■ Il movimento di rotazione si compie intorno all'asse lunare nello stesso senso
della rotazione terrestre, cioè in senso antiorario per un osservatore che si trovasse al Polo nord celeste, con una velocità angolare media di circa 13 gradi al giorno; la durata di una rotazione completa della Luna è quindi di 27^d7^h43^m12^s, uguale a quella del moto di rivoluzione. Questo è il motivo per cui la Luna rivolge alla Terra sempre la stessa «faccia».

La rotazione della Luna non è perfettamente uniforme, perché la forma di questo corpo celeste è ellissoidale. L'attrazione che la Terra esercita sul rigonfiamento equatoriale in maggior misura che sulle zone polari della Luna provoca in essa delle oscillazioni di lieve entità, che vengono dette librazioni.

Dalla Terra noi vediamo che la Luna compie anche delle altre e più consistenti oscillazioni che, assieme alle precedenti, ci consentono di scorgere - nel tempo - un po' più della metà della sua superficie (quasi il 59%). Queste ultime sono però librazioni apparenti, cioè non appartengono alla Luna, ma derivano o dalle diverse posizioni che essa assume rispetto alla Terra.

Inoltre l'asse di rotazione della Luna forma un angolo di 6°41' con la perpendicolare a questo piano; quindi dalla Terra noi vediamo, nel corso della rivoluzione lunare, alternativamente il Polo nord e il Polo sud della Luna. Inoltre, a causa della diversa velocità con cui avviene la rivoluzione lunare nei vari punti dell'orbita, la rotazione della Luna, che è molto più regolare, si trova ora in anticipo e ora in ritardo rispetto al moto di rivoluzione.

■ Il movimento di rivoluzione della Luna si avviene in senso antiorario (immaginando di osservarlo dal Polo nord celeste) lungo un'orbita ellittica di cui la Terra occupa uno dei due fuochi. L'ellisse orbitale lunare è leggermente più eccentrica di quella terrestre, ma comunque approssimabile a una circonferenza. Nel corso della rivoluzione la Luna non si trova, quindi, sempre alla stessa distanza da noi: il punto più vicino alla Terra, detto perigeo, è a circa 356000 km dalla Terra e quello più lontano, chiamato apogeo, a circa 407000 km; la distanza media si aggira intorno ai 384000 km.   [La Luna sarà in Apogeo il 24 Giugno 2007 alle 14:25]

Il piano su cui giace l'orbita lunare non coincide con quello dell'orbita terrestre, ma è inclinato rispetto a quest’ultimo di circa  5°; quindi, l'orbita lunare interseca il piano dell'orbita terrestre in due punti che vengono detti nodi, mentre linea dei nodi viene chiamata la linea che unisce questi due punti, ossia la linea di intersezione fra i due piani orbitali, della Luna e della Terra.

La velocità con cui la Luna compie il suo moto di rivoluzione attorno alla Terra si aggira intorno a 1 km/s, ma naturalmente è maggiore in prossimità del perigeo e minore in prossimità dell'apogeo. Per la durata della rivoluzione bisogna, però, distinguere se essa viene riferita a una stella della Sfera celeste oppure all'allineamento Terra-Sole: nel primo caso si ha la cosiddetta rivoluzione siderea (o mese sidereo) che dura 27^d7^h43^m12^s, nel secondo la rivoluzione sinodica (o mese sinodico o lunazione) che dura 29^d12^h44^m3^s. Il motivo di questa differenza, che è circa due giorni, risulta chiaro se si osserva la figura ,6. In sostanza essa è dovuta al fatto che quando la ha terminato di compiere una effettiva rivoluzione attorno alla Terra (rivoluzione siderea), quest'ultima non trova più nello stesso punto, essendosi spostata intorno al Sole di un angolo di circa 27°; perciò, per ripresentarsi di nuovo nella stessa posizione di partenza rispetto l'allineamento Terra-Sole (rivoluzione sinodica), la Luna dovrà percorrere un tratto supplementare della sua orbita corrispondente a circa 1/13 di essa.

Esaminando gli spostamenti della Luna rispetto alla Terra, per giungere ad una determinazione precisa si deve tener conto delle reciproche influenze gravitazionali fra questi due corpi celesti; e così si comprende come in realtà la Luna e la Terra si muovano entrambe intorno ad un punto comune, cioè intorno al centro massa del sistema che esse costituiscono. A causa della maggiore massa della Terra rispetto a quella la Luna, questo baricentro si trova però nell'interno della Terra, perciò si usa affermare che la Luna gira attorno alla Terra. E tuttavia il fatto che il baricentro del sistema Terra-Luna è ad una certa distanza dal centro della Terra non può essere completamente trascurato in quanto determina degli effetti sul fenomeno delle maree, dovute - oltre che all'attrazione gravitazionale della Luna e del Sole - alla forza centrifuga connessa, appunto, al moto di rivoluzione del sistema Terra-Luna attorno al baricentro comune.

■ Il movimento di traslazione consiste nel movimento del sistema Terra-Luna attorno al Sole che si effettua nello stesso senso e con la stessa velocità angolare con cui la Terra compie il suo moto di rivoluzione. Considerando questo movimento rispetto al Sole, la curva descritta dalla Luna nello spazio si complica notevolmente e non può essere rappresentata da un'ellisse regolare.

La traiettoria lunare riferita al Sole è una specie di ovale deformata che taglia l'orbita terrestre 24 o 25 volte, scostandosene leggermente ora verso l'esterno ora verso l'interno, come si vede nella figura 4.8. Essa viene chiamata epicicloide e presenta la caratteristica non comune di rivolgere la sua concavità sempre dalla parte del Sole: la Luna è infatti l'unico «satellite» del Sistema solare la cui orbita è sempre concava verso il Sole, analogamente a quelle dei pianeti. Questo è un motivo in più per considerare la Luna come un «pianeta».

■ Accanto ai movimenti principali finora descritti, esistono numerosi altri moti della Luna, che si compiono simultaneamente ai precedenti, ma sono molto più lenti; alcuni di essi consistono in perturbazioni dovute all'azione attrattiva del Sole, che rendono molto complicata la rivoluzione della Luna. Tra i più importanti, per gli effetti che ne derivano anche al nostro pianeta, è da considerare il moto di regressione della linea dei nodi: come si può capire dalla figura 4.9., la linea di intersezione fra il piano dell'orbita lunare e il piano dell'orbita terrestre non rimane fissa nello spazio, ma si va spostando continuamente, ossia ruota in senso orario con un periodo di circa 18,6 anni, che corrisponde al periodo delle nutazioni dell'asse terrestre di cui è appunto responsabile la regressione della linea dei nodi, come pure della ciclicità delle eclissi.

Pure all'azione attrattiva del Sole è legata la rotazione dell'asse maggiore dell'orbita lunare: la linea che congiunge il perigeo con l'apogeo ruota in senso antiorario, compiendo un giro completo in 8,85 anni.

 
■ Infine, assieme alla Terra, la Luna ovviamente partecipa al moto che il Sole e tutti i corpi del Sistema solare compiono verso la Costellazione d’Ercole, alla rotazione della nostra Galassia e, più microscopicamente, all'espansione dell'Universo.

Le fasi lunari

Le condizioni d’illuminazione della Luna non sono sempre le stesse: la «faccia» rivolta verso la Terra si presenta ora illuminata completamente, ora solo parzialmente, ora del tutto oscura. Questi diversi aspetti, che chiamiamo fasi lunari, si ripetono però con la stessa successione ogni mese sinodico e sono dovuti alle varie posizioni che la Luna assume non solo rispetto alla Terra, ma anche rispetto al Sole che la illumina. Per comprendere il fenomeno, possiamo schematizzare le posizioni relative della Luna, della Terra e del Sole durante una rivoluzione sinodica, come illustrato in figura, dove sono mostrate le fasi lunari più caratteristiche.

 Quando la Luna si trova in congiunzione, ossia dalla stessa parte del Sole (rispetto alla Terra), l'emisfero che essai rivolge verso di noi non viene colpito dai raggi solari e quindi risulta oscuro: abbiamo allora 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 anche sizigie.

Altre due posizioni sono 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 rette. 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. Naturalmente fra queste quattro fasi principali, che sono separate tra loro da intervalli di 7^d9^h11^m (1/4 del mese sinodico), si hanno tutte le possibili condizioni di illuminazione intermedie.

Osservando la Luna durante il novilunio e nei giorni immediatamente vicini a questa fase, possiamo notare che anche la parte oscura del disco lunare è rischiarata da un debole chiarore grigiastro, da una luce cinerea. Ovviamente non può trattarsi di luce che arriva alla Luna direttamente dal Sole; sono i raggi solari che colpiscono la Terra ad essere riflessi da questa verso la Luna la quale, per un ulteriore fenomeno di riflessione, li rimanda - ormai molto attenuati - verso di noi.

Le fasi lunari non si ripetono sempre alla stessa data, anzi questa ricorrenza si verifica soltanto ogni circa 19 anni, che è il cosiddetto ciclo aureo. Il ciclo aureo consente di stabilire la data di un plenilunio (o di un novilunio) passato o futuro e permette anche di prevedere la data della Pasqua, la quale viene celebrata sempre la prima domenica immediatamente seguente il plenilunio che si verifica dopo l'equinozio di primavera (21 marzo).

Le Eclissi

La Terra e la Luna possono esse considerate - alla pari di tutti gli altri pianeti e satelliti - come «corpi opachi di forma quasi sferica». Pertanto essi vengono illuminati soltanto sull'emisfero rivolto verso il Sole, mentre dalla parte opposta inviano nello spazio dei coni d'ombra la cui ampiezza dipende non solo dalle dimensioni della Terra e della Luna e da quelle del Sole (che sono costanti), ma anche dalle distanze (variabili) alle quali i due corpi si trovano rispetto al Sole.

Le posizioni di sizigie della Luna sono condizioni necessarie ma non sufficienti affinché il Sole, la Terra e la Luna si trovino realmente sulla stessa linea retta; infatti i piani dell'orbita lunare e dell'orbita terrestre non sono coincidenti, bensì inclinati l'uno rispetto all'altro di 5°09’; quindi l'allineamento si può attuare soltanto lungo la linea dei nodi. Perciò le eclissi si verificano soltanto quando, oltre ad essere in fase di plenilunio o di novilunio, la Luna viene a trovarsi in uno dei nodi o nelle vicinanze: nel primo caso si hanno le eclissi totali, nel secondo le eclissi parziali.

■ Le eclissi di Luna possono essere totali anche quando la Luna - nella fase di plenilunio - non si trova esattamente in uno dei nodi, ma in prossimità di esso; infatti anche in questo caso è possibile che essa passi completamente dentro il cono d'ombra della Terra, il quale si presenta notevolmente ampio rispetto alle dimensioni della Luna.

Nelle eclissi di Luna parziali l'oscuramento può essere prodotto, oltreché da una parte del cono d'ombra, anche dalla zona di penombra che si allarga a ventaglio dietro la Terra; in questo caso, però, si può parlare di vera eclisse soltanto se la Luna è interessata dalla penombra per almeno i 3/4 della sua superficie.

■ Le eclissi di Sole si verificano quando la Luna si trova in uno dei nodi durante il novilunio, ma a causa delle grandi dimensioni del Sole e della limitata estensione del cono d'ombra della Luna quelle totali interessano zone piuttosto ristrette della superficie terrestre. Queste stesse eclissi sono, però, osservabili come parziali da tutti i luoghi della Terra che vengono investiti dalla penombra.

Tra le eclissi di Sole, presentano un interesse particolare le eclissi anulari, che si verificano - sempre in novilunio - quando la Luna si trova in uno dei nodi e contemporaneamente all’apogeo. In queste condizioni il cono d'ombra della Luna non giunge a toccare la superficie terrestre e quindi essa non riesce ad occultare completamente il disco solare, del quale si può vedere la parte periferica a forma d’anello luminoso.

Poiché nelle eclissi solari è l'ombra della Luna che produce l'occultamento del Sole e quest’ombra si va spostando velocemente con il muoversi della Luna sulla sua orbita, da un determinato punto della Terra l'eclisse può essere osservata per un periodo di tempo piuttosto breve (circa 7^m). La durata del fenomeno può raggiungere complessivamente le 4 ore circa, dal momento in cui l'eclisse solare incomincia a vedersi da un certo luogo fino a quando non si può più osservare da nessun punto della superficie terrestre.

L’Origine della Luna

Come per la genesi dell'Universo e del Sistema solare, anche sull'origine e sull'evoluzione della Luna - o, meglio, del sistema Terra-Luna - sono state avanzate numerose ipotesi e sono state formulate diverse teorie. Alcune di esse perdono di credibilità col tempo, altre vengono avvalorate e perfezionate, a mano a mano che si arricchiscono le nostre conoscenze sulle condizioni attuali di questo corpo celeste e degli altri componenti del nostro Sistema solare.
Le principali ipotesi sulla nascita della Luna sono di: Fissione, Cattura, Accrescimento, Impatto.



■ L’ipostesi della fissione fu formulata da George Darwin (figlio del grande naturalista Charles Darwin) già nel XIX secolo. Nella sua versione originaria, questa ipotesi della fissione presupponeva che un tempo la Terra si trovasse allo stato fuso e ruotasse su se stessa molto velocemente. In tali condizioni essa avrebbe potuto scindersi in due a causa di oscillazioni sempre più ampie  che si andavano sommando l'uno all'altra rinforzandosi progressivamente, fino a che una grossa «goccia» di materiale fuso si sarebbe staccata dalla Terra e avrebbe formato la Luna. Quando fu enunciata, l'idea di Darwin riscosse moltissime adesioni negli ambienti scientifici, ma ben presto fu sottoposta ad obiezioni e critiche per i molti punti poco chiari o inspiegabili; finché venne abbandonata, almeno nella sua formulazione originaria, quando si dimostrò con i calcoli che le resistenze di attrito nell'ipotetico materiale fuso terrestre non avrebbero consentito un distacco.

Una versione più moderna della teoria della fissione sostiene che l'origine dell'instabilità rotazionale della Terra, responsabile del distacco della Luna sarebbe stata nel processo di formazione del nucleo terrestre. Cosicché, quando il materiale più pesante - in particolare il ferro - si concentrò verso il centro della Terra, questa aumentò la propria velocità di rotazione, fino a modificare la propria forma da quella di uno sferoide schiacciato a quella di una «pera»; finché il collo della pera si sarebbe rotto, producendo così la formazione della Luna primitiva.

■ Secondo le ipotesi della cattura, un tempo la Luna era un corpo indipendente che si muoveva liberamente nell'ambito del Sistema solare; ad un certo momento essa sarebbe giunta tanto vicino alla Terra da esserne attratta e messa in rotazione su un'orbita ellittica.

La Luna però, al contrario delle sonde spaziali, non possiede razzi frenanti; secondo i sostenitori della teoria della cattura l'effetto frenante, che avrebbe evitato lo scontro con la Terra, sarebbe da individuare nel fatto che la Luna avvicinandosi alla Terra avrebbe subito numerose collisioni con materiale già orbitante attorno al nostro pianeta.

Il fenomeno della cattura richiede un avvicinamento della Luna alla Terra con una velocità relativa inferiore ad un kilometro al secondo e fino a una distanza non maggiore di due raggi terrestri dalla superficie della Terra. Oltre questa si avrebbe avuto la frantumazione della Luna. Per superare questa difficoltà si può pensare che ci sia stata soltanto una disgregazione parziale, limitata ad uno strato superficiale della Luna; i grossi frammenti così originatisi potrebbero essere poi ricaduti sulla Luna.

■ Secondo l’ipotesi dell'accrescimento, la Luna si sarebbe formata, dopo la Terra, dalla riunione di materiali diversi (frammenti di corpi celesti, particelle, polveri) che un tempo erano in orbita attorno al nostro pianeta.

L'idea della genesi per accrescimento non esclude un eventuale fenomeno di cattura. Difatti, la Luna potrebbe essersi formata per accrescimento da materiali localizzati fuori del campo gravitazionale terrestre, e potrebbe essere stata catturata dalla Terra in un secondo momento.

■ Secondo l’ipotesi dell'impatto gigante, la nascita della Luna sarebbe stato un evento catastrofico, ossia alla violentissima collisione - oggi estremamente improbabile - che sarebbe avvenuta tra la Terra ancora in formazione ed uno o più corpi di grosse dimensioni («planetesimali») la cui orbita incrociava quella terrestre.

Per gli attuali, numerosi sostenitori di questa suggestiva teoria, circa 4,5 miliardi di anni fa - durante la fase finale di accrezione dei pianeti interni del Sistema solare -un planetesimale delle dimensioni di Marte sarebbe entrato in collisione con la Terra. I due corpi dovevano già avere un nucleo metallico avvolto da un mantello di materiale meno denso. 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 ben presto alla Terra, mentre gran parte del materiale finito in orbita si riaggregò in un nuovo corpo di grandi dimensioni: la Luna.

 In merito a tutte queste ipotesi, ed in particolare alle più recenti, si deve sottolineare che è ancora presto per dare una risposta precisa, considerando che su alcuni punti c'è una certa concordanza di vedute fra gli studiosi: ad esempio, numerosi ricercatori sostengono ormai che la Luna debba essere considerata per molti motivi come un vero e proprio pianeta e che in passato essa debba essersi trovata a una distanza dalla Terra molto minore di quella attuale, anche se non ridottissima.

La Luna dovrebbe continuare ad allontanarsi dalla Terra fino a quando avrà raggiunto una distanza pari a circa 75 raggi terrestri. A quel punto la situazione dovrebbe stabilizzarsi, ma potrebbe anche succedere che - per effetto dell'azione gravitazionale del Sole sul sistema Terra-Luna - la Luna incominciasse a riavvicinarsi al nostro pianeta.

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