ISTITUTO DI FISICA GENERALE APPLICATA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO Sezione di Storia della Fisica. LERU League of European Research Universities

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1 ISTITUTO DI FISICA GENERALE APPLICATA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO Sezione di Storia della Fisica LERU League of European Research Universities

2 Edinburgh Helsinki Oxford Leiden Stockholm Leuven Strasbourg Genève Heidelberg Milano

3 LA LUNA

4 LA LUNA INTRODUZIONE - Presentazione di Luna, Terra e Sole PARTE 1: I MOTI - I moti della Luna - Il ciclo delle fasi e la visibilità in cielo PARTE 2: MORFOLOGIA - Come è fatta la Luna: struttura interna e morfologia superficiale PARTE 3: L ESPLORAZIONE - Lo sbarco sulla Luna e le esplorazioni successive PARTE 4: L ATTIVITÀ DEGLI STUDENTI - Misura dei crateri e delle montagne lunari

5 Distanza media dalla Terra: km Diametro: 3500 km meno di un terzo di quello della Terra e un volume pari a solo due centesimi di quello terrestre Massa: 60 miliardi di miliardi di tonnellate, un ottantunesimo di quella della Terra Densità media: 3,3 g/cm 3 cioè due terzi di quella terrestre Composizione: ossigeno, silicio, poco idrogeno e ferro

6 CONOSCIAMO I PROTAGONISTI... 1 Paragone tra le MASSE del Sole, della Terra e della Luna (massa della Terra = 1) SOLE LUNA 1/81

7 Il SISTEMA TERRA - LUNA All interno del Sistema Solare la Luna è il satellite più massiccio in rapporto al proprio pianeta, con la sola eccezione di Plutone e Caronte. Per questo gli astronomi a volte parlano di sistema Terra-Luna

8 CONOSCIAMO I PROTAGONISTI... 1 Confronto tra i DIAMETRI del Sole, della Terra e della Luna (diametro della Terra = 1) LUNA 1/4 SOLE 109

9 CONOSCIAMO I PROTAGONISTI... DISTANZE Terra-Sole = km Terra-Luna = km

10 Cosa singolare, se osservati da Terra il diametro del Sole e quello della Luna appaiono coincidenti. Infatti il Sole è 400 volte più grande della Luna ma anche 400 volte più distante dalla Terra.

11 LA LUNA INTRODUZIONE - Presentazione di Luna, Terra e Sole PARTE 1: I MOTI - I moti della Luna - Il ciclo delle fasi e la visibilità in cielo PARTE 2: MORFOLOGIA - Come è fatta la Luna: struttura interna e morfologia superficiale PARTE 3: L ESPLORAZIONE - Lo sbarco sulla Luna e le esplorazioni successive PARTE 4: L ATTIVITÀ DEGLI STUDENTI - Misura dei crateri e delle montagne lunari

12 LA LUNA I MOTI DELLA TERRA INTORNO AL SOLE E DELLA LUNA INTORNO ALLA TERRA (E AL SOLE!)

13 La Terra descrive intorno al Sole un orbita ellittica poco eccentrica (cioè quasi circolare). Il piano Dove giace l orbita terrestre si chiama PIANO DELL ECLITTICA. ECLITTICA. L eccentricità dell orbita disegnata a sinistra è stata esagerata rispetto alla realtà. La Luna si muove intorno alla Terra descrivendo un orbita di forma simile. Il piano della sua orbita è inclinato di circa 5 rispetto al piano dell eclittica

14 Di conseguenza, La Luna non viene osservata da Terra sempre con le stesse dimensioni, ma queste cambiano (minim al PERIGEO e massima all APOGEO). Perigeo (minima distanza) km Apogeo (massima distanza) km

15 Ora parliamo del moto di rivoluzione della Terra intorno al Sole

16 Come potete osservare nelle immagini, le costellazioni di sfondo sono quelle dello zodiaco

17 Questo filmato vi mostra meglio la situazione

18 Quasi tutto il sistema dei pianeti giace su un unico piano (tranne Plutone) Il piano dell eclittica visto dall alto Plutone Nettuno Il piano dell eclittica visto di taglio Plutone

19 Significa che tutti i pianeti anche la Luna attraversano il cielo con le costellazioni dello zodiaco sullo sfondo (a sinistra, la Luna e Venere)

20 Di conseguenza, le congiunzioni (a volte molto ravvicinate) tra la Luna e i pianeti non sono rare (a sinistra, con Venere). A volte sono così vicine che può verificarsi un occultazione (a destra, Saturno è occultato dalla Luna).

21 Anche le stelle possono essere occultate dalla Luna

22 LA LUNA IL CICLO DELLE FASI E LA VISIBILITÀ IN CIELO DELLA LUNA

23 I MOTI DI RIVOLUZIONE e le conseguenti configurazioni geometriche Terra - Luna - Sole sono responsabili del CICLO DELLE FASI LUNARI la cui durata è pari a circa 29,5 giorni (MESE SINODICO)

24 In questa e nelle immagini che seguono vedremo quando e dove la Luna sia visibile in vari momenti durante il mese sinodico. Ovviamente, quando il Sole è vicino a O (Ovest) significa che sta tramontando. Luna Nuova E S O

25 Nei giorni che seguono la fase di Luna Nuova, la falce della Luna crescente è visibile di sera. La parte della Luna non illuminata dal Sole si riesce a osservare perché riflette la luce che proviene dalla Terra. Questo fenomeno è chiamato luce cinerea. Falce di Luna crescente Luce cinerea

26 Primo Quarto E S O

27 Luna Piena E S O

28 Ore centrali della notte Luna Piena E S O

29 Ultimo Quarto E S O

30 Gobba a levante luna calante, gobba a ponente luna crescente Est Sud Ovest Orizzonte

31 LA LUNA RIVOLGE ALLA TERRA SEMPRE LA STESSA FACCIA La Luna: la faccia visibile... e quella nascosta

32 LA LUNA INTRODUZIONE - Presentazione di Luna, Terra e Sole PARTE 1: I MOTI - I moti della Luna - Il ciclo delle fasi e la visibilità in cielo PARTE 2: MORFOLOGIA - Come è fatta la Luna: struttura interna e morfologia superficiale PARTE 3: L ESPLORAZIONE - Lo sbarco sulla Luna e le esplorazioni successive PARTE 4: L ATTIVITÀ DEGLI STUDENTI - Misura dei crateri e delle montagne lunari

33 La struttura della Luna Crosta Mantello Nucleo solido?

34 Valli e montagne sulla Luna (scoperte da Galileo Galilei nel 1609) Galilei Harriot

35 Mari e monti sulla Luna! Le regioni scure e piatte sono chiamate mari. Quelle frastagliate con i crateri sono le terre.

36 I nomi delle strutture sulla superficie della Luna

37 Terre e crateri

38 La formazione dei crateri lunari

39 Come mai nei mari lunari sono presenti meno crateri?

40 Per rispondere dobbiamo tornare indietro nel tempo. Iniziando con: LA FORMAZIONE DELLA LUNA 30 minuti 5 ore impatto alcuni anni

41 Miliardi d anni fa, sulla Luna era presente la lava

42 Dopo che la lava divenne solida, una grande quantità di piccoli corpi celesti cadde sulla Luna, dando origine ai crateri. Questi non sono quindi bocche di vulcani ma crateri da impatto. 4,4 mld. anni fa 3,9 mld. anni fa 3,3 mld. anni fa oggi

43 La Luna è priva d atmosfera, al contrario della Terra perciò non c è erosione, e quello che c era sulla superficie lunare tanto tempo fa, c è ancora oggi.

44 LA LUNA INTRODUZIONE - Presentazione di Luna, Terra e Sole PARTE 1: I MOTI - I moti della Luna - Il ciclo delle fasi e la visibilità in cielo PARTE 2: MORFOLOGIA - Come è fatta la Luna: struttura interna e morfologia superficiale PARTE 3: L ESPLORAZIONE - Lo sbarco sulla Luna e le esplorazioni successive PARTE 4: L ATTIVITÀ DEGLI STUDENTI - Misura dei crateri e delle montagne lunari

45 20 luglio 1969: primo sbarco umano sulla Luna (Apollo 11) dicembre 1972: ultimo sbarco (Apollo 17)

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47 E un piccolo passo per un uomo, un balzo gigantesco per il genere umano Neil Armstrong, 20/7/1969 (That s one small step for [a] man, one giant leap for mankind)

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51 Da qualche tempo si parla di nuove missioni spaziali, anche umane, dirette sulla Luna. Le scoperte effettuate da Clementine dimostrano che potrebbe esserci del ghiaccio d acqua in alcuni crateri. Poiché si vogliono costruire delle basi sulla Luna, questa si è rivelata una grande scoperta. La sonda Clementine (1994)

52 La sonda europea SMART - 1 (2003)

53 Base lunare nel 20

54 LA LUNA INTRODUZIONE - Presentazione di Luna, Terra e Sole PARTE 1: I MOTI - I moti della Luna - Il ciclo delle fasi e la visibilità in cielo PARTE 2: MORFOLOGIA - Come è fatta la Luna: struttura interna e morfologia superficiale PARTE 3: L ESPLORAZIONE - Lo sbarco sulla Luna e le esplorazioni successive PARTE 4: L ATTIVITÀ DEGLI STUDENTI - Misura dei crateri e delle montagne lunari

55 LA LUNA LA MISURA DELLA DIMENSIONE DEI CRATERI E DELLA ALTEZZA DELLE MONTAGNE LUNARI

56 LA LUNA CHE FASE LUNARE SCEGLIAMO PER L OSSERVAZIONE?

57 IL PRIMO QUARTO NON LA LUNA PIENA

58 Al primo quarto la luce del Sole proviene di lato e le lunghe ombre che si formano al centro del disco rendono visibili crateri e montagne molto meglio che nel caso della Luna Piena

59 LA MISURA DEI CRATERI LUNARI 1 - Fotografiamo la Luna al telescopio 2 - Misuriamo la dimensione della Luna sulla nostra fotografia: chiamiamola l 3 - Misuriamo la dimensione di un cratere sulla fotografia: chiamiamola c d = 3475 km x =? 4 - Facciamo una proporzione: c : l = x : d fi l x = c d fi x = c d : l

60 LA MISURA DEI CRATERI LUNARI ATTENZIONE Quali crateri consideriamo? Bisogna misurare i crateri che si trovano nella regione centrale della Luna. Quelli vicino ai bordi infatti ci appaiono schiacciati. d = 3475 km

61 Infatti, ciò che misuro è la dimensione perpendicolare alla linea di vista, per cui devo mantenermi nella regione centrale della Luna.

62 LA MISURA DEI CRATERI LUNARI Quindi, per esempio d = 3475 km no sì no

63 sì no

64 LA LUNA Non posso misurare direttamente l altezza delle montagne lunari ma posso misurare la lunghezza delle ombre e da questa calcolare l altezza delle montagne

65 LA LUNA Come si misura la lunghezza delle ombre? Esattamente nello stesso modo in cui si misura la grandezza dei crateri

66 LA MISURA DEllE MONTAGNE LUNARI 1 - Fotografiamo la Luna al telescopio 2 - Misuriamo la dimensione della Luna sulla nostra fotografia: chiamiamola l 3 - Misuriamo la dimensione di un ombra sulla fotografia: chiamiamola o d = 3475 km y =? 4 - Facciamo una proporzione: o : l = y : d fi l y = o d fi y = o d : l

67 sì no

68 Ecco cosa bisogna misurare sulla fotografia della Luna Da qui a qui

69 LA LUNA Abbiamo misurato la lunghezza delle ombre. Adesso come possiamo calcolare l altezza delle montagne? La lunghezza delle ombre dipende Dall altezza della montagna E dall inclinazione dei raggi solari

70 come avviene sulla Terra

71 Devo perciò conoscere quanto vale l angolo a. Come faccio a misurarlo? C Sole A a lunghezza ombra B

72 Consideriamo la Luna al primo quarto: al centro del disco lunare, osservando da Terra, a = 0. Primo Quarto raggi solari

73 Posizione della Luna nel momento della misura L a Primo Quarto H a T raggi solari Se osserviamo dopo un po di tempo, a è uguale all angolo in T, cioè l angolo di fase della Luna rispetto alla Terra.

74 Posizione della Luna nel momento della misura L a Primo Quarto H a T raggi solari Ricavo a dalla proporzione: a : 360 = tempo passato dal Primo Quarto : periodo sinodico (29,5 giorni) Quando, a aprile e maggio, abbiamo osservato la Luna il primo quarto si è avuto: - il 16 aprile alle ore il 16 maggio alle ore 10.58

75 E una volta che conosco a, come faccio a ricavare BC partendo da AB? Dalle proprietà dei triangoli simili. Si deve disegnare un triangolo simile a quello lunare secondo una scala precisa: 1 cm in classe = 1 km sulla Luna. In questo modo, la misura di BC in cm fornirà subito l equivalente in km sulla Luna. C Sole A a lunghezza ombra B

76 Primo Quarto: 16 aprile ore circa L immagine mostra la Luna ripresa dagli studenti la sera del 18 aprile, ore 21.30, 2 giorni e 5 ore dopo il Primo Quarto

77 Primo Quarto: 16 maggio ore circa L immagine mostra la Luna ripresa dagli studenti la sera del 18 maggio, ore 22.00, 2 giorni e 11 ore dopo il Primo Quarto