Luna: composizione, moti e caratteristiche del satellite terrestre

Di Barbara Leone.

La Luna è l'unico satellite naturale della Terra e compie diversi moti, da quello intorno al proprio asse a quello intorno al Sole insieme alla Terra stessa

La Luna, unico satellite naturale della Terra, è formata da materiali allo stato solido ed è priva di luce propria. Ruota intorno alla Terra in 29,5 giorni con un’orbita leggermente ellittica: il punto di maggiore distanza dalla Terra si chiama apogeo e misura 406.730 Km, mentre quello di minore distanza si chiama perigeo e misura 364.400 km. La massa e la grandezza della Luna sono più ridotte rispetto a quelle di molti corpi celesti che ruotano nell'universo, ma allo stesso tempo sono più ampie rispetto agli altri satelliti del Sistema Solare. La Luna non ha una forma sferica, ma è un ellissoide a tre assi. Non ha né una atmosfera gassosa, come quella che forma l'atmosfera terrestre, né acqua. A causa della rotazione molto lenta, i periodi di illuminazione e di oscurità durano circa 15 giorni.

Il suolo lunare ha una temperatura variabile, che può passare da 110°C durante i periodi di luce a -150°C durante i periodi di oscurità. Il paesaggio lunare è caratterizzato da grandi macchie scure, che vengono chiamate "mari". Questi si estendono per grandi aree coperte da una polvere, che, probabilmente, è stata creata dall'impatto di meteoriti con il suolo. Questa polvere lunare, chiamata anche sabbia, viene identificata con il termine "regolite". Oltre ai mari si possono trovare le "terre alte" (o altopiani), regioni più chiare che coprono circa l’85% della superficie lunare. Questi rilievi possono raggiungere altezze anche di 9.000 metri.

I crateri e i circhi, che si trovano su tutta la superficie della luna, possono essersi formati o a causa della caduta di meteoriti o per l’azione vulcanica nel periodo di consolidazione del satellite. Altre caratteristiche del suolo lunare sono i solchi, che si sarebbero formati per diverse cause: una diminuzione di volume dovuta al raffreddamento, linee di fuoriuscita di masse gassose, canali scavati dalla lava fusa o faglie; le creste o dorsali, che sarebbero una prova, insieme alle colline (cupole o domi) che spesso le affiancano, dell'attività vulcanica un tempo presente sulla luna.

Le rocce dei mari lunari hanno una composizione simile a quella delle rocce ignee effusive terrestri ed i mari sono costituiti prevalentemente da basalto. Le rocce delle terre alte, invece, hanno una composizione più simile a quella delle rocce ignee intrusive. Gli studi compiuti sulla luna hanno dimostrato la presenza di una leggera attività sismica. Sull'origine della luna sono state fatte molte ipotesi, che possono essere raggruppate in 3 teorie principali:
- teoria della fissione;
- teoria della cattura;
- teoria dell'accrescimento.

Secondo la teoria della fissione, la luna è stata generata dal processo di formazione del nucleo terrestre: il materiale più pesante si è concentrato verso il centro della Terra, che ha aumentato la propria velocità di rotazione. L'aumento di velocità ha portato ad una modifica della forma terrestre, che sarebbe passata dalla forma di sferoide schiacciato a quella di una pera. Ad un certo punto il collo della pera si sarebbe rotto e staccato dalla Terra, dando origine alla luna.

Per la teoria della cattura, originariamente la luna era un corpo indipendente, che si muoveva nel Sistema Solare. Giunto nelle vicinanze della Terra sarebbe stato attratto dalla forza di gravità terrestre, entrando nell'orbita ellittica della Terra, dove poi sarebbe rimasto diventando a tutti gli effetti un satellite della Terra. Per la teoria dell’accrescimento la Luna si sarebbe formata, dopo la Terra, dall’unione di materiali diversi che si trovavano nell'orbita terrestre.

La luna compie abitualmente una serie di movimenti: il moto di rotazione intorno al proprio asse, il moto di rivoluzione intorno alla Terra e il moto di traslazione insieme alla Terra intorno al Sole. Il movimento di rotazione intorno al proprio asse si compie da Est verso Ovest, con una velocità angolare media di 13° al giorno. La durata complessiva di questa rotazione è di 27 giorni, 7 ore, 43 minuti e 12 secondi. Il moto di rivoluzione intorno alla Terra avviene in senso antiorario lungo un’orbita ellittica di cui la Terra occupa uno dei due fuochi. L’ellisse orbitale della luna è più schiacciata rispetto a quella terrestre. La luna compie questo moto di rivoluzione ad una velocità di circa 1 km/s ed è maggiore nelle vicinanze del perigeo e minore in prossimità dell’apogeo. La durata della rivoluzione intorno alla Terra dipende dall’allineamento Terra-Sole e per questo si parla di rivoluzione siderea (o mese sidereo) o rivoluzione sinodica (o mese sinodico o lunazione). La rivoluzione sinodica è più lunga della rivoluzione siderea di due giorni. Tale differenza dipende dal fatto che, nel momento in cui la luna termina una rivoluzione intorno alla Terra (rivoluzione siderea), la Terra, che si muove intorno al Sole, non si trova più nello stesso punto e quindi la luna deve percorrere un tratto supplementare della sua orbita.

Compiendo il proprio moto intorno alla Terra, la luna ruota anche intorno al Sole. La traiettoria lunare intorno al Sole assume la forma di un ovale deformato e taglia l’orbita terrestre 24 o 25 volte. Questa traiettoria viene chiamata epicicloide ed è caratterizzata dal fatto che rivolgere la sua concavità sempre dalla parte del Sole. Oltre a questi, che sono i principali movimenti della luna, esistono numerosi altri moti, come il moto di regressione della linea dei nodi e la rotazione dell’asse maggiore dell’orbita lunare.

Le fasi lunari si ripetono con la stessa successione ogni mese sinodico e sono dovute alle varie posizioni che la Luna assume rispetto alla Terra e rispetto al Sole. Quando la luna si trova in congiunzione, cioè dalla stessa parte del Sole rispetto alla Terra, l’emisfero che rivolge verso la Terra non viene colpito dai raggi solari e quindi risulta oscuro: questa è la fase di Luna nuova (o novilunio). Quando invece la Luna si trova in opposizione, la sua metà illuminata è quella rivolta verso la Terra e si ha la fase di Luna piena (o plenilunio). Le posizioni corrispondenti a queste due fasi sono dette anche sizigie. Fra queste due posizioni se ne hanno altre due che vengono chiamate quadrature e si verificano quando la Luna, la Terra e il Sole occupano i vertici di un triangolo rettangolo ideale, con la Terra situata dalla parte dell’angolo retto. In entrambi i casi dell’emisfero lunare illuminato dal Sole si vede soltanto la metà rivolta verso la Terra, quindi un quarto della superficie lunare: le due fasi si chiamano primo quarto e ultimo quarto.

Osservando la Luna durante il novilunio e nei giorni immediatamente successivi, si può notare che la parte oscura del disco lunare è rischiarata da un debole chiarore grigiastro (luce cinerea): i raggi solari che colpiscono la Terra vengono riflessi da questa verso la Luna, che li rimanda verso la Terra con una intensità luminosa molto ridotta. Una rivoluzione sinodica dura circa 29 giorni e mezzo, quindi in un anno si hanno 12 mesi sinodici o lunazioni. Se nelle posizioni di sizigie il Sole, la Terra e la Luna si trovassero sulla stessa linea retta, durante ogni mese lunare nella fase di plenilunio il cono d’ombra della Terra oscurerebbe completamente la Luna e si avrebbe un’eclisse di luna, mentre nella fase di novilunio l’ombra della luna potrebbe oscurare una porzione della superficie terrestre provocando un’eclisse di Sole. Ma i piani dell’orbita lunare e di quella terrestre non coincidono e quindi le eclissi si verificano soltanto quando, oltre ad essere in fase di plenilunio o novilunio, la Luna viene a trovarsi in uno dei nodi (eclissi totali) o nelle vicinanze (eclissi parziali).