L’UNICO PIANETAVISITATO

DALL’UOMO

LA LUNA

Introduzione- Il satellite visitato dall’uomo

Il nostro Sistema Solare comprende moltissimi corpi

celesti.La LUNA è l’unico

SATELLITE NATURALE DELLA TERRA , nonchè

l’unico corpo celeste visitato dall’uomo. Non vi sono mai state trovate TRACCE DI

VITA.

Il PRIMO ALLUNAGGIO risale al 20 luglio 1969:

avvenimento importantissimo, data in cui NEIL

ARMSTRONG, astronauta USA, mise piede sulla Luna, insieme al compagno BUZZ

ALDRIN (entrambi equipaggio dell’Apollo 11). Negli anni

successivi altri uomini replicarono le loro imprese, ultimo dei quali EUGENE

CERNAN (1972).

Neil Armstrong parlò così all’umanità intera collegata alla televisione che osservava l’allunaggio:

« Questo è un piccolo passo per un uomo, ma un balzo da gigante per l'umanità. »

Caratteristiche generali

La luna ha avuto ed ha una grande influenza sulla Terra,particolarmente evidente quando si considerano sia la dinamica dei movimenti di rotazione e rivoluzione

del nostro pianeta sia il fenomeno delle maree.

Nel 1994 la superficie lunare è

stata mappata con estrema

accuratezza dalla sonda americana Clementine, cosa

che oggi si sta effettuando su entrambi i lati

(faccia nascosta inclusa) con la SONDA LRO

(Lunar Recognissance Orbiter) della

NASA.

DI CHE SI TRATTA??

CARATTERISTICHE PRINCIPALI del satellite Luna

• Corpo solido di forma pressochè SFERICA• ¼ del raggio terrestre

• 1/81 della massa terrestre• A 384.000 km DALLA TERRA

• 1/6 accel. gravitazionale terrestre• Densità med: 3,3 g/cm3

• 2 MOTI BASE : Rotazione e Rivoluzione. Vi si aggiungono moti minori.

La Luna, seppur di massa ridotta, è uno dei piu’ grandi dei 96 satelliti

del Sistema Solare.

RAPPORTO MASSA LUNA-TERRA è il piu’ alto rapporto pianeta-satellite

nel Sistema Solare.

Piccola distanza Luna-Terra/Grande massa relativa:

causano ATTRAZIONE GRAVITAZIONALE SULLA

SUPERFICIE TERRESTRE (metà dell’attrazione Sole-Terra)

Terra-Luna formano un SISTEMA PLANETARIO DOPPIO che si muove

come sistema unico intorno ad un baricentro comune (sotto superficie terrestre) , e si

influenzano reciprocamente.

INTERAZIONE LUNA-TERRAEffetti interazione Luna-Terra

sono molteplici:

1. Sistema Terra Luna ha reso più stabile la rotazione

terrestre,impedendo oscillazioni drastiche

dell'asse2. Su entrambi nascono forze di

marea,che provocano una distorsione dei due corpi.

Questo dà alla Luna una forma debolmente ellissoidale.Le

forze di marea,agendo sul rigonfiamento, hanno

rallentato la rotazione del satellite.

Forze di marea causano MAREE OCEANICHE terrestri: si ha un sollevamento ed abbassamento del livello marino sulla superficie

terrestre, che accompagna la Luna nel suo movimento attorno alla Terra,esercitando su quest'ultima un'azione frenante sul moto di rotazione terrestre, di 1,46 ms/secolo. Al contempo la forza

centrifuga del sistema aumenta: Luna accelera e si allontana di 3,8 cm/anno.

CI SI POTREBBE VIVERE??La Luna ha forma quasi sferica,descritta da un ellissoide a tre

assi. Ha un lieve RIGONFIAMENTO sulla faccia rivolta alla Terra (N.B.: LA LUNA MOSTRA SEMPRE LA STESSA FACCIA ALLA TERRA – vedi

diapositive successive).

A causa della rotazione molto lenta la Luna rivolge per lungo tempo la stessa faccia al Sole. Per questo il suolo lunare si

riscalda e si raffredda notevolmente rispettivamente nei periodi di lungo dì e lunga notte polare.

NON vi si potrebbe vivere, perchè LA LUNA NON HA ATMOSFERA, e quindi:

• C’è un’ alta escursione termica : si passa DA 123° A -233° come minima e massima

• Si passa repentinamente dal dì alla notte• ASSENZA DI ACQUA

• Mancano fenomeni erosivi (superficie modificata solo da impatti con meteoriti)

The dark side of the Moon…La canzone dei Pink Floyd, “The dark side of the Moon”, deriva da

un’espressione usata nei paesi anglofoni.

“Il lato oscuro della Luna” è la faccia nascosta della Luna non visibile dalla Terra. Infatti, a causa della contemporaneità dei moti di rotazione e rivoluzione, dalla Terra si vede SEMPRE LA STESSA FACCIA. Per ciò, le sonde come LRO stanno esplorando la faccia a noi nascosta per analizzare meglio composizione e strati

superficiali lunari.

Nello schema qui in basso capiamo perchè ci è nascosta e come ruota:

Le scoperte: LA SUPERFICIE

Grazie all'assenza di un'atmosfera, la superficie lunare e le sue strutture più caratteristiche sono sempre visibili.

Sulla superficie lunare individuiamo tipiche aree e caratteristiche (i “crateri” e le macchie che vediamo):

1. MARI2. ALTOPIANI3. RILIEVI4. CRATERI

Caratteristiche: I MARI

• I primi astronomi pensavano che fossero veri e propri MARI, da lì

prendono il nome• Sono le parti piu’ scure della

superficie, e PIANEGGIANTI• Composizione: principalmente

ROCCE BASALTICHE. Riempiti dalla lava dopo l’impatto di enormi

meteoriti sulla superficie 4 miliardi di anni fa

• Ricoperte da 2-10 metri di REGOLITE (miscela di detriti rocciosi e polveri)

• 20% della superficie ma assenti sulla faccia nascosta

Caratteristiche: I MARI

• Piu’ vasto: “OCEANO DELLE TEMPESTE” (2 volte il

Mediterraneo!)• Attraversati da SOLCHI E DORSALI

MONTUOSE) • Formati anche da lava vulcanica

solificata proveniente da dentro il satellite

• REGOLITE da degradazione spaziale lenta e continua: impatto di

meteoriti per anni causa polverizzazione rocce superficiali

(dovuta anche alla gravità)• Altri fattori influenti: vento solare,

raggi cosmici, escursioni termiche.

Caratteristiche: GLI ALTOPIANI• Aree elevate e chiare.

• Superficie con CRATERI DA IMPATTO di meteoriti (che fecero

anche trasformare le antiche rocce lì presenti rendendo poco analizzabili gli altopiani)

• Anche qui profondi e sinuosi solchi di centinaia di km. Massimo 500 m

di profondità e ampiezza di centinaia-migliaia di m

• Si pensa che alcuni di questi solchi siano stati scavati dalla lava, altri sarebbero fratture prodotte dal raffreddamento della crosta, o durante la fase endogena della

Luna.

Caratteristiche: I RILIEVI• Posti sulla superficie lunare• Si trovano ISOLATI O RIUNITI

IN SISTEMI multipli• Cima piu’ elevata: 11.000 m

(Catena dei Monti LEIBNITZ)• N.B.: Le altitudini non sono

uguali a quelle terrestre perchè manca un sistema di riferimento (sulla Terra si usa

“slm” cioè sul livello del mare, a partire dal mare che

è 0 m)

Caratteristiche: CRATERI E CIRCHI

• Numerosissimi sulla superficie lunare, i piu’ osservabili e noti. Piu’ presenti sugli altopiani ma distribuiti ovunque

• VARIE DIMENSIONI: diametri tra meno di un metro con bordo netto e piu’ di 200 km profondi 5 km

• I piu’ grandi vengono chiamati CIRCHI ed hanno bordi frastagliati e tracce di crollo

• Formatisi dopo impatto di meteoriti o dopo attività vulcanica.

STRUTTURALMENTE com’è?Non c’è ATTIVITA’ VULCANICA

sulla Luna, ed i TERREMOTI sono meno frequenti e molto

DEBOLI. Geologicamente parlando, i sismi lunari sono

causati da:1. IMPATTO DI METEORITI2. FRANE E MOTI CROSTA

TERRESTRE.

I sismi avvengono per lo piu’ in PERIGEO ED APOGEO, a massima/minima distanza dalla Terra: deduciamo che essi dipendono dall’azione gravitazionale terrestre .

Coi dati di sismografi si è elaborato un MODELLO DELL’INTERNO A GUSCI

CONCENTRICI come la Terra.

I gusci concentrici sono, dall’esterno:• CROSTA

• MANTELLO• ZONA SISMICA (degli

ipocentri)• NUCLEO

CROSTA E MANTELLO formano la LITOSFERA

LUNARE, la ZONA DEGLI IPOCENTRI è detta

anche ASTENOSFERA LUNARE.

1. La CROSTA ha consistenza rigida, spessore medio 60 km

2. Il MANTELLO forma con la crosta la litosfera profonda 1000 km (mantello ca.940 km)

3. Il MANTELLO INFERIORE (astenosfera) è ricca di materiali viscosi e plastici ed arriva fino al nucleo.

4. Il NUCLEO ha raggio di 500 km, molto FERRO ma densità inferiore di quello terrestre.

… A GUSCI…

Il materiale della litosfera non è distribuito omogeneamente: questo per valori di GRAVITA’ ANOMALA IN ALCUNE ZONE

ricche di materiali densi (MASCONS, da “mass concentrations”), per lo piu’ nei mari lunari. Forse corrispondono a denso magma solidificato in profondità, oppure alle aree di impatto di enormi

meteore.Qui di seguito, i mascons sono le aree in rosso.

La FORMAZIONE…Non è ben chiaro come la Luna si è formata: abbiamo 4 IPOTESI DI

FORMAZIONE

FISSIONE

ACCREZIONE

CATTURAIMPATTO

• Formazione da MATERIALE TERRESTRE• Terra in stato fuso e in rotazione

elevatissima• Luna si sarebbe DISTACCATA per

ATTRAZIONE GRAVITAZIONALE SOLARE che avrebbe causato MAREE

ELEVATISSIME ed ESPULSIONE DI MATERIA FUSA

• Poco plausibile: periodo ROTAZIONE TERRESTRE doveva essere circa 2,5 ore

(allora stimato a 4 ore)• Modificata per accreditarla: nucleo

terrestre sprofondava al centro e accelerava moto di rotazione. Terra

INSTABILE SI DEFORMA ed espelle una « GOCCIA » DI MATERIA

• Molto controversa ma spiega maggiore densità terrestre rispetto a Luna

Ipotesi 1. LA FISSIONE…

Ipotesi 2. LA CATTURA…• Luna era corpo autonomo formatosi indipendentemente LONTANO NEL

SISTEMA SOLARE• Sarebbe stata catturata

dall’attrazione gravitazionale terrestre che lo spinse a muoversi

in ORBITA INTORNO AD ESSO• Difficile spiegare la riduzione della velocità lunare in avvicinamento per permettere la cattura e l’orbita stabile

senza disintegrarsi• Si pensa che le maree provocate dall’attrazione terrestre crearono

ATTRITO frenando la Luna e creando ORBITA E MOTI LUNARI

STABILI• Difficoltà: avrebbe SUPERATO IL

LIMITE DI ROCHE (per cui ogni corpo cade sulla Terra). Perchè non

cadde?? Probabilmente strati superficiali si ruppero e

precipitarono sulla Terra come meteoriti

• Spiega poco la COMPOSIZIONE CHIMICA SIMILE e bene i CRATERI

DA IMPATTO• Campioni raccolti diversi

dai terrestri: difficile credere che si sia formata lontano.

Ipotesi 3. L’ACCREZIONE…• Formatasi per aggregazione

di particelle, polveri, frammenti in ORBITA

INTORNO ALLA TERRA, unitisi (come nella

formazione dei planetesimi-pianeti)

• Potrebbe essere un « pianeta mancato » per la

poca massa• Molto seguita anche se non

spiega dati su SISTEMA TERRA-LUNA ed altre cose• Perchè materiali che originarono Luna sono diversi dai terrestri se

espulsi da Terra e stelle vicine? • Quanto lontani in origine?

Ipotesi 4. L’IMPATTO…• Luna generata da IMPATTO di CORPO

CON MASSA SIMILE A MARTE con la TERRA circa 5 miliardi di anni fa (fase

nascita S.Solare)• Avrebbe causato disintegrazione corpo

in collisione e liberazione FRAMMENTI nello spazio. Generato molto calore: resti

SI FUSERO COL MANTELLO• Frammenti dispersi nello spazio diedero

origine alla Luna mediante ACCREZIONE• Luna avrebbe composizione particolare

da frammenti del corpo in collisione o mantello terrestre

• Avrebbe accelerato moto rotazione terrestre e CALORE ECCESSIVO avrebbe fatto EVAPORARE ACQUA LUNARE ed

ATMOSFERA• No prova definitiva ma molto accreditata

LA LUNA IN MOVIMENTOAnche la Luna compie dei moti come la Terra:

1. ROTAZIONE sul proprio asse2. RIVOLUZIONE intorno alla Terra

3. TRASLAZIONE intorno al Sole (con la Terra).I moti formano un unico moto complesso studiato nelle singole

componenti per comodità

MOTO DI ROTAZIONELa Luna ruota sul proprio asse,

DA OVEST VERSO EST IN VERSO ANTIORARIO (vista dal

polo N celeste).

Il PERIODO DI ROTAZIONE (vedi

succ.) è di 27d 7h 43’ 11’’.

Per la metà del periodo di rotazione la Luna è

ILLUMINATA A META’ ed oscurata nell’altra metà

(dipende dalla posizione rispetto al Sole).

NON E’ REGOLARE ma presenta delle LIBRAZIONI, variazioni

nel moto di rotazione (fisiche o apparenti). Queste sono delle

apparenti oscillazioni che fanno sì che il 41% della Luna è

FASCIA A NOI VISIBILE, il 41% NON VISIBILE ed il 12%

OSCILLA TRA LE 2...

MOTO DI RIVOLUZIONELa Luna ruota INTORNO ALLA TERRA in verso

ANTIORARIO (vista dal polo N celeste) lungo un’orbita ELLITTICA con la TERRA COME UNO DEI DUE FUOCHI.

La distanza Terra-Luna è dunque variabile:

• Si ha la posizione di PERIGEO (minima distanza, come il perielio in Terra-Sole)

• Si ha la posizione di APOGEO (massima distanza, come l’afelio in Terra-Sole).

La Luna nel suo moto attraversa la posizione di OPPOSIZIONE (direzione opposta ai raggi solari, oltre la Terra.

La Luna risulta completamente illuminata e la fase corrispondente è il plenilunio.) e quella di CONGIUNZIONE

(la Luna è interposta tra Sole e Terra: la faccia illuminata é quella non visibile dalla Terra. La fase lunare

corrispondente è il novilunio).

Inoltre, ci sono due POSIZIONI DI QUADRATURA (a 90° tra direzione Terra-Luna e Terra-Sole)

Il piano dell’orbita lunare è INCLINATO rispetto al piano

dell’eclittica di 5°9’. I due piani si intersecano nella LINEA DEI NODI, in due punti detti NODI. Solo quando la Luna si trova in uno dei

nodi eclittica ed orbita lunare coincidono.

ORBITA LUNARE ED ASSE DI ROTAZIONE LUNARE sono INCLINATI

DI 83°19’ tra di loro. L’asse di rotazione lunare è inclinato quasi a 90° dall’eclittica.

La velocità di rivoluzione è massima in PERIGEO e diminuisce, minima in APOGEO, con una media di 1 km/s.

Il periodo di rivoluzione è detto anche MESE e si può considerare di due tipi diversi:

1.Mese SIDEREO: è l’intervallo tra DUE ALLINEAMENTI DELLA LUNA CON UNA STESSA STELLA SU UNO STESSO MERIDIANO (passaggio per lo stesso punto, intervallo tra due volte in cui accade). Corrisponde a quello annunciato qualche diapositiva prima, cioè

27d 7h 43’ 11’’. Rappresenta il tempo reale di rivoluzione e periodo reale di

rotazione.

2.Mese SINODICO o LUNARE: è l’intervallo tra DUE ALLINEAMENTI UGUALI LUNA-SOLE (due opposizioni/congiunzioni). Dura

29d 12h 44’ 3’’ .

La differenza tra i due dipende dal fatto che la Luna ruota intorno alla Terra ma al contempo questa lo fa intorno al

Sole.

Per il successivo ALLINEAMENTO LUNA-TERRA-SOLE, la LUNA DEVE COMPIERE ALTRO PEZZO DI RIVOLUZIONE (27° cioè 2

giorni).

MOTI ULTERIORI…•La Luna compie al contempo un moto di TRASLAZIONE intorno al Sole (perchè la Terra si muove intotno ad esso!). La posizione della Luna rispetto alla Terra non è fissa, e l’orbita lunare intorno al Sole segue una curva sinuosa detta EPICICLOIDE (ellisse deformata), la quale taglia l’orbita terrestre circa 25 volte l’anno

•Essa compie anche dei moti secondari simili ai moti millenari terrestri. Uno è la regressione della LINEA DEI NODI (che si sposta in 18,6 anni, periodo delle “nutazioni”, ed è simile alla precessione degli equinozi terrestri. E’ attribuibile al moto retrogrado dell’asse di rotazione lunare, non sempre parallelo a sè stesso)

LE FASI: Come vedo la LunaI cambiamenti di

posizione/illuminazione lunare in un MESE SINODICO si

chiamano FASI LUNARI. Ne esistono

4 principali (e moltissime

intermedie):1.NOVILUNIO (congiunzione)

2.PRIMO QUARTO (1° quadratura)3.PLENILUNIO (opposizione)4.SECONDO QUARTO (2° quadratura)

1° FASE LUNARE: • Luna in congiunzione con la Terra: NOVILUNIO o SIZIGIE• Faccia buia verso la Terra. NON LA VEDIAMO• Sembra disco debolmente illuminato (la poca luce è quella che viene dalla riflessione che la Terra fa dei raggi solari che la colpiscono)• SORGE ALLE 6, TRAMONTA ALLE 182° FASE LUNARE: • Luna tra novilunio e plenilunio (14d 18h 22’)• A META’ (7d 9h 11’) Luna in PRIMO QUARTO, in posizione di 1° quadratura• Non direttamente ma gradualmente dal novilunio cresce• SORGE ALLE 12, TRAMONTA ALLE 24

3° FASE LUNARE: • Luna in opposizione con la Terra: PLENILUNIO o SIZIGIE• Faccia illuminata verso la Terra. LA VEDIAMO• Sembra disco tondo illuminato (tutta la luce solare diretta)• SORGE ALLE 18, TRAMONTA ALLE 6• Visibile perchè orbita lunare non coincide con eclittica

4° FASE LUNARE: • Luna tra plenilunio e novilunio(14d 18h 22’)• A META’ (7d 9h 11’) Luna in SECONDO QUARTO, in posizione di 2° quadratura• Non direttamente ma gradualmente dal plenilunio cala• SORGE ALLE 24, TRAMONTA ALLE 12N.B. LE FASI SI RIPETONO NELLO STESSO ISTANTE SOLO

OGNI 19 ANNI (235 mesi sinodici), periodo detto CICLO AUREO e scoperto da METONE

LE ECLISSI DI SOLE E DI LUNASi chiama ECLISSI l’oscuramento di un corpo celeste da parte di

un altro che vi passa davanti.

Nel sistema Luna-Terra-Sole, si hanno due tipi di eclissi:1. Eclissi LUNARE quando la Terra si interpone tra Sole e Luna;2. Eclissi SOLARE quando invece la Luna si interpone tra Terra e

Sole.

Le eclissi si dicono TOTALI se il corpo celeste viene OSCURATO TOTALMENTE, invece sono PARZIALI se il corpo celeste è

COPERTO IN PARTE.

Luna e Terra proiettano un CONO D’OMBRA in direzione opposta al Sole, in cui la luce del Sole non penetra, ed un CONO DI

PENOMBRA in cui l'oscuramento non è totale.

Si hanno le eclissi di Luna quando la Luna entra in uno di questi due coni della terra,mentre le eclissi di Sole quando parte della

superficie terrestre entra in uno di questi due coni della Luna.

Perché un'eclissi avvenga è necessario che i tre corpi siano allineati sullo stesso piano,e ciò avviene solo in plenilunio o in

novilunio.

La Luna si trova inclinata di 5°9’ rispetto all’eclittica terrestre; se non fosse così avremmo un’eclissi di Sole in OGNI NOVILUNIO ed un’eclissi di Luna in OGNI PLENILUNIO di un mese sinodico. Non è così: le eclissi quindi avvengono solo quando NOVILUNIO O PLENILUNIO AVVENGONO CON LA LUNA IN PROSSIMITA’ DI UN NODO.

1.ECLISSI LUNARE: Si ha con Luna in PLENILUNIO vicino ad un nodo. Se essa si trova su esso o a meno di 5 gradi da esso si ha un'eclissi totale; se è tra i 5 e i 10 gradi un'eclissi parziale. Le dimensioni del cono d'ombra della terra sono superiori alle dimensioni della Luna,quindi la Luna impiega un tempo lungo per attraversarlo, e l'eclissi può durare anche 100 minuti. Durante l'oscuramento essa non scompare del tutto ma appare come uno disco debolmente illuminato di colore rosso.

2.ECLISSI SOLARE: Si ha con Luna in NOVILUNIO e vicino ad un nodo. Nonostante le dimensioni molto inferiori della Luna rispetto al Sole, il suo cono d'ombra può oscurare per un breve tempo il

sole. Le eclissi solari possono essere osservate solo in zone limitate della superficie terrestre in quanto il cono d'ombra della luna si

estende in una distanza minore rispetto a quello della terra.Inoltre il fenomeno ha caratteristiche diverse in

perigeo/apogeo/perielio/afelio. Con Luna in PERIGEO e Terra in AFELIO il diametro solare risulta ridotto, quello lunare

ingrandito. Si realizzano così le condizioni favorevoli per un'eclissi totale, che dura circa 7,5 minuti in un’area con raggio di ca.

200km. Intorno alle zone di eclissi totale si ha area piu’ vasta dove si osserva ECLISSI PARZIALE (cono di penombra).

Con Luna in APOGEO la superficie lunare apparente NON COPRE TUTTO IL SOLE: il cono d’ombra lunare non tocca la Terra e si ha

una ECLISSI PARZIALE O ANULARE, in cui si vede solo la zona ESTERNA del Sole. Dura circa 12,5 minuti.

Le eclissi si verificano PERIODICAMENTE e PREVEDIBILMENTE, e sono TRA LE 2 E LE 7 ogni anno.

Nel primo caso, ho 2 eclissi di Sole; altrimenti, ne ho 5 di Sole e 2 di Luna. Le eclissi SOLARI sono piu’ numerose delle lunari, perchè il cono d’ombra terrestre è minore del cono di luce

solare che raggiunge Terra e Luna: è piu’ difficile che la Luna lo intercetti e che si allineino i 3 corpi.

Un’eclissi solare si ripete OGNI 360 ANNI circa nello stesso punto; le posizioni reciproche dei 3 corpi variano negli anni e solo OGNI 18 ANNI SI RIPETONO LE ECLISSI ALLINEATE NELLO

STESSO MODO.

Eclissi totale di Sole. Visibile la corona solare.

Eclissi parziale di Sole. Visibile parte del Sole.

Tycho

In alto: fasi di un eclissi di Luna. A sinistra: vista della Luna in cui è marcata la regione denominata TYCHO.

L’uomoe la Luna

In alto: schema delle regioni lunari studiate; alto a ds.: eclissi solare; basso a ds.: superficie lunare