Osservando la Luna per diverse notti, sembra che i suoi segni caratteristici restino al loro posto. Le stesse ampie chiazze scure delle pianure lunari sono rivolte verso la Terra, dando l’impressione che la Luna non ruoti. In realtà lo fa: compie una rotazione sul proprio asse per ogni orbita intorno alla Terra. Questa sincronizzazione, detta rotazione sincrona, spiega perché vediamo quasi sempre lo stesso emisfero, anziché osservare a turno tutti i lati.
L’emisfero opposto è spesso chiamato lato nascosto. Non è sempre al buio. La luce del Sole raggiunge la maggior parte della superficie lunare in momenti diversi del ciclo lunare, anche se alcuni crateri profondi nelle regioni polari restano in ombra permanente. La geometria dell’orbita lunare, la rotazione della Luna e una lieve oscillazione apparente contribuiscono a spiegare ciò che possiamo vedere.
Una rotazione per ogni orbita
La Luna impiega 27.32166 giorni per completare una rotazione rispetto alle stelle lontane e 27.32166 giorni per compiere un’orbita intorno alla Terra. Poiché questi periodi coincidono, la stessa faccia è rivolta in generale verso il nostro pianeta. Se la Luna non ruotasse affatto, il suo spostamento lungo l’orbita porterebbe alla vista longitudini diverse. Invece, ruota costantemente mentre si sposta, mantenendo il passo con la sua orbita.
Un paragone efficace è camminare intorno a una persona mantenendo il viso rivolto verso di lei. Durante il percorso devi girarti una volta, anche se la persona che ti guarda vede sempre lo stesso lato della tua testa. La rotazione della Luna è meno evidente perché sulla Terra non c’è un punto di riferimento che renda facile accorgersene da una notte all’altra.
Il periodo di rotazione di 27.32166 giorni non corrisponde all’intervallo tra una luna piena e la successiva. Questo ciclo delle fasi dura 29.53059 giorni perché, mentre la Luna orbita intorno alla Terra, anche il sistema Terra-Luna si muove intorno al Sole. Dopo aver completato un’orbita, la Luna deve percorrere ancora un breve tratto per tornare allo stesso allineamento con il Sole e la Terra. La guida alle fasi lunari spiega come i cambiamenti degli angoli tra Sole, Terra e Luna producano le fasi che vediamo.
Come le forze di marea hanno sincronizzato la Luna
La rotazione sincrona è il risultato dell’azione della gravità su un corpo rotante nel corso del tempo. La gravità terrestre attira il lato della Luna più vicino alla Terra con maggiore intensità rispetto al lato opposto. Questa differenza allunga leggermente la Luna, causando una deformazione mareale. Quando la rotazione e l’orbita della Luna non erano sincronizzate, la deformazione non era perfettamente allineata con la direzione Terra-Luna. La conseguente coppia gravitazionale modificava la rotazione della Luna, mentre l’attrito interno dissipava energia rotazionale.
Col tempo, questi effetti hanno rallentato la rotazione lunare, finché una rotazione ha richiesto lo stesso tempo di un’orbita. In questo stato sincronizzato, la deformazione mareale resta quasi allineata con la Terra e la coppia periodica che modificava la rotazione diventa molto più debole. La rotazione sincrona non è una forza speciale che mantiene immobile una faccia: è un risultato stabile dell’interazione tra rotazione, gravità e perdita di energia.
Gli effetti mareali continuano a essere importanti nel sistema Terra-Luna. La Luna si allontana dalla Terra di circa 3.8 cm all’anno, per effetto delle interazioni mareali che trasferiscono momento angolare all’interno del sistema. Questo movimento non è visibile da una singola osservazione, ma è legato alla rotazione sincrona della Luna e al continuo scambio tra orbita e rotazione.
Il lato nascosto non è un lato buio
Il lato nascosto è semplicemente l’emisfero rivolto dalla parte opposta rispetto alla Terra. Riceve la luce del Sole, proprio come il lato visibile, mentre la Luna orbita intorno al nostro pianeta. Durante la luna piena, il lato visibile è illuminato e il lato nascosto è per lo più rivolto dalla parte opposta rispetto al Sole; durante la luna nuova, è illuminato il lato nascosto, mentre quello visibile è per lo più al buio. Il ciclo si inverte man mano che la Luna attraversa le sue fasi.
C’è un’importante precisazione: non tutte le zone della Luna passano alternativamente dalla luce solare al buio. In prossimità dei poli, il Sole resta basso sopra l’orizzonte. Alcuni fondali di crateri profondi sono così riparati dai loro bordi che la luce solare non li raggiunge mai, creando regioni in ombra permanente. Questi luoghi particolari dipendono dal terreno locale e dalla bassa inclinazione del Sole, non dal fatto che si trovino sul lato nascosto.
L’espressione «lato oscuro della Luna» può quindi trarre in inganno. Può essere usata informalmente per indicare il lato nascosto, ma non descrive un emisfero che non riceve mai la luce solare. Per scoprire come cambiano le date e gli orari delle fasi durante il ciclo, consulta il calendario delle fasi lunari mese per mese.
Una lieve oscillazione rivela una porzione maggiore della superficie
Nel corso del tempo, dalla Terra non vediamo esattamente metà della Luna. L’orbita lunare è leggermente ellittica, quindi la velocità orbitale cambia: la Luna si muove più velocemente quando si trova alla minima distanza dalla Terra e più lentamente quando è più lontana. La sua velocità di rotazione rimane pressoché costante, perciò le variazioni della velocità orbitale fanno sembrare che la Luna oscilli leggermente da un lato all’altro. Questo movimento apparente è chiamato librazione in longitudine.
La librazione in latitudine ha un’origine diversa. L’asse di rotazione della Luna è inclinato di 1.54 gradi rispetto all’eclittica e la sua orbita è inclinata di 5.14 gradi rispetto all’eclittica. Insieme, questi angoli permettono agli osservatori di vedere un po’ più in là del polo nord o sud lunare in diversi punti dell’orbita. Anche la distanza della Luna e la posizione dell’osservatore sulla Terra influenzano leggermente la visuale.
La librazione non rende visibile tutto il lato nascosto in una volta sola. Consente agli osservatori di sbirciare oltre il bordo apparente nel corso del tempo. In totale, dalla Terra è possibile osservare in momenti diversi circa il 59 percento della superficie lunare, anche se in un dato istante è visibile al massimo circa la metà. È grazie a questa lenta rivelazione che le mappe dettagliate della superficie lunare si estendono oltre la faccia che appare al centro in una normale osservazione.
Cosa osservare dalla Terra
Un modo utile per osservare questo effetto è confrontare, in date diverse, un elemento riconoscibile vicino al bordo della Luna. La librazione sposta il lembo apparente, perciò un cratere o una pianura scura vicini al bordo possono apparire più esposti in una data rispetto a un’altra. Senza un telescopio o un binocolo, il cambiamento è sottile; anche il diverso orientamento della Luna nel cielo può rendere difficili i confronti. Tieni a mente lo stesso elemento e confronta osservazioni effettuate in fasi simili.
La visuale dipende da dove ti trovi sulla Terra, oltre che dal momento in cui osservi. Una dashboard lunare della città fornisce informazioni locali sulla fase e sull’illuminazione, sul sorgere e il tramontare della Luna, sull’altitudine e sull’azimut, sulla distanza e sulle condizioni del cielo e del meteo locale. Per pianificare le osservazioni, la guida al momento migliore per vedere la Luna spiega come la fase e le condizioni locali influiscono sulla sua permanenza sopra l’orizzonte. La rotazione sincronizzata della Luna spiega perché la sua faccia familiare resta rivolta verso di noi; la librazione offre agli osservatori pazienti scorci mutevoli appena oltre il suo bordo.