L'origine della Luna


Abstract:   Il problema dell'origine della   Luna   è uno dei temi  che, ancora   oggi, rimane senza una risposta certa.

Questo articolo descrive brevemente le  diverse teorie   che, negli anni,  si sono avvicendate per tentare di dare una

spiegazione definitiva alla nascita della Luna. E' interessante verificare come le missioni Apollo siano state in grado

di far chiarezza su alcuni aspetti, che hanno fatto definitivamente cadere alcune vecchie teorie, lasciando quella del

"doppio impatto" la più accreditata di tutte.




La Luna è l’unico satellite naturale della Terra e la sua superficie, intensamente craterizzata, è visibile anche ad occhio nudo. Oltre ai crateri infatti è possibile individuare vasti pianori lavici, denominati mari o bacini, che sono facili da distinguere dalle terre o altopiani perché appaiono più scuri. La Luna è di dimensioni pari ad ¼ di quelle della Terra ed è proprio per questo motivo che il sistema Terra-Luna è stato denominato pianeta-doppio. Sul nostro satellite non vi è alcuna presenza d’acqua e l’atmosfera, praticamente assente, oltre ad evidenziare gli effetti del bombardamento meteorico, ha fatto sì che le formazioni rocciose lunari si  conservassero intatte così come si sono formate ( le più antiche risalgono a circa 4 mld di anni fa). La distanza media Terra-Luna è di circa 384.400 km, l'età di quest'ultima è di circa 4,5 mld di anni e la sua similitudine geochimica con  il nostro pianeta ha fatto supporre che essa  si sia formata dalla Terra. Da secoli il problema dell’origine della Luna affascina studiosi e scienziati, facendo loro avanzare diverse ipotesi, nessuna delle quali pare essere esaustiva. Georges de Buffon (naturalista francese), intorno alla metà del 1700, fu tra i primi a proporre una teoria scientifica sull’origine della Terra e della Luna. In precedenza, le uniche teorie a riguardo erano fondate su dati tutt’altro che scientifici; si credeva, infatti, che la Luna fosse stata “appesa” come una lanterna nel cielo da Dio. Secondo de Buffon il Sistema Solare si era generato in seguito ad una collisione tra una “cometa” (dove per cometa si intendeva un qualsiasi corpo dotato di massa) ed il Sole, facendo volare via nello spazio parte della massa della stella. Da qui il raffreddamento, la condensazione e la conseguente formazione di pianeti e satelliti. Tale teoria non fu accettata dai creazionisti (i quali credevano che tutto ciò che esisteva fosse stato creato direttamente e immediatamente da Dio), pertanto il naturalista fu costretto a ritrattare, banalizzando la sua stessa teoria.



TEORIA DELLA FISSIONE 

Georges H. Darwin, secondo figlio di C. Darwin, dopo la morte di de Buffon, tentò di fornire nel 1878 una spiegazione razionale sull’origine della Luna attraverso la teoria della fissione. Tale teoria prevede che la Luna si sia staccata dalla Terra primordiale a causa di una elevata velocità di rotazione e fluidità di quest'ultima. In pratica, una parte della massa che apparteneva alla Terra si separò, provocando una enorme cicatrice in corrispondenza delle zone equatoriali (qualcuno identifica tale cicatrice nell'anello di fuoco esistente intorno all'Oceano Pacifico). Questa ipotesi però appare inverosimile perché, per provocare il distacco della Luna, era necessaria una velocità di rotazione della Terra che la doveva portare a compiere un giro completo in 2,5 ore, e questo valore rimane incompatibile con il momento angolare del sistema Terra - Luna. Ciò vuol dire che tutta l'energia presente nel sistema era insufficiente per raggiungere una velocità della Terra tale da portare la durata del giorno terrestre a 2,5 ore. Inoltre, visto che la teoria della fissione ipotizza un distacco dalle zone equatoriali, non riesce a spiegare il motivo per cui l'orbita della Luna è inclinata rispetto all'orbita della Terra.



TEORIA DELLA CATTURA

Il bisogno di spiegare le differenze di composizione tra la Terra e la Luna ha portato alla formulazione della teoria della cattura secondo la quale i due corpi, pur derivando dall'aggregazione di materia della stessa nebulosa, si sono formati in zone differenti dello spazio.  La Luna si sarebbe poi avvicinata alla Terra con una velocità alquanto bassa, finendo così per essere catturata dal suo campo gravitazionale. Tale teoria è estremamente improbabile, perché un corpo delle dimensioni della Luna, che si sia avvicinata così tanto alla Terra, avrebbe avuto maggiori probabilità di scontrarsi o di ricevere una spinta che l’avrebbe indotto ad allontanarsi. Le missioni Apollo fecero cadere questa teoria, infatti dall’analisi dei campioni lunari, si è constatato che i basalti della Terra e della Luna contengono le stesse quantità degli isotopi dell’ossigeno, cosa che conferma che i due corpi si sono formati nella stessa porzione di spazio e non in zone diverse come stabilisce tale teoria. Per giustificare la mancanza di elementi volatili sulla Luna, fu ipotizzato che la stessa avesse un’orbita molto eccentrica che periodicamente la avvicinava al Sole, facendole così perdere una grande quantità di elementi leggeri (carbonio, idrogeno, azoto).



TEORIA DELL’ACCREZIONE

Questa teoria fu proposta da Ruskol nel 1960 e afferma che la Luna si sia formata dall’addensamento di una primordiale coltre di gas che avvolgeva la Terra. Col procedere dell’accrescimento, iniziarono i processi di differenziazione che portarono all’accumulo dei materiali più pesanti (Fe, Ni) verso il nucleo, mentre gli elementi più leggeri e quelli volatili rimasero in superficie. In seguito, gli elementi volatili furono spazzati via dal vento solare (allora il Sole stava attraversando la fase T-tauri), mentre dagli elementi residui si sarebbe formata la Luna. Tale modello però non spiega l’inclinazione dell’orbita lunare (5°09’) e la diversa densità rispetto alla Terra (la densità media della Luna è di 3.3 g/cm, mentre quella terrestre è di 5.5 g/cm). Successivamente, furono proposte delle modifiche a questa teoria: Ringwood nel 1970 propose “l’ipotesi di precipitazione”, secondo la quale la Terra primordiale raggiunse una temperatura di circa 1500 °C a causa del continuo impatto con le meteoriti. Una tale temperatura avrebbe fatto evaporare selettivamente i silicati della crosta terrestre, che andarono poi a formare un anello in orbita intorno alla Terra. I silicati orbitanti si raffreddarono nel giro di poco tempo e si aggregarono in planetesimi, da questi poi sarebbe nata la Luna che, aumentando il suo raggio, avrebbe attirato su di sé corpi di dimensioni sempre maggiori, arrivando poi a catturare corpi grandi abbastanza da formare i bacini che vediamo ora sulla parte visibile del satellite. Con questa teoria si spiega in parte la composizione chimica della Luna, restano però i dubbi sul perché della sua inclinazione orbitale.


TEORIA DELL’IMPATTO

Nel 1974, sulla base dei dati scientifici ottenuti dalle missioni Apollo, K. Hartmann formulò la teoria della collisione (dimostrata solo 10 anni dopo) secondo cui la Luna si sarebbe formata in seguito all’impatto (con un certo angolo di inclinazione) della prototerra con un corpo celeste di massa poco inferiore a quella marziana (ad una velocità di 8km/sec). L’impatto con un corpo di tali dimensioni ebbe come conseguenza la formazione di un’atmosfera la cui temperatura diminuiva con l’aumentare dell’altitudine; si passava infatti dai 4000° K ai 2000° K. Inoltre l’oggetto impattante doveva avere una massa non inferiore al 14% della prototerra, altrimenti nei risultanti nuclei non si sarebbe trovata  la quantità di ferro attualmente esistente. I due corpi, ruotando intorno ad uno stesso centro di gravità, si sarebbero scontrati in seguito all’impatto con alcuni planetesimi che ne avrebbero deviato la traiettoria. L’impatto avrebbe espulso una grande quantità di materiale del mantello terrestre insieme al ferro fuso del corpo impattante. Il materiale eiettato iniziò a ruotare intorno alla Terra mentre gli elementi più pesanti precipitavano verso il suo centro. Dopo qualche ora si formò un anello di particelle e circa un centinaio di anni dopo il disco si espanse fin oltre il limite di Roche, raggiungendo la distanza ottimale affinché la Luna si formasse. La Luna era inizialmente ricoperta da un oceano di magma che ha consentito così l’evapo- razione di tutti gli elementi volatili, tra cui anche l’acqua. A rafforzare ulteriormente questa teoria è la conferma del fatto che la Luna possiede un piccolo nucleo di ferro ed ha la stessa densità del mantello terrestre. L’impatto gigante probabilmente si verificò quando la Terra, che era ancora in formazione, era tra il 50% e il 90% della sua massa attuale. La teoria dell’impatto sembra essere stata messa in discussione in questi ultimi anni da un'altra teoria, quella “del doppio impatto”. Si è infatti verificato che un singolo impatto non sarebbe stato in grado di generare tutta la massa necessaria alla formazione del nostro satellite naturale.



TEORIA DEL DOPPIO IMPATTO

Robin Canup (2001), ricercatrice americana, spiega che gli impatti sono stati due, anche se scatenati da un solo corpo. Canup, basandosi sugli studi effettuati sul sistema Plutone-Caronte, ha dimostrato che il primo impatto è stato causato dallo scontro della Terra con un corpo celeste, battezzato poi con il nome Theia, di massa pari ad un terzo di quella della prototerra. Questo primo impatto, sollevando un’ingente quantità di materia (una ”nube di silicio”), ha formato un anello simile a quello presente intorno a Saturno. La teoria prevede che l’oggetto impattante si scontra con la prototerra con un angolo di 45° rispetto al piano orbitale terrestre e con una velocità non superiore a 4 km/s. Il materiale, addensatosi nel giro di pochi anni, forma un corpo solido che, data la sua vicinanza, è poi precipitato sulla Terra, provocando il secondo impatto. Dal nuovo anello venutosi a creare si forma una massa più stabile, un corpo che è diventato poi la Luna. La teoria del doppio impatto nasce perché, con un singolo impatto, non si sarebbe avuta la quantità di materia necessaria a formare la Luna, in quanto la massa del disco che si sarebbe condensata a seguito del primo impatto, sarebbe stata circa 2 volte inferiore a quella dell’attuale massa lunare. Inoltre solo parte di questo materiale era al di là del limite di Roche, quindi non si sarebbe mai potuto aggregare per formare un satellite di grosse dimensioni. I due impatti spiegano inoltre perché la Terra ha una rotazione di 24 ore e un inclinazione di 23° , Canup dimostrò che il periodo di rotazione terrestre nelle prime fasi era di circa 4 ore, poi l’interazione tra la Luna e la Terra (attraverso le maree) portò ad un rallentamento della rotazione fino alle attuali 24 ore e successivamente gli impatti con corpi minori avrebbero avuto il compito di “aggiustare” l’inclinazione dell’asse.

Sezione Luna UAN (Unione Astrofili Napoletani)


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Bibliografia

Walter Ferreri “La Luna” da “gli Speciali di nuovo Orione”
J.E.Guest, R.Greeley “La Geologia Della Luna”
Bruno Accordi, Elvidio Lupia Calmieri, Maurizio Parlotto “Il Globo Terrestre e la sua evoluzione” Zanichelli
G. W. Cameron “The origin of the Moon and the single impact hypothesis”
R.Canup, S.Ida, G.Stewart “Lunar accretion from an impact-generated disk”
R.Canup “Simulations of a late Lunar-Forming impact”
Autori vari “L’Universo”
Autori vari “Atlante del cielo” Giunti editore