Il nostro satellite: la Luna

La Luna, data la sua vicinanza, è sicuramente il corpo celeste più osservato, fotografato e studiato.

L’incredibile varietà di particolari della sua superficie ha affascinato da quasi quattrocento anni tutti coloro che l’hanno osservata con un qualsiasi telescopio: infatti le più imponenti catene montuose (come le Alpi e gli Appennini lunari) e i più grandi crateri (come Archimede) sono già visibili con i cannocchiali più modesti mentre la visione con strumenti di media potenza è addirittura mozzafiato.

Inoltre la Luna è l’unico corpo (con l’ovvia esclusione della Terra) sul quale l’uomo ha posato i propri piedi e più di trent’anni di studi su alcuni dei 382 chilogrammi di rocce lunari trasportate a Terra dalle sei missioni Apollo hanno permesso di fare luce su molti aspetti della storia e dell’evoluzione del nostro satellite (e anche della Terra).

Eppure, fino a non molti anni fa, un grande mistero circondava la Luna: infatti non esisteva nessuna teoria soddisfacente che ne spiegasse l’origine. Pare che un astronomo, in preda alla disperazione e frustrazione più totali, abbia una volta dichiarato: «Se consideriamo le varie teorie sull’origine della Luna e ci rendiamo conto di quanto poco convincenti esse siano, l’unica conclusione a cui potremmo arrivare è che la Luna semplicemente non esiste ».

E invece la Luna esiste, eccome, e su questo punto i dubbi sono veramente pochi: da quattro miliardi e mezzo di anni la Luna gira attorno alla Terra, illumina le notti del nostro pianeta, attira a sé le masse oceaniche provocando le maree, alimenta paure e superstizioni e, saltuariamente, frapponendosi fra il Sole e la Terra causa il fenomeno più imponente, suggestivo e maestoso della natura: l’eclisse totale di Sole.

Solo nel 1984 è stata proposta una teoria molto interessante, affascinante e soprattutto convincente sulla sua nascita: questa teoria ha subito fatto breccia fra gli astronomi e oggi è quella di gran lunga più accreditata.

Una delle prime ipotesi riguardante l’origine della Luna la fornisce la Bibbia. Nel quarto giorno della Creazione, vi si legge, Dio disse:

«"Vi siano luminari nel firmamento del cielo, per separare il giorno dalla notte, e servano da segni per le ricorrenze, per i giorni e per gli anni, e servano da luminari nel firmamento del cielo per far luce sulla Terra". E così avvenne: Dio fece i due luminari maggiori, il luminare grande per dominare il giorno e il luminare piccolo per dominare la notte e le stelle.» (Genesi, 1, 14-16).

Uno dei primi scienziati che cercò di spiegare l’origine della Terra e conseguentemente anche della Luna senza ricorrere al soprannaturale fu Georges de Buffon (1707-1788), un naturalista francese. Secondo Buffon una grossa cometa era entrata in collisione con il Sole; il gigantesco urto aveva strappato al Sole e scagliato nello spazio parte della sua materia che in seguito si era raffreddata e condensata dando origine alla Terra e agli altri pianeti. Sempre secondo Buffon la Luna era nata nello stesso modo: era stata strappata alla Terra così come la Terra era stata strappata al Sole.

Oggi sappiamo che questa teoria sulla nascita e l’evoluzione del sistema solare è fondamentalmente sbagliata; eppure, pur muovendosi in un contesto completamente errato, per quanto riguarda la nascita della Luna Buffon si era avvicinato moltissimo alla verità.

Le moderne teorie affermano che il sistema solare si formò a partire dalla condensazione di una gigantesca nube di polveri e gas in un’epoca che risale a quattro miliardi e seicento milioni di anni fa. Questa nube, rimasta inerte fino a quel momento, cominciò a collassare probabilmente sotto l’effetto dell’onda d’urto innescata dall’esplosione di una vicina supernova.

Il materiale presente nella parte centrale della nube contribuì a formare il neonato Sole e, attorno ad esso, venne a formarsi un ampio involucro di polveri e gas; analoghi involucri sono stati scoperti intorno ad alcune stelle vicine come Vega e Beta Pictoris.

È stato dimostrato che all’interno di un involucro del genere è possibile la formazione di vortici più o meno grandi; questi vortici favoriscono la condensazione della materia circostante e la conseguente formazione dei cosiddetti ‘planetesimi’ (piccoli pianeti). Infine a partire da collisioni fra planetesimi e conseguenti fenomeni di cannibalismo (i planetesimi più grandi inglobarono quelli più piccoli) si formarono i pianeti come noi li conosciamo.

In questo scenario le teorie classiche proposte per spiegare l’origine della Luna erano sostanzialmente tre:

Nessuna di queste teorie riesce però a reggere il confronto con i dati sperimentali.

La quarta teoria fu proposta nel 1984 durante un convegno tenutosi a Kona (Haway). Era un’idea semplice, suggestiva, in grado di risolvere i problemi che affliggevano le teorie classiche e ricevette subito un’accoglienza entusiastica: la nascita della Luna era avvenuta in seguito ad un gigantesco impatto fra la Terra primordiale ed un corpo celeste di notevoli dimensioni; l’urto provocò il distacco e la messa in orbita del materiale che in seguito si condensò per formare il nostro satellite.

La teoria era stata inizialmente formulata da William K. Hartmann (uno degli organizzatori del convegno e probabilmente il più sorpreso dal successo ottenuto) nel 1975 ma era stata ignorata da tutti per diversi anni. In quell’anno Hartmann e un suo collega (Donald R. Davis), nel corso di alcune ricerche riguardo la formazione dei pianeti del sistema solare, arrivarono a scoprire che nei paraggi della Terra primordiale avrebbero potuto vagare corpi celesti di grosse dimensioni, alcuni grandi quanto Marte. Da qui l’idea del gigantesco impatto.

La grande collisione avrebbe scagliato nello spazio e messo in orbita attorno alla Terra parte dei detriti dalla condensazione dei quali si sarebbe in seguito formata la Luna. Questa teoria riesce a superare tutte le difficoltà che avevano messo in crisi le teorie precedenti.

La teoria della collisione spiega anche perché la Luna è un corpo totalmente secco; non esiste, cioè, traccia di acqua nei materiali della sua superficie. Secondo la teoria l’acqua sarebbe stata completamente vaporizzata dall’enorme quantità di calore sprigionata dall’impatto.

Inoltre trova finalmente soluzione un vecchio problema che le teorie classiche sulla formazione della Terra non riuscivano a spiegare: l’alta velocità di rotazione del nostro pianeta. Secondo la teoria dell’impatto il corpo responsabile della collisione colpì la Terra quasi di striscio, lontano dall’asse di rotazione. Un impatto di questo tipo avrebbe così impresso una notevole accelerazione al movimento di rotazione della Terra.

Questa teoria ha il grosso pregio di spiegare l’origine della Luna in maniera del tutto naturale, senza ricorrere ad ipotesi ad hoc, chiamando cioè in causa meccanismi che dovevano essere molto comuni nel giovanissimo sistema solare. Gli astronomi ricorrono alla teorie da impatto anche per spiegare altri fenomeni peculiari del sistema solare come, ad esempio, la forte inclinazione dell’asse di rotazione del pianeta Urano. Inoltre la cicatrici di antichissime gigantesche collisioni sono ancora visibili sulle superfici di alcuni satelliti di Giove e di Saturno, mentre è ormai certo che la grande estinzione di massa, avvenuta 65 milioni di anni fa, che costò la vita ai dinosauri, fu innescata dalla collisione con la superficie terrestre di un corpo celeste (un asteroide o una cometa) dal diametro di circa dieci chilometri che piombò sulla Terra alla velocità di trenta chilometri al secondo.

Uno degli aspetti più evidenti che si presentano all’osservazione della Luna è che essa si presenta illuminata in vari modi a seconda del periodo di osservazione.

Presenta, come si suole dire, delle fasi: quando la Luna si trova fra la Terra e il Sole si ha il novilunio, o "Luna Nuova".

In queste condizioni il nostro satellite non è visibile, salvo i rari casi in cui copre il disco del Sole dando luogo alle spettacolari eclissi.

A partire da questa fase la Luna si presenta come una sottile falce e si rende visibile a Ovest dopo il tramonto del Sole.

In queste condizioni è possibile osservare il fenomeno della Luce Cinerea, che consiste nel fatto che la parte di Luna non illuminata si rende visibile in quanto illuminata dalla luce del Sole che riflette su di essa la Terra, a suo volta riflessa nuovamente verso di noi.

Una delle prime corrette interpretazioni del fenomeno è dovuto al genio poliedrico di Leonardo da Vinci.

Segue la fase di Primo Quarto, quando la Luna è illuminata al 50%, fino ad arrivare alla fase di Luna Piena.

In questa fase la Luna è opposta al Sole, rispetto alla Terra, sorge all’incirca quando il Sole tramonta, e si presenta completamente illuminata.

Proseguendo, la Luna sorge sempre più tardi rispetto al tramonto del Sole, arriva alla fase di Ultimo Quarto (illuminata al 50%) e infine ritorna alla fase di Luna Nuova, concludendo il ciclo.

Il mese sinodico, cioè il tempo che occorre alla Luna per ripresentarsi con la stessa fase, dura 29 giorni 12 ore 44 minuti e 2,8 secondi .

La Luna, che ha un diametro di 3.476 km (poco più di ¼ di quello terrestre), orbita ad una distanza media di 384.400 km dal nostro pianeta e ci presenta sempre la stessa faccia.

La sua orbita non è esattamente circolare: la distanza varia da 356.400 a 406.700 km.

Se ci fosse un’autostrada da qui alla Luna, alla media dei 120 km/h e considerando la distanza media, arriveremmo in 133 giorni di guida ininterrotta. Lasciamo a chi ci legge il calcolo del costo del carburante e dei pedaggi autostradali ...

Si potrebbe pensare che il momento migliore per osservare la Luna sia quando presenta la fase di Luna Piena, ma è vero il contrario: quando la fase della Luna è parziale, le strutture situate vicino alla linea che separa la zona illuminata da quella scura (detta terminatore) presentano il maggior effetto di rilievo.

In quei luoghi lunari, infatti, il Sole sarà basso sull’orizzonte, le ombre lunghissime e l’effetto di rilievo molto accentuato.

Le principali caratteristiche della sua superficie sono i mari e i crateri.

I mari lunari non sono di acqua, ma sono il risultato della solidificazione di enormi colate di lava fusa, causate dall’impatto di grosse meteoriti.

I crateri sono presenti su tutta la superficie lunare e la maggior parte di essi sono stati causati dalla caduta di meteoriti.

Il loro diametro arriva alle centinaia di chilometri ed è interessante notare come alcuni di essi presentino un fondo relativamente liscio e pianeggiante, mentre altri presentano un picco centrale molto rilevato.

Plato (a sinistra), uno dei crateri lunari più grandi e facilmente osservabili poco dopo il Primo quarto, è un tipico cratere dal fondo pianeggiante.
Tycho (a destra) mostra un evidente picco centrale (foto eseguite da Giorgio Mengoli che ringraziamo per la cortesia)

L’ombra della Terra (circa 3 volte più grande del diametro apparente della Luna)
nasconde il nostro satellite naturale: il fenomeno è conosciuto come eclisse di Luna.

Una eclisse è il parziale o totale occultamento di un corpo celeste da parte di un altro, e l'eclisse di Luna si verifica quando il nostro satellite si trova ad attraversare il cono d'ombra causato dalla Terra, che viene quindi a trovarsi tra il Sole e la stessa Luna. Un'eclisse di Luna può presentarsi soltanto all'epoca del Plenilunio, cioè quando la Luna si trova in opposizione rispetto al Sole.

La Terra, intercettando i raggi solari, crea un cono d'ombra. Se la Luna attraversa completamente questo cono si ha un'eclisse totale, mentre se lo intercetta solo parzialmente si ottiene un'eclisse parziale.

Poiché l'orbita lunare é inclinata di circa 5° rispetto all'orbita terrestre, non ci sarà un'eclisse a ogni Plenilunio: la fase di Luna Piena deve verificarsi con il nostro satellite in prossimità di uno dei due nodi, i punti di intersezione fra l'orbita lunare e il piano orbitale della Terra.

Il fenomeno è comunque relativamente frequente: in media ogni due anni si hanno tre eclissi di Luna, ma possono verificarsi fino a tre eclissi in un anno, considerando sia le totali che le parziali. Le eclissi di Sole, al contrario di quanto si può pensare, sono il 50% circa più frequenti, ma non hanno il grande vantaggio di quelle lunari, ovvero di esser visibili in ogni angolo del globo che abbia la Luna sopra l'orizzonte.

Il fenomeno dell’eclissi lunare si può seguire ad occhio nudo o con uno strumento di osservazione.
I migliori da utilizzare sono i binocoli, oppure i telescopi usati a ingrandimenti tali da offrire un'immagine completa della Luna (generalmente non oltre i 50 ingrandimenti).

Ad occhio nudo o con un binocolo l'ombra terrestre é molto evidente, con contorni netti; al telescopio un po' meno, ma si potrà osservarne in tempo reale il lento procedere sulla superficie.

Le prossime eclissi totali di Luna fonte: Osservatorio Astronomico di Padova
Data	Ora del massimo (TU) hh mm ss
3 Marzo 2007	23 20 48
21 Febbraio 2008	3 25 57
15 Giugno 2011	20 12 28
28 Settembre 2015	2 46 58
31 Gen 2018	13 29 38
27 Lug 2018	20 21 32
21 Gen 2019	5 12 04
7 Set 2025	18 11 28