Tesina Sulla Luna

Se si prescinde dal Sole il corpo celeste di maggiore interesse per il nostro pianeta è,senza dubbio, la Luna. La Luna è l’unico satellite naturale della Terra. E’ un astro privo di luce propria, costituito da materiali allo stato solido. La Luna ha una forma ellissoidale pressoché sferica ed avendo una massa più piccola e delle dimensioni minori rispetto alla Terra, il valore della sua accelerazione di gravita corrisponde a circa 1/6 di quello sulla superficie terrestre e precisamente .

La Luna come sappiamo è priva di atmosfera: ciò può essere spiegato considerando che la forza di attrazione gravitazionale presenta un valore basso, e la velocità di fuga ha un valore piuttosto piccolo (2,4 Km/s) che viene superato facilmente dalla particelle dei gas che quindi si allontanano dal corpo celeste. L’assenza di un atmosfera causa un passaggio brusco dall’illuminazione solare all’oscurità e se consideriamo inoltre la lenta rotazione del corpo che causa una lunga durata dei periodi del dì e della notte, possiamo comprendere come il suolo Lunare si riscaldi fortemente durante la lunga insolazione e si raffreddi sensibilmente e rapidamente durante il lungo periodo di oscurità: di conseguenza vengono registrate temperature che oscillano tra i +110°C del dì e i -150°C della notte. La superficie Lunare evidentemente non riflette bene la luce che le arriva dal Sole visto che il suo potere riflettente (albedo) è di circa 0,07 ossia solo il 7 % della luce solare ricevuta viene inviata verso di noi. Il restante 93% viene assorbito e trasformato in calore dal corpo celeste che poi lo disperde per rapido irraggiamento.

La superficie Lunare e il suo volume essendo questa pressoché sferica possono essere calcolate tramite formule geometriche ( ). Il raggio Lunare può essere calcolato invece conoscendo gli angoli di parallasse della Terra e della Luna. Sapendo che l’angolo di parallasse della Terra è l’angolo sotto cui dalla Luna si vedrebbe il raggio terrestre () e che l’angolo di parallasse della Luna è l’angolo sotto cui dalla Terra si vedrebbe il raggio Lunare () il raggio Lunare . La distanza dalla Terra è data dal rapporto tra il raggio terrestre e l’angolo di parallasse della Terra ().

Anche la massa è calcolabile matematicamente tramite l’uguaglianza tra la Forza Di Newton e La Forza Peso. Se consideriamo un corpo di massa m_xsulla superficie della Luna conoscendo il valore dell’accelerazione di gravità e del raggio Lunare e la costante di gravitazione universale

La Luna è costituita da “rocce scure” simili ai basalti (lava solidificata). Il Paesaggio è costituito da mari (distese scure a fondo piatto), terre alte (zone chiare craterizzate), catene montuose, crateri e solchi ( interpretati come fessure per diminuzione di volume dovuta a raffreddamento, o linee di fuoriuscita di masse gassose o canali scavati dallo scorrere di lava fusa). E’ accertata la presenza di aree chiamate mascons che provocano perturbazioni nel tragitto dei satelliti per un maggior effetto del campo gravitazionale. La sua superficie è cosparsa di regolite ossia di polvere, ceneri e detriti che sono prodotti dalla disgregazione delle rocce. Oltre la sottile crosta (fino a 100 km), l’interno della Luna è costituito da un esteso mantello (fino a 1300 km), che comprende la litosfera rigida e una limitata porzione simile all’astenosfera (zona semifluida relativamente calda) terrestre, e da un nucleo essenzialmente non metallico.

L’orbita Lunare è inclinata di 5°09’ rispetto all’eclittica, cioè al piano dell’orbita terrestre mentre l’equatore Lunare è inclinato di 1°34’ rispetto al proprio piano dell’orbita: quindi rispetto al piano dell’orbita terrestre l’equatore Lunare è inclinato di 6°40’. La Luna è da considerarsi più simile ad un pianeta che ad un satellite sia per la sua forma, sia per il rapporto che è maggiore di ogni altro rapporto analogo, sia

per il fatto che nel suo moto attorno al Sole questa

rivolge la sua concavità sempre dalla parte della stella.

La Luna si muove di moto di rotazione attorno al proprio asse, di moto di rivoluzione intorno alla Terra e di moto di traslazione assieme alla Terra intorno al Sole.

Nel moto di rotazione essa ruota in senso antiorario con una durata pari al moto di rivoluzione, motivo per cui rivolge sempre la stessa faccia alla Terra. La rotazione non è perfettamente uniforme a causa della sua forma ellissoidale: infatti l’attrazione che esercita la Terra sul rigonfiamento equatoriale è maggiore che sulle zone polari provocando delle oscillazioni di lieve entità nel moto dette librazioni a causa delle quali ci è visibile un po’ più di ½ della Luna in plenilunio.

Il moto di rivoluzione anch’esso in senso antiorario ha diversa durata se riferito a una stella della sfera celeste (rivoluzione siderea) oppure all’allineamento Terra-Sole (rivoluzione sinodica). Il mese sidereo ha una durata di 27^d7^h43^m12^s mentre quello sinodico di 29^d12^h44^m3^s. La diversa durata dipende dal fatto che la Luna ruota attorno alla Terra che a sua volta ruota attorno al Sole. Il valore dell’eccentricità dell’orbita è di 0.055 circa. Il punto della sua orbita più vicino alla Terra, detto perigeo, è a 356000 Km da questa e quello più lontano, chiamato apogeo, a circa 407000 Km. L’orbita Lunare il cui piano sappiamo essere inclinato di 5°09’ su quello dell’eclittica, interseca l’eclittica stessa in due punti detti nodi; la linea che congiunge questi due punti è detta linea dei nodi. La velocità con cui il corpo celeste compie il suo moto di rivoluzione attorno alla Terra si aggira intorno a 1 km/s considerando le variazioni in prossimità del perigeo e dell’apogeo. La Luna e la Terra ruotano intorno ad un punto comune detto baricentro o centro di massa del sistema. Esso si trova a circa 4670 Km dal centro della Terra perciò il moto di rivoluzione della Luna si può considerare poco diverso da quello che si registrerebbe se essa realmente girasse intorno al centro della Terra.

Il moto di traslazione si effettua nello stesso verso e con la stessa velocità angolare con cui la Terra compie il suo moto di rivoluzione e consiste nel moto della Luna attorno al Sole. La traiettoria Lunare riferita al Sole è una specie di ovale deformata, un po’ sinuosa detta epicicloide.

Accanto ai tre movimenti principali esistono numerosi altri moti della Luna anche se molto più lenti; alcuni di essi consistono in perturbazioni dovute all’azione attrattiva del Sole. Tra i più importanti ricordiamo la regressione della linea dei nodi che ruota in senso orario con un periodo di circa 18,6 anni ed è responsabile delle nutazioni tipiche del moto di precessione degli equinozi e la rotazione dell’asse maggiore dell’orbita Lunare in senso antiorario che compie un giro completo in 8,85 anni.

Quando la Luna si trova in congiunzione,ossia dalla stessa parte del Sole (rispetto alla Terra) l’emisfero che essa rivolge verso di noi non viene colpito dai raggi solari quindi risulta oscuro: abbiamo la fase di Luna nuova (o novilunio). Quando invece la Luna si trova in opposizione, cioè dalla parte opposta del Sole ( sempre rispetto alla Terra) la sua metà illuminata è proprio quella rivolta verso di noi e allora abbiamo la fase di Luna piena (o plenilunio). Le posizioni corrispondenti a queste due fasi vengono dette sigizie.Altre due posizioni vengono chiamate quadrature: esse 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 questi casi dell’emisfero Lunare illuminato dal Sole vediamo soltanto la metà rivolta verso di noi, quindi un quarto della superficie Lunare e perciò le due fasi corrispondenti si chiamano primo quarto e ultimo quarto. Ogni 235 mesi sinodici ( @ 19anni) le fasi Lunari si ripetono. Questo ciclo è il cosiddetto ciclo aureo. Ciò permette anche di prevedere la data della Pasqua, poiché essa viene celebrata la prima domenica successiva al primo plenilunio che si verifica dopo l’equinozio di primavera (21 marzo).

Se La Luna è in fase di plenilunio o novilunio in uno dei nodi o nelle sue vicinanze si verificano le eclissi. Nella fase di plenilunio in uno dei nodi abbiamo l’allineamento Sole-Terra-Luna e la conseguente eclissi Lunare ossia l’oscuramento della Luna prodotto dal cono d’ombra della Terra. Nella fase di novilunio in uno dei nodi abbiamo invece l’allineamento Sole-Luna-Terra e la conseguente eclissi di Sole ossia l’oscuramento del Sole prodotto dal cono d’ombra della Luna che interessa zone piuttosto ristrette di circa 270 km² per la visione totale dell’eclissi stessa. Le eclissi possono essere totali se la Luna si trova in uno dei nodi e parziali se la Luna si trova nelle loro vicinanze. Tra le eclissi di Sole abbiamo anche le eclissi anulari che si verificano quando la Luna si trova in uno dei nodi e contemporaneamente alla sa massima distanza dalla Terra (apogeo): il cono d’ombra non giunge a toccate la superficie terrestre e quindi essa non riesce a occultare completamente il disco solare, del quale si può vedere la parte periferica a forma di anello luminoso. Ogni 223 mesi sinodici (@ 18 anni) le eclissi si ripetono. Questo ciclo costituisce il cosiddetto ciclo Saros.

Sull’origine e sull’evoluzione della Luna sono state avanzate numerose teorie. Le principali ipotesi finora prospettate si possono raggruppare in quattro tipi principali secondo meccanismi diversi: fissione, cattura, accrescimento, impatto.

Secondo l’ipotesi della fissione presupponendo che un tempo la Terra si trovasse allo stato fuso e ruotasse su se stessa molto velocemente, compiendo un intero giro in circa 4 ore. In tali condizioni essa avrebbe potuto scindersi in due corpi a causa di ripetuti e alternati rigonfiamenti prodotti dall’azione gravitazionale solare. Questa ipotesi venne abbandonata quando si dimostrò che la resistenza dell’attrito non avrebbe consentito alla marea altezze così alte da permettere la scissione. Una versione più moderna di questa ipotesi sostiene che, quando il materiale più pensante si concentro nel centro, la Terra aumentò la propria velocità di rotazione fino a compiere un intero giro in meno di 2,6 h. Così la sua forma passo da quella di uno sferoide schiacciato a quella di una “pera” il cui collo si sarebbe rotto producendo così la formazione della Luna. Con questa teoria si spiega la densità Lunare minore di quella della Terra ma non si spiega l’inclinazione dell’orbita Lunare rispetto all’eclittica; inoltre non può essere ammessa una velocità di rotazione così elevata.

Secondo l’ipotesi della cattura un tempo la Luna era un corpo indipendente che giunto nelle vicinanze della Terra ne fu attratta e messa in rotazione su un orbita ellittica. Avvicinandosi al nostro pianeta essa avrebbe dovuto diminuire la propria velocità per un qualche processo dissipativo. L’effetto frenante sarebbe da individuare nella dissipazione di energia dovuta all’attrito delle maree terrestri e Lunari oppure al fatto che la Luna avvicinandosi alla Terra avrebbe subito numerose collisioni con materiale già orbitante attorno al nostro pianeta. Ciò risolverebbe il problema della diversa composizione della Luna rispetto alla Terra ma il fenomeno della cattura richiede un avvicinamento della Luna fino a 2r_t ma i calcoli dimostrano che la Luna non può aver oltrepassato il “limite di Roche” @ 2,86 r_t poiché altrimenti essa si sarebbe frantumata a causa della forza di gravità terrestre.

Secondo l’ipotesi dell’accrescimento la Luna si sarebbe formata dalla riunione di materiali diversi che erano in orbita attorno a nostro pianeta. Ciò però non spiega il motivo per cui tali materiali dovevano essere diversi da quelli terrestri.

L’ultima teoria è l’ipotersi dell’impatto gigante che sostiene che 4,5 miliardi di anni fa un planetesimale delle dimensioni di Marte con una velocità di circa 5 Km/s sia entrato in collisione con la Terra. La gigantesca collisione disintegrò il corpo impattante e una parte del mantello della Terra, lanciando in orbita nello spazio una nube di gas e detriti. Il denso nucleo metallico del corpo impattante si associò alla Terra, mentre gran parte del materiale finito in orbita si riaggregò in un nuovo corpo di grandi dimensioni: La Luna. Ciò spiegherebbe le notevoli differenze riscontrate tra rocce terrestri e Lunari.

Poiché la Terra rallenta la sua velocità angolare w di rotazione di 0.0025 s/secolo la Luna si allontana di 3cm/anno dalla Terra. In futuro la Luna si allontanerà fino a una distanza di 75 r_tper poi stabilizzarsi o riavvicinarsi se la Terra ricominciasse a ruotare più velocemente.

A causa dell’attrazione combinata Sole-Luna e soprattutto di quella Lunare che è pari a 2 volte quella del Sole abbiamo il verificarsi sulla Terra di fenomeni quali le maree caratterizzate da un movimento periodico con innalzamenti (flussi) e abbassamenti (riflussi). La fase corrispondente all’innalzamento massimo viene chiamata alta marea quella corrispondente all’abbassamento massimo viene chiamata bassa marea. La variazione tra l’altezza tra alta e bassa marea è chiamata ampiezza della marea e se ne registra il valore massimo pari a 19,6 m nella Baia di Fundy in Nuova Scozia. Quando in un determinato punto della superficie terrestre si ha l’alta marea, essa si presenta anche al suo antipodo a causa dell’azione combinata della forza di attrazione gravitazionale Lunare e la forza centrifuga. Le maree nelle varie zone del globo hanno un comportamento diverso la cui spiegazione viene fornita dalla teoria dell’onda stazionaria o teoria dell’onda oscillante. Essa si basa sul concetto che i vari oceani ed i mari sono suddivisi in tante “unità di marea”, cioè in diversi bacini ; in ognuno di questi bacini la massa d’acqua oscilla per effetto delle forze luni-solari con ampiezza e periodo che dipendono da forma e dimensioni di ogni bacino. Infatti al variare del bacino varia anche il numero di maree: possiamo avere 2 oscillazioni complete durante il giorno Lunare, avendosi un alta e una bassa marea ogni 12 ore e 25 minuti (maree semidiurne), un flusso e un riflusso in un giorno Lunare (maree diurne) e due alte e due basse maree ogni giorno Lunare, ma con ampiezza diversa (maree miste). Ogni bacino è caratterizzato da punti anfidromici cioè punti in cui il livello del mare rimane praticamente costante; da essi si irradiano le linee cotidiali ossia luoghi di punti in cui l’alta marea si verifica con lo stesso ritardo rispetto al passaggio della Luna su un certo meridiano prefissato. Le cause del ritardo sono l’attrito del fondale marino e l’attrito interno delle masse d’acqua. Questo ritardo può arrivare fino a 12 ore e viene detto ora di porto. Le maree posso causare anche spostamenti orizzontali (correnti di marea). Quelle più forti premono contro le foci ad estuario di alcuni fiumi e li risalgono a violente ondate. Questo fenomeno è detto mascaret per i fiumi europei e pororoca nel rio delle amazzoni.

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