Il pianeta Luna

Caratteri fisici

La Luna è il corpo celeste più prossimo alla Terra; di fatto essa non è un satellite, ma un pianeta che forma insieme alla Terra un sistema biplanetario in rivoluzione attorno al Sole. Infatti utilizzando la legge di gravitazione universale si dimostra che l'attrazione esercitata dalla Terra sulla Luna è poco meno della metà di quella dovuta al Sole. La Luna ha la forma di un ellissoide a tre assi dei quali due sono equatoriali e uno polare; l'asse equatoriale maggiore è rivolto verso la Terra ed è più lungo di circa 2 km rispetto a quello polare. Il giorno lunare dura circa 28 giorni terrestri, per cui il dì e la notte sulla Luna durano 14 giorni ciascuno; l'assenza di atmosfera impedisce il fenomeno dei crepuscoli e provoca della escursioni termiche molto forti, anche a causa della mancanza di acqua, che insieme ad un'atmosfera mitigherebbe il clima. Sono state registrate temperature di 117°C durante il dì e di -170°C durante la notte.

Caratteri geomorfologici

Per la sua vicinanza e l'assenza di atmosfera la Luna è l'oggetto celeste meglio osservabile. Essa appare suddivisa in zone chiare e in zone scure. Le prime sono aree rilevate, rugose ed irregolari e sono dette terre alte; le seconde sono zone piatte e depresse di colore più scuro e sono dette mari. Le terre alte costituiscono quella parte di crosta originaria che non ha subito alcuna importante evoluzione a parte gli impatti delle meteoriti; esse sono costituite da altipiani, colline e catene montuose. Alcune colline a base larga sono chiamate cupole o domi e sono considerate piccoli vulcani a scudo. La cima più alta arriva a 9000 m di altezza sul mare adiacente (poiché sulla Luna, mancando i bacini marini, non esiste un riferimento preciso). Si può affermare che la superficie della Luna è assai più irregolare di quella della Terra in rapporto al diametro.

I mari sono estese superfici di riempimento di grandi crateri da impatto, dove si riconoscono espandimenti di lava fluida; si ritiene che le emissioni di lava dal mantello abbiano potuto verificarsi quando la crosta era ancora sottile in conseguenza delle fratture prodotte da impatti meteoritici molto violenti. I mari sono ricoperti da un grosso spessore di detriti e ceneri costituiti da una mescolanza di frammenti di basalto e sostanze vetrose in forma di piccole sfere: tale materiale detritico è detto regolite. Esso potrebbe derivare dalla frantumazione di ceneri e lave basaltiche a causa degli impatti delle meteoriti. Le sferule sono gocce di roccia fusa per il calore conseguente l'impatto; il raffreddamento rapido ha determinato la loro struttura vetrosa. I mari sono presenti solo nella faccia visibile della Luna (la Luna ha un proprio moto di rotazione che si completa nello stesso periodo di tempo e nello stesso senso di quello di rivoluzione, quindi la essa rivolge alla Terra sempre la stessa faccia).

Sulla superficie lunare possono essere osservate della lunghe fratture ampie circa 2 km chiamate solchi, che potrebbero essere faglie o fratture da raffreddamento; tuttavia l'elemento più caratteristico della superficie sono i crateri, di tutte le età e dimensioni, che costellano sia i mari che le terre alte. Essi hanno prevalentemente un'origine meteoritica e quando superano i 40 km di diametro vengono detti circhi. A causa dell'assenza di atmosfera gli urti delle meteoriti sono molto violenti: i loro resti non sono stati rinvenuti poiché la grande energia dell'impatto ha determinato la sublimazione del corpo e il materiale lunare sollevato dall'urto è stato lanciato molto più lontano rispetto ad urti equivalenti sulla Terra a causa della bassa gravità. Gli impatti meteoritici sembrano essere l'unico fattore di modificazione attuale della superficie, che non rivela altro avvenimento geologico.

Struttura

I mari sono costituiti da basalto, le terre alte da anortosite. La composizione del basalto lunare è simile a quella del basalto terrestre; le anortositi, quantitativamente superiori ai basalti, sono rocce intrusive ricche di anortite, rare sulla terra. Le datazioni effettuate sui campioni hanno rivelato che le anortositi sono più antiche dei basalti: le terre alte sono più antiche e rappresentano la crosta primitiva e indifferenziata, mentre i mari sono più recenti e rappresentano zone della crosta che hanno subito una differenziazione rispetto alla composizione originaria.

Gli scienziati non sono d'accordo sull'origine dei mari; secondo alcuni essi si sarebbero originati da effusioni laviche di basalto, secondo altri sono il prodotto dell'impatto di enormi meteoriti. A conferma di queste due ipotesi, a causa delle anomalie gravimetriche e quindi delle anomalie che producono nelle traiettorie dei satelliti in orbita intorno alla Luna, sotto i mari si sono rivelate zone a maggiore densità dette mascons (mass concentrations). Esse potrebbero essere i nuclei metallici delle meteoriti che con la loro caduta avrebbero formato i mari, oppure antiche camere magmatiche che contengono rocce mafiche, residui intrusivi delle effusioni che avrebbero portato alla formazione degli stessi mari.

L'attività sismica sulla Luna non è paragonabile a quella della Terra; si registrano alcune scosse quando la Luna si trova più lontana o più vicina alla Terra a causa dell'attrazione terrestre che provoca piccole deformazioni. I dati sismici hanno permesso di stabilire che l'interno della Luna presenta una suddivisione in crosta, mantello e nucleo simile a quella della Terra; sotto una litosfera rigida si trova uno strato plastico simile all'astenosfera, ma molto meno attiva. Essa si colloca attorno ai 1000 km, ad una profondità molto maggiore di quella terrestre.

La crosta lunare non è frammentata in placche tettoniche, presenta uno spessore medio di 70 km ed è generalmente più spessa nella faccia non rivolta alla Terra. Il mantello, dove sembrano originarsi i terremoti, si estende probabilmente per altri 800 km in profondità. Alcuni scienziati hanno ipotizzato che la Luna abbia un nucleo caldo, forse parzialmente fuso, con un apprezzabile contenuto in ferro, ma questa ipotesi non è ancora stata convalidata da nessun esperimento; esso non deve essere comunque molto esteso (circa 400 km).

Una particolarità della Luna è la sua asimmetria: misurazioni laser dell'altezza della superficie lunare hanno dimostrato che la Luna è nettamente asimmetrica, con l'emisfero lontano più sporgente rispetto a quello rivolto verso la Terra. La crosta di tale emisfero è più spessa e, essendo costituita solo da terre alte, più antica di quella dell'emisfero visibile. Questa configurazione non ha per ora una spiegazione.

L'influenza della Luna sulla Terra

Le maree: la marea consiste nel ritmico elevarsi (flusso) ed abbassarsi (riflusso) del livello marino, provocato dall'attrazione gravitazionale della Luna e del Sole. È un fenomeno le cui cause sono prevalentemente astronomiche. La massima elevazione dell'acqua è detta alta marea, mentre lo stato di estremo abbassamento è detto bassa marea. La natura delle forze generatrici delle maree apparve chiara solo dopo la scoperta della legge di gravitazione universale.

Tenendo conto di distanze e masse, solo il Sole e la Luna possono generare forze di marea apprezzabili; tuttavia la forza di attrazione del Sole è meno della metà (0,47) rispetto a quella della Luna, quindi per semplicità si può considerare solo il sistema Terra-Luna. Supponendo che la Terra sia ricoperta da uno strato d'acqua uniforme, la parte della Terra rivolta verso la Luna subisce la massima attrazione, mentre sulla parte opposta l'attrazione è minima. A questo bisogna aggiungere che la Terra e la Luna orbitano entrambe attorno ad un centro di massa comune che (poiché la massa terrestre è superiore a quella della Luna) si trova all'interno della Terra stessa, a circa 1600 km dalla superficie. Il sistema Terra-Luna è soggetto ad una forza centrifuga dovuta al moto di rivoluzione che esso compie attorno al proprio centro di massa. Tale forza è massima nei punti della Terra opposti alla Luna. Quindi sull'emisfero affacciato alla Luna la somma della due forze ha una componente rivolta verso la Luna (prevale l'attrazione), mentre nell'altro emisfero la somma ha una componente diretta nel verso opposto (prevale la forza centrifuga). Si formano così due rigonfiamenti d'acqua che costituiscono la alte maree: uno è rivolto sempre alla Luna, l'altro è sulla faccia opposta della Terra. Nelle zone intermedie lo spessore d'acqua risulta diminuito poiché essa è stata richiamata verso i rigonfiamenti e qui si hanno la basse maree. Poiché la Terra ruota su se stessa, nello stesso giorno una località passa due volte nelle zone di alta marea e due volte nelle zone di bassa marea. Anche il Sole provoca due maree, la cui escursione è un po' meno della metà di quelle lunari; i due gruppi di maree non sono sincroni: la maree solari si ripetono ogni 24 ore (giorno solare), quelle lunari ogni 24 ore e 50 minuti (giorno lunare). La Luna infatti non è immobile, ma si muove rispetto alla Terra in senso diretto e quindi un punto della superficie terrestre non avrà la Luna sopra di sé dopo una rotazione completa, ma dopo un periodo leggermente più lungo.

Quando Sole, Terra e Luna si trovano allineati nelle posizioni di sizigie (il Sole e la Luna si troveranno in congiunzione o in opposizione, cioè o dalla stessa parte rispetto alla Terra o dalla parte opposta), le forze gravitazionali del Sole e della Luna si sommano e si verificano le maree con massima escursione, dette sizigiali. Quando Sole e Luna si trovano in quadratura (cioè quando formano con la Terra un angolo retto) le loro azioni si annullano parzialmente e si verificano le maree con minima escursione, dette maree di quadratura.

Si ricorda infine che la differenza massima tra il livello dell'alta e della bassa marea si chiama ampiezza o escursione di marea. Tale fenomeno è molto complesso a causa della ricopertura non uniforme del globo da parte degli oceani, della profondità e della forma dei bacini marini, della direzione e della configurazione della linea di costa, dell'inerzia della masse d'acqua rallentate per attrito sui fondali. Le escursioni, deboli in pieno oceano e nei mari interni, aumentano verso le coste oceaniche e assumono grande sviluppo in zone particolari come estuari, baie e golfi lunghi e stretti. In presenza di queste morfologie le escursioni di marea possono superare i 15 m di altezza.

Le eclissi: la Terra e la Luna sono dei corpi opachi, quindi quando sono colpiti dalla luce solare oscurano un'area dello spazio. La regione di spazio di forma conica occupata dall'ombra di un corpo è detta cono d'ombra; la regione di spazio parzialmente illuminata, in cui c'è un oscuramento minore, è detta cono di penombra. Quando la Luna è interposta fra Sole e Terra e il suo cono d'ombra investe il pianeta si verifica l'eclissi di Sole. Quando la Terra è interposta fra Luna e Sole e il cono d'ombra terrestre investe il satellite si ha l'eclissi di Luna. Se la Luna o il Sole non vengono completamente oscurati, si verifica un'eclissi parziale. Il piano dell'orbita lunare e il piano dell'eclittica formano un angolo di 9° e 5'. Nel corso del mese la Luna attraversa il piano dell'eclittica due volte, in due punti detti nodi: solo quando si trova in uno dei nodi la Luna giace sul piano dell'orbita della Terra. Affinché si verifichino le eclissi Sole, Luna e Terra devono essere prossimi all'allineamento e quindi la Luna deve essere vicina alla posizione dei nodi. Le eclissi di Sole si verificano quando la Luna è prossima alla congiunzione (cioè con la Luna nuova), mentre le eclissi di Luna si verificano quando questa è prossima all'opposizione (cioè con la Luna piena).

Le eclissi totali di Sole sono più frequenti delle eclissi totali di Luna; le eclissi parziali di Luna sono più frequenti delle eclissi parziali di Sole.

Mediamente il diametro apparente della Luna è più piccolo di quello del Sole; di conseguenza durante un'eclissi di Sole la Luna non riesce a nascondere completamente il Sole, che appare come un anello luminoso: questa situazione è definita eclissi anulare. Tuttavia nel corso del mese e dell'anno i diametri apparenti del Sole e della Luna sono variabili poiché essi sono in rivoluzione secondo orbite ellittiche: talvolta il Sole e la Luna sono più vicini alla Terra, talvolta più lontani. In particolare la posizione in cui la Luna raggiunge la minima distanza dalla Terra (363320 km) si dice perigeo; la posizione di massima distanza (405506 km) si dice apogeo. Per esempio, se durante un'eclissi di Sole la Luna si trova in perigeo e il Sole in afelio, si presentano il massimo diametro apparente della Luna e il minimo diametro apparente del Sole, così si può verificare un'eclissi totale di Sole.

Le eclissi di Sole interessano un'area assai ridotta della superficie terrestre, mentre le eclissi di Luna possono essere viste da tutta la superficie terrestre nelle ore notturne. Per questo motivo, considerata una specifica area della Terra, in un dato periodo possono essere osservate più eclissi di Luna che di Sole. Inoltre il fenomeno delle eclissi ha una precisa periodicità: fin dall'antichità è noto un ciclo di eclissi che dura 223 mesi lunari (circa 18 anni) durante i quali si verificano mediamente 48 eclissi di Sole e 28 di Luna.

Le fasi lunari: in rapporto alla Terra e al Sole la Luna nel corso del mese assume posizioni diverse, dette fasi lunari; di conseguenza il contorno della parte di Luna illuminata dal Sole appare diverso. Quando la Luna si trova in congiunzione, essa volge alla Terra la parte non illuminata dai raggi solari: in questa posizione si parla di Luna nuova, la Luna sorge e tramonta con il Sole e risulta visibile solo grazie ad una debole luce riflessa dalla Terra, detta luce cinerea. La Luna nuova segna l'inizio del mese lunare. Dopo 90° di percorso (cioè un quarto di mese lunare) si parla di primo quarto e la Luna mostra metà della sua faccia illuminata e metà in ombra. Il contorno illuminato cambia nel tempo: prima appare una stretta falce, convessa verso ovest, in seguito l'area illuminata si amplia con il conseguente diminuire della curvatura a est, finché al primo quarto il margine orientale diviene rettilineo. Poiché la luce proviene dal Sole che è tramontato, la faccia illuminata dalla Luna è rivolta verso ovest; la Luna in primo quarto sorge a mezzogiorno e tramonta a mezzanotte.

Dopo 180° di percorso (metà mese lunare) la Luna si trova in opposizione e si parla di Luna piena, poiché la Luna volge alla Terra tutta la sua parte in luce e appare come un disco luminoso. Essa sorge alle 18 e tramonta alle 6. Il margine orientale, rettilineo nel primo quarto, ha acquistato una convessità sempre più marcata (Luna gibbosa), finché la Luna non è diventata una semicirconferenza anche a est.

Per tutto questo periodo la "gobba" più marcata della Luna è stata rappresentata dalla semicirconferenza a ovest (luna crescente, gobba a ponente). Nell'ultimo quarto, dopo un percorso di 270°, la Luna torna a mostrarsi come un semicerchio, ma con la semicirconferenza rivolta a est; in questo caso infatti i raggi che la illuminano provengono dal Sole che deve ancora sorgere. La Luna sorge a mezzanotte e tramonta a mezzogiorno. L'evoluzione dalla Luna piena all'ultimo quarto avviene di nuovo attraverso la Luna gibbosa, con il graduale diminuire della gobba a ovest. Infine nell'ultimo periodo del mese la Luna si mostra come una falce convessa a est (luna calante, gobba a levante), sempre più stretta finché essa si trova tutta in ombra e si ritorna alla fase di Luna nuova.