Luna: fasi lunari, struttura e movimenti

Luna: fasi lunari, struttura e movimenti A cura di Francesca Cusa.

La Luna: fasi lunari, struttura e movimenti dell'unico satellite del Pianeta Terra. Approfondimenti sull'eclissi di Sole e l'eclissi di Luna

1La luna: premesse

20 luglio 1969: Neil Armstrong raccoglie a mano i primi campioni di suolo lunare.
20 luglio 1969: Neil Armstrong raccoglie a mano i primi campioni di suolo lunare. — Fonte: ansa

La Luna, nata circa 4,6 miliardi di anni fa, è l’unico satellite naturale della Terra, il nostro “vicino di casa” nello spazio. Dal primo sbarco sulla Luna avvenuto il 21 Luglio 1969 è stato possibile conoscere in modo più accurato la sua struttura, le caratteristiche dei materiali presenti e le differenze con il nostro pianeta. 

La Luna ha una notevole influenza sui cicli biologici della Terra e sulla misurazione del tempo: la sua attrazione gravitazionale, ad esempio, permette un rallentamento della rotazione terrestre da 6 ore a 24. La ripartizione del tempo in intervalli, fin dall’antichità, è stata stabilita considerando proprio il moto della Luna e del Sole. Tale suddivisione è nota come Calendario.
Esiste appunto un Calendario lunare, detto anche Lunario, che riporta le fasi lunari, le lune ascendenti o discendenti, le eclissi e i segni zodiacali in cui sta transitando la Luna. Il Lunario si basa esclusivamente sui cicli della Luna e ha una durata inferiore all’anno solare: inizia, infatti, con il mese di Novembre e finisce con il mese di Ottobre.
Anche le maree sono fortemente influenzate dalla Luna: le maree, infatti, si alzano e si abbassano due volte al giorno per l’attrazione gravitazionale della Luna sugli oceani, causando un rallentamento della rotazione terrestre.
In tabella sono indicate le principali caratteristiche della Luna. 

Le caratteristiche della Luna
Le caratteristiche della Luna — Fonte: redazione

2La morfologia della Luna

La Luna è un corpo solido, privo di atmosfera. Proprio l’assenza di atmosfera permette una visione nitida della superficie lunare che risulta essere costituita principalmente da tre tipi di strutture: delle zone montuose dette altopiani, delle zone pianeggianti chiamate mari e dei crateri.

  • Gli altopiani occupano circa l’80% della superficie lunare, appaiono di colore chiaro e sono stati modificati nel tempo dall’impatto di meteoriti con conseguente formazione di crateri di varie dimensioni. Sulla superficie lunare sono presenti quindi dei veri e propri sistemi montuosi.
  • I mari lunari sono delle aree pianeggianti molto vaste di colore scuro e ricoperte da un sottile strato di polveri. I mari occupano il 20% della superficie lunare e si ipotizza che derivino dal riempimento di depressioni per mezzo di lave vulcaniche fluide.
  • I crateri sono, invece, distribuiti casualmente nella superficie lunare, hanno dimensioni variabili e si sono formati in seguito all’impatto di enormi meteoriti che esplodendo hanno formato delle cavità più o meno grandi. I crateri si trovano frequentemente sugli altopiani e in alcune regioni hanno una probabile origine vulcanica.

3La struttura della Luna

La superficie della Luna è ricoperta da uno spesso strato di detriti di origine magmatica, chiamato suolo lunare. La componente più sottile del suolo lunare è detta regolite e ha una struttura granulare, simile alla sabbia.
I dati a disposizione oggi sulla struttura interna della Luna si basano sullo studio dei fenomeni sismici registrati nel pianeta lunare e sulla propagazione di tali onde sismiche. Da un punto di vista sismologico, nella Luna si verificano terremoti molto più deboli rispetto a quelli terrestri e si pensa siano dipendenti dalla sua posizione rispetto alla Terra. I terremoti lunari si verificano, infatti, due volte al mese, quando cioè la Luna si trova più vicino e più lontano rispetto al nostro pianeta.

Sulla base dei dati sismici rilevati, la Luna presenta una struttura a gusci concentrici. Dall’esterno verso l’interno è presente la crosta, il mantello superiore, il mantello inferiore ed il nucleo.
La crosta è l’involucro esterno rigido con uno spessore variabile di circa 60 km. Immediatamente al di sotto, è presente il mantello superiore che si estende fino ad una profondità di 1000 km. La crosta ed il mantello superiore costituiscono la litosfera lunare che, a differenza di quella terrestre, è spessa e non è fratturata. Al di sotto della litosfera è presente l’astenosfera costituita dal mantello inferiore, un insieme di materiali viscosi, che si estende fino al nucleo, il cuore della Luna, con una densità inferiore a quella terrestre.

4I movimenti della Luna

La Luna è un corpo celeste caratterizzato da diversi tipi di movimenti:

  • Il moto di rotazione
  • Il moto di rivoluzione
  • Il moto di traslazione
  • Le librazioni
  • I moti secondari

Il moto di rotazione è quel particolare movimento in cui la Luna ruota intorno al proprio asse da Ovest ad Est in senso antiorario. Il periodo di rotazione dura 27 giorni 7 ore 43 minuti 12 secondi e rappresenta il tempo necessario affinché la Luna compia una rivoluzione completa intorno alla Terra. Tale periodo è chiamato giorno lunare ed è suddiviso in dì lunare e notte lunare, ciascuno della durata di circa 15 giorni. Nel dì lunare la Luna è illuminata dal Sole.

Nel moto di rivoluzione la Luna ruota, invece, intorno al Sole e con quest’ultimo compie una rotazione intorno alla Terra percorrendo, in senso antiorario, un’orbita ellittica in cui uno dei due fuochi è occupato dalla Terra. La distanza tra la Luna e la Terra non è costante: esiste, infatti, una posizione di massima distanza chiamata apogeo e di minima distanza detta perigeo. Come descritto dalla seconda legge di Keplero, il moto di rivoluzione intorno alla Terra avrà la sua massima velocità in perigeo e diminuirà man mano che si avvicina al perigeo. 

Il periodo necessario affinché si compia un’intera rivoluzione è detto mese. In base al punto di riferimento scelto, può esistere il mese siderale e il mese sinodico.

  • Il mese siderale rappresenta il periodo di tempo necessario affinché la Luna compia una rotazione completa intorno al proprio asse (360°) e conseguentemente intorno alla Terra. Questo intervallo temporale ha una durata di 27 giorni 7 ore 43 minuti 11,5 secondi.
  • Il mese sinodico si riferisce all’allineamento Luna – Sole –Terra, dopo aver compiuto una rivoluzione intorno alla Terra. Il mese sinodico dura 29 giorni 12 ore 44 minuti 3 secondi. Dodici mesi sinodici costituiscono l’anno lunare con una durata di 354 giorni 9 ore 48 minuti.
L'immagine della Terra che sorge dalla Luna: l'ha fotografata la sonda Lro (Lunar Reconnaissence Orbiter) della Nasa
L'immagine della Terra che sorge dalla Luna: l'ha fotografata la sonda Lro (Lunar Reconnaissence Orbiter) della Nasa — Fonte: ansa

Nel moto di traslazione la Luna, mentre compie i moti di rotazione e rivoluzione, segue la Terra che si muove intorno al Sole. Questo movimento non descrive una traiettoria ellittica regolare ma presenta un andamento sinuoso, simile ad un’ellisse deformata, chiamato epicicloide.

Le librazioni sono dei piccoli movimenti, delle piccole oscillazioni, che permettono di osservare dalla Terra circa il 10% in più della parte nascosta della Luna. Grazie alle librazioni, il 41% della faccia lunare rimane nascosto, un altro 41% è sempre visibile ed il restante 18% oscilla tra la zona visibile e la zona nascosta. Le librazioni si distinguono in librazioni fisiche e librazioni apparenti. Le librazioni fisiche sono delle piccole oscillazioni dovute ai movimenti reali della Terra, mentre le librazioni apparenti sono delle vibrazioni fittizie che dipendono dalla posizione dell’osservatore. 

I moti secondari sono, invece, quei movimenti in cui la Luna è indirettamente coinvolta, come ad esempio i moti dei corpi appartenenti al Sistema Solare, l’espansione dell’Universo, etc. Una particolare conseguenza dei moti secondari è il moto di regressione della linea dei nodi. La linea dei nodi rappresenta il punto di intersezione tra l’orbita lunare e l’orbita terrestre: lo spostamento di tale punto ha una durata di 18,6 anni e dipende dall’attrazione esercitata dal Sole.   

5Le fasi lunari

Col termine fasi lunari si indicano le condizioni di illuminazione della Luna in base alle diverse posizioni di quest’ultima rispetto alla Terra e al Sole. La durata di un’intera fase lunare è di un mese sinodico, periodo in cui la Luna può apparire completamente illuminata, completamente oscurata oppure parzialmente oscurata o illuminata. Convenzionalmente l’intero ciclo delle fasi lunari viene suddiviso in quattro momenti principali, separati da altrettanti momenti intermedi, chiamati:

  • Novilunio
  • Plenilunio
  • Primo quarto
  • Ultimo quarto

Nel novilunio, detto anche Luna Nuova, la Luna si trova in congiunzione con il Sole e la Terra, si trova cioè interposta tra il Sole e la Terra. In questa fase la Luna sorge (alle 6) e tramonta (alle 18) con il Sole e ci mostra la sua faccia non visibile, essendo occultata dal Sole. In realtà in questa fase il disco lunare non appare totalmente invisibile ma viene investito da una tenue luce, chiamata luce cinerea. La luce cinerea è il risultato delle radiazioni solari che vengono riflesse dalla Terra verso la Luna, la quale a sua volta le riflette verso la Terra. 

Foto della Luna in plenilunio
Foto della Luna in plenilunio — Fonte: getty-images

Nel plenilunio, o Luna Piena, la Luna è completamente illuminata. In questa fase la Luna si trova in “opposizione” (l’allineamento è Sole – Terra – Luna), sorgendo (alle 18) e tramontando (alle 6) in direzione opposta a quella del Sole, con una differenza di 12 ore e 180°. Le fasi di Luna Nuova e Luna Piena sono conosciute anche come sizige

Nel Primo Quarto la Luna si mostra come un disco illuminato a metà. In questa fase la Luna sorge (alle 12) e tramonta 6 ore dopo il sole (alle 18), percorre 1/4 della sua orbita e si trova in una posizione di 90° dal Sole verso Est

Nell’Ultimo Quarto si vede nuovamente solo metà della faccia lunare illuminata. La Luna sta completare il suo ciclo, ha compiuto 3/4 della sua orbita e si trova in una posizione di 90° rispetto al Sole verso Ovest. Nell’Ultimo Quarto la Luna sorge alle 24 e tramonta alle 12, restando visibile nel cielo durante la mattina.

Tra il novilunio e il plenilunio vi sono quattro momenti intermedi:

  • la Luna Crescente,
  • la Gibbosa Crescente,
  • la Luna Calante,
  • la Gibbosa Calante.
Luna crescente
Luna crescente — Fonte: istock

Nella fase di Luna Crescente la Luna si mostra come un disco parzialmente illuminato rivolto ad ovest, mentre nella fase di Luna Calante la frazione lunare illuminata è rivolta verso est. Nella Gibbosa Crescente la Luna,invece, si presenta come un disco illuminato per più della metà e nella Gibbosa Calante la Luna si mostra per metà illuminata, ma in fase decrescente.

I giorni che intercorrono dall’ultimo novilunio di Dicembre alla fine dell’anno solare si chiama epatta. In base all’epatta e al ciclo aureo è possibile calcolare la data delle festività pasquali e delle altre festività religiose.

6L'eclissi di Sole e l'eclissi di Luna

L’eclissi è un fenomeno che avviene quando un corpo celeste, ad esempio la Luna o il Sole, oscura temporaneamente un altro corpo celeste.
L’eclissi può essere totale, parziale o anulare. Nell’eclissi totale il corpo celeste è completamente oscurato, in quella parziale lo è parzialmente, mentre nell’eclissi anulare la Luna si sovrappone al Sole ma senza coprirlo totalmente.
Esistono due categorie di eclissi: l’eclissi di Sole e l’eclissi di Luna.

Nell’eclissi di Sole, la Luna si interpone tra la Terra e il Sole, proiettando sulla superficie terrestre un cono d’ombra se l’eclissi è totale oppure un cono di penombra se l’eclissi è parziale. L’eclissi solari sono dei fenomeni che si verificano almeno due volte all’anno, con una durata di 7 minuti e mezzo nel caso di eclissi solari totali e 12 minuti nel caso di eclissi solari parziali.

L'eclissi totale di Luna
L'eclissi totale di Luna — Fonte: getty-images

Si parla, invece, di eclissi di Luna quando la Terra, allineata tra il Sole e la Luna, oscura la Luna con il suo cono d’ombra, impedendo in questo modo ai raggi solari di raggiungere la Luna e renderla visibile. Normalmente le dimensioni del cono d’ombra sono maggiori rispetto al disco lunare: per questo motivo la Luna impiega un tempo piuttosto lungo per attraversarlo, comportando una durata dell’eclissi lunare anche di 100 minuti. Durante l’eclissi di Luna, il disco lunare non è mai completamente oscurato ma appare rossastro a causa delle radiazioni solari rifratte dall’atmosfera terrestre che filtra le radiazioni con più bassa frequenza.

7L'origine della Luna

L’origine della Luna è tutt’oggi fonte di numerose incertezze. In passato sono state formulate fondamentalmente tre ipotesi circa la sua origine:

  • L’ipotesi della fissione
  • L’ipotesi della cattura
  • L’ipotesi dell’accrezione

L’ipotesi della fissione fu formulata da George Darwin. Secondo questa teoria, la Luna sarebbe costituita da materiale terrestre espulso quando la Terra si stava formando ed era ancora in fase liquida. Quest’ipotesi inizialmente trovò conferma in quanto la densità della Luna era simile a quella terrestre, ma successivamente questa teoria venne modificata per giungere alla conclusione che la Terra si sarebbe deformata e, ruotando ad una velocità elevatissima, la Luna si sarebbe distaccata.

In base alla seconda ipotesi, detta ipotesi della cattura, la Luna era un corpo indipendente dalla Terra situato in una regione sconosciuta del Sistema Solare. A causa dell’attrazione gravitazionale della Terra, la Luna sarebbe stata “catturata” e costretta a muoversi entro un’orbita chiusa.

L’ipotesi dell’accrezione sostiene, infine, che la Luna si sia formata per aggregazione di particelle di materiale che circondavano la Terra che avrebbero iniziato a condensarsi. Quest’ipotesi risulta la più accreditata al giorno d’oggi, nonostante le numerose perplessità.