LA LUNA
di Claudio Zellermayer


In gran parte delle regioni in prossimità del polo sud lunare il Sole non splende mai,
specialmente alla base dei crateri profondi. Talvolta però, i poli lunari sono inclinati di 6 gradi
rispetto alla Terra, una fortunata configurazione geometrica che permette agli astronomi di
“vedere” l'interno dei crateri polari utilizzando i radar terrestri. In questa immagine,
il radar “illumina” il nostro satellite dall'alto, rivelando crateri e valli completamente
nascoste, alle lunghezze d'onda del visibile, dalle ombre.
[Cortesia Nicholas Stacy e Donald Campbell]

Fin dagli albori della civiltà dell'uomo, la Luna è stata oggetto di culto, osservazione e strumento di misura del tempo per tantissimi popoli più o meno primitivi. Allo stesso modo chiunque di noi si è soffermato ad osservarla magari ponendosi delle domande sulla sua formazione, su alcuni dei suoi movimenti o, perchè no, sulle varie influenze presunte sulla nostra vita.

Ogni tanto si parla di questo oggetto così comune nel nostro vivere quotidiano. Nel 1994 ad esempio si sono compiuti i 25 anni dello sbarco sulla Luna, nel settembre 1996 c'è stata una eclisse di Luna, quindici giorni dopo invece l'eclisse è stata di Sole, ma la Luna ha generato questo fenomeno.

In queste righe vedremo di toccare alcuni punti noti e meno noti della Luna, sia dal punto di vista della astronomia che da quello dell'astronautica, dato che la Luna è stato l'unico corpo celeste fisicamente visitato dall'Uomo.

Se si mettono a confronto il rapporto tra il diametro della Terra e quello della Luna con gli analoghi rapporti degli altri pianeti, si può notare che, tolto il caso di Plutone e Caronte, le dimensioni dei pianeti sono di parecchi ordini di grandezza maggiori di quelle dei loro satelliti. Il caso della Terra e la Luna sfugge a questa regola. Sembra quasi che la Luna sia un satellite troppo grande per la Terra. È più corretto parlare allora del sistema Terra-Luna come di due pianeti estremamente diversi ma con forse la nascita in comune.

Non è proprio corretto dire che la Luna ruota attorno alla Terra. Entrambe ruotano attorno ad un comune centro di gravità situato all'interno della Terra ma non coincidente col centro della Terra. Questa eccentricità del centro di massa farà sì che anche la Terra subisca delle notevoli perturbazioni da parte della Luna.

Un'altra singolarità è dovuta al fatto che nel tempo che impiega la Terra a ruotare attorno al Sole (un anno) la Luna ruota attorno alla Terra 12 volte; mentre per esempio, una delle lune di Giove ruota attorno al pianeta migliaia di volte nel tempo che questo impiega a ruotare attorno al Sole (12 anni circa).

NASCITA DELLA LUNA

Esistono tre teorie per spiegare la nascita della Luna. Una di queste prevede che essa si sia staccata dalla Terra in seguito ad un impatto meteoritico di colossali dimensioni durante la formazione del Sistema Solare. Tale teoria, risalente al secolo scorso, è da scartare perchè la composizione chimica della Luna è molto diversa da quella terrestre.

Un'altra teoria ipotizza che la Luna si sia formata da qualche altra parte del Sistema Solare ed in seguito catturata dal campo di gravità della Terra. Tale ipotesi è concettualmente giusta ma altamente improbabile: le coincidenze sarebbero troppe.

La terza teoria, quella più accreditata, prevede che sia la Terra che la Luna siano nate insieme da due concentrazioni di planetesimi. Inizialmente i due corpi dovevano essere molto vicini e la Terra ruotava più velocemente su se stessa (circa 10 ore). La mutua perturbazione produsse maree solide (sulle croste continentali) che hanno creato una sorta di frenamento e di conseguenza un rallentamento della rotazione della Terra con successivo allontanamento della Luna. Questo fenomeno è tuttora in corso anche se ovviamente totalmente impercettibile.

 

GHIACCIO SULLA LUNA

L'idea della presenza di ghiaccio sulla Luna era già stata suggerita nel 1961. Naturalmente tale presenza si doveva verificare nelle zone non illuminate dal Sole. Il ghiaccio di cui si ipotizza dovrebbe essere esclusivamente di provenienza cometaria, cioé portato lì dall'impatto di comete, durante la fase successiva alla formazione del Sistema Solare.

Oltre al ghiaccio cometario potrebbe esserci del gas ghiacciato residuo della primordiale atmosfera lunare, fintantochè questa era presente.

Le zone indiziate delle presenza del ghiaccio dovrebbero essere vicine ai poli lunari ed in crateri profondi, cioè delle zone che non ricevono mai l'illuminazione del Sole e quindi difficili da osservare anche da Terra.

La sonda Clementine, una sonda militare, doveva fornire dati sull'ambiente e la geologia delle zone polari, quelle più difficilmente accessibili dalla Terra. Questa piccola sonda ha spedito più informazioni di tutte le missioni Apollo messe insieme, come a denotare l'incredibile incremento tecnologico avvenuto in questi ultimi anni. Il radar può identificare depositi di gas ghiacciati perché sotto certe condizioni essi producono un segnale radar riflesso particolare. Tale segnale tuttavia non può dare informazioni sulla natura del gas e la quantità.

Il segnale radar prodotto da un gas ghiacciato ha una più alta riflettività (in media) delle rocce lunari. Una situazione di riflettività analoga è stata riscontrata sui satelliti Galileiani di Giove, sulla calotta polare di Marte ed alcuni crateri in ombra di Mercurio.

In precedenza il radiotelescopio di Arecibo (Portorico) aveva rivelato una riflessione anomala proprio sulla Luna.

Nell'agosto del 1991 sia questo radiotelescopio che quello di Goldstone erano stati usati per ottenere delle mappe radar di Mercurio e si è scoperto con sorpresa delle macchie bianche in corrispondenza dei poli di Mercurio, macchie imputate alla probabile presenza di ghiaccio in crateri molto profondi e dove l'illuminazione del Sole, pur essendo il pianeta vicinissimo ad esso, non arriva praticamente mai.

Nell'emisfero nord della Luna non ci sono bacini da impatto proprio in corrispondenza del polo, mente nel polo sud, dentro al bacino Aitken c'è un cratere da impatto di 2.500 chilometri di diametro e profondo mediamente 12 chilometri, nel centro del bacino.

Il polo sud è a circa 200 chilometri dal bordo del bacino Aitken. Data la posizione del polo sud esso viene a trovarsi sempre in ombra. Si stima che si trovi ad una profondità di 5 - 8 chilometri dal punto più alto del bordo del bacino che a sua volta è alto circa 1.000 metri dal terreno antistante ad esso.

Le osservazioni mostrano che le zone permanentemente in ombra al polo sud sono maggiori di quelle al polo nord.

L'effetto radar che fa presumere la presenza del ghiaccio è stato trovato durante una sola orbita, tuttavia i responsabili del progetto sostengono che questi dati non possono essere dovuti ad errori strumentali. Le osservazioni fatte e descritte sono datate aprile 1994.

 

ASPETTO DELLA LUNA

mappa lunare della faccia visibile con le principali formazioni
mappa lunare della faccia visibile
con le principali formazioni

Osservando la Luna ad occhio nudo o con un binocolo si possono notare zone più chiare ed altre più scure. Le zone più chiare sono gli altipiani, quelle più scure sono chiamate erroneamente mari.

Il termine fu usato da Galilei durante le prime osservazioni fatte al cannocchiale. L'aspetto ad un occhio inesperto può essere quello di una distesa d'acqua. Una osservazione con un telescopio mostra in modo evidente la craterizzazione della superficie del nostro satellite.

Finché la Luna era allo stato fluido, quindi alla sua nascita, i materiali più leggeri salivano alla superficie e successivamente solidificandosi formavano gli altipiani.

Sugli altipiani domina la craterizzazione. Dopo questa fase cominciano i primi impatti ciclopici che formano i bacini circolari con diametri che vanno dai 300 ai 900 chilometri.

In seguito le colate di lava hanno riempito le cavità formando i “mari”.

 

MOTI DELLA LUNA

La Luna, come tutti i corpi del Sistema Solare si muove su un'orbita ellittica attorno alla Terra. Questo fa sì che la distanza sia variabile.

In media essa è di 384.000 chilometri con un minimo, al perigeo, di 356.400 chilometri ed un massimo all'apogeo di 406.700 chilometri.

Ogni 27,3216 giorni la Luna passa per lo stesso punto della sua orbita. Questo periodo è chiamato mese siderale. Tuttavia in questo tempo la Terra ha percorso un tratto considerevole della sua orbita, cosicché affinché si ripresenti la stessa fase occorre un tempo più lungo: 29,5305 giorni; questo è il mese sinodico.

Il fenomeno delle fasi lunari, cioè il vedere la Luna più o meno illuminata dal Sole, è legato al fatto che la metà di Luna rivolta verso il Sole (e quindi illuminata) a causa della rotazione lunare attorno a noi, non è sempre rivolta interamente verso la Terra.

Quando ciò accade parliamo di Luna piena, quando invece in nessun momento della notte vediamo la Luna parliamo di Luna nuova: la Luna si trova tra la Terra ed il Sole e quindi visibile solo di giorno. Ad un quarto di giro tra la Luna nuova e la Luna piena noi vediamo metà della Luna, per la precisione la metà rivolta verso ovest o ponente; parliamo quindi di Luna crescente.
Ogni sera ne vediamo una porzione maggiore e per un periodo della notte più lungo. In modo quasi analogo, nel tratto di orbita tra la Luna piena e la Luna nuova, noi vediamo di notte in notte una porzione sempre più piccola di Luna, avente la curvatura o “gobba” rivolta a levante o est; siamo nella fase di Luna calante.

Le perturbazioni di cui si parlava prima oltre a rallentare il moto di rotazione terrestre hanno provocato un rallentamento della rotazione della Luna al punto che essa impiega lo stesso tempo a percorrere la sua orbita ed a ruotare su se stessa. Come conseguenza essa mostra a noi sempre la stessa faccia anche se riusciamo a vedere il 59% della Luna.

Questo avviene sia perchè l'asse di rotazione lunare è inclinato rispetto al piano della sua orbita (vediamo alternativamente i due poli) sia perché essendo l'orbita ellittica la velocità di rivoluzione è variabile e ciò permette di vedere in diverse occasioni più parti della Luna.  Il 41% mancante è quindi la vera faccia nascosta della Luna.

 

LE ECLISSI

Questo fenomeno è legato principalmente alle dimensioni apparenti del Sole e della Luna. Per puro caso il disco della Luna è quasi delle stesse dimensioni del disco del Sole.

Il piano che contiene l'orbita della Luna non coincide con quello che contiene l'orbita della Terra (chiamata eclittica).

Se così fosse ad ogni Luna nuova avremmo una eclisse di Sole, (il disco della Luna copre interamente il disco del Sole), mentre ad ogni Luna piena una eclisse di Luna, (la Luna viene nascosta dal cono d'ombra della Terra).

I punti di intersezione tra questi due piani sono chiamati “nodi” e la linea che li congiunge la “linea dei nodi”. Tale linea ha una sua rotazione completa ogni 18,6 anni.

Affinchè si abbia una eclisse di Sole o di Luna occorre che la linea dei nodi sia coincidente con la congiungente Terra-Sole e che la Luna transiti su uno dei due nodi. Avremo così una eclisse totale di Sole o di Luna.

Se il transito avviene mentre la linea dei nodi è quasi allineata con la direzione Terra-Sole allora l'eclisse, di Sole o di Luna, sarà parziale.

Una rotazione completa della linea dei nodi è chiamata Ciclo di Saros, dal nome di un astronomo babilonese presunto scopritore di tale periodicità. Un Ciclo di Saros comprende 84 eclissi di cui circa la metà di Luna. Ogni 18,6 anni le eclissi si susseguono tutte nello stesso modo.

 

PERTURBAZIONI DELLA LUNA

Le perturbazioni gravitazionali della Luna, unite a quelle del Sole, creano tre fenomeni sulla Terra, di cui uno, le maree, molto conosciuto.

I due movimenti meno noti, anche perchè di durata millenaria, sono la precessione degli equinozi e la nutazione.

Come conseguenza della precessione degli equinozi, l'asse terrestre compie nel cielo un moto conico cosicchè non punta sempre nella stessa direzione: tra qualche millennio la Stella Polare non ci indicherà più il nord.

La nutazione consiste in un moto lievemente oscillatorio sempre dell'asse terrestre. Il fenomeno più consistente è comunque quello delle maree.

Quando la Luna si trova tra la Terra ed il Sole, essa attrae, assieme al Sole, le acque degli oceani creando alte e basse maree. Una situazione analoga si presenta quando è la Terra a trovarsi tra il Sole e la Luna.

Questi giganteschi moti delle masse oceaniche creano attrito sulla Terra, attrito che si trasforma col passare dei millenni nel rallentamento della rotazione terrestre e nell'allontanamento della Luna dalla sua posizione attuale.

 

LA LUNA NELL'ANTICHITÀ

Tutte le popolazioni che si sono interessate del moto dei corpi celesti hanno ovviamente cercato di spiegare i vari fenomeni visivi legati alla Luna, fin qui descritti.

Tutto ciò, in molti casi, si è tradotto nella costruzione di strutture che fungessero da osservatori luni-solari. Il più noto di questi è Stonehenge in Inghilterra. Anche a Carnac, nella penisola bretone (Francia) è stato costruito un gigantesco osservatorio lunare che serviva, come quello di Stonehenge, ad individuare i punti estremi del sorgere della Luna.

Ogni 18,6 anni il nodo ascendente della Luna viene a coincidere con l'equinozio di primavera o punto gamma. Allora la Luna ogni 15 giorni assume la sua massima e minima altezza rispetto all'orizzonte.

Ricordiamo che l'orbita Terra-Sole (eclittica) è inclinata di 23 gradi rispetto all'equatore celeste, mentre l'orbita Terra-Luna è inclinata di 5 gradi rispetto all'eclittica.

Quando la Luna si trova alla massima altezza, compie anche il percorso più lungo e sorge e tramonta più a nord di dove sorge e tramonta il Sole il giorno del solstizio d'estate.

A latitudini maggiori di 61°24' quando la Luna compie il suo percorso massimo si comporta come il Sole di mezzanotte, cioè non tramonta. Nelle isole Ebridi (Scozia) a Callanish un sito megalitico celebra questo aspetto suggestivo del moto lunare, segno di grande capacità di osservazione delle popolazione che lo hanno edificato.

 

Per concludere, due aspetti di come la Luna ha influito nella vita dell'Uomo.

Il fatto di poter vedere bene il disco lunare, ha permesso ai Greci di compiere le prime misure di distanze astronomiche.
Misurando il tempo impiegato dalla Luna durante una eclisse di Luna ad attraversare il cono d'ombra della Terra, fu possibile valutare le dimensioni della Luna rispetto alla Terra e di conseguenza anche la distanza Terra-Luna.
Conoscendo tale distanza l'astronomo greco Aristarco è stato in grado di valutare anche la distanza Terra-Sole. Ovviamente le misure erano errate, ma il metodo geometrico concettualmente era corretto. Senza la Luna queste misure sarebbero state possibili solo in tempi molto più recenti.

La legge della gravitazione universale, scoperta da Newton verso la fine del 1600 ha richiesto oltre al genio di Newton la presenza della Luna.
La forza con cui la Terra attrae un oggetto qualunque è la stessa con cui attrae la Luna. Senza di essa molto probabilmente tale legge fondamentale della fisica avrebbe tardato molto ad essere individuata con un relativo rallentamento delle nostre conoscenze.

 

Cronologia delle esplorazioni lunari

Missioni automatiche o pilotate che si sono posate al suolo lunare

Dopo il nome della sonda si riportano la data di allunaggio (per le Luna, quella di partenza), * indica una discesa violenta, l’esito della missione. Per gli equipaggi umani il nome fra parentesi è quello dell’astronauta rimasto in orbita; segue il tempo di permanenza lunare.

Altre missioni automatiche o pilotate hanno orbitato attorno alla Luna:

 

Monografia n.1-1996/1

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