(4) La Luna: vista da lontano

Il mese

    Il ciclo mensile della luna (che scriveremo qui con la minuscola) deve avere sconcertato i primi esseri umani: osservavano dapprima una sottile falce ("luna nuova"), poi una mezza luna, una luna "gibbosa" e infine una luna intera, dopodiché la luna ripercorreva le stesse tappe in senso inverso. Questo ciclo, della durata di 29,5 giorni, ha portato al concetto di mese (in inglese le parole "month", mese, e "moon", luna, sono molto simili, come, in italiano, il termine "lunedì" deriva da "luna").

    I mesi dell'anno civile, da Gennaio a Dicembre, non sono più legati al ciclo lunare, ma per alcune tradizioni questo legame sussiste ancora, e il termine "mese" riflette questo legame: in arabo "shahr", in ebraico biblico "yerach" e anche "chodesh" da "nuovo", poiché viene contato da una Luna nuova a quella successiva. Gerico, una delle più antiche città sulla faccia della Terra, prese il suo nome da "yerach", e inoltre nella mitologia vi sono molti dei e dee della Luna, come, per esempio, Diana (Artemide per i Greci).

    I primi astronomi avevano compreso il motivo delle diverse forme della Luna, osservando che ognuna era legata a una particolare posizione della Luna e del Sole: per esempio, la Luna piena si presentava quando la Luna e il Sole si trovavano nei punti opposti del cielo. Tutto questo suggeriva che la Luna fosse una sfera, illuminata dal Sole.

    Si osservò che il percorso della Luna nel cielo era vicino all'eclittica, inclinato rispetto a questa di circa 5 gradi. Le eclissi di Sole capitavano sempre quando il Sole e la Luna dovevano occupare lo stesso punto del cielo, e questo suggeriva che la Luna fosse più vicina a noi rispetto al Sole e che lo coprisse. Similmente, le eclissi di Luna capitavano sempre durante la Luna piena, con i due oggetti ai lato opposti rispetto all Terra, e questo poteva essere spiegato dall'ombra della Terra che cadeva sulla Luna.

    Le eclissi di Luna permisero all'astronomo greco Aristarco, intorno al 220 a.C., di stimare la distanza della Luna (ved. la sezione #8c). Se il Sole e la Luna descrivessero esattamente lo stesso percorso nel cielo, le eclissi di entrambi i tipi capiterebbero ogni mese. In realtà, invece, si tratta di eventi piuttosto rari, poiché l'angolo di 5 gradi tra i due percorsi consente il verificarsi di una eclisse soltanto quando il Sole e la Luna si trovano vicini a uno dei punti in cui i due percorsi si intersecano.

    Il ciclo che va da una Luna nuova alla successiva dura 29,5 giorni, ma il reale periodo orbitale è di soli 27,3217 giorni. La differenza corrisponde al tempo impiegato dalla Luna per ritornare (approssimativamente) nella stessa posizione rispetto alle stelle.

    Perché c'è questa differenza? Supponiamo di cominciare a contare il tempo dal momento in cui la Luna, nel suo moto nel cielo, ha appena sorpassato il Sole; chiameremo questo momento "Luna Nuova", anche se la sottile falce di Luna sarà visibile un po' di tempo dopo, e solo appena dopo il tramonto. Aspettiamo 27,3217 giorni: la Luna sarà ritornata approssimativamente nello stesso punto del cielo, ma nel frattempo il Sole si sarà spostato, nel suo cammino annuo attraverso il cielo. La Luna impiegherà altri 2 giorni per raggiungere il Sole, e questa posizione corrisponderà alla prossima "Luna Nuova": questo è il motivo per cui due Lune nuove consecutive sono separate da 29,5 giorni.

La faccia della Luna

    Questo significa forse che la Luna non ruota? No, la Luna in realtà ruota-- una rotazione per ogni rivoluzione attorno alla Terra! La figura qui sopra, in cui è mostrata mezza orbita, dovrebbe chiarire la situazione. I disegni mostrano l'orbita della Luna vista dall'alto del polo nord. Immaginiamo un quadrante d'orologio intorno alla Luna, e una formazione lunare, indicata da una freccia che inizialmente (posizione in basso, in entrambi i disegni) punta verso le ore 12.

    Nel disegno superiore la formazione contrassegnata continua a puntare verso la Terra, e man mano che la Luna gira intorno alla Terra, punta verso le ore 10, 8 e 6 sul quadrante dell'orologio. Quando la Luna ha compiuto una mezza rivoluzione, essa ha anche compiuto mezza rotazione. Se la Luna non ruotasse, la situazione sarebbe quella mostrata nel disegno inferiore. La freccia continuerebbe a puntare sempre verso le ore 12, e, dopo mezza orbita, la gente sulla Terra potrebbe vedere l'altra faccia della Luna. Ma questo non è quello che avviene.

Dovremmo imbarcarci su un veicolo spaziale e fare un mezzo giro intorno alla Luna prima di poterne vedere l'altra faccia-- è quello che fecero gli astronauti dell'Apollo, i quali ripresero la fotografia qui sotto.

Il gradiente gravitazionale

    Può essere dimostrato che, se le forze che agiscono su di esso (o su di un satellite artificiale di qualsiasi forma) non sono equilibrate, avviene una rotazione attorno al suo centro di gravità. Questo punto sarà definito più avanti, ma in un manubrio da palestra simmetrico, con due masse uguali, indicate con A e B, il centro di gravità si trova esattamente nel punto a metà strada tra le due.

    Entrambe le masse A e B sono attratte dalla Terra, e, se le forze di attrazione fossero uguali, le loro tendenze a far ruotare il satellite ("momenti di rotazione" o "torsioni") sarebbero identiche e si annullerebbero tra loro, per cui non ci sarebbe alcuna rotazione. Se invece la posizione iniziale di A è più vicina al centro della Terra, la forza che si esercita su A è leggermente più forte. Di conseguenza, il satellite ruoterà finché A arriverà al punto più vicino alla Terra, e questo potrebbe essere la sua posizione di equilibrio. Naturalmente, però, A potrebbe superare questa posizione di equilibrio, e cominciare ad oscillare come un pendolo, solo più lentamente e perdendo energia e gradualmente fermandosi. Ora, anche la Luna così allungata si comporta come un manubrio da palestra.

    Il momento di rotazione che allinea la Luna o un manubrio orbitante è la differenza tra l'attrazione di A e quella di B. Non dipende da quanto intensamente la gravità attrae queste due masse, ma da quanto rapidamente l'attrazione gravitazionale varia con la distanza, cioè dipende dal "gradiente gravitazionale". Vicino alla Terra la forza è leggera, comunque abbastanza intensa per allineare un satellite di forma allungata. Tra questi vi era il satellite Triad, a cui fu data di proposito la forma di un lungo manubrio da palestra con un carico utile addizionale nella zona centrale, che fu il primo satellite a costruire una mappa delle correnti elettriche, associate con le aurore polari. Il satellite Triad oscillava nei due sensi con un periodo di 6 minuti, complicando così l'analisi dei dati raccolti.

    Vicino a un buco nero o a una pulsar, tuttavia, il gradiente gravitazionale può essere così intenso da fare a pezzi un veicolo spaziale.

    In realtà, l'asse, nella cui direzione è allungata la Luna, non punta sempre esattamente verso il centro della Terra, ma oscilla avanti e dietro attorno a quella direzione, con un movimento chiamato librazione. La maggior parte di questa oscillazione è dovuta al fatto che la Luna ruota attorno al suo asse con un periodo costante, mentre il suo moto orbitale attorno alla Terra non è costante. Infatti la Luna rallenta quando è lontana dalla Terra e accelera quando ò più vicina. Queste variazioni sono la conseguenza della II legge di Keplero, discussa nella sezione 12, e si tratta di variazioni di piccola entità, poiché l'orbita lunare è quasi circolare.

    A causa della librazione, anche se in ogni dato istante è visibile soltanto una metà della Luna, nel tempo è possibile osservare oltre il 59% della sua superficie, poiché il fenomeno consente agli astronomi di osservare la Luna da direzioni leggermente diverse. Le librazioni costituiscono un argomento piuttosto specializzato, ma, se si desidera saperne di più, si può fare clic qui.
 

La luce cinerea

    In certi momenti, quando è visibile soltanto una sottilissima falce di Luna (per esempio, vicino alla "Luna nuova"), si può anche vedere tutto il resto della Luna, debolmente illuminata. Il Sole in quei momenti illumina quasi tutta la faccia della Luna rivolta dall'altra parte rispetto alla Terra (coloro che chiamano quella faccia, la "faccia oscura della Luna" sono completamente in errore!) e quindi illumina la maggior parte della Terra rivolta verso la Luna. Per chi stesse sulla Luna in quel momento, avrebbe visibile nel cielo una "Terra piena", e quella debole "luce cinerea" sulla parte buia della Luna non è altro che il riflesso di quella intensa luce proveniente dalla Terra.

    La luce cinerea ha un interesse scientifico, poiché alla sua intensità contribuiscono tutti i fattori che rinviano la luce solare prima che riesca a riscaldare la Terra-- luce riflessa dal suolo e dalle nuvole, e luce diffusa all'indietro dalla polvere e da microparticelle ("aerosol") presenti nell'atmosfera. In un momento in cui gli scienziati stanno cercando di valutare il riscaldamento terrestre tramite l'effetto serra, la luce cinerea misura un processo che lavora in direzione opposta, riducendo il calore che il nostro pianeta riceve dal Sole.

    La frazione di luce riflessa è difficile da valutare teoricamente, ma la luce cinerea ci permette di misurarla. Secondo recenti lavori ("The Darkening Earth", Scientific American, Agosto 2004, pag. 16), questa frazione starebbe aumentando, riducendo la quantità di luce solare ricevuta dalla Terra e quindi eliminando circa 1/3 dell'effetto serra.

Ulteriori approfondimenti

        Tutto quello che avreste voluto sapere sulla Luna-- e anche molto di più!

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Domande poste dagli utenti:   L'aspetto (le fasi) della Luna
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