E' l'unico satellite naturale della Terra. Ha diametro di 3476 km, poco più un quarto di quello della Terra, e massa pari a un ottantunesimo di quella terrestre. La densità media e l'accelerazione di gravità sono quindi, rispettivamente, tre quinti e un sesto di quelle del nostro pianeta. La Luna non possiede atmosfera e sulla sua superficie non vi è traccia di acqua allo stato liquido.
Alla superficie, la temperatura della Luna varia tra un massimo di 127 °C al mezzogiorno lunare e un minimo di -173 °C subito prima del tramonto del Sole.
Osservato dalla Terra, il nostro satellite mostra alcune regioni scure che fin dall’antichità vengono denominate mari; si tratta di ampie distese di polveri finissime.
Una gran quantità di dettagli è stata rivelata dalle osservazioni al telescopio e dall'analisi delle immagini riprese dalle moderne sonde spaziali. Le caratteristiche visibili della superficie lunare comprendono crateri, catene montuose, pianure, scarpate e canali. Il cratere più grande, il Bailly, ha diametro di circa 295 km ed è profondo 3960 m, mentre il mare più largo è il Mare Imbrium (mare delle Tempeste), largo circa 1200 km. Le montagne più alte, nelle catene Leibnitz e Doerfel, in prossimità del polo sud lunare, hanno picchi che raggiungono i 6100 m di altezza, confrontabili con quelli della catena dell'Himalaya. I più piccoli crateri visibili con i telescopi sono di circa 1,6 km di diametro.
L'origine dei crateri lunari fu a lungo oggetto di discussione; le teorie moderne indicano che quasi tutti si formarono a causa degli impatti violenti di velocissime meteoriti o di piccoli asteroidi, avvenuti, nella maggior parte dei casi, nel corso delle prime fasi della formazione della Luna. Alcuni crateri, canali e picchi conici mostrano invece caratteristiche inequivocabili della loro origine vulcanica.
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Prima dell'era moderna delle esplorazioni spaziali, gli scienziati proposero tre teorie principali riguardo all'origine della Luna: fissione dalla Terra, secondo la quale il satellite si staccò dalla Terra quando questa si era appena formata; formazione indipendente in orbita terrestre per condensazione a partire dalla nebulosa solare primordiale; e formazione lontano dal nostro pianeta con conseguente cattura. A partire dal 1975 lo studio delle rocce lunari e delle fotografie scattate sulla superficie del satellite avvalorarono una nuova ipotesi secondo cui quest'ultimo si sarebbe formato per accumulo di planetoidi.
Impatto di planetoidi Pubblicata per la prima volta nel 1975, questa teoria sostiene che all'inizio del processo di formazione, almeno 4 miliardi di anni fa, il nostro pianeta venne colpito da un corpo di dimensioni paragonabili a quelle di Marte, detto planetoide. L'impatto catastrofico distrusse sia il corpo sia una parte del nostro pianeta e i detriti, entrati in orbita, si fusero formando la Luna. L'aspetto più debole della teoria dell'impatto di planetoidi è nel fatto che essa implica che la Terra si sia fusa dopo l'impatto, mentre la geochimica terrestre non sembra indicare un processo così radicale.
[align=center]ESPLORAZIONE DELLA LUNA[/align]
Le osservazioni telescopiche del nostro satellite, condotte tra il XIX e il XX secolo, portarono a una conoscenza piuttosto dettagliata della sua faccia visibile. L'emisfero nascosto, fino ad allora inosservato, venne fotografato per la prima volta nell'ottobre del 1959 dalla sonda sovietica Lunik III. Le immagini mostrarono che esso è simile a quello visibile, eccetto per il fatto che non vi sono mari, e che i crateri coprono l'intera superficie lunare, variando in dimensione da giganteschi a microscopici. Le fotografie scattate negli anni 1964 e 1965 dalle sonde statunitensi Rangers 7, 8 e 9 e Orbiters 1 e 2 confermarono queste osservazioni. La Luna ha complessivamente circa tremila miliardi di crateri con diametro maggiore di 1 m.
Negli anni Sessanta, le missioni delle sonde statunitensi Surveyor e di quelle sovietiche Lunik consentirono la misura diretta delle proprietà fisiche e chimiche del nostro satellite. Nel luglio 1969, durante l'allunaggio dell'Apollo 11 (vedi Esplorazione dello spazio), vennero scattate migliaia di fotografie e prelevati campioni del suolo lunare. Gli astronauti dell'Apollo installarono sofisticati strumenti per misurare le condizioni di temperatura e di pressione, per determinare il flusso di calore proveniente dall'interno del corpo del satellite e per analizzare le molecole e gli ioni che giungono sulla sua superficie (vedi Fasce di radiazione). Furono raccolti e inviati a Terra anche dati sul campo magnetico e gravitazionale della Luna, sull'entità delle vibrazioni sismiche della superficie prodotte dai cosiddetti lunamoti (i “terremoti” lunari) e sull'effetto degli impatti di meteoriti. Infine, per mezzo di fasci laser, venne misurata con grande precisione la distanza Terra-Luna.
Dalla misura dell'età delle rocce lunari, si scoprì che la Luna ha circa 4,6 miliardi di anni, cioè più o meno la stessa età della Terra e presumibilmente del resto del sistema solare. Le rocce dei mari lunari si formarono per solidificazione di rocce fuse tra 3,16 e 3,96 miliardi di anni fa. Sono simili ai basalti terrestri, un tipo di roccia vulcanica estremamente diffuso sul nostro pianeta. Gli altipiani lunari (o continenti), invece, si formarono probabilmente da un tipo di roccia ignea meno densa, detta anortite, che consiste quasi interamente di un minerale chiamato plagioclasio. Altri importanti campioni lunari comprendono i vetri, le brecce (complessi miscugli di frammenti di roccia tenuti insieme dall'effetto del calore o della pressione) e le regoliti (sottili frammenti di roccia prodotti miliardi di anni fa dal bombardamento di meteoriti).
Il campo magnetico della Luna è meno intenso ed esteso di quello terrestre. Alcune rocce lunari sono debolmente magnetiche e ciò indica che esse si solidificarono in presenza di un campo magnetico più intenso di quello attuale. Le misure suggeriscono che la temperatura interna della Luna raggiunga i 1600 °C, un valore che supera il punto di fusione della maggior parte delle rocce lunari. L'evidenza sperimentale di eventi sismici lascia pensare, inoltre, che alcune zone vicine al centro del satellite possano essere composte da materiali allo stato liquido.
I sismografi installati sulla superficie lunare hanno registrato segnali che indicano l'impatto di 70/150 meteoriti con masse comprese tra 100 g e 1000 kg ogni anno. La Luna è ancora bombardata dallo spazio, benché meno intensamente che nel passato e ciò può rappresentare un problema per l'eventuale installazione di basi permanenti sul suo suolo. La superficie lunare è coperta da uno strato di pietrisco che, nelle regioni dei mari, è probabilmente profondo parecchi chilometri. Si pensa che anch'esso si sia formato per l'impatto di meteoriti.
L'atmosfera della Luna è meno densa del miglior vuoto ottenibile nei laboratori. Tutti e sei gli equipaggi che approdarono sul suolo lunare (durante le missioni Apollo 11, 12, 14, 15, 16 e 17) riportarono a Terra campioni di rocce, per un peso complessivo di 384 kg. Solo nell'ultima missione, quella dell'Apollo 17, vi era a bordo un geologo, H.H. Schmitt. Egli trascorse 22 ore esplorando la regione della valle Taurus-Littrow, e percorse 35 km con un fuoristrada. L'analisi accurata dei dati e delle rocce ricavati dalle missioni lunari continua ancora oggi.
A seconda della posizione lungo la propria orbita la Luna è vista da ogni località della Terra con angolazioni diverse, e così la sua superficie appare completamente, parzialmente o per niente illuminata dalla luce solare diretta.
Partendo infatti dalla fase di Luna Nuova essa inizia a mostrare la classica falce che cresce ogni giorno sino a diventare un disco nella fase di Luna Piena, per cominciare quindi a decrescere successivamente sino ad annullarsi nuovamente in una Luna Nuova.
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L'intero ciclo delle fasi lunari, praticamente l'intervallo di tempo compreso fra due fasi uguali, dura circa 29,5 giorni è viene chiamato anche periodo sinodico o lunazione. Esso si compone di quattro fasi principali, separati a loro volta da altrettanti momenti intermedi che in successione vengono definiti:
- Luna Nuova, la Luna si trova nella stessa direzione del Sole (congiunzione), e perciò tramonta e sorge con esso. Non è visibile, essendo occultata dall'intensa luce solare, anche se nei giorni immediatamente precedenti o seguenti, quando essa mostra una esile falce, è debolmente illuminata dalla luce cinerea ossia dai raggi solari riflessi dal nostro pianeta. Ha un'età di 0 giorni.
- Luna Crescente, la Luna mostra un disco parzialmente illuminato per meno della metà che è rivolto verso Ovest.
- Primo Quarto, a 90° dal Sole verso Est (quadratura), la Luna sorge e tramonta 6 ore dopo di esso mostrando mezzo emisfero illuminato che si trova rivolto verso Ovest. L'età è di 7,4 giorni.
- Gibbosa Crescente, la porzione di disco illuminato ammonta ad oltre la metà.
- Luna Piena, dalla parte opposta al Sole (opposizione), la Luna è completamente illuminata. Sorge e tramonta in maniera opposta al Sole, ossia con una differenza di 12 ore (180°), ed ha un'età di 14,7 giorni.
- Gibbosa Calante, il disco lunare appare illuminato per oltre metà, ma in fase decrescente.
- Ultimo Quarto, il nostro satellite sta per completare il giro, si trova infatti nuovamente a 90° dal Sole, ma questa volta verso Ovest, per cui sorge e tramonta 6 ore prima. L'emisfero illuminato volge ad Est ed ha un'età pari a 22,1 giorni.
- Luna Calante, la frazione illuminata del disco lunare continua a decrescere mostrando ancora una piccola parte che si trova rivolta verso Est.
La Luna, essendo soggetta alle leggi della meccanica celeste come tutti gli altri corpi del sistema solare, compie un moto di rotazione attorno al proprio asse ed un moto di rivoluzione attorno alla Terra descrivendo un'orbita che risulta inclinata rispetto all'eclittica di circa 5 gradi.
[align=center]Moto di rivoluzione lunare[/align]
Durante l'orbita attorno alla Terra, la Luna presenta una velocità orbitale variabile in maniera inversamente proporzionale alla distanza dal nostro pianeta (il cui valore medio ammonta a 384400 km). Ragion per cui avremo un minimo ed un massimo della velocità orbitale, a seconda che essa si trovi rispettivamente all'apogeo (il punto più lontano dalla Terra) od al perigeo (il punto più vicino alla Terra).
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La direzione è da Ovest verso Est, mentre per il moto apparente del cielo, a causa della contemporanea rotazione della Terra nello stesso verso, la Luna sembrerà come trascinata dalla volta celeste in senso contrario, e perciò da Est verso Ovest. Tutto ciò si traduce in realtà in uno spostamento medio diurno, verso Est e rispetto alla sfera celeste, di circa 13°, che conseguentemente causerà un ritardo degli istanti di levata e tramonto pari a quasi 50 minuti.
[align=center]Moto di rotazione lunare e librazioni lunari[/align]
La Luna compie inoltre una rotazione attorno al proprio asse, ma grazie alla perfetta sincronia fra questo movimento ed il suo moto di rivoluzione, essa volgerà sempre la stessa faccia verso la Terra, a causa delle reciproche interazioni gravitazionali. Praticamente è come una persona che girando attorno ad un tavolo mostra sempre lo stesso lato, compiendo alla fine un giro su se stessa.
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Tuttavia la parte visibile non è come si potrebbe pensare limitata alla metà del globo lunare, ma allargata ad un 10% in più della superficie. Questo grazie al fenomeno delle librazioni, praticamente delle oscillazioni del corpo lunare che agiscono sia in longitudine che in latitudine. Nel primo caso, a causa della differente velocità orbitale, saranno visibili di volta in volta delle porzioni oltre i lembi orientale ed occidentale, mentre nel secondo caso, vista l'inclinazione dell'asse, saranno visibili alternativamente ora il polo Nord ed ora il polo Sud.
[align=center]Principali periodi lunari[/align]
- Mese Siderale, la durata del periodo di rivoluzione che ammonta a 27,3 giorni;
- Mese Sinodico (o lunazione), l'intervallo di tempo compreso fra due fasi uguali che è pari a 29,5 giorni;
- Mese Draconico, l'intervallo di tempo compreso fra due successivi passaggi allo stesso nodo orbitale, che è pari a 27,2 giorni;
- Mese Anomalistico, il periodo compreso fra due successivi passaggi al perigeo che è uguale a 27,5 giorni.
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