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La Luna è l'unico satellite naturale della Terra:
orbita: 384.400 km dalla Terra
diametro: 3.476 km
massa: 7,35e22 kg
È chiamata Luna dai Romani,
Selene e
Artemide dai Greci, e con molti altri nomi in altre mitologie.
La Luna, naturalmente, è conosciuta fin dai tempi preistorici. È il secondo oggetto più luminoso nel cielo dopo il Sole. Poiché la Luna orbita intorno alla Terra con un periodo di circa un mese, l'angolo tra la Terra, la Luna e il Sole cambia; possiamo vederlo nel ciclo delle fasi lunari. Il tempo che intercorre tra due lune nuove è di 29,5 giorni (709 ore), leggermente differente dal periodo orbitale della Luna (misurato rispetto alle stelle), poiché nel frattempo la Terra percorre una distanza notevole lungo la sua orbita.
A causa della sua dimensione e della sua composizione, la Luna è talvolta classificata come "pianeta" terrestre insieme a Mercurio, Venere, Terra e Marte.
La Luna venne raggiunta per la prima volta dalla sonda sovietica Luna 2 nel 1959. Essa è l'unico corpo extraterrestre ad essere stata visitata dall'uomo.
Il primo atterraggio avvenne il 20 luglio 1969 (ricordate dove eravate?); l'ultimo fu nel dicembre 1972. La Luna è anche l'unico corpo del quale siano stati portati sulla Terra dei campioni. Nell'estate del 1994 la Luna è stata accuratemente mappata dalla piccola sonda Clementine. Attualmente il
Lunar Prospector è in orbita intorno alla Luna
Le forze gravitazionali tra la Terra e la Luna sono causa di alcuni interessanti effetti. Il più manifesto è costituito dalle maree. L'attrazione gravitazionale lunare è più forte sul lato della Terra più vicino alla Luna e più debole sul lato opposto. Poiché la Terra, e in particolare gli oceani, non è perfettamente rigida, si allunga lungo la linea diretta verso la Luna. Dalla nostra prospettiva sulla superficie della Terra, vediamo due piccoli rigonfiamenti, uno nella direzione della Luna e l'altro nella direzione opposta. L'effetto è molto più evidente nell'acqua degli oceani che nella crosta solida e perciò i rigonfiamenti dell'acqua sono maggiori. E poiché la Terra ruota più velocemente rispetto al movimento della Luna lungo la sua orbita, i rigonfiamenti ruotano intorno alla Terra circa una volta al giorno, generando due alte maree al giorno.
Ma la Terra non è nemmeno completamente fluida. La rotazione della Terra porta i rigonfiamenti a raggiungere leggermente in anticipo il punto situato direttamente sotto la Luna. Ciò significa che la forza tra la Terra e la Luna non è esattamente sulla linea che unisce i loro centri: questo produce una torsione sulla Terra e una forza di accelerazione sulla Luna. Da ciò deriva un trasferimento di energia rotazionale dalla Terra alla Luna, che rallenta la rotazione terrestre di circa 1,5 millisecondi al secolo e fa salire la Luna su un'orbita più alta di circa 3,8 centimetri all'anno. (L'effetto opposto accade ai satelliti con orbite insolite come Phobos e Tritone).
La natura asimmetrica di questa interazione gravitazionale è anche responsabile del fatto che la Luna ruota in maniera sincrona, cioè è bloccata in fase con la sua orbita, cosicché mostra sempre verso la Terra la medesima faccia. Proprio come adesso la rotazione della Terra viene rallentata dall'influenza della Luna, così nel remoto passato la rotazione della Luna è stata rallentata dall'azione della Terra, ma in questo caso l'effetto è stato molto più forte. Quando la velocità di rotazione della Luna venne diminuita al punto da collimare con il suo periodo orbitale, non ci fu più la torsione fuori del centro e venne dunque raggiunta una condizione di stabilità. La stessa cosa si è verificata per la maggior parte degli altri satelliti nel sistema solare. Alla fine anche la rotazione della Terra sarà rallentata al punto da coincidere con il periodo lunare, come è avvenuto nel caso di Plutone e Caronte.
In realtà la Luna sembra oscillare un poco (a causa della sua orbita leggermente non circolare), cosicché alcuni gradi della faccia esterna possono essere visti di tanto in tanto, ma la maggior parte di tale faccia (a sinistra) è rimasta completamente sconosciuta finché la sonda sovietica Luna 3 la fotografò nel 1959.
(Nota: non c'è alcun "lato oscuro" della Luna; tutte le parti della Luna ricevono la luce solare per metà del tempo di rotazione. In passato l'uso dell'espressione "lato oscuro" si è forse riferita alla parte "scura" nel senso di "sconosciuta" (per esempio: "Africa nera", ma quel significato non è più valido oggi!)
La Luna non ha alcuna atmosfera. Ma qualche traccia rilevata dalla sonda Clementine ha suggerito che ci possa essere ghiaccio d'acqua in alcuni crateri profondi vicino al polo sud lunare che sono permanentemente in ombra. Ciò è stato ora confermato dal Lunar Prospector. Apparentemente c'è ghiaccio anche al polo nord. La futura esplorazione della Luna è diventata un po' più economica!
La crosta della Luna ha uno spessore medio di 68 km e varia dagli 0 km sotto il Mare Crisium ai 107 km a nord del cratere Korolev, sulla faccia esterna. Sotto la crosta c'è un mantello e probabilmente un piccolo (300 km di raggio?) nucleo. A differenza del mantello terrestre, comunque, quello della Luna è solo parzialmente allo stato fuso. Curiosamente il baricentro della Luna è spostato rispetto al suo centro geometrico di circa 2 km nella direzione della Terra. Inoltre, la crosta è più sottile sul lato rivolto verso la Terra.
Sulla Luna ci sono fondamentalmente due tipi di terreno: gli altipiani, fortemente craterizzati e molto antichi, e i mari, relativamente piatti e più giovani. I mari, che coprono quasi il 16% della superficie della Luna) sono enormi crateri da impatto che in seguito sono stati riempiti da lava fusa. La maggior parte della superficie lunare è ricoperta da regolite, una miscela di polvere fine e di detriti rocciosi prodotta dagli impatti meteoritici. Per qualche ragione ignota, i mari sono concentrati sulla faccia rivolta verso la Terra.
La maggior parte dei crateri sulla faccia interna hanno ricevuto il nome di personaggi famosi della storia della scienza, come ad esempio Tycho,
Copernico e
Tolomeo. Le formazioni sulla faccia esterna hanno invece riferimenti più moderni, come Apollo, Gagarin e Korolev (con una netta preferenza per i Russi, visto che le prime immagini furono raccolte dalla Luna 3).
Oltre alle formazioni familiari sulla faccia interna, la Luna presenta gli enormi crateri denominati Polo Sud-Aitken, il quale si trova sulla faccia esterna e ha un diametro di 2.250 km e una profondità di 12 km (che lo rendono il più grande bacino da impatto del sistema solare), e Orientale, uno splendido esempio di cratere a più anelli sul bordo occidentale (guardandolo dalla Terra; al centro dell'immagine a sinistra).
Vari campioni rocciosi, per un totale di 382 kg, sono stati portati sulla Terra dalle missioni
Apollo e
Luna. Grazie ed essi la nostra conoscenza della Luna ha potuto essere più dettagliata: essi sono particolarmente preziosi per quanto riguarda la datazione. Ancor oggi, più di vent'anni dopo l'ultimo atterraggio sulla Luna, gli scienziati stanno studiando questi preziosi campioni.
La maggior parte delle rocce sulla superficie lunare sembra avere tra i 4,6 e i 3 miliardi di anni. Ciò si raccorda casualmente con le rocce più antiche della Terra, che raramente superano i 3 miliardi di anni. Perciò la Luna fornisce delle testimonianze riguardo al primo periodo del sistema solare che non sono disponibili sulla Terra.
Prima dello studio dei campioni riportati dalle missioni Apollo, non c'era accordo su quale fosse l'origine della Luna. C'erano tre teorie principali: quella del co-accrescimento, la quale affermava che la Luna e la Terra si sono formate nello stesso periodo dalla Nebulosa Solare; quella della fissione, la quale sosteneva che la Luna si è staccata dalla Terra; e quella della cattura, la quale asseriva che la Luna si è formata altrove e che successivamente è stata catturata dalla Terra. Nessuna di queste ipotesi funzionava molto bene. Ma le nuove e più dettagliate informazioni che abbiamo ottenuto grazie alle rocce lunari hanno condotto alla teoria dell'impatto: la Terra si è scontrata con un oggetto molto grande (come Marte o più) e la Luna si è formata dal materiale eiettato. Ci sono ancora alcuni dettagli da sistemare, ma attualmente la teoria dell'impatto è ampiamente accettata.
La Luna non ha alcun campo magnetico. Ma alcune delle sue rocce superficiali mostrano un magnetismo residuo, il quale indica che potrebbe esserci stato un campo magnetico globale nella storia antica della Luna.
Priva di atmosfera e di campo magnetico, la superficie della Luna è esposta direttamente al vento solare. Durante la sua vita di 4 miliardi di anni, molti ioni di idrogeno del vento solare sono stati assorbiti dalla regolite lunare. I campioni di regolite riportati dalle missioni Apollo si sono dimostrati molto utili nello studio del vento solare. Questo idrogeno lunare potrebbe un giorno essere usato come carburante per razzi.
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