazione del sole nei confronti della luna.
- Moto di regressione della linea dei nodi: spostamento in senso retrogrado della line congiunge i nodi e si compie ogni 18,6 anni. Tale moto influenza sia la periodicità delle eclissi sia il moto doppio conico dell’asse terrestre (nutazioni).
- Moto diretto della linea degli apsidi (che congiunge apogeo e perigeo).
Ovviamente come tutti i copri appartenenti al sistema solare:
- Spostamento verso la costellazione di Ercole
- Recessione delle galassie.
2.4 Le fasi lunari
La rotazione terrestre da W verso E è molto più veloce della rotazione lunare e provoca dunque un moto apparente della luna in senso opposto e cioè da E verso W. Però il moto di rivoluzione reale della luna da W verso E genera un altro moto apparente della luna da E vero W. La somma dei due moti fa si che la luna sorga ogni giorno con un ritardo di 50 minuti circa, finche dopo un mese si torna alle medesime condizioni di partenza.
Nello stesso lasso di tempo, del resto, la luna compie una rotazione su se stessa per cui la parte di superficie della luna illuminata dal sole cambia con regolarità.
Nell’arco di un mese dunque la luna si presenta alla nostra osservazione sempre con un angolazione visibile diversa. Questo processo avviene ovviamente in modo graduale ma può essere schematizzato in quatto tappe fondamentali che prendono in considerazione le posizioni di congiunzione, opposizione e quelle di quadratura. Ogni fase lunare dura circa 7 giorni.
La prima fase lunare o NOVILUNIO si ha quando la luna si trova in congiunzione e cioè allineate e interposta tra terra e sole. In questa situazione viene ovviamente illuminata la faccia della luna che a noi non è visibile mentre quella rivolta verso la terra è in ombra. Contrariamente a quanto si possa pensare, nelle giornate limpide, la luna appare visibile anche in questa situazione in quanto viene illuminata dalla luce solare riflessa dalla terra verso la luna e a sua volta riflessa nuovamente verso la terra. Questo fenomeno viene definito “Luce CINEREA” e la luna è osservabile come un disco DIAFANO nel quale è ovviamente difficile scorgere dei particolari.
Nella fase di novilunio il moto della luna del cielo segue quello del sole e dunque sorge alle sei del mattino e tramonta alle sei di sera.
La seconda fase o primo quarto si ha quando la luna si trova in posizione di quadratura. Sono ormai trascorsi sette giorni dal novilunio per cui, ritardando ogni giorno di 50 minuti il suo sorgere, la luna compare visibile alle 12 e tramonta alle 24. In questa posizione la luna appare come un disco illuminato a metà.
Si giunge poi alla terza fase o di PLENILUNIO che si ha quando la luna si trova in opposizione. La luna sorge alle 18 e tramonta alle 6 del mattino e si presenta come un disco completamente illuminato.
Nel momento dell’ultima fase o ultimo quarto la luna si trova nuovamente in posizione di quadratura. Essa sorge alle 24 e tramonta alle 12 e si presenta come un mezzo disco illuminato.
Può dunque essere utile per capire in quale fase lunare ci troviamo ricordare il detto popolare: gobba a ponente luna crescente, gobba a levante luna calante.
2.5 Le eclissi
Con la parola eclisse si intende l’oscuramento temporaneo di un corpo celeste da parte di un altro che vi transita davanti.
Nel caso del sistema Sole, Terra, Luna possono verificarsi due tipi di eclisse: l’eclisse solare e l’eclisse lunare. Perché si possa verificare un eclissi devono coesistere due condizioni che permettono il perfetto allineamento dei tre corpi celesti: che la luna si trovi in prossimità dei nodi e in opposizione o in congiunzione. Le eclissi sono possibili poiché Terra e Luna sono relativamente vicine e dunque possono entrare l’una nel cono d’ombra dell’altra.
Più precisamente quando la luna si trova in opposizione e in prossimità della linea dei nodi, la terra proietterà sul suo satellite la propria ombra e si avrà dunque un eclissi di luna. Quando invece la luna si trova in congiunzione e in prossimità della linea dei nodi si avrà un eclissi di sole.
Le eclissi di luna possono essere parziali o totali. Nelle eclissi totali la luna entra completamente nel cono d’ombra della terra mentre in quelle parziali, non trovandosi perfettamente nella posizione dei nodi, la Luna entra solo in parte nel cono d’ombra. Infine vi posso essere le eclissi di penombra che avvengono quando la Luna entra sono nel cono di penombra della terra.
In ogni caso le eclissi lunari possono essere osservate contemporaneamente in ogni punto della superficie terrestre.
Le eclissi di sole sono possibile perché il diametro apparente dei due corpi è simile. E’ importante sottolineare che però il cono d’ombra prodotto dalla luna sulla terra è di dimensioni molto più piccole di quello prodotto dalla terra sulla luna. Per questo motivo le eclissi di sole hanno una durata minore di quelle di luna e possono essere osservate in zone limitate della superficie terrestre.
Inoltre il fenomeno ha caratteriste diverse quando la luna si trova in apogeo e quando la luna si trova in perigeo (dalle diverse distanze dipende il diametro apparente e di conseguenza il cono d’ombra).
Eclissi totale: terra in afelio e luna in perigeo.
Se la luna invece è in apogeo la superficie totale della luna non è sufficiente per oscurare completamente il sole e si assisterà dunque ad un eclissi anulare. Le eclissi anulari hanno durata maggiore di quelle totali in quanto la luna in apogeo compie il suo moto di rivoluzione più lentamente.

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