La luna

Generalità

La luna possiede una massa pari ad 1/81 circa di quella terrestre (M_L = 7,3483 10²² kg) ed una raggio medio di 1738 km. La sua densità è di 3.3 kg/dm contro i 5.5 kg/dm . La forza di gravità è 1/6 di quella terrestre.

l'aspetto fisico

La superficie lunare presenta grandi distese scure chiamate mari (costituite da estese pianure coperte da una polvere soffice che riflette meno la luce solare, detta regolite). I rilievi lunari visti dalla terra si presentano invece più luminosi e sono costituiti da catene montuose e dai bordi rialzati di crateri (alcuni vulcanici, altri da impatto meteorico). Sulla superficie lunare si notano inoltre dei solchi che possono arrivare a parecchie decine di km di lunghezza e a profondità fino a 500 m. La loro origine è incerta (fessure dovute all'antico raffreddamento ed alla relativa contrazione della crosta; canali scavati dalla lava; fratture (faglie) legate ai movimenti successivi della crosta lunare). Sulla luna è assente sia l'acqua che l'atmosfera, poiché la piccola velocità di fuga caratteristica della luna ha permesso a queste molecole di perdersi nello spazio, vincendo la gravità lunare (probabilmente quando la luna era molto più calda e tali molecole possedevano energie cinetiche piuttosto elevate). L'assenza di acqua ed atmosfera ha impedito che la superficie lunare subisse fenomeni erosivi paragonabili a quelli terrestri, in tal modo la crosta lunare conserva praticamente intatto l'aspetto fortemente craterizzato prodottosi miliardi di anni orsono al momento della sua formazione. L'assenza di atmosfera fa inoltre sì che non si abbiano fenomeni crepuscolari (il circolo di illuminazione è netto). L'albedo (frazione della luce totale riflessa da un corpo) lunare è solo del 7%, contro quella della terra che è del 35%. In altre parole la terra (a causa delle superfici acquee, dei ghiacciai, delle nubi) riflette, per unità di superficie, una quantità di luce solare incidente cinque volte superiore a quella riflessa dalla luna ed appare dunque dallo spazio molto più brillante.

Moto di rotazione

La luna ruota attorno al proprio asse da Ovest ad Est in circa 27 giorni terrestri (un giorno lunare dura 27 giorni terrestri). Il periodo di oscurità e quello di luce sono quindi molto lunghi. Se a ciò si aggiunge l'assenza di atmosfera, di nubi, acqua e copertura vegetale si comprende come l'escursione termica (differenza di temperatura tra il giorno e la notte) sia molto elevata. La temperatura diurna può infatti raggiungere un centinaio di gradi °C, mentre di notte si può arrivare a 150 °C sotto zero.

Sistema Terra-Luna

In prima approssimazione la luna percorre un'orbita ellittica intorno alla terra, in senso antiorario se osservata dal polo nord celeste. La terra occupa naturalmente uno dei due fuochi dell'ellisse. Il punto di minima distanza Terra-Luna è detto perigeo (da centro a centro 356.410 km), mentre il punto di massima distanza prende il nome di apogeo (da centro a centro 406.697 km).

La distanza media è di 384.400 km.

Aristarco e la prima misura della distanza della Luna (Approfondimento facoltativo)

La prima stima della distanza della luna si deve ad Aristarco di Samo (III sec. a.C.), famoso soprattutto per la sua ipotesi eliocentrica, in seguito abbandonata in favore del geocentrismo tolemaico.

Nell'unica opera pervenutaci, "Sulle dimensioni e distanze del Sole e della Luna", Aristarco afferma correttamente che quando la luna ci appare illuminata per metà essa deve necessariamente trovarsi al vertice dell'angolo retto di un triangolo rettangolo, ai rimanenti vertici del quale si trovano Terra e Sole. Aristarco valuta in 87° (un angolo retto meno un trentesimo di quandrante) l'angolo a compreso tra le visuali che dalla Terra portano alla Luna e al Sole. In termini trigonometrici ciò significa che l'angolo b = 3° e che il rapporto tra la distanza Terra-Luna (D_L) e la distanza Terra-Sole (D_S) è pari al seno di b

In realtà al tempo di Aristarco non erano ancora disponibili tavole trigonometriche (la trigonometria nasce con Ipparco di Nicea verso la seconda metà del II secolo a.C) ed egli dimostra che il rapporto deve essere compreso tra 1/18 e 1/20. Il risultato è assolutamente corretto dal punto di vista formale, ma il valore dell'angolo a ottenuto da Aristarco è inferiore al valore reale (89° 51' 10'') per la evidente difficoltà di misurare un angolo così prossimo ad un angolo retto. Il valore corretto dell'angolo porta ad un rapporto tra le distanza pari a circa 1/390.

In realtà la massa della Luna non è del tutto trascurabile rispetto alla massa della Terra ed è quindi solo una grossolana approssimazione affermare che la Luna ruota intorno alla Terra. Più correttamente entrambe ruotano intorno ad un baricentro comune che si trova all'interno della Terra, circa 1700 km sotto la sua superficie. Per questo motivo Terra e Luna possono essere considerate un sistema gravitazionale doppio.

Moto di rivoluzione e fasi lunari

Il piano dell'orbita lunare non coincide perfettamente con il piano dell'orbita terrestre o eclittica (sul quale giace anche il sole), ma è inclinato rispetto ad esso di circa 5° (5° 8' 43").

Il moto di rivoluzione lunare fa sì che essa cambi continuamente la sua posizione relativa rispetto al sole ed alla terra. Si individuano usualmente 4 posizioni fondamentali:

a) congiunzione La luna si trova tra il sole e la terra

b) opposizione    La terra si trova tra la luna ed il sole

c) quadrature     sono le due posizioni intermedie tra congiunzione ed opposizione. Luna terra e sole formano i vertici di un triangolo rettangolo.

Le posizioni di congiunzione ed opposizione prendono il nome di sizigie o sigizie. In effetti tali termini non si riferiscono solo alle posizioni della luna rispetto al sole ed alla terra ma a possibili posizioni reciproche di qualsiasi corpo del sistema planetario rispetto al sole. Naturalmente in ognuna di queste posizioni è possibile osservare la luna diversamente illuminata dal sole. Le diverse condizioni di illuminazione osservabili dalla terra sono dette fasi lunari.

a)     quando la luna si trova in congiunzione noi osserviamo la metà non illuminata della luna. La fase lunare è detta di luna nuova o novilunio. Durante il novilunio la luna sorge, culmina e tramonta con il sole.

b)     quando la luna è in opposizione osserviamo la metà illuminata della luna. La fase lunare è detta di luna piena o plenilunio. Durante il plenilunio la luna sorge quando tramonta il sole, culmina a mezzanotte e tramonta al sorgere del sole.

c)     quando la luna si trova nelle due quadrature l'emisfero lunare che noi osserviamo risulta per metà illuminato e per metà oscuro. Le due fasi lunari sono dette primo quarto e ultimo quarto.

La porzione della luna non illuminata dal sole dovrebbe risultare perfettamente oscura. In realtà essa è debolmente illuminata dalla luce del sole riflessa dalla terra. Tale debole chiarore è detto luce cinerea. La corretta interpretazione di tale fenomeno si deve a Leonardo da Vinci. Dalla fase di novilunio a quella di plenilunio si ha luna crescente. Nella fase contraria si ha luna calante.

Mese sidereo

La durata del periodo di rivoluzione è ancora una volta diversa a seconda che prendiamo come punto di riferimento una stella fissa o il sole. Il tempo necessario affinché la luna compia una rivoluzione completa di 360° intorno alla terra, ritornando nella stessa posizione rispetto ad una stella fissa è detto mese sidereo. Esso ha una durata di circa 27,32 giorni terrestri (27^d 7^h 43^m 11,5^s = 27,321661 gsm = 2.360.591,5 s) La luna ruota intorno al suo asse impiegando lo stesso tempo che impiega a compiere una rivoluzione intorno alla terra. La conseguenza di tale curiosa coincidenza è che la luna rivolge sempre la stessa faccia alla terra. L'emisfero nascosto della luna si presenta più ricco di crateri di piccole dimensioni, mentre sono praticamente assenti i grandi mari che caratterizzano l'emisfero rivolto verso la terra. Quest'ultimo, a causa dell'attrazione gravitazionale terrestre, risulta inoltre leggermente più protuberante.

Mese sinodico e ciclo delle lunazioni (Metone)

Il mese sinodico o lunazione è il tempo necessario affinché la luna raggiunga nuovamente una fase lunare dello stesso segno. Ad esempio l'intervallo di tempo tra due lune piene consecutive. In altre parole il mese sinodico rappresenta il tempo necessario perché la luna raggiunga nuovamente la stessa posizione relativa rispetto al sole ed alla terra. Il mese sinodico dura circa 29,53 giorni terrestri (29^d 12^h 44^m 2,9^s = 29,530589 gsm = 2.551.442,9 s, oltre due giorni in più rispetto al mese sidereo. Ciò è dovuto al fatto che mentre la luna compie il suo moto di rivoluzione intorno alla terra, quest'ultima compie un tratto della sua orbita intorno al sole, cambiando perciò la sua posizione rispetto ad esso.

Poichè il mese sinodico dura 29,53 giorni, un anno non contiene un numero intero di lunazioni. In un anno giuliano si possono susseguire 12 lunazioni complete (354,367 gsm) con l'avanzo di circa 11 giorni. Di conseguenza le fasi lunari non si ripetono ogni anno alla stessa data, ma solo ogni 235 lunazioni, corrispondenti a circa 19 anni tropici.

Tale ciclo è detto ciclo aureo o di Metone (astronomo greco del V sec. a.C.)

La luna e le maree

A causa del suo moto di rivoluzione intorno alla terra la luna non sorge, culmina e tramonta sempre alla stessa ora tutti i giorni, ma con circa 50 minuti di ritardo ogni giorno. In altre parole la terra completa una rotazione intorno al suo asse rispetto alla luna in 24^h e 50^m circa (giorno lunare).

La luna è la principale responsabile (assieme al sole) dei fenomeni mareali che interessano l'idrosfera (ma anche l'atmosfera e in misura molto minore la stessa crosta terrestre). Si è già detto che gli effetti mareali sono dovuti alla diversa attrazione gravitazionale cui sono sottoposti punti diversi di uno stesso corpo. L'idrosfera, pensata per semplicità come un guscio sferico di spessore uniforme, si deforma sotto l'azione della luna assumendo la forma di un ellissoide di rotazione (ellissoide di marea) avente l'asse maggiore orientato lungo la direzione Terra-Luna. In tal modo, osservando il sistema Terra-Luna dal polo nord celeste, possiamo individuare 2 zone di alta marea in corrispondenza dei punti in cui la luna è allo zenit e al nadir e due zone di bassa marea nei punti intermedi, dove la luna appare sull'orizzonte, in procinto di sorgere o di tramontare.

L'asse maggiore dell'ellissoide di marea tende a rimanere sempre allineato con la luna, cosicché la Terra compie una rotazione rispetto ad esso in un giorno lunare (24^h 50^m). In altre parole, basse ed alte maree si alternano ogni quarto di giorno lunare (6^h 12,5^m).

Le forze che generano le maree si determinano a causa del non perfetto equilibrio esistente tra forze centrifughe e gravitazionali nei vari punti della Terra. Tale equilibrio esiste solo al centro della Terra, ma non alla sua superficie, dove la forza gravitazionale può risultare maggiore (nei punti più vicini alla luna) o minore (nei punti più distanti) rispetto alla forza centrifuga.

L'azione mareale della Luna è circa 2,2 volte più intensa di quella del Sole. Quando la Luna si trova in sizigie gli effetti mareali dei due astri si combinano e le alte maree presentano le massime ampiezze (maree di sizigie), mentre quando la Luna si trova in quadratura l'effetto mareale del Sole indebolisce quello della Luna, senza peraltro annullarlo (maree di quadratura).

Determinazione dell'accelerazione mareale (Approfondimento facoltativo)

Terra e Luna si attraggono con una forza pari a dove d è la distanza che separa i rispettivi centri. La Terra è dunque sottoposta ad una accelerazione in direzione della Luna pari a che si esercita sul suo baricentro. Poiché la Terra non cade sulla Luna e la loro distanza media rimane, almeno in prima approssimazione, costante, il sistema Terra-Luna deve essere in equilibrio dinamico. Ciò significa che il moto di rotazione del sistema intorno al baricentro comune genera una accelerazione centrifuga esattamente uguale all'accelerazione gravitazionale centripeta. Ma essendo la terra rigida tutti i suoi punti si muovono in modo solidale con il baricentro e possiedono quindi la stessa accelerazione centrifuga, pari a , sempre diretta in senso opposto alla direzione della Luna.

Dunque, mentre la forza centrifuga è identica in tutti i punti, la forza gravitazionale esercitata è invece diversa in intensità e in direzione, a causa della differente distanza dal centro della Luna.  Le forze mareali sono la risultante di tali forze applicate e si manifestano evidentemente in tutti i punti in cui tale risultante è diversa da zero e quindi in tutti i punti che non siano il centro della terra, dove la forza gravitazionale è esattamente controbilanciata dalla reazione centrifuga. Se R è il raggio terrestre e d è la distanza tra i baricentri della Terra e della Luna, l'accelerazione gravitazionale nei punti in cui la Luna è allo zenit e al nadir vale

e quindi l'accelerazione mareale in grado di produrre le alte maree

e nell'ipotesi che il raggio terrestre R sia trascurabile rispetto alla distanza d Terra-Luna (R<<d e R²<<d²) Si può dimostrare che nei punti intermedi, di bassa marea, l'accelerazione mareale è, in modulo, esattamente la metà che nei punti di alta marea, mentre la direzione dei vettori è centripeta, essendo orientata verso il centro della Terra. Gli effetti mareali del Sole sono meno intensi di quelli lunari. Per confrontare gli effetti mareali dei due astri, determiniamo il rapporto tra le rispettive accelerazioni mareali

Mese draconico, retrogradazione dei nodi ed eclissi

Essendo l'orbita lunare inclinata di circa 5° (5° 8' 43") rispetto all'eclittica, la luna compie metà del suo percorso di rivoluzione sopra il piano dell'eclittica e metà sotto. I due punti di intersezione, in cui la luna attraversa il piano dell'eclittica sono detti nodi e la linea che li congiunge è detta linea dei nodi. La linea dei nodi rappresenta l'intersezione tra il piano dell'eclittica ed il piano dell'orbita lunare.

La linea dei nodi (intersezione del piano dell'orbita lunare con l'eclittica) ruota, in senso opposto al movimento di rivoluzione lunare (e terrestre), compiendo una rotazione completa in senso orario rispetto alle stelle fisse in 18,6 anni (retrogradazione o regressione dei nodi). In altre parole i nodi vanno incontro alla luna, la quale ritorna pertanto ad un nodo dello stesso segno (ad esempio il nodo ascendente) un po' prima di aver compiuto una rivoluzione completa di 360° rispetto alle stelle fisse.

Ricordando che il tempo necessario per compiere una rivoluzione completa rispetto alle stelle fisse è definita mese sidereo (27,32166 giorni solari medi = 27^{d h m s}), la luna compierà un'orbita rispetto ad un nodo in un tempo inferiore. Tale intervallo di tempo è detto mese draconitico o draconico (27,212220 gsm = 27^{d h m s} = 2.351.135,8 s). La rotazione dell'orbita lunare, misurata dalla regressione dei nodi, muta periodicamente l'inclinazione dell'orbita lunare nei confronti del piano equatoriale. Così l'angolo che il piano dell'orbita lunare forma con il piano equatoriale va da un massimo di 28° 35' (23° 26' + 5° 9'), quando orbita lunare ed equatore sono inclinati in senso opposto rispetto all'eclittica (A), ad un minimo (dopo 9,3 anni) di 18° 17' (23° 26' - 5° 9'), quando orbita lunare ed equatore sono inclinati nello stesso senso rispetto all'eclittica (B). La Luna può dunque giungere allo zenit solo su regioni comprese tra le latitudini di 28° 35' N e S (ed in certi anni solo su regioni comprese tra le latitudini di 18° 17' N e S).

La regressione della linea dei nodi porta periodicamente questi ultimi ad occupare le posizioni di sizigie. Quando ciò avviene si producono le condizioni necessarie al manifestarsi del fenomeno delle eclissi. Infatti quando la Luna si trova contemporaneamente in sizigie e in uno dei due nodi, Luna Sole e Terra si trovano ad essere allineati. Nel caso l'allineamento sia perfetto si parla di eclissi totali, nel caso ciò non avvenga e la luna in sizigie si trovi solo nelle vicinanze di un nodo si possono produrre eclissi parziali.

In realtà l'eclisse è un fenomeno per cui un astro entra nel cono d'ombra di un altro. Sono dunque propriamente eclissi solo quelle di luna, mentre le eclissi di sole sono in effetti occultazioni (per cui un astro passa davanti ad un altro e lo occulta).

Eclisse di Luna

Quando la luna si trova in opposizione e in un nodo essa è destinata a scomparire completamente nel cono d'ombra della terra. Naturalmente durante le eclissi di luna, la luna si trova sempre in plenilunio.

Quando la luna attraversa il cono d'ombra l'eclisse è visibile da tutto l'emisfero terrestre notturno. Poiché l'ombra della Terra è quasi 3 volte più grande della Luna, un'eclissi totale di Luna può durare oltre 100 minuti. Affinché si produca un'eclisse di luna è necessario che la luna ed un nodo si trovino contemporaneamente in opposizione. Se la linea dei nodi fosse ferma rispetto alle stelle fisse, i nodi si verrebbero a trovare in opposizione ogni sei mesi (alternativamente il nodo ascendente e discendente) e potrebbero pertanto verificarsi non più di due eclissi lunari all'anno. Poichè la linea dei nodi si muove di moto retrogrado di circa 20° all'anno, i nodi si presentano in opposizione con periodicità leggermente inferiore ai 6 mesi e quindi a volte possono presentarsi le condizioni per eclissi lunari anche tre volte all'anno.

Eclisse di Sole (occultazione)

L'eclisse o occultazione solare si produce ogniqualvolta la luna ed un nodo si trovano in congiunzione. La luna è in grado di oscurare il sole in quanto possiede lo stesso diametro apparente della nostra stella.

Nel caso però in cui la luna si trovi in apogeo e la terra in perielio, il diametro apparente del sole risulta maggiore di quello lunare e si producono le cosiddette eclissi anulari, in cui un anello luminoso del disco solare compare dietro al bordo lunare.

Essendo il cono d'ombra della luna molto meno esteso di quello terrestre, le eclissi solari sono visibili sono in una stretta area ampia da 200 a 300 km (zona di totalità) che si sposta da ovest verso est per migliaia di chilometri, attorniata da una vasta zona di penombra. Per un osservatore che si trovi a percorrere il diametro di tale zona oscura l'eclisse può durare fino a 7^{m s}

A differenza delle eclissi lunari, le eclissi solari possono verificarsi ai due passaggi consecutivi della luna in prossimità di un nodo in congiunzione. Per questo motivo si possono avere fino ad un massimo di 5 eclissi di sole all'anno. In un anno si verificano un minimo di due eclissi (entrambe di sole) ed un massimo di 7 (5 di sole e due di luna; eccezionalmente 4 di sole e 3 di luna). Le eclissi solari sono dunque in assoluto più frequenti. Ma relativamente ad un osservatore particolare risultano più frequenti le eclissi di luna in quanto visibili sempre da tutti gli osservatori dell'emisfero notturno. L'intervallo di tempo medio che separa due eclissi solari totali osservabili da una particolare regione terrestre è di circa 360 anni.

Il ciclo delle eclissi (Saros)

Mediamente si verificano da 2 a 7 eclissi all'anno. I Caldei avevano scoperto che le eclissi si ripetevano con la stessa successione ogni 223 lunazioni pari a 18 anni circa (18 anni e 10-12 giorni, a seconda del numero di anni bisestili presenti). Tale intervallo di tempo è noto come ciclo di Saros. In tale periodo si susseguono 71 eclissi, 43 di sole e 28 lunari.

Librazioni

Si è detto che poiché la rotazione e la rivoluzione lunare hanno la stessa durata di circa 27 giorni, la luna rivolge sempre la stessa faccia alla terra. In realtà noi possiamo vedere circa il 59% della superficie lunare. Ciò è dovuto ad oscillazioni periodiche della Luna dette librazioni, descritte per la prima volta da Galileo e da lui definite titubazioni. Le librazioni si distinguono in vere e apparenti.

a)     Le librazioni vere o fisiche sono dovute all'attrazione che la terra esercita sul rigonfiamento equatoriale della luna e ad irregolarità nel moto di rotazione lunare.

b)     Le librazioni apparenti o geometriche si possono suddividere in

librazioni in longitudine - dovute al fatto che mentre il moto di rotazione della luna avviene a velocità costante, in modo regolare ed uniforme, il moto di rivoluzione è più veloce in perigeo e più lento in apogeo. In tal modo noi possiamo scorgere di volta in volta una piccola fetta di superficie lunare normalmente non visibile, alternativamente ad est e ad ovest ( 7,5°). Il risultato è che la luna, vista dalla terra sembra produrre lievi oscillazioni attorno al suo asse, paragonabili a quelle di una testa che dice di no.

librazioni in latitudine - dovute al fatto che l'asse di rotazione lunare è inclinato di 6° 41' rispetto alla perpendicolare all'orbita della luna. Poiché l'asse mantiene costante la sua orientazione rispetto alle stelle fisse (come avviene anche per l'asse terrestre), di conseguenza durante il suo moto di rivoluzione la luna ci mostra alternativamente il suo polo nord ed il suo polo sud ( 6,7°). Il risultato è che la luna, vista dalla terra sembra produrre lievi oscillazioni paragonabili a quelle di una testa che dice di si.

librazioni parallattiche o diurne - dovute al fatto che la distanza Terra-Luna non è trascurabile rispetto alle dimensioni della terra. Osservando la luna quando sorge e tramonta e si trova appena sopra l'orizzonte ci poniamo alle due estremità di una base parallattica costituita approssimativamente dal diametro terrestre e ciò ci consente di scorgere 1° di superficie lunare.

L'orbita della luna intorno al sole

Per un osservatore esterno al nostro sistema planetario la luna non compie delle ellissi intorno alla terra, ma segue la terra nella sua orbita ellittica intorno al sole, disegnando intorno ad esso una traiettoria appena ondulata (epicicloide). L'orbita lunare possiede la notevole caratteristica di presentare sempre la concavità rivolta verso il sole

Ipotesi sull'origine della luna

I campioni lunari prelevati dalle missioni Apollo hanno indicato che la luna si è formata 4,5 miliardi di anni fa, contemporaneamente dunque alla terra ed al resto del sistema solare. L'analisi chimica dei campioni ha inoltre dimostrato che esistono alcune differenze sostanziali rispetto alla terra. La luna possiede infatti una quantità minore di elementi volatili (K, Na, B etc) mentre è particolarmente ricca di sostanze non volatili o refrattarie (Al, Ca, Th, Lantanidi). Tuttavia rocce terrestri e rocce lunari presentano lo stesso rapporto fra l'isotopo leggero dell'ossigeno ( O) e gli isotopi pesanti ( O e O). Ciò fa ritenere che si siano formate nella stessa regione del sistema solare, poiché il rapporto tra gli isotopi dell'ossigeno è molto diverso nelle meteoriti, soprattutto in quelle che provengono da regioni lontane del sistema solare. Sulla base di tali risultanze possiamo analizzare le diverse ipotesi che nel tempo sono state avanzate sull'origine del nostro satellite.

Ipotesi della fissione

Proposta inizialmente da George Darwin, figlio di Charles, prevede che dalla terra allo stato primordiale semifluido si sia staccata una porzione di magma, a causa del rapido moto di rotazione. Molti scienziati ritengono infatti che inizialmente la terra avesse un periodo di rotazione estremamente breve dell'ordine di qualche ora. Da allora ad oggi la terra avrebbe rallentato la sua velocità di rotazione, frenata dall'attrazione gravitazionale della luna. Una variante successiva dell'ipotesi della fissione prevede che la terra abbia addirittura aumentato inizialmente la sua velocità di rotazione a causa dello sprofondamento del materiale metallico verso il centro durante il processo di formazione del suo nucleo. L'aumento di velocità avrebbe generato la forza centrifuga necessaria al distacco del materiale destinato a formare il nostro satellite.

L'ipotesi della fissione spiegherebbe perché la luna presenta una densità media inferiore a quella terrestre. Infatti la luna si sarebbe formata da materiale terrestre superficiale, più leggero di quello che occupa gli strati terrestri più profondi.

Ma non è in grado di giustificare:

- l'inclinazione del piano dell'orbita lunare rispetto all'eclittica

- la diversa composizione chimica evidenziata dalle recenti missioni spaziali

- l'attuale valore del momento angolare del sistema Terra-Luna. Infatti se la luna si fosse staccata dalla terra il momento angolare attuale del sistema Terra-Luna dovrebbe essere uguale a quello della terra prima del processo di fissione, ma il momento angolare attuale del sistema Terra-Luna è notevolmente inferiore a quello richiesto dalle teorie della fissione per giustificare il distacco.

Ipotesi della cattura

Secondo tale ipotesi la luna sarebbe un corpo formatosi in un'altra zona del sistema solare e catturato gravitazionalmente mentre passava casualmente accanto alla terra. Tale ipotesi presenta il vantaggio di poter spiegare la diversa inclinazione dell'orbita lunare e la sua diversa composizione chimica, ma si tratta di un'ipotesi altamente improbabile. Un corpo celeste che passasse infatti casualmente vicino alla terra dovrebbe possedere una traiettoria ben precisa per essere catturato. Anche lievi differenze porterebbero ad un impatto o ad una spinta gravitazionale con sorpasso (effetto fionda, simile al cosiddetto "gravity assist" sfruttato dalle sonde interplanetarie).

Ipotesi dell'accrescimento

Secondo tale ipotesi la luna si sarebbe formata attraverso un processo analogo a quello attraverso il quale si formò il nostro pianeta. In altre parole il materiale meteorico inizialmente presente sull'orbita terrestre si sarebbe condensato a formare un pianeta doppio. In tal caso però la struttura interna e la composizione chimica della luna dovrebbero essere analoghe a quelle terrestri. Tale ipotesi non spiega dunque perché la luna possieda un nucleo metallico così piccolo (o forse addirittura inesistente, vista la sua densità media così ridotta - 3,3) e le sue rocce presentino abbondanze chimiche così diverse.

Ipotesi dell'impatto meteorico

Secondo tale ipotesi (Hartmann e Davis - 1975; R.A. Daly 1946) la luna si sarebbe formata a causa di un impatto della terra con un gigantesco meteorite. L'enorme quantità di detriti scagliati in orbita si sarebbero poi aggregati a formare la luna. Recentemente tale ipotesi sta trovando un certo consenso in quanto permette di giustificare numerosi evidenze osservative che gli altri modelli non sono in grado di spiegare. Possiamo infatti ipotizzare che

durante l'impatto il nucleo metallico, più pesante, del meteorite si sia fuso con la terra, mentre solo i materiali più leggeri siano andati a formare i frammenti dai quali si condensò la luna.

il meteorite avesse una composizione inizialmente simile a quella terrestre (stessa composizione isotopica dell'ossigeno), ma durante l'impatto l'enorme liberazione di energia abbia consentito solo agli elementi meno volatili di partecipare alla costituzione del nostro satellite.

l'impatto sia avvenuto non centralmente, ma secondo un angolo tale da imprimere alla terra un moto di rotazione molto rapido, tale da giustificare il suo elevato momento angolare.