La Luna funziona come l'unico satellite naturale della Terra. Il suo percorso orbitale attorno alla Terra mantiene una distanza media di 384.399 chilometri (238.854 miglia), che si avvicina a trenta volte il diametro terrestre. Un'orbita sinodica, comunemente chiamata mese lunare, viene completata ogni 29,5 giorni in relazione sia alla Terra che al Sole. L'attrazione gravitazionale lega reciprocamente la Luna e la Terra, mostrando maggiore intensità sulle loro superfici vicine. Queste forze di marea risultanti generano principalmente le maree oceaniche della Terra e hanno costretto gravitazionalmente la Luna a presentare costantemente lo stesso lato vicino verso la Terra. Di conseguenza, questo fenomeno di blocco delle maree sincronizza il periodo di rotazione della Luna (giorno lunare) con il suo periodo orbitale (mese lunare).
La Luna è l'unico satellite naturale della Terra. Orbita attorno alla Terra a una distanza media di 384.399 chilometri (238.854 mi), una distanza circa 30 volte la larghezza della Terra. Completa un'orbita (mese lunare) rispetto alla Terra e al Sole (sinodicamente) ogni 29,5 giorni. La Luna e la Terra sono legate dall'attrazione gravitazionale, che è più forte sui lati rivolti l'uno verso l'altro. Le forze di marea risultanti sono il principale motore delle maree terrestri e hanno spinto la Luna a guardare sempre la Terra con lo stesso lato vicino. Questo blocco delle maree sincronizza efficacemente il periodo di rotazione della Luna (giorno lunare) con il suo periodo orbitale (mese lunare).
Da un punto di vista geofisico, la Luna è classificata come un oggetto di massa planetaria o un pianeta satellite. Con una massa equivalente all'1,2% di quella terrestre e un diametro di 3.474 chilometri (2.159 miglia), misura circa un quarto della larghezza della Terra, paragonabile ai contigui Stati Uniti. All'interno del Sistema Solare, supera tutti i pianeti nani conosciuti sia in termini di dimensioni che di massa, classificandosi come la quinta luna più grande e la quinta più massiccia in assoluto e, in particolare, la più grande e massiccia rispetto al suo pianeta madre. La sua gravità superficiale costituisce circa un sesto di quella della Terra e metà di quella di Marte, posizionandola come la seconda più alta tra tutte le lune del Sistema Solare, superata solo dalla luna di Giove, Io. Il corpo lunare è caratterizzato come differenziato e terrestre, poiché possiede solo una minuscola idrosfera, atmosfera e campo magnetico. La superficie lunare è ricoperta da polvere di regolite, composta principalmente da particolato fine espulso dalla crosta lunare a seguito di eventi di impatto. I crateri da impatto segnano in modo prominente la crosta lunare, con formazioni più recenti che spesso mostrano strisce luminose, simili a raggi. L'attività vulcanica persistette sulla Luna fino a circa 1,2 miliardi di anni fa, facendo emergere principalmente la lava sul suo lato più sottile. Questa lava riempì antichi crateri, raffreddandosi successivamente per formare le distinte pianure basaltiche scure ora conosciute come maria ("mari"). Sebbene l'origine precisa della Luna rimanga incerta, l'ipotesi prevalente suggerisce la sua formazione da materiale terrestre espulso durante un impatto colossale con un corpo delle dimensioni di Marte circa 4,51 miliardi di anni fa, poco dopo l'accrescimento della Terra.
Da un punto di vista osservativo, le fasi diurna e notturna del giorno lunare si manifestano come fasi lunari distinte, e un'eclissi lunare diventa osservabile quando la Luna attraversa l'ombra della Terra. Il diametro angolare apparente della Luna nel cielo terrestre si avvicina molto a quello del Sole, consentendole di oscurare completamente il Sole durante un'eclissi solare totale. Nonostante la sua riflettanza superficiale (albedo) sia paragonabile a quella dell'asfalto, la Luna appare come l'oggetto celeste più luminoso nel cielo notturno della Terra grazie alle sue notevoli dimensioni apparenti. Circa il 59% della superficie lunare è distinguibile dalla Terra, un fenomeno attribuito alla librazione, ovvero i vari angoli con cui la Luna si presenta nel cielo terrestre, consentendo così a porzioni del suo lato nascosto di diventare visibili.
Nel corso della storia umana, la Luna è stata una profonda fonte di ispirazione e conoscenza, svolgendo un ruolo fondamentale nello sviluppo della cosmografia, della mitologia, della religione, dell'arte, della misurazione del tempo, delle scienze naturali e del volo spaziale. I primi voli spaziali extraterrestri presero di mira la Luna, a partire dal 1959 con il sorvolo di Luna 1 (lanciato dall'Unione Sovietica) e l'impatto deliberato di Luna 2. A ciò successero nel 1966 l'atterraggio morbido inaugurale (ottenuto dalla Luna 9) e l'inserimento orbitale (dalla Luna 10). La presenza umana nell'orbita lunare fu stabilita per la prima volta dall'Apollo 8 (Stati Uniti) il 24 dicembre 1968, seguita dal primo atterraggio sulla superficie con l'Apollo 11 il 20 luglio 1969, designando così la Luna come l'unico corpo celeste oltre la Terra visitato dagli esseri umani. Nel 1972, un totale di sei missioni Apollo avevano schierato con successo dodici astronauti sulla superficie lunare, con soggiorni che si estendevano fino a tre giorni. L'esplorazione lunare robotica contemporanea, incentrata in particolare sulla verifica della presenza di acqua, ha rinvigorito le iniziative per facilitare il ritorno dell'uomo sulla Luna, guidate dal programma Artemis previsto per la fine degli anni '20.
Nomenclatura ed etimologia
Il corretto appellativo inglese per il satellite naturale della Terra è convenzionalmente reso come Luna, con la maiuscola M iniziale. Il sostantivo luna ha origine dal termine inglese antico mōna, che a sua volta deriva dal proto-germanico *mēnōn. Questa forma proto-germanica è riconducibile al proto-indoeuropeo *mēnsis ('mese'), un'evoluzione da una forma precedente, *mēnōt (con il genitivo *mēneses), potenzialmente collegato a un verbo che significa 'misurare [tempo]'.
La designazione latina della Luna è lūna. L'aggettivo inglese lunar ha origine dal latino, probabilmente attraverso il francese. Nel linguaggio scientifico e nella fantascienza, la Luna viene talvolta chiamata Luna per differenziarla dagli altri satelliti celesti. Poeticamente, Luna può anche denotare la personificazione della Luna come figura femminile.
Il termine greco antico selḗnē designava sia la Luna come entità celeste che la divinità lunare Selene. Il raro aggettivo inglese selenian caratterizza la Luna come un mondo, piuttosto che semplicemente come un corpo celeste. Il suo affine, selenico, inizialmente un sinonimo usato raramente, ora indica prevalentemente l'elemento chimico selenio. Il prefisso associato seleno- si trova in terminologia come selenografia, che riguarda lo studio della superficie lunare.
Artemide, la dea greca associata alla natura selvaggia e alla caccia, veniva identificata anche con Selene e occasionalmente veniva chiamata Cinzia, un nome derivato dal suo luogo di nascita sul Monte Cinto. La sua controparte romana è Diana.
Le rappresentazioni astronomiche della Luna includono i simboli della mezzaluna e della decrescente, come esemplificato in M☾, che denota "massa lunare".
Classificazione
L'Unione Astronomica Internazionale (IAU) designa il satellite naturale della Terra come "Luna" (in maiuscolo), mentre gli altri satelliti naturali planetari sono indicati come "lune" (in minuscolo). Storicamente, la Luna è stata classificata come un pianeta classico, riflettendo la sua definizione originale di corpo celeste che “vaga” nel cielo. Dopo la scoperta dei satelliti orbitanti attorno a Giove, Galileo li chiamò "lune", riconoscendo la loro somiglianza con la Luna terrestre in quanto corpi orbitanti attorno a un altro pianeta. Alcuni specialisti aderiscono a una classificazione geofisica che definisce le lune come pianeti in orbita attorno al Sole, che contemporaneamente orbitano attorno a un altro pianeta. Sebbene alcune teorie propongano che la Terra e la Luna costituiscano un sistema a doppio pianeta, il consenso scientifico sostiene che una tale classificazione richiederebbe che il baricentro orbitale si trovi oltre i confini fisici della Terra, una condizione non soddisfatta.
Storia naturale
Formazione
La datazione isotopica degli esemplari lunari indica che la Luna ha avuto origine circa 50 milioni di anni dopo la nascita del Sistema Solare. Nel corso della storia sono state avanzate diverse ipotesi di formazione; tuttavia, nessuno chiarisce adeguatamente le caratteristiche distintive del sistema Terra-Luna. Uno scenario di fissione, in cui la Luna si separa dalla crosta terrestre a causa della forza centrifuga, richiederebbe una velocità di rotazione iniziale eccessivamente elevata per la Terra. La cattura gravitazionale di una Luna preesistente farebbe affidamento su un’atmosfera terrestre incredibilmente estesa per dissipare l’energia del corpo lunare in arrivo. Un modello di co-formazione, in cui la Terra e la Luna si sono sviluppate contemporaneamente all'interno del disco di accrescimento primordiale, non riesce a spiegare l'esaurimento dei metalli osservato sulla Luna. Inoltre, nessuna di queste ipotesi proposte può spiegare adeguatamente il sostanziale momento angolare inerente al sistema Terra-Luna.
La teoria predominante presuppone che il sistema Terra-Luna abbia avuto origine da un impatto colossale tra un corpo celeste delle dimensioni di Marte, denominato Theia, e la proto-Terra. Questa collisione obliqua ha espulso materiale sostanziale nell'orbita terrestre, che successivamente si è accumulato per formare la Luna appena oltre il limite di Roche della Terra, stimato a circa 2,56 R🜨.
Si ritiene che impatti massicci siano stati prevalenti durante le prime fasi dello sviluppo del Sistema Solare. Le simulazioni computazionali di impatti così colossali hanno prodotto risultati coerenti sia con la massa del nucleo lunare che con il momento angolare del sistema Terra-Luna. Inizialmente, queste simulazioni indicavano che la maggior parte del materiale della Luna proveniva dal dispositivo di simulazione, non dalla proto-Terra. Tuttavia, i modelli successivi sviluppati dal 2007 in poi propongono che una percentuale maggiore della composizione della Luna derivi dalla proto-Terra. Al contrario, altri corpi interni del Sistema Solare, tra cui Marte e Vesta, mostrano composizioni isotopiche di ossigeno e tungsteno distinte rispetto alla Terra, come evidenziato dall'analisi meteoritica. Al contrario, la Terra e la Luna mostrano profili isotopici notevolmente simili. Questa omogeneità isotopica all'interno del sistema Terra-Luna potrebbe essere potenzialmente attribuita alla miscelazione post-impatto di materiale vaporizzato che successivamente ha formato entrambi i corpi, sebbene questa spiegazione rimanga oggetto di dibattito in corso.
L'evento dell'impatto avrebbe liberato energia sufficiente per liquefare sia il materiale espulso che la crosta terrestre, creando così un oceano di magma globale. Successivamente, questi espulsi liquefatti potrebbero essersi riaccresciuti per formare componenti del sistema Terra-Luna. La Luna nascente stessa avrebbe posseduto un oceano di magma, con una profondità stimata compresa tra circa 500 km (300 miglia) e 1.737 km (1.079 miglia).
Mentre la teoria dell'impatto gigante chiarisce numerose linee di prova, persistono diverse domande, principalmente riguardanti le caratteristiche compositive della Luna. I modelli che ipotizzano che la Luna abbia acquisito una porzione sostanziale della proto-Terra sono difficili da conciliare con i dati isotopici geochimici per zirconio, ossigeno, silicio e altri elementi. Uno studio del 2022, che utilizza simulazioni ad alta risoluzione (fino a 108 particelle), ha dimostrato che gli impatti giganti possono posizionare immediatamente un satellite, che possiede una massa e un contenuto di ferro simile a quello della Luna, in un'orbita ben oltre il limite di Roche della Terra. Anche i satelliti che inizialmente passano entro il limite di Roche possono resistere in modo affidabile e prevedibile, subendo un parziale stripping prima di essere spinti in orbite più ampie e stabili.
Il 1° novembre 2023, gli scienziati hanno riferito, sulla base di simulazioni al computer, che resti di Theia potrebbero essere ancora presenti all'interno della Terra.
Sviluppo naturale
La Luna nascente inizialmente occupava un'orbita significativamente più vicina alla Terra rispetto alla sua posizione attuale. Di conseguenza, ciascun corpo celeste appariva considerevolmente più grande nel cielo dell'altro, le eclissi si verificavano con maggiore frequenza e le forze di marea erano più pronunciate. A causa dell'accelerazione delle maree, l'orbita della Luna attorno alla Terra si è progressivamente espansa, determinando un periodo orbitale più lungo.
In seguito alla sua formazione, la Luna ha subito un processo di raffreddamento e gran parte della sua atmosfera è stata strappata via. Da allora, la superficie lunare è stata scolpita da numerosi eventi di impatto grandi e piccoli, creando un paesaggio caratterizzato da crateri di età diverse.
L'attività vulcanica sulla Luna persistette fino a circa 1,2 miliardi di anni fa, portando alla formazione dei prominenti maria lunari. La maggior parte dei basalti marini eruttarono durante il periodo Imbriano, tra 3,3 e 3,7 miliardi di anni fa, sebbene alcuni risalgano a 1,2 miliardi di anni fa e altri risalgano a 4,2 miliardi di anni fa. La distribuzione dei basalti marini non è uniforme, con una concentrazione predominante nell'emisfero vicino alla Luna. Le ragioni alla base di questa asimmetria rimangono sconosciute, anche se si ipotizza che la relativa sottigliezza della crosta sul lato vicino sia un fattore che contribuisce. Allo stesso modo, le cause della distribuzione degli altopiani lunari sul lato nascosto non sono ben comprese. Le misurazioni topografiche indicano che la crosta sul lato vicino è più sottile di quella sul lato opposto. Una potenziale spiegazione per questa osservazione è che impatti sostanziali sul lato vicino potrebbero aver facilitato il deflusso della lava sulla superficie.
Scala temporale geologica lunare
I periodi geologici lunari sono delineati dalle loro caratteristiche distintive, che vanno dai più antichi crateri da impatto situati al di fuori dei maria oscuri, ai maria stessi e ai crateri successivi, e infine ai crateri giovani, ancora luminosi e facilmente distinguibili dotati di sistemi di raggi, come Copernicus o Tycho.
Traiettoria futura
Si prevede che tra circa cinque miliardi di anni la Luna si allontanerà dalla Terra del 40% in più rispetto alla sua distanza attuale. Tuttavia, circa due o tre miliardi di anni dopo, il Sole evolverà in una gigante rossa. Supponendo che l'espansione del Sole comprenda il sistema Terra-Luna, la resistenza atmosferica risultante potrebbe far diminuire la distanza orbitale tra la Terra e la Luna fino al punto in cui la Luna entra nel limite di Roche della Terra, portando alla sua disintegrazione.
Caratteristiche fisiche
La Luna presenta una forma ellissoidale leggermente scalena, conseguenza dello stiramento delle maree, con il suo asse lungo spostato di 30° rispetto alla Terra direttamente rivolta a causa di anomalie gravitazionali associate ai bacini di impatto. La sua forma allungata supera ciò che le attuali forze di marea possono spiegare. Questo “rigonfiamento fossile” suggerisce che la Luna si sia solidificata quando orbitava a metà della sua distanza attuale dalla Terra e che ora sia troppo fredda perché la sua forma possa ristabilire l’equilibrio idrostatico alla sua attuale distanza orbitale. Attualmente, la deformazione della crosta mareale è limitata alla formazione di scarpate di faglia lobata.
Dimensione e massa
La Luna è il quinto satellite naturale più grande del Sistema Solare sia per dimensioni che per massa. È classificato come luna di massa planetaria, qualificandosi quindi come pianeta satellite secondo le definizioni geofisiche. Sebbene sia più piccolo di Mercurio, è considerevolmente più grande di Plutone, il più grande pianeta nano del Sistema Solare. In particolare, la Luna è il più grande satellite naturale del Sistema Solare rispetto al suo pianeta principale.
Il diametro della Luna misura circa 3.500 km, superando un quarto del diametro della Terra, con la sua faccia visibile paragonabile in larghezza all'Australia continentale, all'Europa o agli Stati Uniti contigui. La superficie totale della Luna è di circa 38 milioni di chilometri quadrati, una distesa paragonabile a quella delle Americhe.
La Luna possiede una massa equivalente a 1⁄81 di quella della Terra, classificandosi come la seconda più densa tra le lune planetarie e mostrando la seconda gravità superficiale più alta, superata solo da Io, con 0,1654 g. La sua velocità di fuga è di 2,38 km/s (§1011§600 km/h; §1415§300 mph).
Struttura
La Luna è caratterizzata come un corpo celeste differenziato, che inizialmente esisteva in equilibrio idrostatico ma successivamente si è discostato da questo stato. Comprende una crosta, un mantello e un nucleo geochimicamente distinti. Nello specifico, la Luna presenta un nucleo interno solido e ricco di ferro, potenzialmente piccolo quanto 240 chilometri (150 mi) di raggio, avvolto da un nucleo esterno fluido composto prevalentemente da ferro liquido, con un raggio approssimativo di 300 chilometri (190 mi). Intorno a questo nucleo c'è uno strato limite parzialmente fuso, che si estende per un raggio di circa 500 chilometri (310 mi). Si ipotizza che questa architettura interna abbia avuto origine dalla cristallizzazione frazionata di un oceano di magma globale, avvenuta poco dopo la formazione della Luna, circa 4,5 miliardi di anni fa.
Si ritiene che il processo di cristallizzazione all'interno di questo oceano di magma abbia generato un mantello mafico attraverso la precipitazione e il successivo affondamento di minerali come olivina, clinopirosseno e ortopirosseno. Una volta che circa tre quarti dell'oceano di magma si furono cristallizzati, i minerali di plagioclasio a densità inferiore furono in grado di formarsi e risalire, contribuendo alla formazione della crosta sovrastante. I liquidi residui, che furono gli ultimi a cristallizzare, sarebbero stati inizialmente situati tra la crosta nascente e il mantello, caratterizzati da un'elevata concentrazione di elementi incompatibili e produttori di calore. Questa ipotesi è supportata dalla mappatura geochimica orbitale, che indica una crosta composta principalmente da anortosite. Inoltre, le analisi dei campioni di roccia lunare provenienti dalle lave delle inondazioni, eruttate in superficie a causa della parziale fusione all'interno del mantello, confermano la composizione mafica del mantello, rilevando il suo contenuto di ferro più elevato rispetto al mantello terrestre. La crosta lunare presenta uno spessore medio di circa 50 chilometri (31 miglia).
Dopo Io, la Luna è il secondo satellite più denso all'interno del Sistema Solare. Tuttavia, il suo nucleo interno è relativamente piccolo, possedendo un raggio di circa 350 chilometri (220 mi) o meno, che costituisce circa il 20% del raggio totale della Luna. La composizione precisa di questo nucleo non è ancora del tutto chiara, anche se è probabile che si tratti di una lega metallica di ferro contenente piccole quantità di zolfo e nichel. Le indagini sui modelli di rotazione variabile nel tempo della Luna indicano che il nucleo è almeno parzialmente fuso. La pressione stimata all'interno del nucleo lunare è di 5 GPa (49.000 atm).
Campo gravitazionale
La gravità media della superficie della Luna misura 1,62 m/s§34§ (0,1654 g; 5,318 piedi/s§1314§), che è circa la metà di quella di Marte e un sesto di quella della Terra.
Il campo gravitazionale della Luna mostra non uniformità. Le caratteristiche dettagliate di questo campo sono state accertate monitorando lo spostamento Doppler dei segnali radio trasmessi da veicoli spaziali in orbita. Le caratteristiche prominenti della gravità lunare includono i mascon, che sono anomalie gravitazionali positive sostanziali correlate con alcuni bacini di impatto giganti. Queste anomalie sono in parte attribuite alle dense colate laviche basaltiche che successivamente riempirono questi bacini. Tali irregolarità gravitazionali influenzano in modo significativo le traiettorie dei veicoli spaziali in orbita attorno alla Luna. Tuttavia, persistono alcuni enigmi: i flussi di lava da soli non spiegano completamente l'intera firma gravitazionale, e sono stati identificati alcuni mascon che non hanno alcuna associazione con il vulcanismo marino.
La sfera di influenza gravitazionale della Luna, dove la sua attrazione gravitazionale predomina su quella terrestre, possiede un raggio collinare di 60.000 km. Questa estensione è inferiore a un sesto della distanza di 378.000 km che separa la Luna e la Terra, arrivando fino ai punti Lagrange Terra-Luna. Questa regione è designata come spazio cislunare.
Campo magnetico
La Luna presenta un campo magnetico esterno che misura meno di 0,2 nanotesla, ovvero meno di un centomillesimo dell'intensità del campo magnetico terrestre. La Luna è priva di un campo magnetico dipolare globale, possedendo solo la magnetizzazione crostale, probabilmente acquisita durante la sua storia antica, quando una dinamo interna era ancora attiva. Circa 4 miliardi di anni fa, la forza di questo primo campo magnetico era probabilmente paragonabile al campo attuale della Terra. Questo antico campo di dinamo sembra aver cessato di funzionare circa un miliardo di anni fa, in seguito alla cristallizzazione del nucleo lunare. Teoricamente, una parte della magnetizzazione residua potrebbe derivare da campi magnetici transitori prodotti durante impatti significativi, facilitati dall’espansione delle nubi di plasma. Queste nubi di plasma vengono generate durante grandi impatti all'interno di un campo magnetico ambientale. Questa ipotesi è corroborata dall'osservazione che le magnetizzazioni crostali più consistenti si trovano vicino agli antipodi dei bacini da impatto giganti.
La Luna trascorre circa il 27% del suo periodo orbitale, equivalente a 5-6 giorni per mese lunare, all'interno della coda magnetica terrestre, dove è esposta allo strato di plasma terrestre anziché al vento solare.
Atmosfera
La Luna possiede un'esosfera estremamente tenue, che costituisce la sua intera atmosfera, che si avvicina a uno stato di quasi vuoto con una massa totale inferiore a 10 tonnellate (9,8 tonnellate lunghe; 11 tonnellate corte). La pressione superficiale esercitata da questa massa atmosferica minima è di circa 3 × 10−15 atm (0,3 nPa), esibendo variazioni diurne. Questa esosfera ha origine da processi come il degassamento e lo sputtering, quest'ultimo derivante dal bombardamento del suolo lunare da parte degli ioni del vento solare. Gli elementi identificati includono sodio e potassio, generati attraverso lo sputtering (osservato anche nelle atmosfere di Mercurio e Io); elio-4 e neon, derivati dal vento solare; e argon-40, radon-222 e polonio-210, che vengono degassati in seguito alla loro formazione tramite decadimento radioattivo all'interno della crosta e del mantello lunare. L’assenza di alcune specie neutre, come ossigeno, azoto, carbonio, idrogeno e magnesio, nonostante la loro presenza nella regolite, rimane una questione scientifica irrisolta. Il vapore acqueo è stato identificato da Chandrayaan-1, dimostrando variazioni latitudinali con concentrazioni di picco intorno a 60-70 gradi, potenzialmente originate dalla sublimazione del ghiaccio d'acqua all'interno della regolite. Questi gas atmosferici vengono riassorbiti nella regolite a causa della gravità lunare oppure fuggono nello spazio, spinti dalla pressione della radiazione solare o, se ionizzati, spazzati via dal campo magnetico del vento solare.
Una persistente nube di polvere lunare circonda la Luna, formata da piccole particelle originate dalle comete. Si stima che ogni giorno 5 tonnellate di particelle cometarie colpiscano la superficie lunare, provocando l'espulsione di polvere. Questa polvere espulsa rimane sospesa sopra la Luna per circa 10 minuti, con un tempo di salita di 5 minuti e un tempo di discesa di 5 minuti. Sopra la Luna sono presenti in media 120 chilogrammi di polvere, che raggiungono altitudini fino a 100 chilometri. I dati del Lunar Dust EXperiment (LDEX) di LADEE hanno indicato che il numero di particelle ha raggiunto i livelli più alti durante gli sciami meteorici Geminidi, Quadrantidi, Tauridi settentrionali e Centauridi Omicron, periodi in cui sia la Terra che la Luna attraversano detriti cometari. La nube di polvere lunare mostra una distribuzione asimmetrica, con una maggiore densità osservata vicino al terminatore, il confine che separa il lato diurno e quello notturno della Luna.
Le analisi dei campioni di magma lunare raccolti durante le missioni Apollo indicano che la Luna un tempo sosteneva un'atmosfera relativamente densa per un intervallo di 70 milioni di anni, circa 3-4 miliardi di anni fa. Questa antica atmosfera, generata dai gas espulsi dalle eruzioni vulcaniche lunari, era due volte più spessa dell’attuale atmosfera marziana. Nel corso del tempo, l'atmosfera lunare primordiale venne progressivamente erosa dai venti solari e successivamente dispersa nello spazio.
Condizioni della superficie
Gli effetti combinati delle radiazioni ionizzanti dei raggi cosmici, della radiazione di neutroni risultante e della radiazione solare portano a un'esposizione media alle radiazioni di 1,369 millisievert al giorno durante il giorno lunare. Questo livello è circa 2,6 volte superiore a quello riscontrato sulla Stazione Spaziale Internazionale, 5-10 volte maggiore rispetto a un volo transatlantico e 200 volte superiore a quello riscontrato sulla superficie terrestre. Per un confronto contestuale, i livelli di radiazione in media sono di circa 1,84 millisievert al giorno durante un transito su Marte e di circa 0,64 millisievert al giorno sulla superficie marziana, con alcune località marziane che potenzialmente mostrano livelli fino a 0,342 millisievert al giorno. Inoltre, la radiazione solare conferisce una carica elettrica alla polvere lunare altamente abrasiva, facendola levitare. Questo fenomeno facilita la diffusa dispersione della polvere lunare adesiva, che pone rischi sia per la salute respiratoria umana che per le apparecchiature meccaniche.
L'inclinazione assiale della Luna rispetto al piano dell'eclittica è solo di 1,5427°, significativamente inferiore ai 23,44° della Terra. Questa minima inclinazione assiale si traduce in variazioni stagionali sostanzialmente ridotte nell’illuminazione solare lunare rispetto alla Terra. Inoltre, consente la presenza di alcuni "picchi di luce eterna" al polo nord della Luna, in particolare lungo il bordo del cratere Peary.
La superficie lunare è soggetta a significative fluttuazioni di temperatura, che vanno da 120 °C a -171 °C, influenzate principalmente dall'irradiazione solare. A causa dell'assenza di atmosfera, le temperature superficiali localizzate sono molto variabili, con le caratteristiche topografiche che svolgono un ruolo fondamentale nel determinare se un'area è esposta alla luce solare o rimane in ombra. Numerosi crateri, soprattutto quelli situati ai poli, contengono regioni permanentemente in ombra, spesso definite aree di oscurità perpetua, che mostrano temperature eccezionalmente basse. Il Lunar Reconnaissance Orbiter ha registrato le temperature estive più basse nei crateri polari meridionali a 35 K (-238 °C; -397 °F). Inoltre, le temperature sono crollate a soli 26 K (-247 °C; -413 °F) vicino al solstizio d'inverno all'interno del cratere polare nord Hermite. Questa misurazione rappresenta la temperatura più fredda mai registrata da un veicolo spaziale nel Sistema Solare, superando anche la temperatura superficiale di Plutone.
Sovrapposta alla crosta lunare c'è la regolite, uno strato superficiale prevalentemente grigio caratterizzato da un'estesa comminuzione (frammentazione in particelle progressivamente più piccole) e da impatti, derivanti da processi di impatto continui. Questa regolite più fine, spesso chiamata suolo lunare, è composta da vetro di biossido di silicio e presenta una consistenza simile alla neve, accompagnata da un odore che ricorda la polvere da sparo esaurita. Lo spessore della regolite varia notevolmente; è tipicamente maggiore sulle superfici più vecchie, variando da 10 a 15 m (33-49 piedi) negli altopiani, rispetto a 4-5 m (13-16 piedi) nei mari. Sotto questa regolite finemente sminuzzata si trova la megaregolite, uno strato sostanziale di roccia ampiamente fratturata che si estende per diversi chilometri di profondità.
Queste condizioni ambientali estreme rendono improbabile che i veicoli spaziali sostengano spore batteriche vitali sulla Luna per periodi superiori a una singola orbita lunare.
Funzioni di superficie
La topografia lunare è stata mappata con precisione utilizzando l'altimetria laser e l'analisi delle immagini stereo. La caratteristica topografica più importante è l'immenso bacino del Polo Sud-Aitken, situato sul lato opposto, che si estende per circa 2.240 km (1.390 mi) di diametro. Questo bacino costituisce il più grande cratere sulla Luna e il secondo più grande cratere da impatto confermato all'interno del Sistema Solare. Il suo fondo, che raggiunge una profondità di 13 km (8,1 mi), rappresenta il punto più basso sulla superficie lunare, in particolare a -9,178 chilometri (-5,703 mi) a 70,368°S 172,413°O / -70,368; -172.413 all'interno di un cratere all'interno del cratere Antoniadi. Al contrario, le quote più elevate, inclusa la vetta Selenea a 10.629 chilometri (6.605 mi), sono situate direttamente a nord-est (5.441°N 158.656°O / 5.441; -158.656), una regione potenzialmente ispessita dall'impatto obliquo che formò il bacino Polo Sud-Aitken. Altri bacini da impatto significativi, come Imbrium, Serenitatis, Crisium, Smythii e Orientale, sono caratterizzati da rilievi depressi a livello regionale e bordi rialzati. In media, il lato nascosto della superficie lunare mostra un'elevazione di circa 1,9 km (1,2 mi) maggiore di quella del lato vicino.
Le prove ricavate dalle scarpate di faglia indicano che la Luna si è contratta di circa 90 metri (300 piedi) negli ultimi miliardi di anni. Caratteristiche di ritiro simili sono state osservate anche su Mercurio. In particolare, il Mare Frigoris, un bacino vicino al polo nord precedentemente considerato geologicamente inattivo, ha mostrato fessurazioni e spostamenti. Data l'assenza di placche tettoniche sulla Luna, la sua attività tettonica procede a ritmo lento, con la formazione di crepe man mano che il corpo celeste dissipa gradualmente il calore interno.
Gli scienziati hanno verificato l'esistenza di una grotta lunare situata vicino al Mare della Tranquillità, in prossimità del luogo di atterraggio dell'Apollo 11 del 1969. Questa grotta, identificata come punto di accesso a un tubo di lava crollato, misura circa 45 metri di larghezza e fino a 80 metri di lunghezza, rappresentando il primo ingresso confermato in una grotta lunare. La conferma è arrivata da un'analisi fotografica condotta nel 2010 dal Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA. La temperatura costante della grotta, pari a circa 17 °C, presenta un ambiente potenzialmente favorevole per la futura abitazione degli astronauti, offrendo protezione da variazioni termiche estreme, radiazioni solari e micrometeoriti. Tuttavia, persistono sfide significative, tra cui le questioni di accessibilità e i rischi intrinseci di valanghe e crolli strutturali. Questa scoperta, quindi, rappresenta una notevole promessa per la creazione di future basi lunari o rifugi di emergenza.
Caratteristiche vulcaniche
Le caratteristiche più importanti osservabili dalla Terra senza ausilio ottico sono le pianure lunari oscure e relativamente prive di caratteristiche, conosciute come maria (singolare mare). Queste formazioni, il cui nome latino si traduce in "mari" a causa di malintesi storici sulla loro composizione, sono costituite da estese lave basaltiche antiche solidificate. Pur somigliando ai basalti terrestri, i basalti lunari presentano un contenuto di ferro più elevato e mancano di minerali modificati dall'acqua. La maggior parte di queste colate laviche sono eruttate o hanno riempito depressioni collegate a bacini di impatto; tuttavia, l'inondazione basaltica più estesa della Luna, Oceanus Procellarum, non si allinea con un bacino d'impatto apparente. Episodi distinti di deposizione di lava all'interno dei maria sono spesso identificabili attraverso variazioni nell'albedo superficiale e margini di flusso distinguibili.
La formazione dei maria ha comportato il raffreddamento e la successiva contrazione della lava basaltica, che ha portato allo sviluppo di creste rugose in alcune regioni. Queste creste basse e tortuose possono estendersi per centinaia di chilometri e spesso delineano strutture sotterranee all'interno del mare. Un'ulteriore conseguenza della formazione dei maria è la comparsa di depressioni concentriche lungo la loro periferia, chiamate rilli arcuati. Queste caratteristiche si presentano quando i basalti del mare si abbassano verso l'interno a causa della loro massa, provocando la frattura e la separazione dei loro bordi.
Oltre ai mari facilmente osservabili, la Luna possiede anche depositi di mare nascosti sotto i materiali espulsi dell'impatto. Si presume che queste formazioni nascoste, designate come criptomare, siano anteriori alle loro controparti esposte. Al contrario, la lava del mare ha nascosto numerosi strati e pozze di fusione da impatto. Le fusioni da impatto hanno origine dalle intense pressioni d'urto generate dalle collisioni, che vaporizzano e liquefanno le aree circostanti il luogo dell'impatto. Quando è ancora visibile, la fusione da impatto può essere differenziata dalla lava del mare in base alla distribuzione spaziale, all'albedo e alle caratteristiche strutturali.
I solchi sinuosi, osservati all'interno e adiacenti alla lava, sono interpretati come canali di lava defunti o tubi di lava collassati. Queste caratteristiche provengono tipicamente dalle bocche vulcaniche, esibendo un percorso tortuoso e occasionalmente ramificato. Esempi importanti, tra cui Schroter's Valley e Rima Hadley, superano i canali di lava terrestri in lunghezza, larghezza e profondità, mostrando occasionalmente curve e svolte strette atipiche sulla Terra.
Il vulcanismo del mare ha modificato i crateri da impatto attraverso diversi meccanismi, come riempirli parzialmente e causare il sollevamento e la frattura dei loro pavimenti a causa dell'intrusione di materiale del mare al di sotto dei loro interni. Esempi degni di nota includono i crateri Taruntius e Gassendi. Al contrario, alcuni crateri, come Hyginus, sono interamente di origine vulcanica, essendosi formati come caldere o pozzi di collasso. Questi crateri vulcanici sono relativamente rari, generalmente più piccoli (tipicamente pochi chilometri di larghezza), meno profondi e possiedono una morfologia più irregolare rispetto ai crateri da impatto. Inoltre, mancano i caratteristici bordi rivolti verso l'alto associati alle caratteristiche dell'impatto.
All'interno dei mari vicini, diverse province geologiche distinte ospitano vulcani a scudo e duomi vulcanici. Inoltre, alcune aree presentano depositi piroclastici, coni di scorie e cupole non basaltiche composte da lava eccezionalmente ad alta viscosità.
La stragrande maggioranza dei mari lunari è situata sul lato vicino della Luna, comprendendo il 31% della sua superficie, in contrasto con solo il 2% sul lato nascosto. Questa asimmetria è probabilmente attribuibile a una maggiore concentrazione di elementi produttori di calore sotto la crosta sul lato vicino, che avrebbe facilitato il riscaldamento, la fusione parziale, l'ascesa e l'eruzione del mantello sottostante. Mentre la maggior parte dei basalti lunari sono eruttati durante il periodo Imbriano, circa 3,3-3,7 miliardi di anni fa, alcuni depositi hanno un'età compresa tra 1,2 e 4,2 miliardi di anni.
Un'indagine del 2006 su Ina, una piccola depressione all'interno del Lacus Felicitatis, ha rivelato caratteristiche geologiche frastagliate e relativamente prive di polvere. L'assenza di erosione dovuta alla caduta dei detriti suggerisce un'età di soli 2 milioni di anni. Inoltre, l’attività sismica (lunati) e le emissioni di gas indicano processi geologici lunari in corso. Prove di recente vulcanismo lunare sono state documentate in 70 zone irregolari di mare, alcune delle quali si stima abbiano meno di 50 milioni di anni. Questi risultati suggeriscono un mantello lunare potenzialmente più caldo di quanto precedentemente ipotizzato, in particolare sul lato vicino dove la crosta profonda mostra temperature significativamente elevate a causa di una maggiore concentrazione di elementi radioattivi. Vulcanismo basaltico, datato tra 2 e 10 milioni di anni fa, è stato individuato anche all'interno del cratere Lowell, situato all'interno del bacino Orientale. Una combinazione di un mantello inizialmente più caldo e un arricchimento localizzato di elementi produttori di calore all'interno del mantello può spiegare un'attività geologica sostenuta sul lato opposto, in particolare all'interno del bacino Orientale.
Le regioni lunari di colore più chiaro sono designate come terrae, più frequentemente chiamate highlands, a causa della loro topografia elevata rispetto alla maggior parte dei mari. La datazione radiometrica indica la loro formazione circa 4,4 miliardi di anni fa, rappresentando potenzialmente cumuli di plagioclasio provenienti dall'oceano di magma lunare. Distinte dalla Terra, si ritiene che nessuna montagna lunare significativa abbia avuto origine da processi tettonici.
Si ipotizza che la distribuzione predominante di mari sul lato vicino della Luna sia correlata alla crosta significativamente più spessa degli altopiani del lato nascosto. Questa asimmetria crostale potrebbe essere il risultato di un impatto a bassa velocità che ha coinvolto un’ipotetica seconda luna della Terra, avvenuto decine di milioni di anni dopo la formazione iniziale della Luna. Una spiegazione alternativa suggerisce che questa asimmetria sia una conseguenza del riscaldamento differenziale delle maree sperimentato quando la Luna orbitava notevolmente più vicino alla Terra.
Crateri da impatto
La craterizzazione da impatto costituisce un processo geologico primario che modella la superficie lunare, risultante dalle collisioni tra asteroidi e comete e la Luna. Le stime suggeriscono che sul lato vicino della Luna esistano circa 300.000 crateri di diametro superiore a 1 km (0,6 miglia). I crateri lunari mostrano diverse morfologie dipendenti dalle loro dimensioni. Classificati in base al diametro crescente, i tipi fondamentali includono crateri semplici, caratterizzati da interni lisci, a forma di ciotola e bordi rialzati; crateri complessi, caratterizzati da pavimenti piatti, pareti terrazzate e picchi centrali; bacini dell'anello di picco; e bacini multianello, caratterizzati da due o più anelli di punta concentrici. Mentre la maggior parte dei crateri da impatto sono circolari, alcuni, come Cantor e Janssen, mostrano contorni poligonali, potenzialmente influenzati da faglie e giunti del sottosuolo. Altri, tra cui la coppia Messier, Schiller e Daniell, sono allungati. Tali allungamenti possono derivare da impatti altamente obliqui, impatti di asteroidi binari, frammentazione di bolidi prima dell'impatto o impatti secondari ravvicinati.
La scala temporale geologica lunare si basa su eventi di impatto significativi, esemplificati da formazioni multi-anello come Nectaris, Imbrium e Orientale, che si estendono da centinaia a migliaia di chilometri di diametro e sono associati a estesi grembiuli di materiale espulso che formano orizzonti stratigrafici regionali. L'assenza di atmosfera, condizioni meteorologiche e recente attività geologica contribuisce all'eccezionale conservazione di numerosi crateri. Sebbene esistano date radiometriche definitive solo per un numero limitato di bacini multi-anello, esse sono determinanti per stabilire le età relative. Dato che i crateri da impatto si accumulano a un ritmo approssimativamente costante, la stima dell’età della superficie può essere ottenuta quantificando il numero di crateri per unità di area. Tuttavia, è imperativa cautela quando si utilizza la metodologia di conteggio dei crateri, a causa della potenziale presenza di crateri secondari. I materiali espulsi dagli impatti primari possono generare crateri secondari, che spesso si manifestano in gruppi o catene, ma appaiono anche come elementi isolati a distanze considerevoli dal sito dell'impatto iniziale. Queste formazioni secondarie possono imitare i crateri primari e possono anche costituire la maggioranza all'interno delle popolazioni di crateri più piccoli, quindi la loro presenza non riconosciuta può distorcere significativamente le stime dell'età.
La datazione radiometrica delle rocce fuse da impatto recuperate durante le missioni Apollo rivela un raggruppamento di età comprese tra 3,8 e 4,1 miliardi di anni, una scoperta che ha informato l'ipotesi di un periodo di bombardamento pesante tardivo caratterizzato da un elevato tasso di impatti.
Immagini ad alta risoluzione acquisito dal Lunar Reconnaissance Orbiter durante gli anni 2010 ha rivelato un tasso contemporaneo di produzione di crateri sostanzialmente superiore alle stime precedenti. Si ritiene che un meccanismo di craterizzazione secondario, guidato dai materiali espulsi distali, rielabori i due centimetri più alti di regolite in un arco di tempo approssimativo di 81.000 anni. Questo tasso è 100 volte maggiore del tasso derivato da modelli basati esclusivamente sugli impatti diretti dei micrometeoriti.
Vortici lunari
I turbinii lunari rappresentano formazioni enigmatiche distribuite sulla superficie lunare. Queste caratteristiche si distinguono per un'elevata albedo, un aspetto otticamente immaturo (indicativo delle proprietà ottiche di una regolite relativamente giovane) e spesso una morfologia sinuosa. I loro contorni sono spesso enfatizzati dall'intervento di regioni a bassa albedo che si snodano tra i vortici più luminosi. Queste formazioni sono situate in aree che mostrano campi magnetici superficiali aumentati, molte delle quali si verificano nei punti agli antipodi di strutture di impatto significative. Esempi degni di nota includono la funzione Reiner Gamma e Mare Ingenii. L'ipotesi prevalente suggerisce che i vortici lunari siano regioni parzialmente schermate dal vento solare, il che porta a un tasso ridotto di erosione spaziale.
Presenza di acqua
L'acqua liquida è insostenibile sulla superficie lunare, poiché la radiazione solare la decompone rapidamente attraverso la fotodissociazione, portando alla sua perdita nello spazio. Tuttavia, a partire dagli anni ’60, gli scienziati hanno teorizzato che il ghiaccio d’acqua potrebbe essere depositato dagli impatti delle comete o generato attraverso la reazione delle rocce lunari ricche di ossigeno con l’idrogeno del vento solare. Queste tracce d’acqua potrebbero quindi persistere all’interno di crateri freddi e permanentemente in ombra situati su entrambi i poli lunari. I modelli computerizzati indicano che fino a 14.000 km2 (5.400 miglia quadrate) della superficie lunare potrebbero rimanere in ombra perpetua. La disponibilità di quantità d'acqua sfruttabili sulla Luna è un fattore determinante per creare un'abitazione lunare economicamente vantaggiosa, dato che il trasporto dell'acqua dalla Terra comporterebbe spese proibitive.
Successive indagini hanno confermato la presenza di tracce d'acqua sulla superficie lunare. Nel 1994, l'esperimento radar bistatico a bordo della navicella spaziale Clementine suggerì inizialmente l'esistenza di piccole sacche d'acqua ghiacciata vicino alla superficie. Tuttavia, successive osservazioni radar di Arecibo hanno suggerito che questi rilevamenti potrebbero invece rappresentare rocce espulse da recenti crateri da impatto. Nel 1998, lo spettrometro di neutroni sulla navicella spaziale Lunar Prospector rivelò elevate concentrazioni di idrogeno entro il primo metro di regolite nelle regioni polari. Inoltre, le perle di lava vulcanica recuperate durante la missione Apollo 15 contenevano piccole quantità di acqua al loro interno.
Nel 2008, la navicella spaziale Chandrayaan-1, equipaggiata con il Moon Mineralogy Mapper, ha successivamente confermato la presenza di ghiaccio d'acqua superficiale. Lo spettrometro ha identificato linee di assorbimento dell’idrossile nella luce solare riflessa, indicando quantità sostanziali di ghiaccio d’acqua sulla superficie lunare, con concentrazioni che potenzialmente raggiungono 1.000 ppm. Nel 2018, gli spettri di riflettanza del mappatore, utilizzando l’illuminazione indiretta delle regioni in ombra, hanno ulteriormente confermato l’esistenza di ghiaccio d’acqua entro 20° di latitudine da entrambi i poli. Inoltre, nel 2009, la missione LCROSS ha schierato un dispositivo di simulazione da 2.300 kg (5.100 libbre) in un cratere polare permanentemente in ombra, rilevando almeno 100 kg (220 libbre) di acqua all'interno del pennacchio espulso risultante. La successiva analisi dei dati LCROSS ha perfezionato questa stima, indicando circa 155 ± 12 kg (342 ± 26 libbre) di acqua rilevata.
Nel maggio 2011, i ricercatori hanno segnalato concentrazioni di acqua comprese tra 615 e 1410 ppm all'interno delle inclusioni fuse del campione lunare 74220, notoriamente noto come il "terreno di vetro arancione" ad alto contenuto di titanio di origine vulcanica, raccolto durante la missione Apollo 17 del 1972. Queste inclusioni hanno avuto origine da eruzioni lunari esplosive circa 3,7 miliardi di anni fa e la loro concentrazione di acqua è paragonabile a quella trovata nel magma del mantello superiore della Terra. Sebbene questa scoperta rivesta un significativo interesse selenologico, non implica acqua facilmente accessibile, poiché il campione ha avuto origine diversi chilometri sotto la superficie, e le inclusioni si sono rivelate così difficili da rilevare che la loro identificazione ha richiesto 39 anni di analisi utilizzando uno strumento a microsonda ionica all'avanguardia.
Nell'agosto 2018, un'analisi dei dati del Moon Mineralogy Mapper (M3) ha prodotto la prima "prova definitiva" della presenza di ghiaccio d'acqua sulla superficie lunare. I dati hanno mostrato firme riflettenti distinte caratteristiche del ghiaccio d’acqua, differenziandolo dalla polvere e da altri materiali riflettenti. Questi depositi di ghiaccio sono stati identificati sia al Polo Nord che al Polo Sud, con una maggiore abbondanza osservata nel Sud. Qui, l'acqua è sequestrata all'interno di crateri e fessure permanentemente in ombra, che la proteggono dalla radiazione solare, consentendone così la persistenza come ghiaccio superficiale.
Nell'ottobre 2020, gli astronomi hanno segnalato il rilevamento di acqua molecolare sulla superficie lunare illuminata dal sole da parte di diversi veicoli spaziali indipendenti, tra cui in particolare l'Osservatorio stratosferico per l'astronomia a infrarossi (SOFIA).
Sistema Terra-Luna
Orbita
L'orbita della Luna è caratterizzata da una forma leggermente ellittica, con un'eccentricità orbitale di 0,055. Il semiasse maggiore di questa orbita lunare geocentrica, designato come distanza lunare, misura circa 385.000 km (239.000 mi), o 1,3 secondi luce, che equivale all'incirca a 9,6 volte la circonferenza della Terra.
La Luna completa un'orbita completa attorno alla Terra, rispetto alle stelle fisse, in circa 27,3 giorni; questo è chiamato il suo periodo siderale. Tuttavia, a causa del movimento orbitale simultaneo del sistema Terra-Luna attorno al Sole, la Luna richiede una durata leggermente estesa di 29,5 giorni per ristabilire la stessa fase lunare osservata dalla Terra, completando così un ciclo completo. Questo intervallo, noto come periodo sinodico o mese sinodico, è comunemente indicato come mese lunare e corrisponde alla durata di un giorno solare sulla Luna.
Il blocco delle maree stabilisce una risonanza spin-orbita 1:1 per la Luna, il che significa che il suo periodo orbitale attorno alla Terra corrisponde esattamente al suo periodo di rotazione. Questo fenomeno spiega la visibilità costante di un solo emisfero, designato come il lato più vicino, dalla Terra. Nonostante questa risonanza, il movimento della Luna presenta sottili variazioni, come la librazione, che causano lievi spostamenti di prospettiva. Di conseguenza, circa il 59% della superficie della Luna diventa osservabile dalla Terra nel tempo e da varie località terrestri.
Distinto dalla maggior parte degli altri satelliti planetari, il piano orbitale della Luna è orientato più vicino al piano dell'eclittica che al piano equatoriale della Terra. L'orbita della Luna subisce perturbazioni complesse e interagenti sia dal Sole che dalla Terra. Ad esempio, il piano orbitale della Luna va in precessione gradualmente, completando una rotazione completa circa ogni 18,61 anni, che successivamente influenza altri aspetti del movimento lunare. Questi effetti risultanti sono matematicamente chiariti dalle leggi di Cassini.
Centro orbitale
La Terra e la Luna costituiscono un sistema satellitare caratterizzato da un centro di massa condiviso, noto come baricentro. Questo baricentro è situato a circa 5.000 km (3.100 mi) dal centro della Terra, che corrisponde a circa tre quarti del raggio terrestre. A causa della dissipazione di energia dalla coppia Terra-Luna rotante attraverso l'attrito delle maree, questo baricentro sta gradualmente migrando verso l'esterno e si prevede che alla fine risiederà oltre i confini fisici della Terra.
All'interno di un sistema di riferimento eliocentrico, la Luna orbita attorno al Sole, con la sua traiettoria perturbata dalla Terra. Questa osservazione ha spinto alcuni scienziati a proporre che la Luna possa essere classificata come un pianeta, citando sia precedenti storici che criteri qualitativi, e notando che la sua massa sarebbe sufficiente a liberare il suo percorso orbitale attorno al Sole se fosse un corpo indipendente. Una tale classificazione implicherebbe che il sistema Terra-Luna funzioni come un doppio pianeta. Sebbene l'Unione Astronomica Internazionale, in quanto autorevole organizzazione per gli standard, non abbia stabilito definizioni per i pianeti all'interno di sistemi binari o per ciò che costituisce un sistema a doppio pianeta, un consenso tra la maggior parte degli scienziati suggerisce che tale designazione richiederebbe che il baricentro Luna-Terra sia posizionato all'esterno della Terra stessa.
Effetti delle maree
L'attrazione gravitazionale reciproca esercitata dalla Terra, dalla Luna e dal Sole si traduce in forze differenziali, con un'attrazione leggermente più forte sui lati dei corpi celesti più vicini l'uno all'altro, generando così forze di marea. Sebbene le maree oceaniche rappresentino la manifestazione più comunemente osservata di questo fenomeno, le forze di marea influenzano in modo significativo anche altri aspetti meccanici della Terra, della Luna e del loro sistema combinato.
La crosta solida della Luna subisce deformazioni mareali con un'ampiezza di circa 10 cm (4 pollici) in un periodo di 27 giorni, comprendenti tre componenti distinte: una componente costante attribuita all'attrazione gravitazionale della Terra, a causa della loro rotazione sincrona; una marea variabile risultante dall'eccentricità e dall'inclinazione orbitale; e una componente fluttuante minore proveniente dal Sole. La componente variabile indotta dalla Terra è una conseguenza delle variazioni di distanza e librazione, che a loro volta derivano dall'eccentricità e dall'inclinazione orbitale della Luna (nell'ipotetico scenario di un'orbita lunare perfettamente circolare e non inclinata, sarebbero presenti solo maree solari). Recenti indagini scientifiche suggeriscono che l'influenza gravitazionale della Luna sulla Terra potrebbe svolgere un ruolo nel sostenere il campo magnetico terrestre.
Lo stress accumulato generato da queste forze di marea è responsabile del verificarsi dei terremoti lunari. Sebbene i terremoti lunari siano considerevolmente meno frequenti e meno intensi dei terremoti, possono persistere per durate fino a un’ora – un periodo significativamente più lungo rispetto ai terremoti terrestri – a causa della dispersione delle vibrazioni sismiche all’interno della crosta superiore secca e frammentata della Luna. La rilevazione dei terremoti ha costituito una scoperta inaspettata, derivata dai sismometri schierati sulla Luna dagli astronauti dell'Apollo tra il 1969 e il 1972.
La conseguenza più ampiamente riconosciuta delle forze di marea è l'innalzamento e l'abbassamento periodico del livello del mare, noto come maree oceaniche. Sebbene la Luna sia il principale motore delle forze di marea, anche il Sole esercita una significativa influenza sulle maree, contribuendo fino al 40% della forza di marea lunare. L'interazione tra queste forze di marea solare e lunare genera i fenomeni delle maree primaverili e di piccola marea.
Gli oceani della Terra presentano due rigonfiamenti di marea primari: uno posizionato sul lato della Terra rivolto verso la Luna e l'altro sul lato diametralmente opposto. Mentre la Terra subisce una rotazione assiale, un rigonfiamento oceanico, che rappresenta un'alta marea, rimane allineato con la Luna, mentre un'alta marea corrispondente si verifica sul lato opposto. L'attrazione gravitazionale della Luna, essendo più potente sull'acqua vicina, spiega la marea direttamente sotto di essa. Al contrario, la marea sul lato opposto può essere attribuita alla forza centrifuga generata mentre la Terra orbita attorno al baricentro, o all'inerzia dell'acqua poiché la più forte influenza gravitazionale della Luna sulla Terra solida allontana il pianeta dall'acqua più distante.
Di conseguenza, circa ogni 24 ore, si osservano due alte maree e due basse maree. Dato che la Luna orbita attorno alla Terra nella stessa direzione della rotazione terrestre, le alte maree si verificano circa ogni 12 ore e 25 minuti, con i 25 minuti aggiuntivi che rappresentano la progressione orbitale della Luna attorno alla Terra.
In uno scenario ipotetico in cui la Terra costituisse un pianeta esclusivamente acquatico privo di continenti, la marea risultante sarebbe un fenomeno altamente prevedibile, misurando circa un metro di ampiezza. Tuttavia, le effettive maree oceaniche sono significativamente influenzate e modificate da diversi fattori aggiuntivi:
- l'interazione di attrito tra l'acqua oceanica e la rotazione terrestre, mediata dalla topografia dei fondali oceanici
- l'inerzia intrinseca associata al movimento dell'acqua
- le caratteristiche batimetriche dei bacini oceanici, che mostrano una profondità decrescente in prossimità delle masse continentali
- l'oscillazione risonante dell'acqua tra distinti bacini oceanici
Di conseguenza, la tempistica precisa degli eventi di marea nella maggior parte delle località globali deriva principalmente da osservazioni empiriche, che vengono successivamente chiarite da quadri teorici.
Evoluzione del sistema Terra-Luna
I ritardi temporali nei picchi delle maree sia oceaniche che di corpi solidi generano una coppia che si oppone alla rotazione terrestre. Questo fenomeno dissipa il momento angolare e l'energia cinetica rotazionale della Terra, decelerando così la sua rotazione. Il momento angolare ceduto dalla Terra viene contemporaneamente trasferito alla Luna attraverso un meccanismo chiamato accelerazione mareale, che spinge la Luna in un'orbita progressivamente più alta riducendo contemporaneamente la sua velocità orbitale attorno alla Terra. Nel corso di circa 3,2 miliardi di anni, questo processo ha esteso la durata di un mese anomalo da 20 giorni alla durata attuale di 27,55 giorni.
Di conseguenza, la distanza Terra-Luna si sta progressivamente espandendo e la velocità di rotazione della Terra sta contemporaneamente diminuendo. I dati acquisiti dai riflettori laser schierati durante le missioni Apollo, attraverso esperimenti sulla misurazione della Luna, indicano che il raggio orbitale della Luna aumenta di circa 38 mm (1,5 pollici) all'anno, un tasso paragonabile alla crescita delle unghie umane. Inoltre, le misurazioni dell'orologio atomico rivelano che la giornata terrestre si estende di circa 17 microsecondi ogni anno, rendendo necessario un aumento graduale della frequenza degli aggiustamenti dei secondi intercalari al Tempo Coordinato Universale (UTC).
Questo continuo trascinamento mareale sincronizza gradualmente la rotazione della Terra con il periodo orbitale della Luna. Questo processo di sincronizzazione porta inizialmente al blocco mareale del corpo meno massiccio all’interno del sistema orbitale, uno stato già raggiunto dalla Luna. Teoricamente, in circa 50 miliardi di anni, la rotazione della Terra rallenterebbe sufficientemente per adattarsi al periodo orbitale della Luna, con il risultato che la Terra presenterebbe perpetuamente lo stesso emisfero alla Luna. Tuttavia, si prevede che il Sole si evolva in una gigante rossa, un processo che molto probabilmente inghiottirebbe il sistema Terra-Luna molto prima.
Se il sistema Terra-Luna dovesse sfuggire all'inghiottimento da parte del Sole espanso, la resistenza atmosferica dell'atmosfera solare potrebbe indurre un decadimento nell'orbita della Luna. Una volta raggiunta una distanza orbitale di circa 18.470 km (11.480 mi), la Luna supererebbe il limite di Roche della Terra. A questo punto, le forze di marea esercitate dalla Terra causerebbero la disintegrazione della Luna, formando un sistema di anelli planetari. Successivamente, la maggior parte di questi frammenti di anelli orbitanti subirebbero un decadimento orbitale, con i risultanti detriti che colpirebbero la Terra. Pertanto, anche in assenza di inghiottimento solare, la Terra potrebbe alla fine rimanere priva del suo satellite naturale.
Orientamento lunare e caratteristiche apparenti
La posizione apparente della Luna nel cielo terrestre varia considerevolmente, in base alla posizione terrestre dell'osservatore e al momento specifico all'interno dell'anno lunare, del mese lunare e del giorno terrestre. Ogni anno, la Luna raggiunge il suo culmine a diverse altitudini durante il giorno. In particolare, la Luna raggiunge la sua posizione celeste più alta durante l'inverno e quella più bassa durante l'estate, uno schema coerente in entrambi gli emisferi settentrionale e meridionale della Terra, in contrasto con le variazioni stagionali di altitudine del Sole.
Sia al Polo Nord che a quello Sud, la Luna rimane continuamente sopra l'orizzonte per una durata di due settimane durante ogni mese tropicale, che dura circa 27,3 giorni, un fenomeno analogo al giorno polare sperimentato durante l'anno tropicale. Nell'Artico, lo zooplancton utilizza la luce lunare come fonte di luce durante periodi prolungati in cui il Sole rimane sotto l'orizzonte per diversi mesi.
L'orientamento osservato della Luna dipende dalla sua posizione celeste e dall'emisfero terrestre da cui viene osservata. Dall'emisfero settentrionale appare invertito rispetto alle osservazioni effettuate dall'emisfero meridionale. Occasionalmente, le cuspidi di una falce di luna mostrano un'inclinazione verso l'alto anziché laterale. Questo fenomeno specifico, chiamato "luna bagnata", si osserva con maggiore frequenza nelle regioni tropicali.
La distanza geocentrica della Luna oscilla tra circa 356.400 km (221.500 mi) al perigeo e 406.700 km (252.700 mi) all'apogeo, determinando una variazione fino al 14% nella sua distanza e nella dimensione angolare apparente. Il diametro angolare medio della Luna è di circa 0,52°, che si avvicina molto alla dimensione apparente del Sole § Eclissi. Inoltre, un fenomeno percettivo cognitivo, denominato illusione lunare, fa sì che la Luna appaia ingrandita quando si trova vicino all'orizzonte.
Rotazione
La rotazione sincrona e bloccata dalle maree della Luna durante la sua orbita attorno alla Terra garantisce che quasi lo stesso emisfero lunare sia costantemente rivolto verso il pianeta. L'emisfero perennemente orientato verso la Terra è detto lato vicino, mentre il suo antipodo è detto lato lontano. Sebbene spesso etichettato erroneamente come "lato oscuro", il lato lontano riceve illuminazione solare con la stessa frequenza del lato vicino, in particolare una volta ogni 29,5 giorni terrestri. Il lato vicino rimane non illuminato durante il periodo dalla luna oscura alla luna nuova.
Inizialmente, la Luna possedeva una velocità di rotazione più rapida; tuttavia, all'inizio della sua storia geologica, questa rotazione ha rallentato e successivamente è rimasta bloccata nel suo orientamento attuale a causa delle forze di attrito derivanti dalle deformazioni mareali indotte dalla Terra. Nel corso del tempo, l'energia di rotazione assiale della Luna è stata dissipata come energia termica, culminando in uno stato di rotazione relativa pari a zero tra la Luna e la Terra. Nel 2016, gli scienziati planetari analizzando i dati acquisiti durante la missione Lunar Prospector della NASA del 1998-99 hanno identificato due regioni arricchite di idrogeno, probabilmente indicative di antico ghiaccio d'acqua, situate sugli emisferi lunari opposti. Si ipotizza che queste aree costituissero i poli della Luna miliardi di anni fa, prima del suo bloccaggio delle maree con la Terra.
Illuminazione e fasi
Mentre la Luna orbita attorno alla Terra, subisce una rotazione, alterando il suo orientamento rispetto al Sole e vivendo così un giorno lunare. Un giorno lunare corrisponde in durata a un mese lunare, o a una singola orbita sinodica attorno alla Terra, conseguenza del suo bloccaggio delle maree sulla Terra. Poiché la Luna non è bloccata rispetto al Sole, su tutta la sua superficie si verificano sia i periodi diurni che quelli notturni. Il progressivo spostamento dell'illuminazione solare sulla superficie della Luna durante un giorno lunare è percepibile dalla Terra come l'evoluzione delle fasi lunari, con la mezzaluna crescente che rappresenta l'alba lunare e la mezzaluna calante che indica la fase del tramonto se viste da remoto.
Le notti lunari sono più profonde sul lato lontano e durante le eclissi lunari sul lato vicino, superando l'oscurità di una notte terrestre senza luna. Durante il suo periodo notturno, il lato vicino riceve illuminazione dalla luce terrestre, consentendo la potenziale osservazione delle caratteristiche della superficie lunare dalla Terra. Earthshine rende la notte del lato vicino circa 43 volte, e occasionalmente fino a 55 volte, più luminosa di una notte terrestre illuminata esclusivamente dalla luna piena.
La luminosità della Luna e la dimensione angolare apparente nel cielo terrestre fluttuano come conseguenza della sua orbita ellittica attorno alla Terra. Al perigeo, il suo punto orbitale più vicino, la Luna è fino al 14% più vicina alla Terra che all'apogeo, il suo punto più distante, sottendendo così un angolo solido fino al 30% maggiore. Di conseguenza, assumendo una fase identica, anche la luminosità della Luna presenta una variazione fino al 30% tra apogeo e perigeo. Una luna piena o nuova che si verifica in una tale prossimità orbitale è denominata "superluna".
Ciascuna delle quattro fasi lunari intermedie persiste tipicamente per circa sette giorni (in particolare, circa 7,38 giorni); tuttavia, questa durata può variare di circa ±11% a causa della diversa distanza geocentrica tra l'apogeo della Luna (punto più lontano) e il perigeo (punto più vicino).
L'età della Luna è definita come il numero di giorni trascorsi dalla luna nuova più recente. Un ciclo completo di fasi lunari viene definito lunazione.
L'età e la fase lunare approssimative per una determinata data possono essere accertate calcolando il numero di giorni successivi a una luna nuova documentata (ad esempio, 1 gennaio 1900 o 11 agosto 1999) e quindi dividendo questo valore per la durata media di un mese sinodico (29,53059 giorni). Il resto risultante da questa divisione indica l'età della Luna. Questa metodologia presuppone un'orbita perfettamente circolare e ignora il momento preciso della luna nuova, portando potenzialmente a discrepanze di diverse ore nei risultati. La precisione di questo calcolo diminuisce proporzionalmente alla distanza temporale dalla data di riferimento prescelta.
I calcoli semplificati sono adatti per applicazioni generali o decorative, come gli orologi con fasi lunari. Tuttavia, applicazioni più precise, che devono tenere conto dell'apogeo e del perigeo della Luna, richiedono metodologie più complesse.
La librazione lunare occasionalmente consente agli osservatori di percepire poco più dell'intero disco lunare, estendendosi fino a circa il 101%, o una porzione minore del suo lato nascosto, raggiungendo fino al 5%.
Fenomeni osservativi
Storicamente, la stabilità delle caratteristiche osservate della superficie lunare è stata oggetto di dibattito. Attualmente, molte affermazioni di cambiamento sono considerate illusorie, spesso attribuite a variazioni di illuminazione, condizioni di visione astronomica non ottimali o rappresentazioni grafiche imprecise. Tuttavia, si verificano degassamenti intermittenti e potrebbero spiegare una piccola frazione dei fenomeni transitori lunari documentati. Recenti ipotesi propongono che un'area della superficie lunare, di circa 3 km (1,9 miglia) di diametro, abbia subito modifiche a causa di un evento di rilascio di gas circa un milione di anni fa.
Superficie Albedo e True Color
Le caratteristiche visive della Luna sono determinate dalle sue proprietà riflettenti e dalla composizione compositiva. Con un'albedo di circa 0,12, paragonabile all'asfalto invecchiato, la Luna è intrinsecamente oscura, nonostante la sua notevole luminosità nel cielo notturno. Questa bassa albedo indica la riflettività della regolite lunare, uno strato di frammenti di roccia polverizzata formati dal bombardamento meteoritico. La diffusione della luce da parte della regolite contribuisce ad aumentare significativamente la luminosità della Luna durante la sua fase piena rispetto ai quarti di fase.
In assenza di interferenze atmosferiche, il colore intrinseco della Luna è un tenue grigio-brunastro. Questa colorazione deriva dai minerali silicati presenti nella regolite, distinguendo tra le pianure basaltiche più scure, note come maria, e gli altopiani più chiari, ricchi di feldspato. I maria, prodotti di antiche eruzioni vulcaniche, possiedono elevate concentrazioni di ferro e titanio, conferendo loro una tonalità più scura. Se osservate dalla Terra, le condizioni atmosferiche possono modificare il colore percepito della Luna, rendendola rossa durante le eclissi lunari o, occasionalmente, blu a causa della presenza di particolato vulcanico.
La Luna dimostra inoltre retroriflessione, un fenomeno in cui la luce viene dispersa verso la sua origine, risultando in una luminosità costante su tutto il suo disco senza sostanziale oscuramento dei bordi. Le sue dimensioni apparenti e la sua luminosità fluttuano secondo la sua orbita ellittica; al perigeo, può apparire fino al 30% più luminosa e il 14% più grande rispetto all'apogeo, un fenomeno comunemente chiamato "Superluna".
Il colore percepito della Luna può occasionalmente spostarsi verso il rosso o il blu. Durante un'eclissi lunare, può apparire rossa a causa della rifrazione della luce dello spettro rosso del Sole da parte dell'atmosfera terrestre sulla superficie lunare. Questa colorazione caratteristica fa sì che le eclissi lunari vengano talvolta chiamate "lune di sangue". Inoltre, la Luna può mostrare una tonalità rossastra se osservata ad angoli bassi attraverso un denso strato atmosferico.
Al contrario, la Luna può presentare un aspetto blu, dipendente dalla presenza atmosferica di particelle specifiche, come la cenere vulcanica, un fenomeno colloquialmente chiamato "luna blu".
È importante notare che i termini "luna rossa" e "luna blu" denotano anche lune piene specifiche all'interno di un anno solare, e quindi non si riferiscono esclusivamente all'effettiva presenza cromatica del rosso. o chiaro di luna blu.
Eclissi
Le eclissi si manifestano esclusivamente quando il Sole, la Terra e la Luna raggiungono un allineamento collineare, una configurazione denominata "sizigia". Le eclissi solari si verificano durante la fase di Luna Nuova, quando la Luna è posizionata tra il Sole e la Terra. Al contrario, le eclissi lunari si verificano durante la luna piena, con la Terra situata tra il Sole e la Luna. Il diametro angolare apparente della Luna si avvicina molto a quello del Sole, entrambi sottendono a circa mezzo grado dalla Terra. Sebbene il Sole sia sostanzialmente più grande della Luna, la sua distanza significativamente maggiore dalla Terra si traduce in una dimensione apparente equivalente a quella della Luna considerevolmente più piccola e più vicina. Anche le variazioni nella dimensione apparente, attribuibili alle loro orbite non circolari, sono notevolmente simili, sebbene avvengano all'interno di cicli distinti. Questa dinamica orbitale facilita sia le eclissi solari totali, in cui la Luna appare più grande del Sole, sia le eclissi solari anulari, in cui la Luna appare più piccola del Sole. Durante un'eclissi totale, la Luna oscura completamente il disco solare, rendendo la corona solare visibile ad occhio nudo.
Man mano che la distanza tra la Luna e la Terra aumenta gradualmente nel tempo, il diametro angolare della Luna diminuisce di conseguenza. Allo stesso tempo, mentre il Sole evolve verso la sua fase di gigante rossa, le sue dimensioni fisiche e il diametro angolare apparente nel cielo si stanno lentamente espandendo. L’interazione di questi due cambiamenti implica che centinaia di milioni di anni fa, la Luna oscurava costantemente il Sole durante le eclissi solari, precludendo così le eclissi anulari. Allo stesso modo, in un lontano futuro, la Luna non sarà più sufficiente a coprire completamente il Sole, rendendo impossibili le eclissi solari totali.
Il piano orbitale della Luna attorno alla Terra è inclinato di circa 5,145° (5° 9′) rispetto al piano orbitale della Terra attorno al Sole. Di conseguenza, le eclissi non si manifestano durante ogni fase di luna piena e nuova. Un'eclissi richiede la vicinanza della Luna ai punti di intersezione di questi due piani orbitali. La periodicità prevedibile e la ricorrenza delle eclissi sia solari (La Luna che oscura il Sole) che lunari (La Terra che oscura la Luna) sono governate dal ciclo di Saros, che dura circa 18 anni.
Dato che la Luna ostruisce costantemente una regione circolare del cielo di circa mezzo grado di larghezza angolare, il fenomeno associato dell'occultazione avviene quando una stella o un pianeta luminoso passa dietro la Luna, diventando così oscurato dall'osservazione terrestre. Pertanto, un’eclissi solare rappresenta fondamentalmente un’occultazione del Sole. A causa della relativa vicinanza della Luna alla Terra, le singole occultazioni stellari non sono né universalmente osservabili in tutto il mondo né sincrone nel loro verificarsi. La precessione dell'orbita lunare comporta una variazione annuale delle stelle soggette a occultazione.
Illusione della luna
Storia della comprensione e dell'esplorazione scientifica
Osservazione pre-telescopica (prima del 1609)
Alcuni studiosi propongono che le prime pitture rupestri, risalenti a 40.000 anni prima del presente (BP) e raffiguranti tori e forme geometriche, insieme a bastoncini di riscontro risalenti a 20.000-30.000 anni fa, potrebbero essere serviti come strumenti per osservare le fasi lunari e tenere traccia del tempo attraverso il ciclo crescente e calante della Luna. Durante le epoche preistoriche, vari attributi lunari furono riconosciuti e incorporati nelle divinità lunari, successivamente documentati e simboleggiati con l'avvento della scrittura nel IV millennio a.C. Tra le prime potenziali rappresentazioni della Luna c'è un'incisione rupestre del 3.000 a.C., in particolare Orthostat 47, situata a Knowth, in Irlanda. Raffigurazioni a mezzaluna della Luna, spesso associate alla divinità lunare Nanna/Sin, sono state identificate a partire dal III millennio a.C.
Enheduanna, riconosciuta come la prima astronoma e poetessa nominata, un'alta sacerdotessa accadica della divinità lunare Nanna/Sin e figlia di Sargon il Grande (c. 2334 - c. 2279 a.C.), conservava registrazioni di osservazioni lunari all'interno della sua residenza. Il disco del cielo di Nebra, risalente a circa c. 1800–1600 a.C., rappresenta la più antica rappresentazione scoperta e identificata della Luna in un contesto astronomico insieme ad altre caratteristiche celesti, come le Pleiadi.
L'antico filosofo greco Anassagora (d. 428 a.C.) ipotizzò che sia il Sole che la Luna fossero corpi sferici massicci, con la Luna che rifletteva l'illuminazione del Sole. Allo stesso tempo, tra il V e il IV secolo a.C., gli astronomi babilonesi documentarono il ciclo di Saros di 18 anni per le eclissi lunari, mentre gli astronomi indiani descrivevano dettagliatamente l'allungamento mensile della Luna. L'astronomo cinese Shi Shen (att. IV secolo a.C.) fornì metodologie per prevedere sia le eclissi solari che quelle lunari.
Aristotele (384–322 a.C.) concettualizzò la Luna come delineante il confine tra le sfere terrestri degli elementi mutevoli (terra, acqua, aria e fuoco) e il regno celeste dell'etere imperituro, un quadro filosofico che influenzò profondamente il pensiero per secoli. Archimede (287–212 a.C.) progettò un planetario in grado di calcolare i movimenti della Luna e di altri corpi celesti all'interno del Sistema Solare. Durante il II secolo a.C., Seleuco di Seleucia teorizzò accuratamente che le maree erano il risultato dell'attrazione gravitazionale della Luna, con la loro grandezza influenzata dall'allineamento della Luna rispetto al Sole. Nello stesso secolo, Aristarco calcolò le dimensioni della Luna e la sua distanza dalla Terra, stimando che quest'ultima fosse circa venti volte il raggio terrestre.
Durante la dinastia Han, gli studiosi cinesi ipotizzarono che la Luna incarnasse l'energia qi e la loro teoria dell'"influenza radiante" identificava correttamente l'illuminazione lunare come un riflesso della luce solare. Jing Fang (78–37 aC) osservò ulteriormente la forma sferica della Luna. Tolomeo (90–168 d.C.) perfezionò in modo significativo i calcoli di Aristarco, determinando la distanza media della Luna come 59 volte il raggio terrestre e il suo diametro come 0,292 diametri terrestri, valori notevolmente vicini alle cifre precise di circa 60 e 0,273, rispettivamente. Nel II secolo d.C., Luciano scrisse il romanzo Una storia vera, raffigurante i protagonisti che viaggiano sulla Luna e incontrano i suoi abitanti. L'astronomo indiano Aryabhata, nel 510 d.C., nel suo Aryabhatiya affermò che la luminosità della Luna risulta dalla luce solare riflessa. Successivamente, l'astronomo e fisico Ibn al-Haytham (965–1039) dimostrò che il riflesso lunare della luce solare non era speculare, come uno specchio, ma piuttosto diffuso, con la luce che emanava in tutte le direzioni dalla superficie illuminata della Luna. Shen Kuo (1031–1095) della dinastia Song ideò un'allegoria paragonando le fasi lunari a una sfera d'argento riflettente che, se parzialmente oscurata dalla polvere bianca e vista da un angolo, somigliava a una mezzaluna. Per tutto il Medioevo, prima dell'invenzione del telescopio, la Luna fu progressivamente intesa come un corpo sferico, sebbene persistesse la convinzione prevalente che la sua superficie fosse "perfettamente liscia".
Esplorazione telescopica (1609–1959)
Lo sviluppo del telescopio e i primi resoconti avvennero nel 1608. Thomas Harriot produsse le prime osservazioni astronomiche telescopiche documentate e una rudimentale mappatura lunare all'inizio dell'estate 1609, sebbene queste rimasero inedite. Contemporaneamente Galileo Galilei iniziò ad utilizzare i telescopi per l'osservazione celeste e lunare. Nello stesso anno, documentò osservazioni più complesse e conclusioni cruciali, in particolare che la Luna possedeva una superficie irregolare caratterizzata da montagne e crateri. Questi risultati furono successivamente pubblicati nel 1610 nella sua opera fondamentale e rapidamente acclamata, Sidereus Nuncius.
Nella seconda metà del XVII secolo, Giovanni Battista Riccioli e Francesco Maria Grimaldi stabilirono il sistema di nomenclatura per le caratteristiche lunari che rimane in uso oggi. L'opera più precisa di Wilhelm Beer e Johann Heinrich von Mädler del 1834-1836, Mappa Selenographica, insieme alla pubblicazione di accompagnamento del 1837 Der Mond, rappresentò la prima indagine trigonometricamente accurata della topografia lunare. Questo studio completo catalogò le elevazioni di oltre un migliaio di montagne e elevò gli studi lunari a un livello di precisione paragonabile alla geografia terrestre. Si credeva che i crateri lunari, inizialmente osservati da Galileo, fossero di origine vulcanica finché Richard Proctor, nel 1870, propose che fossero il risultato di impatti. Questa ipotesi di impatto ottenne ulteriore credito nel 1892 attraverso il lavoro sperimentale del geologo Grove Karl Gilbert e fu rafforzata da studi comparativi condotti dagli anni '20 agli anni '40. Questi progressi portarono infine allo sviluppo della stratigrafia lunare, che negli anni '50 era emersa come un fiorente sottocampo dell'astrogeologia.
Missioni lunari iniziali (1959–1976)
Dopo la seconda guerra mondiale, furono sviluppati i primi sistemi di lancio, raggiungendo alla fine degli anni '50 capacità che consentirono sia all'Unione Sovietica che agli Stati Uniti di schierare veicoli spaziali nello spazio. La Guerra Fredda ha stimolato in modo significativo lo sviluppo rapido e attentamente monitorato di questi sistemi di lancio da parte delle due nazioni, culminato nella "corsa allo spazio" e nella successiva fase "corsa alla luna", che ha accelerato intensamente gli sforzi di esplorazione lunare e l'interesse del pubblico.
Dopo il volo spaziale inaugurale dello Sputnik 1 nel 1957, durante l'Anno geofisico internazionale, il programma Luna dell'Unione Sovietica raggiunse diversi obiettivi pionieristici. Dopo tre missioni senza equipaggio e infruttuose nel 1958, Luna 1 divenne il primo oggetto creato dall'uomo a sfuggire all'attrazione gravitazionale della Terra, superando la Luna il 4 gennaio 1959. Nello stesso anno, Luna 2 divenne il primo oggetto creato dall'uomo a raggiungere la superficie della Luna attraverso un impatto intenzionale. Verso la fine del 1959, Luna 3 raggiunse un altro primato raggiungendo il lato nascosto della Luna, normalmente oscurato, e catturandone le prime fotografie. Nel 1966, la navicella spaziale Luna 9 eseguì con successo il primo atterraggio morbido sulla Luna e Luna 10 divenne il primo veicolo in orbita attorno alla Luna.
In risposta alla dichiarazione di intenti del presidente John F. Kennedy del 1961 di realizzare un atterraggio lunare con equipaggio entro la fine del decennio, gli Stati Uniti, guidati dalla NASA, hanno avviato una sequenza di missioni senza equipaggio, tra cui il programma Ranger del Jet Propulsion Laboratory, il programma Lunar Orbiter e il programma Surveyor, progettate per caratterizzare la superficie lunare in previsione delle spedizioni umane. Allo stesso tempo, il programma Apollo con equipaggio progredì. Dopo una serie di test orbitali con e senza equipaggio della navicella Apollo, e motivato dalla prospettiva di un atterraggio lunare umano sovietico, l'Apollo 8 portò a termine la missione umana inaugurale in orbita lunare nel 1968. In particolare, la missione Zond 5 dell'Unione Sovietica aveva trasportato i primi organismi terrestri, due tartarughe, attorno alla Luna tre mesi prima, mentre Zond 6 successivamente trasportava tartarughe.
Lo sbarco iniziale dell'umanità sulla Luna, e in effetti su qualsiasi corpo celeste extraterrestre, avvenne alle 02:56 UTC del 21 luglio 1969, quando Neil Armstrong, comandante della missione americana Apollo 11, mise piede sulla superficie lunare. Questo evento, ampiamente considerato come l'apice della corsa allo spazio, è stato trasmesso in diretta tramite la telecamera dell'Apollo TV a circa 500 milioni di telespettatori in tutto il mondo, costituendo il più vasto pubblico televisivo per una trasmissione in diretta fino a quel momento. Contemporaneamente, la missione robotica di ritorno di campioni Luna 15 dell'Unione Sovietica era in orbita lunare, segnando, insieme all'Apollo 11, l'operazione simultanea senza precedenti di due missioni extraterrestri.
Nelle missioni Apollo da 11 a 17, esclusa l'Apollo 13 che interruppe il previsto atterraggio sulla Luna, un totale di 380,05 chilogrammi (837,87 libbre) di roccia lunare e suolo furono raccolti in 2.196 distinte campioni. Durante ogni atterraggio del programma Apollo, sulla superficie lunare venivano schierati pacchetti di strumenti scientifici. Nello specifico, nei luoghi di atterraggio dell'Apollo 12, 14, 15, 16 e 17 furono istituite stazioni strumentali di lunga durata, che incorporavano sonde per il flusso di calore, sismometri e magnetometri. Sebbene la trasmissione diretta dei dati alla Terra sia cessata alla fine del 1977 a causa di vincoli di bilancio, gli array di retroriflettori passivi laser lunari a forma di cubo angolare in queste stazioni rimangono operativi. L'Apollo 17, lanciato nel 1972, rappresenta l'ultima missione con equipaggio sulla Luna. Successivamente, l'Explorer 49 nel 1973 rappresentò l'ultima sonda lunare statunitense dedicata fino al 1994.
L'Unione Sovietica mantenne il suo programma di esplorazione lunare robotica fino al 1976, schierando Lunokhod 1, il primo rover telecomandato su una superficie extraterrestre, tramite Luna 17 nel 1970, e recuperando con successo 0,3 kg di campioni di roccia e suolo attraverso tre missioni di ritorno di campioni Luna: Luna 16 nel 1970, Luna 20 nel 1972 e Luna 24 nel 1976.
Il Trattato sulla Luna e un periodo di ridotta esplorazione lunare (1976–1990)
In seguito all'ultima missione lunare sovietica nel 1976, l'esplorazione lunare diminuì significativamente per un periodo di quattordici anni. Durante questo periodo, l'astronautica riorientò il suo obiettivo principale verso l'esplorazione dei pianeti del Sistema Solare sia interni (ad esempio, il programma Venera) che esterni (ad esempio, Pioneer 10, 1972), nonché sullo sviluppo e sul funzionamento continuo di risorse in orbita attorno alla Terra. Queste risorse includevano satelliti per le comunicazioni, satelliti per l'osservazione della Terra (ad esempio, il programma Landsat, 1972), telescopi spaziali e, in particolare, stazioni spaziali (ad esempio, il programma Salyut, 1971).
La negoziazione del Trattato sulla Luna nel 1979 e la sua successiva ratifica nel 1984 costituirono l'unica attività significativa legata alla Luna fino al 1990.
Ripresa dell'esplorazione lunare (1990–presente)
Nel 1990, la missione Hiten – Hagoromo, che rappresenta il primo tentativo lunare dedicato dal 1976, raggiunse con successo la Luna. Lanciata dal Giappone, segnò la missione lunare inaugurale che non proveniva né dall'Unione Sovietica né dagli Stati Uniti.
Nel 1994, gli Stati Uniti ripresero le missioni lunari dedicate con la navicella spaziale Clementine, segnando la sua prima impresa di questo tipo dal 1973. Questa missione produsse la prima mappa topografica quasi globale della Luna e le prime immagini multispettrali globali della sua superficie. Successivamente, la missione Lunar Prospector nel 1998 rilevò concentrazioni anomale di idrogeno ai poli lunari. Questa scoperta è attribuita alla probabile esistenza di ghiaccio d'acqua nei metri più alti della regolite in crateri permanentemente in ombra.
Gli anni successivi segnarono l'avvio delle missioni lunari da parte di un nuovo gruppo di nazioni attivamente impegnate nell'esplorazione spaziale. Dal 2004 al 2006, la navicella spaziale inaugurale dell'Agenzia spaziale europea (ESA), SMART-1, ha raggiunto con successo la Luna, conducendo la prima indagine completa degli elementi chimici sulla superficie lunare. Il Programma cinese di esplorazione lunare ha raggiunto la sua prima presenza sulla Luna con l'orbiter Chang'e 1 (2007–2009), che ha generato una mappa fotografica completa della Luna. Nel 2008, la missione indiana Chandrayaan-1, inclusa la sonda Moon Impact Probe, ha raggiunto, orbitato e impattato con successo la Luna, rendendo l'India la quinta e la sesta nazione a raggiungere questi traguardi. Questa missione ha prodotto una mappa chimica, mineralogica e fotogeologica ad alta risoluzione della superficie lunare e ha confermato l'esistenza di molecole d'acqua nel suolo lunare.
Il 18 giugno 2009, gli Stati Uniti hanno lanciato il Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) e il dispositivo di simulazione LCROSS. La missione LCROSS si è conclusa con un impatto deliberato e ampiamente osservato nel cratere Cabeus il 9 ottobre 2009. Al contrario, l'LRO rimane operativo, acquisendo dati precisi sull'altimetria lunare e immagini ad alta risoluzione.
La Cina ha portato avanti il suo programma lunare nel 2010 con Chang'e 2, che ha condotto una mappatura della superficie ad alta risoluzione per una durata di otto mesi. Nel 2013, il programma ha schierato Chang'e 3, comprendente un lander lunare e il rover Yutu (cinese: 玉兔; lit. 'Jade Rabbit'). Questa missione ha rappresentato il primo impiego di un rover lunare dai tempi di Lunokhod 2 nel 1973 e il primo atterraggio morbido sulla Luna dai tempi di Luna 24 nel 1976, facendo così diventare la Cina la terza nazione a realizzare un'impresa del genere.
Nel 2014, la Manfred Memorial Moon Mission, la prima sonda finanziata privatamente, ha eseguito un sorvolo lunare.
All'inizio del 2019, la La missione del rover cinese Chang'e 4 ha compiuto l'impresa senza precedenti di atterrare sul lato nascosto della Luna.
Sempre nel 2019, l'India ha lanciato con successo la sua seconda sonda lunare, Chandrayaan-2.
Nel 2020, la Cina ha eseguito la sua prima missione robotica di ritorno di campioni, Chang'e 5, che ha recuperato con successo 1.731 grammi di materiale lunare per Terra.
Gli Stati Uniti hanno avviato i piani per un ritorno sulla Luna nel 2004. Successivamente, con la firma degli Accordi Artemis guidati dagli Stati Uniti nel 2020, è stato istituito il programma Artemis, che mira a riportare gli esseri umani sulla Luna entro il 2020. Un numero crescente di nazioni ha approvato questi accordi, che hanno stimolato un rinnovato discorso riguardo al quadro internazionale e agli sforzi di collaborazione per le attività lunari, basandosi sull'attuale Trattato sulla Luna e sul concetto del Villaggio della Luna guidato dall'ESA.
Nel 2022, la Corea del Sud ha lanciato con successo Danuri, la sua missione lunare inaugurale, dagli Stati Uniti. Nel corso del 2023 e del 2024, l’India e il Giappone hanno realizzato atterraggi morbidi sulla Luna, diventando la quarta e la quinta nazione a farlo, dopo l’Unione Sovietica e gli Stati Uniti negli anni ’60, e la Cina negli anni 2010. In particolare, lo Smart Lander for Investigating Moon del Giappone ha dimostrato resilienza sopravvivendo a tre notti lunari. Nel 2024, il lander IM-1 ha segnato una pietra miliare significativa essendo il primo lander costruito commercialmente a raggiungere con successo la superficie lunare.
Il 3 maggio 2024, la Cina ha lanciato Chang'e 6, che ha condotto un altro campione lunare di ritorno dal lato nascosto della Luna. Questa missione includeva anche un rover cinese incaricato di eseguire la spettroscopia infrarossa della superficie lunare. Inoltre, il Pakistan ha schierato un orbiter lunare, ICUBE-Q, in concomitanza con la missione Chang'e 6.
Nel 2024, Nova-C 2, iSpace Lander e Blue Ghost sono stati tutti lanciati verso la Luna.
La NASA intende lanciare il suo sorvolo lunare con equipaggio Artemis II nell'aprile 2026, segnando la prima missione lunare con equipaggio dall'era Apollo. L'equipaggio, composto da Christina Koch, Victor Glover e Jeremy Hansen, includerà la prima donna, persona di colore e cittadina non statunitense a viaggiare nello spazio profondo e nelle vicinanze della Luna. Dopo Artemis II, la NASA prevede di riportare gli esseri umani sulla Luna con l'Artemis IV che atterra al Polo Sud lunare nel 2028, che sarà il primo atterraggio lunare con equipaggio dai tempi del programma Apollo.
Futuro
Oltre al programma Artemis in corso e ai servizi commerciali di supporto del carico utile lunare, la Cina sta portando avanti il suo ambizioso programma Chang'e, avendo dichiarato missioni congiunte con il programma russo Luna-Glob, che ha dovuto affrontare sfide. Sia l’iniziativa lunare cinese che quella statunitense mirano a stabilire una base lunare permanente con i loro partner internazionali entro il 2030. Tuttavia, gli Stati Uniti e i loro collaboratori intendono innanzitutto schierare una stazione orbitale Lunar Gateway negli anni 2020, che servirà come punto di sosta per le missioni Artemis per schierare il sistema di atterraggio umano e stabilire campi di superficie temporanei.
In contrasto con la natura esplorativa delle missioni Apollo, il programma Artemis mira a stabilire una presenza umana prolungata sulla Luna. Per raggiungere questo obiettivo, la NASA sta collaborando con i leader del settore per sviluppare infrastrutture essenziali, compresi sistemi di comunicazione avanzati. Il lancio di una dimostrazione della connettività 4G è previsto per il 2024 a bordo di un lander Nova-C di Intuitive Machines. Inoltre, viene posta un’enfasi significativa sull’utilizzo delle risorse in situ, una componente fondamentale delle iniziative lunari della DARPA. La DARPA ha sollecitato i partner del settore a formulare una strategia architettonica lunare decennale, intesa a facilitare l'emergere di un'economia lunare.
Interazione umana e presenza
Le prime sonde extraterrestri, parte del programma Luna, raggiunsero la Luna nel 1959, appena un anno dopo il volo orbitale inaugurale e l'alba dell'era spaziale. Successivamente, numerose sonde robotiche e missioni umane sono state inviate sulla superficie lunare. Il primo insediamento umano sulla Luna avvenne nel 1969, come parte del Programma Apollo con equipaggio, che concluse le sue missioni nel 1972.
Una presenza umana continua sulla Luna è stata mantenuta attraverso i resti di dispositivi di simulazione, siti di atterraggio e orbiter lunari operativi. Alcuni lander e orbiter hanno creato infrastrutture lunari limitate, facilitando l’osservazione e la comunicazione continua. Esempi di missioni attive a lungo termine includono il Lunar Reconnaissance Orbiter, lanciato nel 2009, che sorveglia la Luna per future missioni, e il lander Chang'e 3, lanciato nel 2013, il cui Lunar Ultraviolet Telescope rimane operativo. Dagli anni '70, cinque retroriflettori sono stati schierati sulla Luna, consentendo misurazioni precise delle librazioni fisiche tramite laser.
La crescente attività umana nello spazio cislunare e sulla superficie lunare, in particolare coinvolgendo missioni sul lato nascosto della Luna o nelle sue regioni polari, necessita di una solida infrastruttura lunare. Per soddisfare questa esigenza, dal 2006 sono stati dispiegati dispositivi orbitanti nelle orbite lunari o nei punti Lagrange Terra-Luna. Questi includono satelliti relè come Queqiao e Queqiao-2, che utilizzano orbite altamente eccentriche per garantire una comunicazione continua, e il proposto Lunar Gateway, inteso come la prima stazione spaziale extraterrestre.
Numerose missioni sono in programma da varie agenzie ed entità private per stabilire una presenza umana sostenuta sulla Luna, con il Lunar Gateway, integrato nella il programma Artemis, che rappresenta il progetto più avanzato attualmente in fase di sviluppo.
Impatto umano
Sebbene la Luna possieda la classificazione di obiettivi di protezione planetaria più bassa, sono state sollevate preoccupazioni riguardo al suo potenziale degrado come ambiente scientifico incontaminato. L’astronomia lunare, se condotta, necessiterebbe di un ambiente privo di inquinamento sia fisico che da radiofrequenza. Nonostante la Luna sia priva di un’atmosfera sostanziale, il traffico veicolare e gli impatti generano nubi di polvere che possono propagarsi ampiamente, contaminando potenzialmente lo stato originale della Luna e le sue caratteristiche scientifiche uniche. La studiosa Alice Gorman sostiene che, nonostante la natura inospitale della Luna, caratterizzarla come "morta" trascura le sue dinamiche intrinseche, richiedendo così che le attività umane sostenibili riconoscano l'ecologia lunare come partecipante attivo.
L'incidente che ha coinvolto lo schianto del lander Beresheet nel 2019 e il suo carico di tardigradi, spesso definito "affare Tardigrade", è stato citato come un esempio di misure di protezione planetaria insufficienti e dell'assenza di misure internazionali globali. normative.
La proliferazione di detriti spaziali nell'ambiente circumlunare, oltre l'orbita terrestre, sta emergendo come una sfida potenziale, soprattutto data la crescente frequenza delle missioni lunari e i rischi associati a queste imprese. Di conseguenza, la gestione dei rifiuti lunari è stata identificata come una preoccupazione fondamentale che le future missioni lunari, in particolare quelle che operano sulla superficie, dovranno affrontare.
I resti umani sono stati trasportati sulla Luna, un servizio offerto da entità private come Celestis ed Elysium Space. Dato lo status sacro o significativo della Luna in numerose culture, la pratica delle sepolture spaziali ha suscitato critiche da parte dei leader delle comunità indigene. Ad esempio, Albert Hale, allora presidente della Navajo Nation, criticò pubblicamente la NASA nel 1998 per aver inviato sulla Luna le ceneri cremate dello scienziato Eugene Shoemaker.
Oltre ai resti accidentali dell'attività umana, diverse installazioni e manufatti permanenti sono stati collocati sulla Luna, tra cui l'opera d'arte del Moon Museum, i messaggi di buona volontà dell'Apollo 11, sei placche lunari e il Fallen Memoriale dell'astronauta.
Astronomia dalla Luna
La Luna è servita come piattaforma per le osservazioni sia astronomiche che terrestri. Dalla superficie lunare, la dimensione apparente della Terra varia da 1° 48′ a 2°, che è da tre a quattro volte più grande della dimensione apparente della Luna o del Sole visti dalla Terra, più o meno equivalente alla larghezza di due mignoli tenuti a distanza di un braccio. Le osservazioni lunari iniziarono nel 1966 con Lunar Orbiter 1 che catturò le prime immagini della Terra dalla Luna. Una fotografia di notevole importanza culturale, intitolata Earthrise, fu scattata da Bill Anders durante la missione Apollo 8 nel 1968. Successivamente, nell'aprile 1972, la missione Apollo 16 dispiegò il primo telescopio lunare dedicato, il Far Ultraviolet Camera/Spectrograph, che documentò varie immagini e spettri astronomici.
La Luna è ampiamente riconosciuta come una posizione ottimale per i telescopi astronomici. La sua vicinanza alla Terra è vantaggiosa e specifici crateri polari offrono ambienti perennemente bui e freddi, rendendoli particolarmente adatti ai telescopi a infrarossi. Inoltre, il lato nascosto della Luna fornisce una schermatura naturale per i radiotelescopi, proteggendoli dalle interferenze radio terrestri. Sebbene il suolo lunare presenti sfide per i componenti mobili dei telescopi, può essere combinato con nanotubi di carbonio e resine epossidiche per fabbricare specchi fino a 50 metri di diametro. Inoltre, un telescopio zenitale lunare può essere costruito in modo economico utilizzando un liquido ionico.
Si prevede che l'intensificazione dell'attività umana sulla superficie lunare aumenterà la circolazione atmosferica della polvere lunare, diminuendo così le condizioni favorevoli per l'astronomia di superficie, a meno che non vengano implementate strategie di mitigazione efficaci per controllare la dispersione della polvere.
Abitazione lunare
La presenza umana sulla Luna ha coinvolto gruppi di due individui, con soggiorni durati fino a tre giorni. Un totale di dodici individui hanno risieduto sulla superficie lunare nel corso di sei missioni, tutte utilizzando il modulo lunare Apollo come habitat di superficie. Durante queste spedizioni, alcuni astronauti trascorrevano collettivamente fino a un giorno conducendo attività extraveicolari sulla superficie lunare.
Le sfide associate all'esplorazione della superficie lunare includono l'adesione della polvere lunare alle tute spaziali e agli strumenti, che venivano successivamente trasportati negli habitat. Gli astronauti hanno riferito di aver assaggiato e annusato la polvere, descrivendo il suo odore come simile alla polvere da sparo, un fenomeno chiamato "aroma di Apollo". Questo particolato fine è anche riconosciuto come una potenziale fonte di problemi per la salute.
Nel 2019, almeno un seme di pianta è germogliato con successo durante un esperimento condotto a bordo del lander Chang'e 4. Questo seme, insieme ad altri piccoli organismi, era stato trasportato dalla Terra all'interno del suo designato Microecosistema lunare.
Quadro legale
Nonostante lo schieramento di gagliardetti dell'Unione Sovietica da parte dei lander Luna e la simbolica piantagione di bandiere statunitensi da parte degli astronauti dell'Apollo nei loro siti di atterraggio, nessuna nazione afferma la sovranità su alcuna porzione della superficie lunare. Allo stesso modo, le rivendicazioni di proprietà privata, parziali o complete, non sono riconosciute come legittime.
Il Trattato sullo spazio extra-atmosferico del 1967 designa la Luna e tutto lo spazio extra-atmosferico come la "provincia di tutta l'umanità". Questo trattato impone che la Luna venga utilizzata esclusivamente per scopi pacifici, vietando espressamente installazioni militari e armi di distruzione di massa. Un numero significativo di nazioni sono firmatari di questo trattato. Successivamente venne stipulato l’Accordo sulla Luna del 1979 per definire e regolamentare ulteriormente lo sfruttamento delle risorse lunari, impedendone l’appropriazione unilaterale da parte di ogni singola nazione e rinviando tali attività a un quadro normativo internazionale non ancora specificato. A gennaio 2020, 18 nazioni avevano firmato e ratificato questo accordo, nessuna delle quali possiede capacità indipendenti di volo spaziale umano.
A partire dal 2020, diverse nazioni si sono allineate con gli Stati Uniti attraverso gli accordi Artemis, che rappresentano una sfida al quadro del trattato esistente. Gli Stati Uniti hanno inoltre affermato, tramite un ordine esecutivo presidenziale intitolato "Incoraggiare il sostegno internazionale per il recupero e l'uso delle risorse spaziali", che "gli Stati Uniti non considerano lo spazio esterno come un 'bene comune globale'" e caratterizzano l'Accordo sulla Luna come "un tentativo fallito di limitare la libera impresa".
Considerata la ratifica da parte dell'Australia sia del Trattato sulla Luna nel 1986 che degli Accordi Artemis nel 2020, è emerso un dibattito accademico riguardo al potenziale di armonizzazione di questi due quadri. Di conseguenza, è stato proposto un Accordo di attuazione per il Trattato sulla Luna. Questo accordo mira ad affrontare le carenze percepite del Trattato sulla Luna e ad allinearlo con altri strumenti e accordi giuridici, come gli Accordi Artemis, favorendo così una più ampia accettazione internazionale.
Dato il crescente interesse commerciale e nazionale, in particolare per quanto riguarda i territori di prospezione, i legislatori statunitensi hanno introdotto norme specifiche alla fine del 2020 volte a conservare i siti storici di atterraggio lunare. Allo stesso tempo, vari gruppi di interesse hanno sostenuto la designazione di questi luoghi come siti del patrimonio mondiale e zone protette di importanza scientifica, contribuendo così al quadro giuridico che regola l'accessibilità della Luna e le potenziali rivendicazioni territoriali.
Nel 2021, un collettivo composto da "avvocati, archeologi spaziali e cittadini preoccupati" ha formulato la Dichiarazione dei diritti della Luna. Questa dichiarazione si basa su precedenti consolidati del movimento per i diritti della natura e sul concetto emergente di personalità giuridica per le entità non umane nel dominio spaziale.
Coordinamento e regolamentazione
La proliferazione delle attività umane sulla Luna richiede un maggiore coordinamento per garantire la sicurezza e la fattibilità delle operazioni lunari sia internazionali che commerciali. Le discussioni hanno abbracciato una vasta gamma di questioni, che vanno da un'ampia cooperazione a specifici sforzi di coordinamento, come la potenziale istituzione di un sistema di tempo lunare standardizzato.
Il Trattato sulla Luna sostiene, e un Accordo di implementazione ha proposto, l'istituzione di un quadro normativo internazionale o sostenuto dalle Nazioni Unite per le attività umane sulla Luna; tuttavia, questa rimane una questione controversa. Gli attuali sforzi lunari sono multilaterali, esemplificati dal programma Artemis guidato dagli Stati Uniti e dalla Stazione internazionale di ricerca lunare guidata dalla Cina. Per promuovere una cooperazione e un coordinamento internazionali più ampi, sono stati formati diversi organismi, tra cui l'International Lunar Exploration Working Group (ILEWG), la Moon Village Association (MVA) e il generale International Space Exploration Coordination Group (ISECG).
Importanza culturale e sociale
Cronometraggio
Nel corso delle epoche preistoriche, le società umane osservavano meticolosamente le fasi della Luna e il suo ciclo crescente e calante, utilizzando questi modelli celesti per la tenuta dei registri cronologica. Alcuni studiosi ipotizzano che gli antichi bastoncini di conteggio, in particolare ossa dentellate datate al carbonio a 20.000-30.000 anni fa, rappresentino i primi tentativi di tracciare le fasi lunari. L'enumerazione sistematica dei giorni tra queste fasi portò infine alla concettualizzazione dei cicli lunari come mesi e, potenzialmente, delle singole fasi come settimane.
Etimologicamente, i termini per "mese" in varie lingue riflettono spesso una correlazione diretta tra questo periodo temporale e la Luna. Ad esempio, le parole inglesi mese e luna, insieme ai loro affini in altre lingue indoeuropee, come il latino mensis e il greco antico μείς (meis) o μήν (mēn), entrambi significanti "mese" - hanno origine dalla radice proto-indoeuropea (PIE) per luna, *méh§2122§nōt. Questa stessa radice deriva dalla radice verbale torta *meh§2526§-, che significa "misurare", quindi "indicando [ing] una concezione funzionale della Luna, cioè indicatore del mese" (confronta i termini inglesi misura e mestruale). Illustrando questo fenomeno in una diversa famiglia linguistica, la lingua cinese utilizza lo stesso carattere (月) sia per luna che per mese, una connessione ulteriormente evidente nei simboli della parola settimana (星期).
Questo sistema di misurazione del tempo lunare ha storicamente portato allo sviluppo di calendari lunisolari diversi, ma dominanti. Il calendario islamico del VII secolo costituisce un ottimo esempio di calendario puramente lunare, in cui i mesi sono convenzionalmente delimitati dall'osservazione visiva dell'hilal, o la prima luna crescente, che appare sopra l'orizzonte.
La luna piena riveste un significato particolare, essendo prominente e celebrata in numerosi calendari e culture, esemplificato dalla festa buddista di Vesak. La luna piena che si verifica vicino all'equinozio autunnale meridionale o settentrionale è spesso chiamata luna del raccolto ed è commemorata con varie festività, tra cui l'Harvest Moon Festival nel calendario lunare cinese, che è la seconda celebrazione più importante dopo il capodanno lunare lunisolare cinese.
Inoltre, l'associazione del tempo con la Luna si estende a contesti religiosi, come illustrato dall'antica divinità temporale e lunare egiziana, Khonsu.
Rappresentazione culturale
Al di là della semplice osservazione fin dalla preistoria, l'umanità ha coltivato percezioni complesse della Luna. Nel corso della storia, la Luna è stata variamente caratterizzata e associata, spaziando dall'incarnazione di uno spirito o divinità, alla funzione di influenza astrologica, all'integrazione come componente fondamentale in numerose cosmologie.
La vasta storia dell'osservazione umana della Luna è documentata attraverso raffigurazioni risalenti a 40.000 anni prima del presente (BP) e in documenti scritti del IV millennio a.C., che coincidono con le prime forme di scrittura. Enheduanna, riconosciuta come la prima astronoma e poetessa nominata, un'alta sacerdotessa accadica dedicata alla divinità lunare Nanna/Sin e figlia di Sargon il Grande (c. 2334 – c. 2279 a.C.), tracciò meticolosamente i movimenti della Luna e compose opere poetiche che celebravano la sua divinità. essenza.
Mezzaluna
La mezzaluna (🌙) è stata un simbolo persistente in diverse culture per rappresentare la Luna, in particolare le sue fasi, con prove risalenti almeno al 3.000 a.C. Le sue origini potrebbero estendersi anche oltre, potenzialmente legate alle raffigurazioni di corna di toro nelle pitture rupestri di 40.000 anni fa. In vari sistemi di scrittura, come il cinese, la mezzaluna si è evoluta nel carattere 月, che significa la Luna. Allo stesso modo, negli antichi geroglifici egiziani, il simbolo 𓇹 denotava la Luna ed era foneticamente associato all'antica divinità lunare egiziana Iah, che era anche collegata ad altre divinità lunari come Khonsu e Thoth.
Nell'iconografia mesopotamica, la mezzaluna fungeva da emblema principale per Nanna/Sîn, l'antica divinità lunare sumera. Questa divinità era venerata come il padre di Inanna/Ishtar, la dea associata al pianeta Venere (rappresentato dalla Stella di Ishtar a otto punte), e Utu/Shamash, la divinità solare (simboleggiata da un disco, a volte con otto raggi); queste tre figure erano spesso raffigurate vicine. Nanna/Sîn, insieme ad altre divinità lunari come Iah e Khonsu dell'antico Egitto, Mene/Selene dell'antica Grecia e Luna dell'antica Roma, è tipicamente raffigurata come una divinità cornuta, spesso adornata con copricapi o corone a forma di mezzaluna.
La configurazione specifica di una mezzaluna e di una stella, nota come stella e mezzaluna (☪️), ha origine nell'età del bronzo, e simboleggia il Sole e la Luna o la Luna e il pianeta. Venere in congiunzione. Questo emblema venne successivamente associato alla dea lunare Artemide. Attraverso il patrocinio di Ecate, una tripla divinità conosciuta con gli epiteti trimorphos/trivia, che incorporava aspetti di Artemide/Diana, il simbolo fu adottato da Bisanzio. Successivamente, nella venerazione mariana, la Vergine Maria (Regina del Cielo) fu raffigurata su una mezzaluna e adornata di stelle, succedendo di fatto alle dee precedenti. Successivamente, l'applicazione araldica della stella e della mezzaluna si espanse in modo significativo, con il simbolismo di Bisanzio che potenzialmente influenzò il disegno della bandiera ottomana, in particolare l'integrazione della mezzaluna turca con una stella. Da allora questo motivo è diventato un simbolo ampiamente riconosciuto per l'Islam (come hilal del calendario islamico) e per numerosi stati sovrani.
Altre associazioni
Varie culture hanno interpretato le caratteristiche distintive della Luna, in particolare i suoi altipiani più luminosi e mari più scuri in contrasto, come figure astratte. Queste interpretazioni includono l'Uomo nella Luna (ad esempio, Coyolxāuhqui) e il Coniglio della Luna (ad esempio, il cinese Tu'er Ye, o nelle mitologie indigene americane, un aspetto della dea maya della Luna, potenzialmente collegato ad Awilix, o Metztli/Tēcciztēcatl).
Alcune divinità lunari sono occasionalmente raffigurate mentre attraversano il cielo su un carro, gli esempi includono gli indù Chandra/Soma, l'Artemide greca (associata a Selene) e Luna, la controparte dell'antica Roma di Selene.
Nell'alchimia occidentale, la Luna è simbolicamente legata all'argento, in contrasto con l'associazione dell'oro con il Sole.
Nella tradizione islamica, il miracolo noto come la scissione della Luna (arabo: انشقاق القمر) stabilisce un'associazione tra la Luna e il profeta Maometto.
Rappresentazione nella cultura moderna
La moderna percezione della Luna è stata profondamente modellata dai progressi nell'astronomia basata sui telescopi e dai successivi voli spaziali, che hanno facilitato l'interazione diretta dell'uomo con la superficie lunare, in particolare attraverso gli atterraggi lunari culturalmente significativi. Queste nuove intuizioni hanno ispirato una serie di riferimenti culturali, collegando contemplazioni romantiche della Luna con generi speculativi come la fantascienza che esplorano temi lunari.
Attualmente, la Luna è sempre più vista come un potenziale sito per l'espansione economica nello spazio, evidenziato da missioni incentrate sulla prospezione delle risorse lunari. Questo sviluppo ha stimolato un rinnovato discorso pubblico e critico riguardo al rapporto culturale e legale dell’umanità con il corpo celeste, in particolare nel contesto del colonialismo, come articolato nella poesia del 1970 “Whitey on the Moon”. Di conseguenza, la natura intrinseca della Luna è stata enfatizzata, soprattutto nelle argomentazioni a favore della conservazione della Luna e della sua designazione come bene comune globale.
Nel 2021, il 20 luglio, per commemorare la data del primo sbarco sulla Luna con equipaggio, è stato ufficialmente designato come l'annuale Giornata Internazionale della Luna.
L'effetto lunare
L'effetto lunare presuppone una correlazione non comprovata tra particolari fasi del ciclo lunare di circa 29,5 giorni e alterazioni comportamentali o fisiologiche negli organismi terrestri, compresi gli esseri umani. Storicamente, la Luna è stata collegata ai concetti di follia e irrazionalità; infatti, i termini lunacy e lunatic derivano dalla designazione latina della Luna, Luna. Antichi filosofi come Aristotele e Plinio il Vecchio sostenevano che la luna piena potesse indurre alla follia individui predisposti, teorizzando che il cervello, essendo in gran parte composto da acqua, sarebbe stato influenzato dalle forze di marea lunari; tuttavia, l'attrazione gravitazionale della Luna non è sufficiente per esercitare un tale effetto su un individuo. I sostenitori contemporanei dell'effetto lunare affermano spesso un aumento dei ricoveri in ospedali psichiatrici, degli incidenti stradali, degli omicidi o dei suicidi durante la luna piena, eppure più di 37 indagini hanno confutato queste affermazioni. Sebbene i cicli lunari influenzino in modo evidente la cultura umana, nessuna prova empirica solida stabilisce una connessione tra questi cicli e la biologia umana.
Un inventario completo dei satelliti naturali.
- Elenco dei satelliti naturali
- Selenografia, la disciplina scientifica dedicata allo studio delle caratteristiche e della morfologia della superficie della Luna.
- Metodologie per la misurazione del tempo in ambiente lunare.
Note esplicative supplementari.
Riferimenti
- Una raccolta di immagini e video riguardanti la Luna, forniti dalla NASA.
- Una presentazione video intitolata "The Moon in 4K" (NASA, aprile 2018).
- Una risorsa per determinare i dati relativi al sorgere, al tramonto della luna e alle fasi lunari per coordinate geografiche specifiche.
Risorse cartografiche specializzate.
- La mappa geologica unificata della Luna, prodotta dallo United States Geological Survey.
- Moon Trek, un browser integrato che facilita l'accesso a set di dati e mappe lunari.
- L'Atlante Lunare Consolidato.
- Rappresentazioni tridimensionali del globo zoomabili:
- Una rappresentazione tridimensionale della Luna disponibile tramite Google Maps, analoga a Google Earth.
- Sezione dedicata di World Wind Central alla Luna.
- Rappresentazioni cartografiche e viste panoramiche dei luoghi di atterraggio della missione Apollo.
- Missione terrena.
- Un'immagine estesa che raffigura la regione lunare del polo nord.