La Luna, il nostro satellite

• 30/03/2023
• 3267 (Ultima: 30/03/2023 06:08:58)
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La Luna, il nostro satellite

La Luna è l'unico satellite naturale permanente della Terra, l'unico corpo celeste oltre alla Terra sul quale l'uomo abbia mai poggiato il proprio piede, almeno per ora. Nonostante questo sono tante le domande ancora aperte sul nostro satellite, la cui dimensione rispetto a quella terrestre lascia parlare più di "pianeta doppio". Dalla formazione fino all'attuale presenza di acqua sfruttabile dalle future colonizzazioni: guida alla conoscenza della Luna

Generalità sulla Luna

Un satellite relativamente molto grande rispetto al proprio pianeta centrale. Una nascita che viene ricondotta alle prime fasi di formazione della Terra. Un futuro che sembra segnato dalla presenza di terrestri.

I numeri della Luna

DATI FISICI
Diametro	Equatoriale: 3476.2 km Polare: 3472 km
Schiacciamento	0,001208
Masse terrestri	0.0123
Densità media	3.33 g/cm3
Gravità	1.62 m/s2
Velocità di fuga	2.38 km/s
Rotazione siderale	27.321662 giorni
Obliquità su ellittica	1.559°
Albedo	0.12
Magnitudine minima	-12.74
Temperatura superficiale	da -190°C a +110°C
DATI ORBITALI
Distanza media dalla Terra	384.339 km
Perigeo	356.371 km
Apogeo	406.720 km
Eccentricità	0.0549
Inclinazione su eclittica	5.145°°
Mese durata	Sinodico 29.530589 giorni Siderale 27.321662 giorni Tropico 27.321582 giorni Anomalistico 27.554550 giorni Draconico 27.212221 giorni
Velocità media	1.023 km/s
Librazione diurna	1°
Massimo diametro	34.1'
Minimo diametro	29.8''

La Luna è il satellite della Terra, di forma pressoché sferica, caratterizzato dal fatto di porgere sempre la stessa faccia al nostro pianeta , così come tanti altri satelliti del Sistema Solare , e di influenzarlo in maniera molto cospicua dato un rapporto di dimensioni più tipico di una sistema planetario binario piuttosto che di un sistema pianeta/satellite.

Il rivolgere sempre la stessa faccia alla Terra (risonanza orbitale) è dovuto al fatto che il periodo di rotazione della Luna è pressoché uguale al periodo di rivoluzione della stessa intorno al nostro pianeta. Per tale motivo si parla di faccia vicina, ad indicare quella visibile dalla Terra, e di faccia lontana ad indicare quella non visibile (anche detta lato oscuro). Un tempo si faceva riferimento alla faccia lontana con la locuzione "lato nascosto", ma le missioni interplanetarie hanno oramai svelato le fattezze di questo emisfero a noi terrestri vietato.

Ciò non toglie che sulla Luna, comunque, giorno e notte si succedono in maniera normale su ogni suo punto, se è vero che alla luce solare si segnano 100°C circa mentre al buio i gradi scendono a circa -100°C, con punti ancora più freddi poiché mai baciati dal Sole, come quelli presenti in fondo ai crateri polari. In realtà, sebbene la faccia lunare rivolta a noi sia sempre la stessa, dalla Terra è possibile vedere un po' di più del 50% della superficie grazie ai moti di librazione del nostro satellite: dal momento che anche la Terra ruota intorno al Sole, la Luna a volte deve accelerare la velocità durante la propria orbita e questo consente di arrivare a vedere piccole zone altrimenti non visibili. La Luna influenza notevolmente la vita sulla Terra: il nostro pianeta tende ad accentuare la forma ellittica in direzione della posizione della Luna e del suo opposto, e di questo risentono notevolmente i mari che tendono a gonfiarsi generando le maree.

Un piccolo mondo coperto di finissima polvere, scosso da circa 3.000 deboli scosse endogene ogni anno ed incapace di tenere a sé una atmosfera di qualsiasi entità. L'entità degli effetti che si sviluppano mutuamente tra Terra e Luna sono dovuti essenzialmente al fatto che, nel Sistema Solare, non esistono coppie pianeta-satellite come quella Terra-Luna, dove il satellite ha una massa inferiore di sole 81 volte rispetto a quella terrestre e dove il diametro è soltanto quattro volte minore.

Ultimo aggiornamento del: 30/01/2022 11:51:30

Teorie sulla formazione della Luna

Ancora oggi è difficile stabilire come il nostro satellite si sia formato: la teoria più accreditata vede una collisione tra Terra e un protopianeta all'inizio del Sistema Solare ma alcuni dettagli mancano ancora all'appello

E' lì da miliardi di anni, in molti ancora pensano che sia l'astro che ci tiene compagnia tutte le notti non facendo caso che in realtà la Luna non rischiara ogni notte; ma anche se la sua conoscenza è in molti casi soltanto limitata, la Luna è lì intorno alla Terra da miliardi di anni, in un continuo ballo cosmico. Ma come ci è arrivata intorno alla Terra? 

"Vi siano luminari nel firmamento del cielo, per separare il giorno dalla notte, e servano da segni per le ricorrenze, per i giorni e per gli anni, e servano da luminari nel firmamento del cielo per far luce sulla Terra”. E così avvenne: Dio fece i due luminari maggiori, il luminare grande per dominare il giorno e il luminare piccolo per dominare la notte e le stelle. (Genesi, 1, 14-16) 

Così narra la Bibbia, mentre la prima spiegazione scientifica risale a Georges de Buffon per il quale una grande cometa entrò in collisione con il Sole. Parte della materia solare finì in giro, raffreddandosi e dando vita a Terra e agli altri pianeti. Sempre un impatto avrebbe fatto nascere la Luna dalla Terra. Ci torneremo.

La costola della Terra: la Teoria della Fissione

Per i romantici che vedono la storia tra Terra e Luna come una lunghissima storia d'amore, vedere la Luna nascere da una costola della Terra può essere il giusto inizio. Si chiama Teoria della Fissione e come la donna biblica nasce dalla costola dell'uomo biblico, così la Luna nasce da strati che si staccano dalla Terra e che vanno a formare un corpo a sé stante.

Elaborata nel 1878 dal secondo figlio di Charles Darwin, Georges H. Darwin, la Teoria della Fissione vede una giovane e fluida Terra in rotazione estremamente veloce, al punto che una parte della crosta terrestre - ancora incandescente e quindi poco amalgamata - si stacca dalla fascia equatoriale fino a porsi in orbita terrestre dove, solidificando, dà vita al nostro satellite. La parte mancante sulla Terra, quella espulsa dalla forza centrifuga, corrisponderebbe al bacino dell'Oceano Atlantico. 

Una Luna che nasce, quindi, per "gemmazione" e la proposta viene da fonte autorevole perchè da un lato è vero che ai tempi di oggi si potrebbe pensare a una "raccomandazione" del padre Charles, ma in realtà Georges H. Darwin fu astronomo di grande preparazione che vinse la medaglia d'oro della Royal Astronomical Society nel 1892 e che divenne anche presidente della RAS stessa. Da esperto di maree quale fu, appare evidente come la "gemmazione" terrestre che diede vita alla Luna nasca da un concetto simile. 

Prendiamo da memospazio.it una traduzione di uno stralcio dell'opera "La marea": 

"... Io dico che, se un pianeta come la Terra facesse una rotazione completa ogni tre ore, sarebbe vicinissima a finire in pezzi. L'attrazione di gravità avrebbe appena la forza sufficiente per tenerla insieme, così come la forza di coesione del ferro è insufficiente a mantenere insieme un volano, se questo sta ruotando troppo velocemente. C'è ovviamente un'importante differenza tra il caso di un volano che va in frantumi e la supposta rottura della Terra: quando un volano si rompe, i pezzi sono scagliati via non appena la forza di coesione viene meno, mentre, quando un pianeta si frantuma a causa di una rotazione troppo rapida, la gravità deve continuare a tenere insieme i pezzi anche dopo che questi hanno cessato di far parte di un singolo corpo. Pertanto, abbiamo terreno per congetturare che la Luna sia composta da frammenti del pianeta originario che ora chiamiamo Terra, i quali si staccarono all'epoca in cui il pianeta ruotava troppo velocemente e in seguito si consolidarono." 

Da un lato l'idea è illuminante poiché sarebbe anche adatta a spiegare la minor densità della Luna rispetto a quella terrestre: a fuggire dalla Terra sarebbero infatti i materiali più leggeri. Tuttavia la teoria della fissione è stata scartata, e basteranno le due ragioni seguenti a indicarcene i motivi determinanti.

1. In realtà, sebbene la teoria sia affascinante, non corrisponde ai dati in nostro possesso visto che un simile evento richiederebbe una rotazione terrestre di 2,5 ore, cosa che neanche all'epoca era possibile dato il momento angolare dell'intero sistema Terra-Luna: neanche tutta l'energia del sistema avrebbe potuto portare a una simile rotazione il nostro pianeta. 
2. Seconda obiezione facilmente intuibile risiede nell'orbita lunare, inclinata rispetto al piano dell'equatore. Se la materia terrestre si fosse staccata dall'equatore (e non v'è motivo fisico in grado da farla staccare da altre latitudini, trattandosi di rotazione pura) la Luna avrebbe orbitato il nostro pianeta con inclinazione nulla, regalandoci così una eclisse di Sole ad ogni Novilunio e una eclisse di Luna a ogni Plenilunio.

Niente costola quindi, con rammarico. Ma ancora non è detta l'ultima parola.

La predatrice Terra e la preda Luna: cattura gravitazionale

Una modalità di acquisizione dei satelliti molto in voga nel Sistema Solare , e probabilmente altrove, consiste nella cattura gravitazionale: un corpo minore viene attratto da uno maggiore fino a entrarvi in orbita. E' accaduto a Deimos e Phobos con Marte ed è accaduto a svariati satelliti di Giove e Saturno , tanto per fare degli esempi. Tuttavia un fenomeno balza subito agli occhi ed è dato dalle differenti dimensioni di "pianeta-predatore" e "satellite-preda". Marte è la metà della Terra, ma i suoi satelliti sono veri e propri sassolini se confrontati con la Luna. Giove e Saturno sono pianeti giganti.

La Terra e la Luna si presentano più come sistema binario di pianeti che come sistema pianeta-satellite in base alle dimensioni medie del Sistema Solare, quindi è difficile credere che il nostro pianeta sia stato in grado di acquietare e imbavagliare la Luna mettendola nel proprio circondario. Del tutto improbabile, infatti, che la Terra sia stata in grado di frenare l'avvicinamento di un colosso come la Luna, che anziché disporsi in orbita sarebbe andata a cozzare proprio sul nostro pianeta. La velocità della Luna dovrebbe esser stata molto molto bassa, ma anche nella più bassa delle ipotesi lo scenario previsto non risulta percorribile. Sarebbe stato scontro, non cattura. 

La teoria nasceva dalla differente composizione di Terra e Luna, cosa che in realtà è stata anche smentita dalle missioni Apollo visto che i basalti di Terra e Luna hanno mostrato le stesse quantità degli isotopi dell'ossigeno.

Si cresce insieme: Teoria dell'Accrescimento o Accrezione

Era il 1960 quando Ruskol propose per la Luna un modello del tutto simile a quello di formazione dei pianeti (chi vuol leggere qualcosa in merito può sfogliare il libro di Ruskol): intorno alla Terra primordiale si sarebbe creato quindi un disco di materiali minori che diedero vita ad un processo di differenziazione. La differenziazione consiste nel far "sprofondare" verso l'interno di un corpo gli elementi più pesanti, il che dà vita ad un nucleo di ferro e nichel mentre gli elementi più leggeri restano nelle zone superficiali e sub-superficiali. Gli elementi volatili sarebbero poi stati allontanati definitivamente dal vento solare di un Sole in fase T-Tauri. 

Nel 1970 la teoria fu ripresa e ampliata da A.E.Ringwood (Terrestrial Origin of the Moon), che spiegò la presenza di un anello di materiali intorno alla Terra con il surriscaldamento del nostro pianeta a causa di continui impatti meteorici. A 1500°C i silicati della crosta terrestre sarebbero evaporati creando un anello dal quale si sarebbero formati in seguito i planetesimi dai quali nacque l'odierna Luna. In fondo si tratta di un processo che per i pianeti viene accettato, ma il problema risiede nell'inclinazione dell'orbita lunare rispetto al nostro equatore : perché esisterebbero i 5°,9 che vediamo oggi? Anche in questo caso, quindi, a far scartare l'ipotesi concorre la particolare orbita lunare che anziché disporsi in fascia equatoriale come sarebbe lecito attendersi da eventi lineari si dispone in maniera inclinata. 

Serve altro.

La teoria più accreditata: scontro gigante

Di tutto quel che abbiamo detto finora, cosa resta? Restano le teorie avanzate e poi scartate, si potrà dire, ma non solo. Restano i dati delle missioni Apollo che ci hanno detto che Luna e Terra presentano una composizione del tutto simile e questo è un indizio non da poco. Se sono così simili perché non potrebbero essere nate insieme? Perché non potrebbero essere l'una la costola dell'altra, in un modo tale da riuscire a spiegare orbita inclinata e lievi differenze? Se la natura delle cose porta ad un'orbita equatoriale, perché non pensare a qualche evento "contro natura" anche se sempre di natura si tratta?

Una collisione. Era il 1974 quando K. Hartmann formulò la teoria dell'impatto per la quale la Luna deriva da un sistema binario di pianeti: la Terra e un pianeta delle dimensioni di Marte (al quale alcuni hanno addirittura dato un nome, Theia) in un'orbita reciproca perturbata dalla instabilità di un Sistema Solare ancora troppo giovane. Un'orbita non equatoriale, con i due pianeti intenti a ruotare l'uno intorno all'altro con un certo angolo di inclinazione. La Terra, all'epoca, aveva una massa tra il 50% e il 90% di quella attuale. Le perturbazioni esistenti portarono i due corpi ad avvicinarsi sempre più, fino a che la grande vicinanza non divenne una "troppa" vicinanza con inevitabile collisione, ad una velocità di 8 km/s. Conseguenza apocalittica, con espulsione di una grande quantità di materia da parte del mantello terrestre e di ferro fuso proveniente dal secondo pianeta. Il materiale entrò in orbita terrestre e dopo poche ore si dispose ad anello. Dopo qualche secolo l'anello si portò a distanze superiori al Limite di Roche , dove i corpi che lo compongono sono liberi di unirsi e dar vita ad un corpo unico. Nasce la Luna, in un processo che unisce alcune teorie precedentemente scartate: l'intuizione di De Buffon riguardante un impatto della Terra, il disco di materiale intorno al nostro pianeta e la Luna che nasce come parte terrestre, il che fa acquisire di nuovo un tono romantico.

La Luna inizialmente era ricoperta di lava incandescente, il che comportò l'evaporazione delle sostanze volatili tra le quali l'acqua. Il modello spiega la minor densità della Luna e spiega anche la presenza di un nucleo di ferro all'interno del nostro satellite, proveniente dal materiale di "Theia". Il tutto sarebbe confermato anche da una piccola differenza trovata tra gli isotopi dell'ossigeno ¹⁷O e ¹⁸O: una differenza di dodici parti su un milione che comunque conferma la presenza di un terzo corpo oltre a Terra e nascente Luna.

Nel 2001 Robin Canup avanzò l'ipotesi di un doppio scontro tra Terra e Tehia, fornendo come esempio il sitema Plutone-Caronte. La variazione sul tema consiste in una prima nube di polveri derivante dalla collisione (avvenuta con angolazione di 45° e velocità 4 km/s), nube che poi si è solidificata ed è ricaduta sulla Terra dopo pochi anni, creando un secondo impatto e un nuovo anello. Il motivo alla base dell'introduzione del secondo impatto sta nella quantità di materia necessaria per creare la Luna, e in tal senso un solo impatto sembrerebbe insufficiente a fornirla. 

Abbiamo detto che chimicamente sembra tutto a posto. Ma che dire delle due facce lunari, così diverse da sembrare due facce di due corpi celesti distinti?

Potrebbero essersi formate due lune distinte: potrebbe essere una idea e un gruppo di scienziati delle università di Berna e di Santa Cruz, guidati da Martin Jutzi e Erik Asphaug, pubblicarono nel 2011 la rivoluzionaria idea per la quale l'impatto con Marte portò alla nascita di due lune che in seguito si fusero tra di loro. La Luna che vediamo oggi nel cielo sarebbe quindi ciò che resta della fusione, con una faccia appartenente alla prima luna e la seconda faccia appartenente alla gemella. Due anelli al posto di uno, dei quali uno con massa pari a un terzo dell'anello maggiore. Le due lune orbitarono insieme per circa dieci anni fino a che, allontanandosi dalla Terra, iniziarono a subire l'attrazione solare in maniera diversa fino a scontrarsi. Un impatto dolce, che portò alla fusione anziché alla collisione cataclismica. 

Difficile da digerire come teoria, e infatti nel 2014 ne arriva un'altra dalla Università della Pennsylvania: al momento della formazione la Luna era più vicina di circa 10 volte alla Terra di quanto non lo sia ora e proprio la differente dimensione fece sì che la Luna si raffreddò prima rispetto alla Terra. Il suo lato vicino, però, rimase sempre esposto alla più calda Terra quindi faticò più del lato lontano a freddarsi (si ipotizza che già allora esistesse una rotazione sincrona del nostro satellite, il che può essere un vincolo molto forte). Gli impatti meteorici del bombardamento pesante, quindi, trovarono sul "lato vicino" una superficie più morbida e facilmente perforabile, con conseguenti fuoriuscite di magma e creazione di mari. Sul lato lontano, invece, la crosta reagì con crateri più superficiali e aridi.

Ultimo aggiornamento del: 30/01/2022 21:30:31