La Luna
Formazione, caratteristiche e moti
del satellite della Terra
A cura di Stefano Motti
IV H Liceo Scientifico G. Aselli
a.s. 2010/2011
“La superficie della Luna non è levigata, uniforme ed
esattamente sferica, come gran numero di filosofi
credette di essa e degli altri corpi celesti, ma ineguale,
scabra e con molte cavità e sporgenze, non
diversamente dalla faccia della Terra, variata da
catene di monti e profonde valli.”
Così descrive la Luna G. Galilei nel Sidereus Nuncius.
Indice

La formazione della Luna

Caratteristiche morfologiche

Moti lunari

Le fasi lunari
La formazione della Luna
Le 4 teorie sulla genesi del satellite terrestre

Ipotesi della fissione

Ipotesi dell’accrescimento

Ipotesi della cattura

Ipotesi dell’impatto violento
Nessuna delle ipotesi avanzate è stata mai confermata definitivamente
Ipotesi della fissione
Secondo questa teoria (tra le prime ad esser
state avanzate) la Luna si sarebbe formata
dalla materia staccatasi dall’equatore
terrestre a causa del rigonfiamento a poli
della terra, dato dalla grande velocità di
rotazione.
I “contro” dell’ipotesi
L’ipotesi della fissione è considerata la più
improbabile dato che non spiega la
diversa composizione della Luna dalla
Terra ed è inoltre impossibile che la
velocità di rotazione terrestre fosse stata
sufficientemente elevata per permettere
l’accadere di questo evento.
Ipotesi dell’accrescimento
La teoria ipotizza che la Luna si sia formata
contemporaneamente alla Terra
dall’aggregazioni di polveri e vari materiali
che giravano attorno al centro
gravitazionale del pianeta nascente. In
seguito questi si sarebbero addensati
dando origine ad un corpo di notevoli
dimensioni tenuto in orbita attorno alla
Terra grazie all’interazione gravitazionale.
I “contro” dell’ipotesi
L’ipotesi è sicuramente una delle più
preferite dagli astronomi moderni anche se
non spiega del tutto alcune caratteristiche
della composizione chimica lunare e
l’elevato momento angolare del sistema
formato da Terra e Luna.
Ipotesi della cattura
Secondo questa ipotesi la Luna si sarebbe
formata in una regione lontana dalla Terra
del Sistema solare. In seguito, passando
per puro caso abbastanza vicino al nostro
pianeta da poter entrare nel suo campo
gravitazionale, sarebbe stata catturata da
esso entrando poi nella sua orbita.
I “contro” dell’ipotesi
A sfavore di questa teoria vi è principalmente il
fatto che è assai improbabile che la Luna
potesse esser stata catturata proprio dalla Terra,
che ha un campo gravitazionale debole se
confrontata ai giganti del Sistema solare. Non si
conosce inoltre un possibile meccanismo in
grado di mutare l’orbita iniziale della Luna,
presumibilmente parabolica, in una ellittica
attorno al nostro pianeta. Per questi motivi
l’ipotesi è improbabile.
Ipotesi dell’impatto violento
Secondo la teoria dell’impatto, elaborata da
Hartmann e Davis, La Luna sarebbe il
risultato della fusione di un insieme di
planetesimi* e detriti formatisi a seguito
dell impatto del nostro pianeta con un
corpo delle dimensioni di Marte. Come
nella teoria dell’accrescimento, questi
materiali si sarebbero uniti dando origine
ad un grande corpo orbitante intorno alla
terra.
*planetesimo: corpo roccioso primordiale che origina asteroidi e meteoriti
La teoria più avvalorata
Quella dell’impatto violento, a detta della
comunità scientifica, sembra essere
l’ipotesi più plausibile della formazione
lunare. A favore di essa entrano in gioco
molti fattori, tra i quali la conformazione
fisica del satellite e la sua composizione
chimica
Caratteristiche morfologiche

Storia delle osservazioni

La superficie lunare

L’interno della Luna ed il campo magetico
Storia delle osservazioni
La Luna suscitò vasti interessi già dalle
prime osservazioni astronomiche. Il primo
che avanzò un ipotesi corretta sulla sua
natura morfologica che oggi riteniamo
esatta fu probabilmente Anassagora di
Clazomene,il quale sosteneva che la Luna
avesse colli e valli sulla sua superficie.
La cosmologia dei filosofi greci si occupò
largamente della natura del nostro satellite
e dopo l’introduzione della quinta essenza
eterea, a fianco dei quattro elementi di
Empedocle, a lungo si ritenne che la Luna
fosse composta di questa sostanza
cristallina, perfetta, indistruttibile ed
eterna. Le macchie grigie presenti sulla
sua superficie erano considerate come
vapori acquei e non potevano quindi
provare la possibile presenza di
imperfezioni sul suolo lunare.
Il primo scienziato che provò
sperimentalmente la presenza di crateri,
valli e monti sulla Luna fu Galileo Galilei,
grazie all’utilizzo del suo cannocchiale
astronomico. Numerosi furono gli scontri
con la Chiesa per questa ipotesi, dato che
l’istituzione cristiana considerava la Luna
in senso aristotelico, formata cioè di quinta
essenza.
La superficie lunare
La superficie lunare appare di colore
grigiastro, dato dalla presenza di uno
strato compatto di polvere detta regolite.
Sono poi presenti sul satellite molti
avvallamenti e rilievi che si distinguono in
mari, regioni depressionarie formate da
vaste pianure disseminate di piccoli
crateri, e terre, abbastanza elevate e
composte da crateri di varie dimensioni.
Mari
Terre
Sulla superficie lunare sono inoltre presenti
alcune catene montuose con rilievi che
arrivano ai 6000 m di altezza. Esse sono
distribuite in maniera irregolare sulla Luna
e si concentrano solitamente attorno ad i
mari. Sul suolo del satellite vi sono pure
alcuni vulcani, formatisi come crateri molto
profondi, la cui origine è da attribuirsi al
forte bombardamento meteorico a cui la
Luna è soggetta a causa dell’assenza di
atmosfera.
Crateri lunari
Catena montuosa lunare
L’interno della Luna ed il campo
magnetico
La struttura fisica interna della Luna è molto
simile a quella terrestre. Il nucleo è
piuttosto piccolo e composto da ferro, il
mantello occupa la maggior parte del
volume lunare e la crosta ha uno spessore
molto variabile (da 60 a 100 km) ed è
costituita da anortosite.
Crosta
Mantello semisolido
Nucleo
Mantello
A causa della scarsa presenza di materiale ferroso
fluido, la Luna non possiede un vero e proprio
campo magnetico. In passato probabilmente la
situazione non era tale e ciò è dimostrato dalla
presenza di residui di ferro nelle rocce lunari.
I moti lunari
Il nostro satellite è dotato di una massa
abbastanza piccola e di conseguenza
risente fortemente della forza
gravitazionale del Sole e dei pianeti del
Sistema, oltre che di quella terrestre. Per
questo motivo i moti della Luna risultano
essere complessi, irregolari e perturbati.

Rivoluzione

Rotazione
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Librazioni
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Traslazione
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Eclissi

Maree
Rivoluzione
E’ il moto della Luna lungo una traiettoria ellittica
attorno alla Terra, che occupa uno dei due fuochi
dell’ellisse. Durante questo movimento la Luna
presenta una velocità orbitale variabile in
maniera inversamente proporzionale alla
distanza dal nostro pianeta. In particolare
avremo un minimo ed un massimo della velocità
orbitale, a seconda che essa si trovi
rispettivamente all'apogeo (il punto più lontano
dalla Terra) o al perigeo (il punto più vicino alla
Terra).
La direzione del moto di rivoluzione è da Ovest
verso Est, mentre per il moto apparente del
cielo, a causa della contemporanea rotazione
della Terra nello stesso verso, la Luna apparirà
come trascinata dalla volta celeste da Est verso
Ovest. La durata del periodo di rivoluzione,
detto mese siderale, è di 27,3 giorni.
Rotazione
La Luna compie un moto di rotazione attorno al
proprio asse in 27,3 giorni. Proprio per il fatto
che sia il periodo di rotazione che quello di
rivoluzione hanno la stessa durata la Luna
rivolge verso la Terra sempre la medesima
faccia.
Librazioni
Con il termine librazioni si intende una serie di
oscillazioni latitudinali e longitudinali compiute
dalla Luna. I due piatti di una bilancia
possono oscillare come un pendolo su e giù
attorno alla loro posizione di equilibrio, e il moto
di librazione della Luna prende il nome da
questo tipo di oscillazione a cui rassomiglia.
Nella posizione di equilibrio, l'asse maggiore
della Luna (che non è sferica, ma un po'
allungata) è puntato verso la Terra, e la
librazione fa variare temporaneamente questo
puntamento un po' verso nord, sud, est e ovest.
Librazioni Nord-Sud
Librazioni Est-Ovest
Traslazione
Il moto di traslazione è svolto dalla Luna che ruota
contemporaneamente alla Terra attorno al Sole
lungo una traiettoria detta epiciclo.
L’immagine illustra la forma
della traiettoria risultante del
movimento della Luna attorno
al Sole
Eclissi
Nel momento in cui avviene una
congiunzione tra il Sole, la Terra e la Luna,
cioè si ha un allineamento tra i tre corpi
celesti, avvengono le eclissi. Vi sono due
tipi di eclissi:
Solari
 Lunari

Eclissi solari
Si assiste alle eclissi solari quando la Luna si
interpone tra il Sole e la Terra, nascondendo la
stella dalla nostra vista. A tal fine non basta però
che i tre corpi siano allineati, dato che i piani su
cui giacciono le loro orbite non hanno la stessa
inclinazione. Nel momento in cui però si ha, oltre
che un allineamento dei tre astri, una
complanarità tra essi, ecco che si assiste ad una
vera e propria eclissi solare. Il periodo di tempo
che intercorre tra le varie eclissi è detto ciclo di
Saros, un periodo di 18 anni, 11 giorni ed 8 ore,
ed era già noto agli antichi.
Tipi di eclissi solari
Esistono 3 tipi di eclissi solari che variano a
seconda della posizione dell’osservatore sulla
Terra e dell’allineamento dei corpi celesti.
Si ha un’ eclisse totale quando il disco solare è
totalmente oscurato, essa dura circa 8 minuti
Si ha un’eclisse anulare nel momento in cui il disco
solare ha l’anello più esterno non in ombra. Ciò
avviene quando la Luna è lontana dalla Terra.
Si ha un’eclisse parziale quando l’ombra della
Luna copre solo una porzione del disco solare.
Eclisse totale
Eclisse anulare
Eclisse parziale
Eclissi lunari
Si assiste ad un’eclisse di Luna quando la Terra si
interpone tra il Sole e la Luna proiettando sul
nostro satellite la sua ombra. Le eclissi lunari
sono osservabili da tutto l’emisfero non
illuminato dal Sole e hanno una durata di
diverse ore. Durante questo fenomeno la Luna
non scompare del tutto ma viene colpita da
deboli raggi luminosi che, attraversando
l’atmosfera terrestre, vengono rifratti assumendo
una colorazione rossastra.
Le fasi di un’eclisse lunare
Le maree
A causa della grande forza di gravità esercitata
dalla Luna, le grandi masse d’acqua oceaniche
e marittime tendono a spostarsi uniformemente
per effetto dello spostamento della Luna rispetto
alla Terra. In particolare quando l’acqua si
sposta da una parte all’altra del nostro pianeta vi
sarà una zona in cui essa confluirà, alzando il
livello marittimo, ed una dalla quale defluirà,
abbassando il livello del mare.
Siccome sia la Terra ruota intorno al proprio
asse sia la Luna attorno alla Terra, le
maree sono influenzate da una
composizione di questi due moti. Per
questo motivo si assiste nello stesso luogo
sulla Terra ad un alternarsi di alta e bassa
marea ogni 6 ore, fatto che causa il
susseguirsi di 4 fasi di maree in una
giornata. Sempre per la composizione dei
due moti, le maree sono ritardate di 50
minuti ogni giorno.
L’effetto solare sulle maree
Anche il Sole esercita una notevole forza di
gravità sulle masse d’acqua terrestri,
anche se in maniera minore rispetto alla
Luna. Questo fatto è di fondamentale
importanza perche quando Luna è piena,
la marea raggiunge il massimo livello di
differenza tra i livelli di alta e bassa ed il
Sole, in posizione opposta rispetto al
satellite, mitiga l’effetto mareale.
Le fasi lunari
Dato che la Luna non splende di luce propria ma
riflette quella solare, essa presenta delle fasi
causate dalle posizione del Sole, della Terra e del
satellite stesso.
Quando la Luna si trova tra Terra e Sole (non in
complanarità) la faccia illuminata della Luna è
opposta alla Terra e per questo dal nostro
pianeta non si percepisce alcuna luce riflessa.
E’ questa la fase di novilunio.
Quando la Terra si trova tra Sole e Luna, i raggi
luminosi colpiscono il satellite sulla faccia
mostrata alla Terra e di conseguenza la vedremo
totalmente illuminata. Si tratta della fase di
plenilunio.
Nelle fasi intermedie il Sole illumina solo una porzione
della Luna visibile dalla Terra e di conseguenza essa
apparirò falciforme o gobba. In particolare tra novilunio e
plenilunio (fase crescente) la Luna assume una forma
prima falciforme e poi gibbosa, viceversa tra plenilunio e
novilunio (fase calante) si passa da una gibbosa ad una
falce.
I dati della Luna
Diametro
3476 Km
Massa
7,35 x 1022 Kg
Densità media
3,35 g/cm2
Gravità
1,57 m/s2
Distanza media dalla terra
384 000 Km
Periodo di rivoluzione
27g 7h 43m 12s
Periodo di rotazione
27g 7h 43m 12s
Velocità di fuga
2,4 km/s