LA LUNA: COSI' VICINA, COSI' MISTERIOSA

di Alessandro Dimai

 

C'è tanta solitudine in quell'oro.
La luna delle notti non è la luna
che vide il primo Adamo.
I lunghi secoli della veglia umana
l'hanno colmata di antico pianto.
Guardala. È il tuo specchio.

Oe No Chisato: Kokinshu, (905 d.C)

 

Quante volte volgiamo gli occhi al cielo, di giorno o di notte, ed il nostro frettoloso sguardo solo distrattamente nota la mutevole presenza della Luna. Ancora più raramente nasce in noi il desiderio di comprenderne i “segreti” nascosti: i particolari della sua superficie, la sua origine, il perché delle fasi e del suo moto in cielo, sempre diverso giorno dopo giorno, mese dopo mese. Eppure la Luna è il corpo celeste a noi più vicino, quello che conosciamo meglio di tutti e che possiamo osservare anche da terra con maggior dettaglio. Ma allora perché questo disinteresse per la Luna, che pur ha ispirato e fatto sognare decine e centinaia di generazioni precedenti alla nostra? Forse per la nostra presunzione, noi generazione della “conquista” della Luna e delle missioni Apollo, di conoscere ormai tutto del nostro satellite naturale. Ma pochi chilometri di camminate sulla superficie selenica da parte di dodici astronauti ed alcune pietre trasportate a terra non possono dire tutto sulla storia e l’attuale stato di un oggetto di quasi 3500 km di diametro (non un sasso quindi), la cui superficie equivale all’incirca a quella di tutto il continente asiatico. La Luna è l'unico satellite naturale della Terra e l’accompagna nel suo moto attorno al Sole sin dai tempi più remoti. La Luna, naturalmente, è conosciuta fin dai tempi preistorici ed è stata rappresentata, stilizzata e divinizzata da tutte le culture.  In queste righe alcune notizie per aiutarci a comprendere meglio il nostro “vicino di casa”, per incuriosirci e stimolarci ad osservarlo con più attenzione e rispetto; anche un semplice binocolo potrà riservarci gradite sorprese.

La Luna ripresa all'Osservatorio del Col Drusciè

 

La Luna nel mito e nelle culture popolari

La Luna è protagonista in molte mitologie e credenze popolari. Le numerose divinità lunari sono spesso femminili, come le dee greche Selene e Artemide, e le loro equivalenti romane, Luna e Diana. Ma si possono trovare anche divinità maschili correlate alla Luna, come Nanna o Sin tra i Mesopotamici, Thoth tra gli antichi Egizi o il dio giapponese Susanowo. Presso la religione induista, un aneddoto mitologico avente come protagonista Ganesha (la divinità dalla testa d'elefante) spiega l'origine delle fasi lunari (v. Ganesha e la Luna). Parole come lunatico sono derivate dalla Luna per la credenza popolare che essa sia una causa di pazzia periodica. La Luna trova anche ampio spazio nel mondo islamico, che la utilizza come base del proprio calendario.  Ampio rilievo occupa la Luna nelle credenze popolari: per i pescatori, ad esempio, che pescano sempre nelle notti di Luna Piena perché credono che questa attiri i pesci in superficie, oppure tra i contadini, che sostengono che il mosto vada messo nelle botti in novilunio, per farlo diventare vino. Gli agricoltori seminano sempre con la Luna crescente, perché pare che le piante crescano più velocemente. Tradizioni, credenze popolari e scienza cercano ancora un punto d’incontro per tentare di comprendere i misteriosi influssi della Luna sulla vita di tutti i giorni.

 

L’orbita

La Luna è il secondo oggetto più luminoso nel cielo dopo il Sole e di questo riflette parte della luce che riceve. 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. La Luna sembra compiere un giro della sfera celeste in circa 27,3 giorni se osservata da Terra. Questo periodo si chiama "mese siderale" e rappresenta il periodo orbitale della Luna attorno alla Terra. 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. In un mese siderale, infatti, la Terra si sposta di circa 0.985 gradi al giorno x (27.321 giorni) = 26,91 gradi lungo la sua orbita attorno al Sole. La Luna si muove alla velocità di circa 13,17 gradi al giorno. Così per tornare alla stessa posizione relativa Terra-Luna-Sole, la Luna deve viaggiare ancora 26,91/13,17 = 2,043 giorni. Questo significa che da una fase lunare alla successiva, un mese dopo, l'intervallo trascorso è di 27,321 + 2,043 = 29,365 giorni. Ciò spiega quasi tutto il mese sinodico. Il resto della differenza è dovuto al fatto che entrambe le orbite (lunare e terrestre) sono ellittiche e non circolari.

 

Interazione tra Terra e Luna

Poiché il periodo di rotazione della Luna è esattamente uguale al suo periodo orbitale, noi vediamo sempre la stessa faccia della Luna, rivolta verso la Terra. Questa sincronia è il risultato della frizione gravitazionale che ha rallentato la rotazione della Luna nella sua storia iniziale. A causa di queste forze, dette di marea, anche la rotazione della Terra viene gradualmente rallentata (di circa 1,5 millisecondi al secolo), mentre la Luna si allontana lentamente dal nostro pianeta al ritmo di 3,8 centimetri all'anno. La Terra e la Luna orbitano attorno ad un centro di massa comune, che si trova ad una distanza di circa 4.700 chilometri dal centro della Terra. Poiché questo centro si trova dentro alla massa terrestre, il moto della Terra è meglio descritto come un'oscillazione. Viste dal Polo Nord della Terra, le rotazioni dei due corpi celesti, l'orbita della Luna attorno alla Terra e l'orbita di questa attorno al Sole sono tutte in senso antiorario. Rispetto agli altri satelliti del sistema solare, il diametro della Luna è eccezionalmente grande se confrontato con quello del pianeta attorno a cui orbita, tanto che il sistema Terra-Luna può essere  considerato quasi un pianeta doppio ("quasi" perché il centro di gravità del sistema Terra-Luna è comunque di poco all'interno della Terra). In genere, satelliti di dimensioni a lei comparabili orbitano attorno ai giganti gassosi (Giove, Saturno), mentre i pianeti più affini alla Terra o non hanno satelliti (Venere) o ne hanno di minuscoli (Marte). Il piano dell'orbita della Luna è inclinato di 5 gradi rispetto a quello dell'orbita della Terra intorno al Sole (il piano dell'eclittica). I punti dove l'orbita lunare interseca l'eclittica sono chiamati  "nodi" lunari. Le eclissi solari accadono quando un nodo coincide con una Luna Nuova; le eclissi lunari quando coincide con una Luna Piena. Esse si ripetono con cicli di 18 anni e 10 giorni, detti Saros (vedi pag. 4).

La falcetta di Luna di un giorno e la "luce cinerea" (foto Siro Busini - Egitto 2006) 

La superficie e la composizione chimica

La crosta della Luna ha uno spessore medio di 68 km e varia dalle poche centinaia di metri sotto il Mare Crisium ai 107 km a nord del cratere Korolev, sulla faccia nascosta (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 si trova 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. Essi coprono quasi il 16% della superficie della Luna e 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 nomi Russi, visto che le prime immagini furono raccolte dalla sonda Luna 3). Le ere geologiche della Luna vengono definite in base alla datazione di alcuni crateri che hanno avuto un effetto significativo sulla sua storia. Oltre alle formazioni familiari sulla faccia interna, la Luna presenta due 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. Più di 4,5 miliardi di anni fa, la superficie della Luna era un oceano di magma liquido. Gli scienziati pensano che uno dei componenti delle rocce lunari (detto KREEP, acronimo dell'espressione inglese K (potassio), Rare Earth Elements (terre rare), e P (fosforo), rappresenti l'ultimo resto del magma originario. Il KREEP è composto da ciò che gli scienziati chiamano "elementi incompatibili": sono elementi che non possono entrare a far parte delle strutture dei cristalli, e che quindi sono lasciati inutilizzati, alla superficie del magma. Per i ricercatori, il KREEP è un marcatore utile, per determinare la storia del vulcanismo lunare e tracciare la cronologia degli impatti da parte di comete e altri oggetti celesti La crosta lunare è composta da una varietà di elementi primari: uranio, torio, potassio, ossigeno, silicio, magnesio, ferro, titanio, calcio, alluminio e idrogeno. 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 delle rocce lunari. Ancor oggi, più di trent'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. La Luna, per gran parte della sua storia antica, è stata bombardata da asteroidi e comete, molte delle quali ricche d'acqua. L'energia della luce solare divide la maggior parte di quest'acqua nei suoi elementi costituenti, idrogeno ed ossigeno, che si disperde immediatamente nello spazio. È stato però ipotizzato che quantità significative di acqua possano rimanere sulla Luna, sulla superficie, o inglobate nella crosta. I risultati della sonda Clementine suggerirono che nelle zone permanentemente in ombra della crosta si possano trovare piccole zone ghiacciate, che non hanno occasione di sciogliersi. Anche se queste zone sono probabilmente ridotte, la quantità d'acqua totale potrebbe essere notevole: un miliardo di metri cubi, all'incirca il volume del lago Erie. Alcune molecole d'acqua, inoltre, potrebbero essere direttamente approdate alla superficie e rimaste intrappolate dentro i crateri dei poli lunari. A causa della modesta inclinazione dell'asse di rotazione lunare (solo 1,5°), alcuni dei crateri polari più profondi non ricevono mai luce dal Sole, rimanendo sempre in ombra. È’ in questi crateri che gli scienziati si aspettano di trovare acqua, sempre che ce ne sia. Se fosse trovata, l'acqua (sotto forma di ghiaccio) può essere estratta e quindi divisa in idrogeno ed ossigeno da generatori ad energia solare. La presenza di quantità utilizzabili di acqua sulla Luna potrebbe essere un fattore importante nel rendere possibile la sua colonizzazione, perché il trasporto dalla Terra sarebbe estremamente costoso.

Il nostro satellite durante un'eclisse totale di Luna (foto Roberto Zaetta)

 

L’origine della Luna

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, che sosteneva che la Luna si fosse 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, però, 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 sarebbe scontrata con un oggetto molto grande (come Marte o più) quando quest'ultima era ancora calda, nella prima fase della sua formazione (tale asteroide è chiamato a volte Theia). Il materiale scaturito dall'impatto rimase in orbita intorno alla Terra e per effetto della forza gravitazionale si riunì formando la Luna. Detta comunemente la Teoria dell'Impatto Gigante, conta su simulazioni pubblicate nell'agosto 2001 che la supportano. Una conferma di questa tesi deriva dal fatto che la composizione della Luna è pressoché identica a quella del mantello terrestre privato degli elementi più leggeri, evaporati per la mancanza di un'atmosfera e della forza gravitazionale necessarie per trattenerli. Inoltre, l'inclinazione dell'orbita della Luna rende piuttosto improbabili le teorie secondo cui la Luna si formò insieme alla Terra o fu catturata in seguito.

 

Osservazione della Luna

Grazie a quella che sembra essere una straordinaria coincidenza, la grandezza apparente della Luna (vista dalla Terra) è quasi esattamente uguale a quella del Sole, rendendo così possibili eclissi solari che lasciano però visibile la corona ad occhio nudo. La Luna (e anche il Sole) sembra più grande quando è vicina all'orizzonte. Questa è un'illusione ottica provocata dall'effetto psicologico della diversa percezione delle distanze verso l'alto e in orizzontale. In realtà, la rifrazione atmosferica e la distanza leggermente maggiore rendono l'immagine della Luna un poco più piccola all'orizzonte rispetto al resto del cielo. Varie aree chiare e scure creano immagini che sono interpretate nelle diverse culture come “l'Uomo della Luna”, oppure il “coniglio”, il “bufalo”, e altre. Al telescopio si possono riconoscere catene di montagne e crateri. Le pianure, scure e relativamente spoglie di dettagli, sono chiamate mari lunari, oppure “maria” in Latino, perché erano credute distese d'acqua dagli astronomi antichi. Le parti più chiare ed elevate sono chiamate terre, o “terrae”. Durante le lune piene più brillanti, lo splendore della Luna raggiunge una magnitudine apparente di circa -12,6, riflettendo circa il 12% della luce che riceve dal Sole. Per confronto, il Sole ha una magnitudine apparente -26,8 mentre Sirio, la stella più brillante, solo -1,4.

 

L'esplorazione della Luna

La faccia lontana della Luna è stata vista per la prima volta il 7 ottobre 1959, quando la sonda sovietica Luna 3 fu messa in orbita attorno al nostro satellite. Gli esseri umani sono atterrati sulla Luna il 20 luglio 1969, all'apice di una gara spaziale tra URSS e Stati Uniti d'America, ispirata dalla guerra fredda. Il primo astronauta a camminare sulla superficie lunare fu Neil Armstrong, comandante dell'Apollo 11. L'ultimo fu Eugene Cernan, che durante la missione Apollo 17 camminò sulla Luna nel dicembre 1972. L'equipaggio dell'Apollo 11 lasciò una targa di acciaio inossidabile, per commemorare lo sbarco e lasciare informazioni sulla visita ad ogni altro essere, umano o meno, che la trovi. Sulla targa c'è scritto:

“Here men from the Planet Earth first set foot upon the moon, July 1969, A.D.
We came in peace for all mankind.”

“Qui, uomini dal pianeta Terra posero piede sulla Luna per la prima volta, Luglio 1969 DC
Siamo venuti in pace, per tutta l'umanità.”

La targa raffigura i due emisferi del pianeta Terra, ed è firmata dai tre astronauti e dall'allora Presidente statunitense Richard Nixon. In totale gli sbarchi sulla Luna delle missioni Apollo furono 6 (Apollo 11, 12, 14, 15, 16 e 17), per un totale di 12 astronauti discesi sul nostro satellite; la missione Apollo 13 non atterrò sulla Luna a causa di un incidente durante il volo, e le restanti previste missioni Apollo 18,19 e 20 furono annullate per problemi di costo. Dopo gli sbarchi del Programma Apollo, nessun essere umano ha più camminato sulla Luna. Gli americani persero interesse, i sovietici continuarono con sonde automatiche (tra cui le Lunakhod), che riportarono anche campioni di suolo sulla Terra. Le altre nazioni non avevano le risorse necessarie, e le due superpotenze non vedevano un vantaggio tale nell'esplorazione da giustificarne gli altissimi costi. L'Agenzia Spaziale Europea e la Repubblica Popolare Cinese hanno entrambe piani per esplorare la Luna, la prima mediante sonde e la seconda, stando a notizie recenti, con un programma di esplorazione umana. Di recente la sonda spaziale SMART-1, lanciata il 27 settembre 2003, è arrivata nei pressi della Luna all'inizio del 2005 (il motivo di un tempo così lungo è da ricercarsi nel suo motore a ioni, un nuovo tipo di propulsore spaziale molto economico ma piuttosto lento). Smart 1 effettuerà una ricognizione completa della Luna e produrrà una mappa a raggi X della sua superficie.  La Cina, oltre all'esplorazione umana, sta considerando la possibilità di sfruttare mineralogicamente il nostro satellite, in particolare per l'isotopo Elio-3, da usare come fonte d'energia sulla Terra. 
La nostra generazione riuscirà forse a vedere il ritorno dell’uomo sulla Luna, anche se le motivazioni non saranno più le stesse rispetto a quelle dei primi sbarchi degli anni ‘60 e ‘70.

 

Cortina Astronomica 2007

altre foto della Luna