La Luna

Aspetti fisici

La Terra è il primo pianeta, partendo dal Sole, a possedere un satellite naturale, la Luna. La Luna dista dalla Terra in media 384.000 km, il suo raggio (1.740 km) è circa un quarto di quello terrestre, la sua massa è circa un ottantesimo di quella terrestre e la sua gravità è circa un sesto di quella della Terra.

A causa della bassa gravità sulla Luna non c’è atmosfera e ciò produce diverse conseguenze: -Il passaggio dalla luce al buio è molto netto (non esiste il crepuscolo); -Le zone al buio hanno una temperatura di –150°C mentre le zone illuminate dal Sole raggiungono i 100°C; -Tutti i meteoriti attirati dalla Luna impattano sul suolo producendo dei crateri (a differenza della Terra dove l’attrito con l’atmosfera fa “incendiare” i piccoli meteoriti – “stelle cadenti”).

Aspetti fisici

Da un punto di vista morfologico sul suolo lunare si possono distinguere: -Mari (le aree più scure che si osservano sulla Luna piena); - Terre (le aree più chiare); -Crateri.

I numerosi crateri, di svariate dimensioni (da pochi cm a qualche centinaio di km di diametro) sono stati prodotti in buona parte dall’impatto con meteoriti, ma vi sono anche crateri di origine vulcanica.

Aspetti fisici

Movimenti della Luna

La luna compie tre movimenti: - ROTAZIONE (intorno al proprio asse, da W verso E, come la Terra) - RIVOLUZIONE (intorno alla Terra, sempre da W verso E) - TRASLAZIONE (intorno al Sole insieme alla Terra) La rivoluzione segue le leggi di Keplero e quindi l’orbita della Luna intorno alla Terra ha una forma ellittica con un perigeo (364.400 km) ed un apogeo (406.730 km).

I movimenti di rotazione e di rivoluzione sono sincroni, avvengono cioè con lo stesso periodo (27 giorni,7 ore, 43 minuti). E’ per questo che dalla Terra si vede sempre la stessa faccia della Luna.

Le relative posizioni del Sole, della Terra e della Luna, durante una rivoluzione lunare, determinano le fasi lunari: -NOVILUNIO: in questa fase viene illuminata la faccia nascosta della Luna, mentre la faccia rivolta verso la Terra è in ombra (congiunzione); -PRIMO QUARTO: la Luna si trova in quadratura ossia l’angolo Sole-Terra-Luna è di 90°; -PLENILUNIO: in questa fase viene illuminata la faccia rivolta verso la Terra (opposizione); -ULTIMO QUARTO: ci troviamo nuovamente in quadratura.

Le fasi lunari

Per riconoscere la fase lunare in cui ci si trova si può far riferimento al proverbio popolare: “Gobba a ponente, Luna crescente, gobba a levante, Luna calante”. Se però non si conosce la posizione dell’Est e dell’Ovest ci si può affidare ad un altro metodo, “La Luna bugiarda ”: se la Luna disegna una D (iniziale di decrescente) allora sarà in fase crescente; se disegna una C (iniziale di crescente) allora sarà in fase decrescente.

Provare per credere!

Le fasi lunari

Eclissi

Il piano dell’orbita lunare è inclinato di circa 5° rispetto a quello dell’orbita terrestre con la conseguenza che per metà rivoluzione la Luna si trova sopra il piano dell’orbita terrestre (eclittica) e per l’altra metà sotto tale orbita. Il Sole , la Terra e la Luna giacciono quindi sullo stesso piano solo quando la Luna si trova in due punti particolari della propria orbita; questi punti sono detti nodi.

Solo quando la Luna si trova in uno dei nodi, o molto prossima a questi, e contemporaneamente si trova nella fase di Novilunio o di Plenilunio si può osservare il fenomeno dell’eclissi (rispettivamente di Sole o di Luna).

Eclissi di Luna

Queste eclissi possono essere totali o parziali a seconda se la Luna è investita dal cono d’ombra o di penombra proiettato dalla Terra. In realtà durante una eclissi totale la Luna non scompare del tutto, ma appare debolmente illuminata da una luce rossastra. Si tratta della luce del Sole rifratta e diffusa dall’atmosfera terrestre così come avviene all’alba e al tramonto.

Eclissi di Sole A causa del piccolo cono d’ombra proiettato dalla Luna sulla Terra, le eclissi di Sole sono visibili da una porzione limitata della superficie terrestre. Le eclissi di Sole possono essere totali, parziali o anulari e ciò dipende dalle relative distanze dei corpi celesti che determinano le loro dimensioni apparenti. L’eclissi totale di Sole si ha quando la Luna si trova in perigeo e contemporaneamente la Terra in afelio. L’eclissi parziale di Sole si ha quando la Terra entra nel cono di penombra della Luna. L’eclissi anulare di Sole si ha quando la Luna si trova in apogeo e la Terra in perielio.

Eclissi di Sole

A causa delle piccole dimensioni del cono d’ombra della Luna, le eclissi totali di Sole durano al massimo poco più di 7 minuti. Già gli antichi avevano scoperto che le eclissi seguono un ciclo, detto “ciclo di Saros” della durata di circa 18 anni in cui avvengono 43 eclissi solari (12 totali, 16 anulari e 15 parziali) e 28 eclissi di Luna.

Le maree

Un’altra conseguenza del moto di rivoluzione della Luna è osservabile nel fenomeno delle maree. Per spiegare questo fenomeno occorre tener presente che il baricentro Terra-Luna cade a circa ¾ del raggio terrestre dalla parte della Luna. Quindi non è solo la Luna a girare intorno alla Terra ma anche il contrario. Questo ruotare intorno ad un baricentro comune genera una forza centrifuga che spiega la presenza dell’alta marea anche agli antipodi del meridiano dove culmina la Luna.

Forza centrifuga Attrazione lunare

Le maree

L’ampiezza delle maree dipende dalla conformazione dei fondali marini. Nel Mediterraneo l’ampiezza media è di circa 0,5 m mentre nell’alto Adriatico l’oscillazione raggiunge anche 1 m. Nella Baia di Fundy (Canada) sono stati registrati dislivelli di marea di poco inferiori ai 20m. Nel Golfo di Saint Malo (Bretagna-Canale della Manica) si sono avuti dislivelli di 12-13 m

Le alte e basse maree si susseguono ogni 6 re circa.

Formazione della Luna

Sono state proposte diverse ipotesi sulla formazione della Luna. IPOTESI DELLA FISSIONE – Proposta da George Darwin, figlio del più noto Charles, questa ipotesi afferma che la Luna si sarebbe staccata dalle Terra quando questa, nelle sue fasi iniziali di formazione, era fusa e girava molto velocemente. Questa ipotesi è stata scartata perché la velocità di rotazione della Terra non sarebbe stata sufficiente per produrre il distacco di una sua parte.

Formazione della Luna

IPOTESI DELLA CATTURA – Secondo questa ipotesi la Luna sarebbe un corpo celeste che, mentre attraversava il sistema solare, sarebbe stato catturato dall’attrazione gravitazionale delle Terra. Questa ipotesi è stata scartata in seguito alla forte somiglianza dei rapporti degli isotopi dell’ossigeno presenti sui due corpi celesti.

Formazione della Luna

IPOTESI DELL’ACCRESCIMENTO Questa ipotesi prevede che la Luna si sia formata in seguito all’aggregazione di frammenti rocciosi in orbita intorno alla Terra.

Formazione della Luna

IPOTESI DELL’IMPATTO GIGANTE – Secondo questa ipotesi la Terra, durante le fasi finali di formazione quando già si era differenziato il suo nucleo metallico, sarebbe stata colpita da un corpo grande circa come Marte. L’impatto avrebbe espulso una grande quantità di materiale, proveniente dal mantello e dalla crosta della Terra ma anche dal corpo celeste, formando un anello di detriti in orbita intorno alla Terra. In seguito i detriti, condensandosi, avrebbero dato origine alla Luna. Questa ipotesi trova numerosi sostenitori in quanto in questa maniera è possibile spiegare, ad esempio, la somiglianza della composizione chimica della Luna con quella del mantello terrestre.

L’ESPLORAZIONE DELLA LUNA La relativa vicinanza della Luna ne ha reso possibile una sua esplorazione, anche perché negli anni 1960-1970 la sua conquista era uno degli obiettivi della cosiddetta “guerra fredda” tra gli Stati Uniti e l’Unione Sovietica. L’Unione Sovietica ha preferito usare sonde automatiche che, raggiunto il suolo lunare, hanno raccolto campioni di roccia (Luna 16,17,20 e 22). Gli Stati Uniti hanno invece preferito un programma più ambizioso che prevedeva lo sbarco sulla Luna di un equipaggio umano.

L’ESPLORAZIONE DELLA LUNA

Il 21 luglio 1969 gli astronauti statunitensi N. Armostrong, B. Aldrin e M. Collins raggiungono la superficie lunare.

« Un piccolo passo per un uomo, un balzo da gigante per l'umanità » Neil Armostrong

FASI IMPORTANTI CHE HANNO PORTATO ALLA CONQUISTA DELLA LUNA

1960 1970 1990 2000 2010

Luna 1

Pioneer 4

Luna 2

Luna 3

Ranger 1

Ranger 2

Ranger 3

Ranger 4

Ranger 5

Luna 4

Ranger 6

Ranger 7

Ranger 8

Ranger 9

Luna 5

Luna 6

Zond 3

Luna 7

Luna 8

Luna 9

Luna 10

Surveyor 1

Lunar Orbiter 1

Luna 11

Surveyor 2

Luna 12

Lunar Orbiter 2

Luna 13

Lunar Orbiter 3

Surveyor 3

Lunar Orbiter 4

Surveyor 4

Lunar Orbiter 5

Surveyor 5

Surveyor 6

Surveyor 7

Luna 14

Zond 5

Zond 6 A

pollo 8

Apollo 10

Luna 15

Apollo 11

Zond 7

Apollo 12

Apollo 13

Luna 16

Zond 8

Luna 17

Apollo 14

Apollo 15

Luna 18

Luna 19

Luna 20

Apollo 16

Apollo 17

Luna 21

Luna 22

Luna 23

Luna 24

Hiten

Clementine

AsiaSat 3/HGS

Lunar Prospector SMART 1

Lunar

Chandrayaan

Chang'e 1

Selene

Lunar Reconnaissance Or

Le missioni lunari: dalla fine della guerra fredda ad una nuova corsa alla Luna?

galileo

Le sonde “Ranger” Ranger 1: lanciata nel 1961, è servita da “prova” per

testare una serie di apparecchiature necessarie per

l’esplorazione spaziale. La missione, considerando le

difficoltà nel lancio, ebbe buoni risultati.

Ranger 9: lanciata nel 1965, aveva come missione

quella di fornire foto ad alta risoluzione fino ad

urtare ad alta velocità la superficie lunare. Le 5814

foto registrate nei 19 minuti prima dell’impatto

danno una visione della superficie lunare con una

risoluzione che arriva, nell’ultima foto, a 0,3 metri.

Le sonde “Surveyor”

Le sonde Surveyor (nello specifico la

Surveyor 6) avevano lo scopo di

preparare lo sbarco umano sulla Luna, a

cominciare dallo studio dei parametri per

l’atterraggio soffice.

Oltre all’atterraggio si voleva capire se e

come fosse possibile per un Apollo

rimanere e ripartire dalla Luna, oltre che

ottenere conoscenze di natura scientifica.

Dopo l’atterraggio la sonda fu fatta

“saltare” due metri e mezzo più lontano

riaccendendo i propulsori che servivano a

frenare la discesa. È il primo caso di

“ripartenza” dalla Luna.

LA missione produsse circa 30000

immagini della superficie lunare.

Le sonde “Lunik” Il luna 1 è stata la prima sonda a raggiungere la luna, ed ha inaugurato una fortunata

serie di sonde automatiche interplanetarie. La forma era sferica, con una serie di

antenne e di protuberanze che fungevano da “finestre” per gli strumenti a bordo. Non

aveva motori per stabilizzare un’orbita, e la sua posizione tracciata nel momento in cui, a

113000km dalla Terra, rilasciò un’ampia nuvola di sodio gassoso che fu visibile

nell’oceano Indiano come una piccola stella di colore arancio. Questo fu anche un modo

per osservare il “colore” del gas nello spazio esterno. Luna 1 passò a 6000 km circa

dalla Luna il 4 gennaio 1959 ed è finita in orbita attorno al Sole tra Marte e la Terra.

La sonda conteneva un trasmettitore radio, un sistema di telemetria, e cinque differenti

apparati scientifici tra cui un magnetometro, un contatore geiger, un contatore a

scintillazione, un detector per micrometeoriti. Le misure ottenute durante la missione

mostrarono che la Luna non possiede un campo magnetico, e che c’è un vento solare

ovvero un flusso di particelle ionizzate provenienti dal Sole, che viene emanato nello

spazio interplanetario.

Il Luna 2 è la prima sonda ad atterrare sulla Luna, ed impattò la superficie lunare ad

est del mare della Serenità, vicino ai crateri Aristide ed Archimede. La costruzione era

simile al Luna 1, e fu lanciata pochi mesi dopo, nel settembre 1959.

Le sonde “Lunik” La sonda Luna 3 è celebre per aver fornito per la prima volta immagini del lato

nascosto della Luna. Dal rozzo atlante che venne stilato con le prime immagini, di

qualità scadente, si potè vedere come la superficie fosse estremamente craterizzata,

molto differente rispetto alla “faccia” a noi familiare.

La sonda era molto più sofisticata delle precedenti, avendo al suo interno delle

videocamere che si affacciavano dall’oblò della parte superiore. L’interno della sonda

era chiuso a 0,23 atm e delle celle solari erano montate sulle pareti per fornire potenza

alle batterie interne alla sonda. Un primitivo sistema di condizionamento controllava

che la temperatura interna non oscillasse mai troppo lontano dai 25°C. Delle celle

fotoelettriche mantenevano l’orientamento reciproco con il Sole e la Luna.

Una volta lanciata e giunta in posizione, la

fotocellula “riconosceva” la giusta posizione e

faceva accendere la videocamera che iniziava a

scattare immagini. Successivamente il film veniva

sviluppato in automatico e scannerizzato tramite un

tubo fotomoltiplicatore con una

risoluzione di 1000 linee. A

questo punto era possibile

inviare il segnale a terra.

La sonda ebbe una serie di

problemi una volta lanciata, e le

17 immagini che inviò a Terra

furono solo una parte delle 29

scattate.

Le sonde “Lunik” La sonda Luna 9 fu la prima sonda ad atterrare dolcemente sulla luna e a

trasmettere immagini e dati sulla Terra il 3 febbraio 1966. Il sistema, una volta

atterrato nell’oceano delle Tempeste, si separò dall’apparato di volo, ed aprì i suoi

quattro “petali” stabilizzandosi. Tramite un sistema radiotelevisivo rotante iniziò a

riprendere attorno a sé per circa 8 ore.

Le sonde “Lunik” La sonda Luna 21, lanciata nel 1973, è importante per il rover lunare

(Lunokhod2) che trasportava con sé. Gli obiettivi primari della

missione erano collezionare immagini della superficie lunare,

esaminare il livello di luce ambientale per determinare la fattibilità di

un osservazione astronomica dalla Luna, mettere su un sistema di

puntamento laser dalla Terra (che è ancora oggi usato per misurare

la distanza Terra-Luna), osservare i raggi X solari, misurare il campo

magnetico locale, e studiare le proprietà meccaniche del materiale

superficiale lunare.

Il rover pesava circa 840 kg, era lungo 170 cm e procedeva su 8

ruote indipendenti a due velocità (1 e 2 km/h). Sopra di esso c’erano

3 videocamere ad alta risoluzione, di cui una dedicata alla

navigazione (il controllo era dato da Terra da una squadra di 5

persone). La potenza era fornita da un pannello solare che copriva

la strumentazione, mentre una batteria nucleare rappresentava la

fonte di calore che teneva il rover tiepido nella fredda notte lunare.

Oltre a ciò, erano presenti 4 fotocamere panoramiche, un tester per

misurare le proprietà meccaniche del suolo, uno spettrometro a

raggi X, un astrofotometro per misurare i livelli di radiazioni visibili e

UV, un magnetometro, un laser a rubino, uno specchio per raggi

laser, e un radiometro.

Una volta sceso sul suolo lunare, nel cratere LeMonnier, il rover

risalì la china e giunse sul posto in cui era atterrato il Luna20. Tra il

16 gennario e il 4 giugno il rover coprì la distanza di 37 km ,

fermandosi occasionalmente a ricaricare le batterie e ibernandosi la

notte.

La sonda Luna 24 fu l’ultima della

serie e la terza missione sovietica

a riportare sulla Terra campioni di

suolo lunare (170 g circa). Il tutto

avveniva in automatico, con una

trivella ed un sistema di raccolta in

capsule. Successivamente veniva

attivato un sistema di lancio dal

modulo di atterraggio.

Le sonde “Lunik”

Le sonde “Zond”

Lo Zond 3 fu lanciato dallo Sputnik (la piattaforma

messa in orbita dall’Unione Sovietica) nel 1965.

Era equipaggiato con una camera ed un sistema

radiotelevisivo. Passando sulla faccia nascosta della

luna, a distanze tra i 10000 e i 12000 km, scattò foto ad

alta qualità e filmò la superficie lunare per circa 68

minuti. Le foto furono trasmesse mentre si allontanava

e furono successivamente ritrasmesse per testare le

comunicazioni a distanza vicina a quella dell’orbita di

Marte.

La sonda montava anche degli spettrografi nell’UV e

nell’ IR, dei sensori di radiazioni e un radiotelescopio

“Houston, we have a problem!”

FINE