Luna [pdf] - Liceo Scientifico Statale G. Oberdan

Luna
La Terra e la Luna hanno alcune caratteristiche comuni e stretti rapporti
astronomici: insieme, esse costituiscono un sistema biplanetario.
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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”
La Luna dista mediamente dalla Terra 384.380 Km;
ha un diametro pari a 3.480 Km;
la sua massa è 1/80 di quella terrestre.
la Luna è un satellite molto grande rispetto al pianeta attorno al
quale orbita; infatti le dimensioni della Luna sono dello stesso
ordine di grandezza di quelle della Terra.
Il sistema Terra-Luna può dunque essere considerato un pianeta
doppio
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LE PRIME TEORIE
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).
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.
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NASCITA DEL SISTEMA SOLARE
Il sistema solare si formò a partire dalla condensazione di una gigantesca
nube di polveri e gas che 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;
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 con la 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.
LA FACCENDA SI COMPLICA
In questo scenario le teorie proposte per spiegare l’origine della Luna
erano sostanzialmente tre:
A) teoria della cattura. La Luna si formò in un’altra zona del sistema
solare e fu in seguito catturata dal campo gravitazionale terrestre.
B) teoria dell’accrescimento. la Luna ha la stessa età della Terra e si è
formata per aggregazione di materiale e polveri gravitanti attorno alla
Terra.
C) teoria della fissione. La Terra e la Luna in origine erano un corpo
solo; la Luna si staccò dalla Terra in un’epoca successiva e rimase in
orbita.
Nessuna di queste teorie riesce però a reggere il confronto con i dati
sperimentali. Vediamo perché.
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Teoria della cattura.
Secondo questa teoria la Luna si sarebbe formata in un’altra zona del sistema
solare e sarebbe poi stata catturata dalla gravità terrestre. Un evento del genere è
possibile ma è estremamente improbabile. Infatti se un corpo delle dimensioni
della Luna si fosse trovato a passare così vicino avrebbe avuto maggiori
possibilità di scontrarsi con essa oppure di ricevere una poderosa spinta
gravitazionale che lo avrebbe indotto ad allontanarsi per sempre dal nostro
pianeta lungo una traiettoria iperbolica.
Il programma Apollo ha inferto a questa teoria il colpo di grazia; l’analisi dei
campioni lunari ha permesso di scoprire che la Terra e la Luna contengono
quantità uguali dei vari isotopi dell’ossigeno, indice di una forte affinità fra i due
corpi. Se la Luna si fosse formata altrove le percentuali isotopiche dell’ossigeno
dovrebbero essere diverse da quelle terrestri.
Teoria dell’accrescimento.
Questa teoria afferma che la Terra e la Luna
hanno avuto una origine comune a partire da
due distinti vortici. Se così fosse la Terra e la
Luna dovrebbero avere la stessa composizione
ma la Luna è mediamente molto meno densa
della Terra; in particolare sembra essere molto
piccolo o addirittura assente l’analogo del
nucleo di ferro presente nel centro della Terra.
Non si capisce, di conseguenza, come mai il
ferro è finito tutto da una parte e non dall’altra.
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La teoria della fissione Questa teoria spiega
molto bene come mai la Luna è mediamente
meno densa della Terra; infatti,, la Luna si
sarebbe formata con materiali provenienti
dagli strati superficiali della Terra che sono
notoriamente meno densi di quelli presenti
nel nucleo
Tale teoria presenta una grossissima
difficoltà. Infatti, per potere espellere in quel
modo la Luna, la Terra avrebbe dovuto avere
una altissima velocità di rotazione e
compiere un giro su se stessa ogni due ore e
mezza, un valore decisamente troppo
piccolo; nessuno è riuscito ad immaginare un
meccanismo che avesse consentito alla Terra
primordiale di ruotare così in fretta
Teoria della collisione:
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 SOLUZIONE?
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ω =
360° 1
≅
365d
d
Moti della luna
ROTAZIONE: attorno ad un
asse inclinato di 6° rispetto alla
perpendicolare all’eclittica.
DURATA: 27 GIORNI e 7 ORE
RIVOLUZIONE: attorno alla
terra con un’orbita ellittica
DURATA:
MESE SIDEREO: 27 g 7 h
MESE SIDEREO E MESE SINODICO
MESE SINODICO: 29 g 12 h
360°:27d = 27°: x
MESE SIDEREO: 27 g 7 h
MESE SINODICO: 29 g 12 h
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LIBRAZIONI: oscillazioni della luna su sé stessa che
permettono di vedere una maggiore superficie.
L. FISICHE: dovute alla maggiore attrazione, da parte della Terra,
sul rigonfiamento equatoriale.
L. IN LONGITUDINE: dovute al fatto che la velocità di rotazione è
costante e quella di rivoluzione varia.
L. IN LATITUDINE: causate dall’inclinazione dell’asse lunare
sull’eclittica.
L. PARALLATTICHE: dovute alla diversa posizione
dell’osservatore.
REGRESIONE DELLA LINEA DEI
NODI
Spostamento in senso retrogrado della congiungente i punti di
intersezione tra piano dell’eclittica e piano dell’orbita lunare,
che si compie in 18.6 anni.
Questo movimento dipende dall’attrazione esercitata dal sole ed
è causa delle nutazioni dell’asse terrestre.
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FASI LUNARI
La luna sorge ogni giorno 50 minuti più tardi perché compie una
reale rivoluzione attorno alla terra.
360° : 27d = 13° al giorno
13°: 360° = x : 24h
ECLISSI LUNARI
Sono dovute agli allineamenti T-L-S che si verificano solo in
corrispondenza dei nodi
http://www.astrosurf.com/cosmoweb/eclissi/solari.html
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Nel cono d’ombra si ha
ECLISSI TOTALE
Nel cono di penombra si ha
ECLISSI PARZIALE
Luna in perigeo e Terra in afelio ⇒ Eclissi totale
(aumento del diametro apparente della luna
Luna in apogeo e Terra in perielio (o
anche in afelio) ⇒ Eclissi anulare ( la
superficie apparente della L non è
sufficiente a coprire tutto il disco del
sole)
LUNA IN OPPOSIZIONE:
ECLISSI DI LUNA
La terra proietta un cono
d’ombra di dimensioni superiori
al diametro lunare, l’ec è visibile
da un’ampia superficie terrestre.
LUNA IN CONGIUNZIONE:
ECLISSI DI SOLE
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Ipotesi di
G. H. Darwin
ORIGINE DELLE MAREE
Nel punto P', situato sul
meridiano di culminazione
lunare, le acque si sollevano
perché, essendo più vicine alla
Luna rispetto al centro C,
subivano una maggiore
attrazione, mentre in P'' le acque
erano meno attratte del centro C
e quindi si comportavano come se
una forza le spingesse lontano dal
centro stesso; le basse maree dei
punti Q' e Q'' sarebbero dovute
dal prevalere dell'attrazione del
centro terrestre.
Sia l'alta sia la bassa marea sono il risultato della composizione dell’
attrazione gravitazionale lunare e della forza centrifuga dovuta al moto
della Terra attorno al baricentro del sistema Terra-Luna.
In P', situato sul meridiano di culminazione lunare, l'attrazione
gravitazionale della Luna si somma con l'accelerazione centrifuga: la
risultante del due vettori è diretta verso la Luna e si ha un'alta marea.
In P'', invece, l'attrazione gravitazionale è minore (data la maggiore
distanza dalla Luna) mentre l'accelerazione centrifuga è notevolmente
maggiore (il punto P' dista di più dall'asse di rotazione del sistema): i
vettori questa volta si sottraggono
Per Q' e Q' la bassa marea è dovuta al fatto che la risultante è diretta
verso il centro della Terra.
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AMPIEZZA DELLE MAREE
La luna, nel compiere il suo moto
orbitale attorno alla Terra, non si
tiene costantemente sul piano
equatoriale terrestre. Quando tale
allineamento non si verifica,
l'involucro acqueo viene deformato
non all'equatore, ma lungo una retta
che con l'equatore forma un angolo a;
la conseguenza è che uno stesso luogo
della Terra avrà due alte maree di
ampiezza diversa nello stesso giorno.
MAREE MISTE: se ogni 24h si verificano due alte e due basse
maree di diversa ampiezza (coste del Pacifico).
MAREE SEMIDIURNE: se invece nello stesso intervallo di
tempo si verificano due alte e due basse maree della stessa
ampiezza.
MAREE DIURNE: se nel corso di un giorno si hanno soltanto
un'alta e una bassa marea, a causa del grande ritardo delle
acque nel sollevarsi e nell'abbassarsi (Asia sudorientale e Golfo
del Messico).
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