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Perché le due facce della Luna sono così diverse

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La Luna, di gran lunga, è l’oggetto più luminoso e l’oggetto più grande visibile agli occhi umani nel cielo notturno della Terra. Rispetto a Venere, il successivo oggetto più luminoso, la Luna è trenta volte il diametro, occupa quasi 1000 volte la superficie e appare circa 1.000.000 di volte più luminosa di Venere. Inoltre, la Luna non ci appare come un disco uniforme, ma mostra piuttosto incredibili differenze da un luogo all’altro sulla superficie, anche se vista dalla nostra prospettiva limitata qui sulla Terra.

Ad occhio nudo, queste differenze potrebbero apparire come macchie chiare e scure: il cosiddetto “uomo sulla luna” è la caratteristica più facile da vedere. Ma se guardi attraverso un telescopio, non vedrai solo quelle macchie scure stagliarsi contro le parti più luminose, ma anche creste montuose, crateri con alte pareti e raggi che si estendono da essi e rilievi ombrosi lungo il confine notte-giorno, noto come terminatore della Luna.

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Sebbene queste caratteristiche possano essere familiari, contengono tutte indizi sulla storia antica della Luna e possono aiutarci a capire perché la “faccia” della Luna che vediamo non è l’unica prospettiva che conta.

Un’immagine del lato vicino della Luna dalla fotocamera grandangolare del Lunar Reconnaissance Orbiter. Si possono vedere mari e crateri prominenti, oltre a pareti, raggi e creste. È stato un vero shock quando abbiamo scoperto che questa visione del lato più vicino della Luna non era replicata sulla faccia del suo lato più lontano. ( Credito : NASA/GSFC/Arizona State University)

Anche con un binocolo standard o il telescopio più economico che puoi trovare, ci sono due caratteristiche principali della Luna che non puoi perdere:

  1. Che è fortemente craterizzata e che le aree di colore più chiaro sono generalmente più fortemente craterizzate rispetto alle aree più scure. Molte regioni craterizzate includono piccoli crateri all’interno di crateri di medie dimensioni all’interno di crateri giganti, il che fornisce la prova che i crateri più grandi sono così vecchi che su di essi si sono formati quelli più nuovi e più piccoli.
  2. Le aree scure conosciute come mari (dal latino “mari”), hanno relativamente pochi crateri e per lo più più piccoli. Queste regioni sono note per essere di colore e composizione significativamente diversi rispetto alla maggior parte della Luna.

È vero che lo stesso lato della Luna è sempre di fronte a noi ma, a seconda delle posizioni relative di Terra, Luna e Sole, porzioni diverse dell’emisfero lunare vengono illuminate durante il mese.

Sebbene la Luna sia vincolata in modo mareale alla Terra in modo che lo stesso lato sia sempre rivolto verso il nostro pianeta, il fatto che l’orbita della Luna sia ellittica e segua le leggi del moto di Keplero assicura che sembri oscillare avanti e indietro nel corso di un mese : un fenomeno noto come librazione lunare. Complessivamente, il 59% della superficie lunare totale, non il 50%, è visibile dalla Terra nel tempo. ( Credito : Tomruen/Wikimedia Commons)

Inoltre, poiché l’orbita della Luna è ellittica, si muove più velocemente quando è più vicina alla Terra e più lenta quando è più lontana, la faccia visibile della Luna cambia leggermente, un fenomeno noto come librazione lunare. Questo significa che, nel corso di molti mesi, possiamo vedere fino al 59% della Luna, in totale, e non è stato fino a 63 anni fa, quando la navicella spaziale sovietica Luna 3 ha ruotato intorno al lato opposto della Luna, che abbiamo ottenuto le nostre prime foto del lato della Luna invisibile dalla Terra.

Sebbene, in termini di qualità, l’immagine non fosse granché, era notevole per una ragione inaspettata: il lato più vicino della Luna appare molto diverso, sia in termini di crateri che di mari, dal lato più lontano che è sempre rivolto lontano da noi. Questa scoperta è stata un vero shock e per decenni, anche se le nostre immagini e la comprensione di questo lato sfuggente del nostro vicino planetario sono migliorate in termini di qualità, ci è mancata una spiegazione del perché questa differenza esistesse.

L’immagine originale del lato opposto della Luna dalla missione Luna 3 dell’URSS (A), insieme al suo moderno restauro digitale (B), confrontata con una vista moderna del lato opposto della Luna dal Lunar Reconnaissance Orbiter (C) della NASA. ( Credito : Prasantapalwiki/Wikimedia Commons)

Quindi, quali sono le grandi differenze tra il lato vicino e il lato opposto?

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Una cosa che noterai subito è l’assenza quasi completa delle aree più scure dei mari sul lato opposto. Ce n’è uno prominente nell’emisfero settentrionale della Luna, ma è piccolo. Ce ne sono forse alcuni più piccoli, meno profondi e collegati nell’emisfero australe, ma nessuno di loro è largo, profondo o ampio come quelli sul lato vicino della Luna. I mari sono molto diversi tra il lato vicino e il lato opposto.

Forse la seconda cosa che vedrai è quanto più craterizzato sia il lato opposto. Ci sono molte regioni che sembrano essere più antiche e più fortemente craterizzate. Ciò porta a più crateri con raggi che sembrano irradiarsi da essi.

Sebbene questo sia stato scoperto per la prima volta nel lontano 1959, ci è voluto molto più tempo per trovare una ragione per questo mistero. In realtà, c’è una spiegazione ovvia – che forse hai anche pensato tu stesso – ma si è scoperto che è sbagliata.

Questa vista dell’Apollo 8 della superficie lunare guarda verso sud a 162 gradi di longitudine ovest, mostrando un terreno accidentato caratteristico dell’emisfero del lato opposto della luna. Le caratteristiche fortemente craterizzate, inclusi molti crateri all’interno dei crateri, mostrano l’età, mentre la mancanza di mari rivela uno spessore crostale maggiore rispetto al lato vicino. ( Credito : NASA/Apollo 8)

La nostra esperienza ci dice che il Sistema Solare è pieno di pericolose comete e asteroidi, che periodicamente si tuffano nelle zone più interne, verso la nostra stella. Quando le cose vanno bene per i mondi interni, questi corpi producono spettacoli come code cometarie e piogge di meteoriti. Ma quando le cose vanno male, uno di quei grandi corpi va a sbattere contro un mondo o la Luna, pr ovocando un impatto catastrofico, un potenziale evento di estinzione nel caso della Terra.

La spiegazione “ovvia” sarebbe che quando queste massicce rocce spaziali si dirigono verso il lato lontano della Luna, non c’è niente che impedisca l’impatto. Ma quando si avvicinano alla Luna dal lato più vicino, la Terra è d’intralcio e può fungere da scudo per oggetti che altrimenti impatterebbero sul lato più vicino della Luna. In tal modo, la Terra assorbe quegli impatti o devia gravitazionalmente quei potenziali impattori lontano dalla Luna.

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Questa è la spiegazione ovvia.

Sebbene la Terra possa essere grande e massiccia rispetto alla Luna, entrambi i corpi sono molto piccoli rispetto alla distanza tra loro. Ci vogliono circa 1,25 secondi perché la luce viaggi dalla Terra alla Luna e la separazione Terra-Luna è circa 40 volte il diametro della Terra. ( Credito : James O’Donaghue/immagini della NASA)

Ma quando osserviamo i dettagli del sistema Terra-Luna, questa spiegazione fa acqua.

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È un bel tentativo di dare un senso a ciò che vediamo, ma il fatto che la distanza Terra-Luna sia circa quaranta volte maggiore del diametro della Terra significa che la differenza nel numero di impatti sul lato più vicino della Luna rispetto al lato opposto dovrebbe essere inferiore all’1%. Ma semplicemente non è così; il lato opposto ha qualcosa come il 30% circa di crateri in più rispetto al lato vicino, un’enorme differenza che non può essere spiegata quantitativamente dall’effetto di deflessione gravitazionale deella Terra.

Inoltre, questa spiegazione non spiega come mai c’è una netta differenza tra i mari che appaiono sul lato vicino rispetto a quelli del lato opposto. Non si pensa che i mari siano nati a causa di impatti; l’idea dominante è che i mari siano il risultato di colate laviche basaltiche. Il fatto che la Terra offra una piccola quantità di protezione planetaria al lato più vicino della Luna semplicemente non può spiegare quella caratteristica.

Quindi cosa spiega le differenze tra il lato vicino e il lato opposto? La risposta, si scopre, ha qualcosa a che fare con le collisioni spaziali, ma non con le comete e gli asteroidi.

Rispetto agli altri impatti che il nostro pianeta ha vissuto negli ultimi 65 milioni di anni, l’asteroide che ha spazzato via i dinosauri era enorme. Aveva un diametro di circa 5-10 km, o le dimensioni di una montagna molto grande. Ma se tornassimo indietro di circa 4,55 miliardi di anni nella storia, scopriremmo che l’impatto di Chicxulub non è stata assolutamente la più grande collisione nella storia della Terra.

Non ce ne siamo nemmeno resi conto finché non abbiamo riportato rocce dalla Luna e abbiamo scoperto che sono fatte esattamente della stessa materia di cui è fatta la Terra! Questa è stata una grande sorpresa, perché nessun altro compagno lunare/pianeta nel Sistema Solare – né Giove e le sue lune, né Marte e le sue lune, né Saturno e le sue lune – sono così.

Circa 4,5 miliardi di anni fa, quando il Sistema Solare era ancora agli albori, la Terra era per lo più formata e aveva circa il 90-95% della sua massa attuale. Ma c’era un altro planetoide molto grande, delle dimensioni di Marte, che si trovava in un’orbita quasi identica a quella terrestre. Per decine di milioni di anni, questi due oggetti hanno danzato instabilmente allontanandosi e avvicinandosi l’uno all’altro. E poi, finalmente, circa 50 milioni di anni dopo la formazione del Sistema Solare, si scontrarono tra loro!

Quando due grandi corpi si scontrano, come è avvenuto tra la Terra e Theia nel primo Sistema Solare, generalmente formano un corpo più massiccio, ma i detriti sollevati dalla collisione possono fondersi in una o più grandi lune. Questo è stato probabilmente il caso non solo della Terra, ma anche di Marte e Plutone e dei loro sistemi lunari . ( Credito : NASA/JPL-Caltech)

La stragrande maggioranza di entrambi i protopianeti finì per formare la Terra, mentre una grande quantità di detriti fu lanciata nello spazio. Nel corso del tempo, una quantità significativa di questi detriti si è fusa gravitazionalmente per formare la Luna, mentre il resto è ricaduto sulla Terra o è fuggito in altre parti del Sistema Solare. Per quanto folle potesse sembrare quando è stata proposta negli anni ’70, questa è diventata la teoria accettata – verificata da molti fenomeni osservabili che corrispondono alle previsioni. Inoltre, ora ci sono prove che anche le lune attorno ad altri mondi rocciosi, come Marte e Plutone, probabilmente si sono formate da impatti giganti.

Questa collisione deve essere avvenuta molto presto nella storia del Sistema Solare e la Terra era ancora molto calda quando è avvenuta: circa 2.700 Kelvin! La Luna che si formò, inizialmente, si formò da un disco di detriti che sarebbe stato esposto alla Terra molto calda mentre si stava formando. Ci sono alcuni dettagli di cui siamo abbastanza certi:

  • la Luna era probabilmente situata molto più vicino a noi, inizialmente,
  • probabilmente si è bloccato a marea dopo un tempo molto breve, ~ 100.000 anni o meno,
  • e potrebbe anche essere nata bloccata dalle maree, avendo perso il suo momento angolare di rotazione in eccesso anche prima della sua formazione completa.

Quest’ultimo dettaglio non è attualmente noto, ma rimane una forte possibilità. Se è così, c’è un grande effetto dall’avere quella fonte di calore extra (la Terra) nelle vicinanze in termini di quali materiali erano disponibili sul lato rivolto verso la Terra e su quello lontano dalla Terra mentre si sta formando.

Circa 50 milioni di anni dopo la formazione della Terra, fu colpita da un grande oggetto delle dimensioni di Marte chiamato Theia. Le conseguenze della collisione hanno surriscaldato la Terra e sollevato un’enorme quantità di detriti, una grande parte dei quali ha finito per formare la Luna. Il resto è sfuggito al sistema Terra-Luna o è caduto su uno dei due corpi. Mentre il lato opposto della Luna si è raffreddato più rapidamente, il lato più vicino, essendo rivolto verso la calda Terra, è rimasto più caldo per molto più tempo. ( Credito : Mark A. Garlick)

È stato solo nel 2014, ben 55 anni dopo aver intravisto per la prima volta il lato opposto della Luna, che uno studio di Arpita Roy, Jason WrightSteinn Sigurdsson ha sintetizzato questa storia completa e presentato le prove necessarie per supportarla.

Questi ricercatori hanno considerato l’evento che ha creato il primo sistema Terra-Luna e hanno seguito i potenziali percorsi della sua evoluzione fisica. La Luna stessa finì per formarsi da un disco di detriti circumplanetario che circonda la Terra. Se la Terra era molto calda, il calore emanato dalla Terra primordiale creò un gradiente chimico all’interno del disco, portando a una composizione diversa per il lato della Luna più vicino alla Terra rispetto al lato più lontano dalla Terra.

Le fortissime forze di marea provenienti dalla Terra, ricorda che la Terra è molto massiccia rispetto alla Luna (circa 70 volte più massiccia) e che la Luna era più vicina alla Terra in passato, avrebbero potuto facilmente far sì che la Luna si formasse già bloccata con il lato vicino già bloccato verso Terra. Se è andata così, le maggiori abbondanze di calcio e alluminio nella parte più lontana del disco circumplanetario formarono una crosta più spessa per il lato lunare più lontano rispetto al lato vicino.

La presenza di un gradiente chimico/compositivo nel disco proto-lunare mentre si formava la Luna, quindi, potrebbe essersi conservato oggi come differenza tra i due emisferi della Luna. Se la Luna stesse ruotando rapidamente, come un pollo al barbecue su un girarrosto, ciò non sarebbe possibile, ma se la Luna sperimentasse una sincronizzazione delle marea praticamente istantanea con la Terra, sarebbe quasi inevitabile.

I mari che vediamo sono la prova di colate laviche avvenute molto più tardi, dove la roccia fusa scorreva nei grandi bacini e nelle pianure sulla superficie lunare. Se il lato vicino si fosse formato con una crosta più sottile e una composizione diversa rispetto al lato opposto, ciò spiegherebbe perché, anche miliardi di anni dopo, le due facce sembrano così diverse: con diverse dimensioni e numero di mari su di esse.

Se i mari lunari che non si sono solidificati fino a molto più tardi nella storia del Sistema Solare, è facile capire perché sono molto meno craterizzati rispetto agli altopiani lunari che si sono solidificati molto tempo prima. Quando la superficie si ricopre di liquido, gli eventuali impatti preesistenti vengono cancellati. Allo stesso modo, qualsiasi impatto avvenuto mentre le superfici dei mari erano ancora allo stato fuso verrebbe semplicemente assorbito nel mare di lava fusa.

Lo studio, in pratica, ha dimostrato che, avendo una Terra primordiale calda abbastanza vicino alla Luna mentre si stava formando si può essere creata la differenza di spessore crostale così come le differenze elementari e chimiche tra i due lati.

Queste sei viste ortografiche mostrano un mix del lato vicino e del lato più lontano della Luna a intervalli di 60 gradi di rotazione, come ripreso con la telecamera grandangolare della missione Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA. Tutte le immagini sono centrate su 0 gradi di latitudine . ( Credito : NASA/Goddard/Arizona State University)

Finalmente, dopo più di mezzo secolo di riflessione sul mistero del lato opposto della Luna, possiamo affermare con sicurezza non solo come si è formata la Luna, ma perché le sue due facce sono così diverse! Sappiamo che la Luna brilla riflettendo la luce del Sole, ma chi avrebbe mai immaginato che fosse stata la giovane Terra, luminosa e calda nel cielo della Luna, a rendere le due facce così diverse?

Eppure, questa è esattamente la spiegazione che funziona. Non importa quanto spregiudicata o insolita possa essere un’idea, se ha un potere esplicativo sufficientemente forte per spiegare ciò che osserviamo, potrebbe semplicemente essere l’idea giusta per risolvere qualsiasi enigma si stia considerando. Questa è solo una parte della meraviglia e della gioia della scienza e dell’emozione di scoprire i segreti della nostra realtà!

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