Luna satellite naturale della Terra

INTRODUZIONE

Luna: L’unico satellite naturale della Terra. Ha diametro di 3476 km, poco più un quarto di quello della Terra, e massa pari a un ottantunesimo di quella terrestre. La densità  media e l’accelerazione di gravità  sono quindi, rispettivamente, tre quinti e un sesto di quelle del nostro pianeta. La Luna non possiede atmosfera e sulla sua superficie non vi è traccia di acqua allo stato liquido.

La Luna Vista Dalla Terra

Dalla Terra è visibile poco più del 50% dell’intera superficie lunare. La presenza di un moto relativo Terra-Luna, che comporta piccole variazioni dell’angolo solido sotto cui il satellite è visto da un determinato punto della superficie terrestre, permette inoltre di osservare direttamente le regioni situate ai bordi del corpo lunare.
Nel corso di un mese sinodico il nostro satellite mostra un ciclo di fasi dovute alla posizione che esso occupa sia rispetto alla Terra, dalla quale viene osservato, sia rispetto al Sole, che lo illumina rendendolo visibile. Nella cosiddetta fase di novilunio (o di Luna nuova), la Luna si trova tra la Terra e il Sole e la faccia che essa rivolge verso la superficie terrestre, non essendo illuminata dai raggi del Sole, ci appare oscura; durante la fase di primo quarto, circa una settimana dopo, la Luna, il Sole e la Terra sono situati ai vertici di un triangolo rettangolo ideale e solo metà  della superficie illuminata dai raggi solari è rivolta verso il nostro pianeta: vediamo allora solo un semicerchio luminoso. Nella fase di plenilunio (o di Luna piena), la Luna si trova dalla parte opposta del Sole, rispetto alla Terra, e ci rivolge l’intero emisfero illuminato. Nell’ultima fase, l’ultimo quarto, si vede nuovamente solo metà  del disco lunare. La Luna è crescente nella prima metà  del ciclo, quando passa da nuova a piena, e calante nella seconda metà .

La Superficie Lunare

Alla superficie, la temperatura della Luna varia tra un massimo di 127 °C al mezzogiorno lunare e un minimo di -173 °C subito prima del tramonto del Sole.

Osservato dalla Terra, il nostro satellite mostra alcune regioni scure che fin dall’antichità  vengono denominate mari; si tratta di ampie distese di polveri finissime.

Una gran quantità  di dettagli è stata rivelata dalle osservazioni al telescopio e dall’analisi delle immagini riprese dalle moderne sonde spaziali. Le caratteristiche visibili della superficie lunare comprendono crateri, catene montuose, pianure, scarpate e canali. Il cratere più grande, il Bailly, ha diametro di circa 295 km ed è profondo 3960 m, mentre il mare più largo è il Mare Imbrium (mare delle Tempeste), largo circa 1200 km. Le montagne più alte, nelle catene Leibnitz e Doerfel, in prossimità  del polo sud lunare, hanno picchi che raggiungono i 6100 m di altezza, confrontabili con quelli della catena dell’Himalaya. I più piccoli crateri visibili con i telescopi sono di circa 1,6 km di diametro.

L’origine dei crateri lunari fu a lungo oggetto di discussione; le teorie moderne indicano che quasi tutti si formarono a causa degli impatti violenti di velocissime meteoriti o di piccoli asteroidi, avvenuti, nella maggior parte dei casi, nel corso delle prime fasi della formazione della Luna. Alcuni crateri, canali e picchi conici mostrano invece caratteristiche inequivocabili della loro origine vulcanica.

Origine della Luna

Prima dell’era moderna delle esplorazioni spaziali, gli scienziati proposero tre teorie principali riguardo all’origine della Luna: fissione dalla Terra, secondo la quale il satellite si staccò dalla Terra quando questa si era appena formata; ipotesi dell’accrescimento in orbita terrestre per condensazione a partire dalla nebulosa solare primordiale; e ipotesi della cattura dal nostro pianeta con conseguente cattura. A partire dal 1975 lo studio delle rocce lunari e delle fotografie scattate sulla superficie del satellite avvalorarono una nuova ipotesi secondo cui quest’ultimo si sarebbe formato per accumulo di planetoidi.

Impatto di Planetoidi

Pubblicata per la prima volta nel 1975, questa teoria sostiene che all’inizio del processo di formazione, almeno 4 miliardi di anni fa, il nostro pianeta venne colpito da un corpo di dimensioni paragonabili a quelle di Marte, detto planetoide. L’impatto catastrofico distrusse sia il corpo sia una parte del nostro pianeta e i detriti, entrati in orbita, si fusero formando la Luna. L’aspetto più debole della teoria dell’impatto di planetoidi è nel fatto che essa implica che la Terra si sia fusa dopo l’impatto, mentre la geochimica terrestre non sembra indicare un processo così radicale.

Esplorazione della Luna

Le osservazioni telescopiche del nostro satellite, condotte tra il XIX e il XX secolo, portarono a una conoscenza piuttosto dettagliata della sua faccia visibile. L’emisfero nascosto, fino ad allora inosservato, venne fotografato per la prima volta nell’ottobre del 1959 dalla sonda sovietica Lunik III. Le immagini mostrarono che esso è simile a quello visibile, eccetto per il fatto che non vi sono mari, e che i crateri coprono l’intera superficie lunare, variando in dimensione da giganteschi a microscopici. Le fotografie scattate negli anni 1964 e 1965 dalle sonde statunitensi Rangers 7, 8 e 9 e Orbiters 1 e 2 confermarono queste osservazioni. La Luna ha complessivamente circa tremila miliardi di crateri con diametro maggiore di 1 m.

Negli anni Sessanta, le missioni delle sonde statunitensi Surveyor e di quelle sovietiche Lunik consentirono la misura diretta delle proprietà  fisiche e chimiche del nostro satellite. Nel luglio 1969, durante l’allunaggio dell’Apollo 11, vennero scattate migliaia di fotografie e prelevati campioni del suolo lunare. Gli astronauti dell’Apollo (Armstrong e Aldrin) installarono sofisticati strumenti per misurare le condizioni di temperatura e di pressione, per determinare il flusso di calore proveniente dall’interno del corpo del satellite e per analizzare le molecole e gli ioni che giungono sulla sua superficie (vedi Fasce di radiazione). Furono raccolti e inviati a Terra anche dati sul campo magnetico e gravitazionale della Luna, sull’entità  delle vibrazioni sismiche della superficie prodotte dai cosiddetti lunamoti (i “terremoti” lunari) e sull’effetto degli impatti di meteoriti. Infine, per mezzo di fasci laser, venne misurata con grande precisione la distanza Terra-Luna.

Dalla misura dell’età  delle rocce lunari, si scoprì che la Luna ha circa 4,6 miliardi di anni, cioè più o meno la stessa età  della Terra e presumibilmente del resto del sistema solare. Le rocce dei mari lunari si formarono per solidificazione di rocce fuse tra 3,16 e 3,96 miliardi di anni fa. Sono simili ai basalti terrestri, un tipo di roccia vulcanica molto diffuso sul nostro pianeta.

Gli altipiani lunari (o continenti), invece, si formarono probabilmente da un tipo di roccia ignea meno densa, detta anortite, che consiste quasi interamente di un minerale chiamato plagioclasio. Altri importanti campioni lunari comprendono i vetri, le brecce (complessi miscugli di frammenti di roccia tenuti insieme dall’effetto del calore o della pressione) e le regoliti (sottili frammenti di roccia prodotti miliardi di anni fa dal bombardamento di meteoriti).

Il campo magnetico della Luna è meno intenso ed esteso di quello terrestre. Alcune rocce lunari sono debolmente magnetiche e ciò indica che esse si solidificarono in presenza di un campo magnetico più intenso di quello attuale. Le misure suggeriscono che la temperatura interna della Luna raggiunga i 1600 °C, un valore che supera il punto di fusione della maggior parte delle rocce lunari. L’evidenza sperimentale di eventi sismici lascia pensare, inoltre, che alcune zone vicine al centro del satellite possano essere composte da materiali allo stato liquido.

I sismografi installati sulla superficie lunare hanno registrato segnali che indicano l’impatto di 70/150 meteoriti con masse comprese tra 100 g e 1000 kg ogni anno. La Luna è ancora bombardata dallo spazio, benché meno intensamente che nel passato e ciò può rappresentare un problema per l’eventuale installazione di basi permanenti sul suo suolo. La superficie lunare è coperta da uno strato di pietrisco che, nelle regioni dei mari, è probabilmente profondo parecchi chilometri. Si pensa che anch’esso si sia formato per l’impatto di meteoriti.

L’atmosfera della Luna è meno densa del miglior vuoto ottenibile nei laboratori. Tutti e sei gli equipaggi che approdarono sul suolo lunare (durante le missioni Apollo 11, 12, 14, 15, 16 e 17) riportarono a Terra campioni di rocce, per un peso complessivo di 384 kg. Solo nell’ultima missione, quella dell’Apollo 17, vi era a bordo un geologo, H.H. Schmitt. Egli trascorse 22 ore esplorando la regione della valle Taurus-Littrow, e percorse 35 km con un fuoristrada. L’analisi accurata dei dati e delle rocce ricavati dalle missioni lunari continua ancora oggi.

Composizione e movimenti della Luna

Oggi si sa che la storia geologicamente attiva della Luna è stata relativamente breve e piuttosto lineare. Le regioni superficiali più chiare, denominate “altipiani’, e le regioni scure, denominate “mari’, racchiudono gli indizi dell’evoluzione lunare una volta acquisite nozioni sufficienti alla descrizione di queste zone. Gli altipiani, che rappresentano l’originaria crosta lunare, comprendono l’80% della superficie lunare. Essi sono ricoperti, sino al punto di saturazione, da crateri di tutte le dimensioni e di varia morfologia: questa craterizzazione particolare ha prodotto la morfologia basilare degli altipiani. Si ritiene che quasi tutti questi crateri siano il risultato del bombardamento meteoritico che avrebbe avuto luogo in gran parte durante le ultime fasi dell’accrescimento. La vastità  dei bacini indica che essi si formarono in seguito all’impatto di corpi aventi un raggio di alcuni chilometri, i cosiddetti “planetesimali’. Il materiale scagliato via in corrispondenza degli eventi di formazione dei bacini sarebbe stato disseminato ovunque; si pensa che attorno al bacino si sia accumulato in un apprezzabile spessore, che ricopre il terreno sottostante. La morfologia degli altipiani lunari puo’ essere compresa pressoché interamente in termini degli effetti del massiccio bombardamento meteorico. Queste regioni sono evidentemente molto antiche, dal momento che la densità  superficiale dei crateri è così elevata.

Si pensa che il campione totale riportato a Terra sia un campione rappresentativo della varietà  di materiali che si ritiene si trovino sulla Luna. Sui frammenti di superficie lunare sono state svolte molte analisi fisiche, chimiche e di datazione. La misura relativa all’età , effettuata tramite la determinazione delle abbondanze di particolari elementi radioattivi (sia dei progenitori che dei loro prodotti di decadimento), è cruciale per il chiarimento della sequenza di eventi ai quali la Luna è stata soggetta. L’analisi chimica di campioni di rocce ignee lunari consente una loro suddivisione in tre tipi principali: anortositi ferrose (grande quantità  di metalli leggeri), noriti (cioè rocce ricche di Mg) e basalti. Gli altipiani probabilmente si estendono anche sotto i mari. I dati sismici raccolti dalle stazioni geofisiche lasciate sulla Luna, indicano che la crosta lunare (gli altipiani) ha uno spessore fra i 50 ed i 100 chilometri. Si pensa che un tempo l’intera superficie lunare fosse allo stato fuso, fino alla profondità  di parecchie centinaia di chilometri, e che da questo oceano di magma ebbe luogo la formazione della crosta.

L’evidenza sperimentale riguardante lo stato attuale dell’interno della Luna è stata ricavata dall’analisi dei dati sismici raccolti dalle stazioni geofisiche presenti sul territorio lunare. Questi dati indicano che l’interno della Luna è solido fino ad una profondità  di circa 1000 chilometri, forse con un centro ancora allo stato fuso

La Luna compie tre movimenti (simultanei):

·  Il moto di rotazione che la Luna  compie intorno al proprio asse.

·  Il moto di rivoluzione intorno alla Terra

·  Il moto di traslazione  movimento contemporaneo della Luna e della Terra intorno al Sole

di Stefano Santangelo

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