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[La Terra che sorge, vista dalla Luna]

(4a) La Luna: uno sguardo più da vicino

La Luna vista al telescopio

    Da quando Galileo fu il primo essere umano a guardare la Luna attraverso un telescopio, la nostra comprensione di questo satellite della Terra cambiò per sempre. Non si trattò più di un misterioso oggetto nel cielo, ma un mondo simile al nostro, pieno di montagne a forma di anello e di altre formazioni!

    Giovanni Riccioli nel 1651 diede, alle formazioni più rilevanti, il nome di famosi astronomi, mentre chiamò "mari" (in latino "maria", al singolare "mare", come in italiano) le grandi chiazze scure e lisce. Alcuni dei nomi dati da Riccioli ai crateri lunari si riferiscono a personaggi discussi nel sito "Dagli astronomi..." -- Tycho (distinguibile dalle strie luminose che si irradiano da esso), Tolomeo ("Ptolemaeus"), Copernico, Keplero, Aristarco, Ipparco, Eratostene; Metone e Pitagora si trovano sul bordo, vicino al polo nord.

    Gli ultimi arrivati, vissuti dopo il XVII secolo, si sono dovuti accontentare degli avanzi: i crateri Newton e Cavendish si trovano sul bordo meridionale della faccia visibile. Anche Goddard e Lagrange sono vicini al bordo. Perfino "Galilaei" è un piccolo insignificante cratere (forse a causa della condanna di Galileo?). Quando però i Russi osservarono per primi la faccia nascosta della Luna, diedero ad un prominente cratere il nome di Tsiolkovsky, che alla fine del XIX secolo promosse l'idea dei voli spaziali.

      Nota: Esclusivamente per gli amanti delle curiosità -- tutto quello che avreste voluto sapere, e anche di più. Nelle edizioni dell'Università di Cambridge (1999), è stato pubblicato il testo Mapping and naming the moon: A history of lunar cartography and nomenclature (Una storia della cartografia lunare e della sua nomenclatura) di Ewen A. Whitaker, xix+242 pp., $59.95.

    I crateri

    Che cos'è che ha prodotto quegli strani "crateri" rotondi? ("Krater" in greco indica una scodella o una coppa a bocca larga). Queste formazioni ricordavano ad alcuni osservatori i crateri vulcanici sulla Terra, o meglio ancora le "caldere" (calderoni) formate dal crollo delle pareti interne di un vulcano, come per esempio il
    Crater Lake nell'Oregon. Altri studiosi hanno suggerito che i crateri siano stati prodotti dall'impatto di grossi meteoriti, ma questo argomento sembra in contrasto col fatto che la maggior parte dei meteoriti probabilmente arrivano ad angolo radente, per cui il risultato sarebbe non un cratere circolare, ma un solco allungato.

[Il cratere del Lago Manicougan in Canada]  
Sappiamo ora che la spiegazione legata all'impatto è quella giusta. I crateri sono circolari, poiché, a causa dell'enorme velocità con cui arrivano i meteoriti, l'impatto è simile a un'esplosione locale, per cui la traccia dell'impatto è determinata dall'energia liberata e non dalla quantità di moto trasmessa.

In parte, la giustificazione di questa teoria viene dai resti di impatti, avvenuti sulla Terra, di forma quasi perfettamente circolare, come per esempio il Meteor Crater (Canyon Diablo) in Arizona e il lago Manicougan in Canada, nel Quebec settentrionale (immagine a destra), che ha un diametro di circa 100 km e risale a 214 milioni di anni fa. Si noti che, invece che avere un picco nell suo centro, il lago Manicougan ha un'isoletta circolare. Dopo l'impatto, il terreno si è sollevato rispetto al livello circostante, sospinto dalla pressione del materiale sottostante, che, liquefatto, ha agito come un fluido viscoso cercando di ristabilire un equilibrio tra i diversi componenti. (Per un'altra immagine del lago Manicougan, e per ulteriori informazioni in proposito, si può fare clic qui.)

Anche altri oggetti del Sistema Solare presentano crateri circolari. Sulle grandi lune di Giove, ricoperte di ghiaccio, il ristabilimento dell'equilibrio è molto più pronunciato, poiché il ghiaccio diventa cedevole e fluisce molto più facilmente della roccia. Queste lune mostrano una sorta di "palinsesto" dei crateri, che sono appena dei segni sulla superficie, poiché, al passare del tempo, le pareti che esistevano originariamente si sono livellate al suolo.

La Luna senza aria

Nei secoli successivi alle scoperte di Galileo, la Luna è stata studiata a fondo dagli astronomi, usando il telescopio. Una cosa apparve subito chiara: non c'era atmosfera. Quando una stella veniva occultata dalla Luna, spariva istantaneamente e la sua luce non mostrava né rifrazione né assorbimento da parte dell'atmosfera.

Perché? Per le leggi del moto, il centro dell'orbita lunare non è la Terra, ma il centro di gravità del sistema Terra-Luna (questo argomento sarà discusso nella sezione #11a, mentre il centro di gravità è definito nella sezione #25). La localizzazione di quel punto consente agli astronomi di ricavare la massa della Luna, e, da quella, l'intensità della gravità lunare. Sulla superficie della Luna, è stato valutato, la gravità è soltanto 1/6 di quella sulla superficie terrestre.

La gravità è importante per trattenere l'atmosfera. E' infatti la gravità che l'attrae verso il basso, mentre il calore tende a farla sfuggire.

Il calore non è altro che l'agitazione degli atomi e delle molecole. In un solido o un liquido caldo, il calore può essere considerato come un moto che scuote gli atomi e le molecole attorno alla loro posizione di equilibrio, come lo stormire delle foglie al vento. Più alta è la temperatura, più è violento il moto, fino a che il materiale bolle o evapora, quando cioè le scosse liberano completamente le particelle. In un gas, gli atomi e le molecole si muovono casualmente, urtandosi in continuazione (se il gas è denso come lo è nell'atmosfera), e le loro collisioni portano a spiegare bene ("teoria cinetica dei gas") le proprietà dei gas osservate sperimentalmente.

La velocità media di una molecola di un gas dipende dalla temperatura del gas, e, a temperatura ambiente, è confrontabile con quella di un proiettile d'arma da fuoco, piuttosto al di sotto della "velocità di fuga", necessaria per sfuggire alla gravità terrestre. Tuttavia, questa è soltanto la media: le velocità effettive si distribuiscono attorno al valor medio, seguendo la "distribuzione di Maxwell", derivata la prima volta da James Clerk Maxwell, un personaggio che incontreremo di nuovo a proposito della scoperta della teoria della luce a tre colori (sezione #S-4) e a proposito della teoria delle onde elettromagnetiche (sezione #S-5). In accordo con questa distribuzione di Maxwell, ci saranno sempre alcune molecole abbastanza veloci da sfuggire, e, se queste molecole si trovano nella parte alta dell'atmosfera, muovendosi verso l'alto e senza subire ulteriori collisioni, saranno perdute definitivamente.

Per la Terra, il loro numero è troppo piccolo per avere importanza, ma per la Luna, che ha soltanto 1/6 della gravità superficiale terrestre, si può calcolare che qualsiasi atmosfera verrebbe perduta nel giro di qualche era geologica. Anche il pianeta Mercurio, che è soltanto di poco più grande, manca di ogni atmosfera, mentre Marte, con 1/3 della gravità superficiale terrestre, ritiene ancora una sottile atmosfera.

L'acqua evapora facilmente, e, una volta in forma gassosa, viene perduta rapidamente con lo stesso meccanismo. Questo quindi suggerisce che i "mari" non possono essere degli oceani, anche se si continua a chiamarli con quel nome. E' risultato trattarsi invece di distese di basalto, lava solidificata che tanto tempo fa era fuoriuscita da fessure del suolo; attualmente non è stato rilevato sulla Luna alcun fenomeno di vulcanismo, in maniera attendibile. La grande maggioranza dei crateri risale probabilmente ai primordi del Sistema Solare, poiché la lava dei mari ha pochissimi crateri al suo interno, suggerendo che con il suo flusso ha ricoperto quelli preesistenti.

L'idea di una Luna priva di acqua è stata rafforzata dalle rocce lunari, riportate sulla Terra dagli astronauti americani. Le rocce terrestri possono contenere acqua legata chimicamente ("acqua di idratazione"), ma non quelle lunari. L'acqua naturalmente sarebbe essenziale per ogni insediamento umano sulla Luna. Tuttavia, piccole quantità di acqua potrebbero ancora esistere, portate da comete che occasionalmente colpiscono la Luna. Tutta quell'acqua sicuramente evaporerebbe a causa del calore prodotto nella collisione, però una parte potrebbe ricondensarsi in profondi crateri vicino ai poli lunari, che sono permanentemente in ombra e quindi estremamente freddi. Osservazioni effettuate dalla sonda "Clementine" suggeriscono che un tale cratere potrebbe effettivamente contenere uno strato di ghiaccio.

   
[Prima foto della faccia nascosta]

Nell'era spaziale

Dall'inizio dei voli spaziali, la Luna è stato il primo obiettivo, ma questo capitolo dell'esplorazione spaziale è troppo lungo per essere trattato qui in dettaglio. I primi veicoli spaziali a raggiungere la Luna sono stati le sonde sovietiche Luna 1, 2 e 3 nel 1959. Di queste, Luna 3 ha circumnavigato la Luna, riprendendo fotografie dell'altra faccia non visibile dalla Terra, le ha poi digitalizzate e trasmesse a Terra (fotografia qui a destra); purtroppo la loro qualità era scadente. Nel decennio successivo, altre 19 missioni sovietiche sono state inviate verso la Luna.

Nel 1970 una sonda sovietica si è posata sulla Luna e ha riportato sulla Terra dei campioni di roccia, e in seguito in quello stesso anno è stato fatto discendere sulla superficie lunare un veicolo telecomandato, il "Lunokhod", che ha esplorato la zona circostante per circa un anno. Ci sono state poi altre raccolte di campioni e altri Lunokhod, finché la serie ha avuto termine nel 1976. Tuttavia, a causa dei fallimenti nel cercare di mettere a punto un grande razzo da impiegare per un volo verso la Luna con equipaggio umano, si è deciso di porre fine al progetto di esplorare la Luna con un equipaggio umano da parte dell'Unione Sovietica.

I primi tentativi da parte degli Stati Uniti di inviare sulla Luna sonde senza equipaggio (1958-1964) sono falliti o hanno dato scarsi risultati. Nel luglio 1964, tuttavia, il Ranger 7 rinviò nitide immagini televisive del suo impatto sulla Luna, come pure fecero le altre sonde Ranger 8 e 9. Dei 7 "allunaggi morbidi" della serie "Surveyor" (1966-8), 5 andarono bene e rinviarono dati e immagini. Nel novembre 1969, dopo che l'Apollo 12 si era posato a soli 160 metri dal modulo di allunaggio del "Surveyor 3", gli astronauti recuperarono la macchina fotografica e la riportarono indietro sulla Terra. Oltre al progetto Surveyor, 5 sonde orbitanti hanno fotografato la Luna e hanno contribuito a realizzare accurate mappe della sua superficie.

   
[Posare i piedi sulla Luna] Il 25 maggio 1961, circa un mese dopo che il russo Yuri Gagarin era stato il primo uomo ad orbitare attorno alla Terra, il presidente USA John F. Kennedy propose al Congresso "che questa nazione doveva impegnarsi a raggiungere l'obiettivo, prima della fine del decennio, di portare un uomo sulla Luna e di riportarlo felicemente sulla Terra."

Seguirono le missioni Apollo, con l'Apollo 8 che girò intorno alla Luna nel 1968 e infine l'Apollo 11 che si posò sulla Luna il 20 luglio 1969. Ci furono altri cinque allunaggi, l'ultimo dei quali nel dicembre 1972. Solo l'Apollo 13 fallì la missione, e l'equipaggio si salvò per un pelo, dopo un'esplosione a bordo durante il percorso verso la Luna.

Risultati del "Progetto Apollo."

Tra le attività svolte dagli astronauti del Progetto Apollo vi furono:

[Il veicolo lunare (Lunar Rover)]

  • Riportare sulla Terra una quantità di campioni di rocce e suolo lunare. Le rocce risultarono molto antiche, suggerendo così che non vi sono stati cambiamenti significativi da quando si formò la superficie lunare, circa 4 miliardi e mezzo di anni fa. Il "suolo" (regolite) era stato probabilmente polverizzato dagli impatti, ma, come le missioni "Surveyor" hanno mostrato, era abbastanza compatto per fornire l'appoggio necessario.

  • Gli equipaggi degli Apollo 15, 16 e 17 hanno esplorato la Luna a bordo di un veicolo a trazione elettrica, il "moon buggy" (carrettino lunare). Ved. foto a destra.

  • Lunghi filmati sono stati inviati dalla Luna verso la Terra -- anche quello (ripreso da una videocamera telecomandata) del decollo dalla Luna dell'equipaggio dell'Apollo 17. Inoltre fu anche fotografata la Terra e la sua "geocorona" di idrogeno brillante usando uno speciale apparecchio a luce ultravioletta.

  • Fu anche installato sulla Luna un sismografo, che ha mostrato che la Luna è sismicamente molto più tranquilla della Terra.

  • Furono dispiegati dei fogli metallici (come fossero bandiere) per ricevere il vento solare. Essi furono poi riportati sulla Terra, dove è stata analizzata la composizione degli ioni catturati.

  • Riflettori ad "angolo di cubo" sono stati piazzati sulla Luna, in modo che, tramite un raggio laser riflesso, è stato possibile misurare accuratamente la distanza della Luna.

    Nessun essere umano ha più visitato la Luna dal 1972 fino ad oggi, tuttavia alcune missioni automatiche hanno studiato il campo magnetico lunare, come pure le emissioni di raggi X e gamma, da cui si sono potute dedurre alcune variazioni della composizione superficiale.

    E' stato trovato che la Luna non ha un campo magnetico globale come quello della Terra, ma la sua superficie è debolmente magnetizzata in alcune zone. Le rocce fuse possono rimanere magnetizzate in modo permanente se si solidificano in presenza di un campo magnetico esterno, e questo suggerisce che, in qualche remota era, la Luna, come la Terra oggi, aveva un nucleo metallico fuso in cui le correnti elettriche generavano un campo magnetico. Osservazioni un po' simili sono state fatte nelle vicinanze di Marte negli anni 1998-2000.

    Hanno causato molta eccitazione alcuni rilevamenti della sonda Lunar Prospector, che suggerivano che potrebbe esserci del ghiaccio sulla Luna, all'interno di un profondo cratere vicino al polo sud lunare. Una possibile spiegazione è che, nel passato (forse in un lontanissimo passato), una cometa si sia schiantata sulla Luna, e le comete contengono una considerevole quantità di ghiaccio di acqua. L'energia dell'impatto, trasformata in calore, avrebbe naturalmente fatto evaporare il ghiaccio. Tuttavia, una parte del vapore acqueo avrebbe formato un'atmosfera temporanea attorno alla Luna, che poi si sarebbe condensata di nuovo in ghiaccio in qualche località molto fredda, come i crateri vicino ai poli, che sono permanentemente riparati dalla luce solare.

    Alla fine della sua missione, il 31 luglio 1999, il Lunar Prospector fu quindi dirottato per schiantarsi intenzionalmente all'interno del cratere. Si sperava che l'impatto avrebbe prodotto (per qualche istante) una nube di vapore acqueo, che si sarebbe potuta osservare dalla Terra, ma non fu rilevato nulla.

    Senza dubbio nel futuro vi saranno altre esplorazioni lunari, anche se una "base lunare" permanente è probabilmente molto di là da venire. Osservazioni astronomiche e di altro genere possono essere facilmente effettuate da un'orbita terrestre, e inoltre fornire un supporto logistico per vivere sulla Luna non è facile. Una base permanente potrà diventare forse fattibile solo quando si saranno trovati dei sistemi per utilizzare i materiali locali lunari per le costruzioni e il combustibile.

Ulteriori approfondimenti

Su Internet si possono trovare interi libri sul "Progetto Apollo". Alcuni molto buoni sono:

Si possono anche visionare circa 40 filmati sulla storia della NASA, incluso il discorso del 1962 di John F. Kennedy's "Abbiamo scelto di andare sulla Luna" e molti spezzoni di film sugli allunaggi americani.

Una cronologia degli allunaggi con collegamenti ipertestuali per avere informazioni più dettagliate sulle missioni.

Un sito Web sui crateri di impatto sulla Terra.


Domande poste dagli utenti:  
E' stato forse un falso lo sbarco sulla Luna?
                Chiesto anche:  Perché la Luna ha crateri così grandi?
                Un'altra:  E' stato mai osservato qualche cambiamento sulla Luna?.
                        E:  Si arriva allo zero assoluto durante la notte lunare?.

Il prossimo argomento: #5. Latitudine e Longitudine

Argomento facoltativo: #4b La librazione della Luna

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Autore e Curatore:   Dr. David P. Stern
     Ci si può rivolgere al Dr. Stern per posta elettronica (in inglese, per favore!):   <stargaze("chiocciola")phy6.org

Traduzione in lingua italiana di Giuliano Pinto

Aggiornato al 10 Dicembre 2005