La selenologia
Già osservando la Luna ad occhio nudo ci si accorge che la sua superficie non è omogenea ma ci sono zone più chiare e zone più scure. Da secoli l’uomo ha definito le zone scure "mari" pensando che in queste aree ci fosse dell’acqua. L’avvento del telescopio ha sfatato questa credenza rivelandoci l’assenza dell’acqua.
- Gli Altopiani o Terre Alte
Gli altopiani sono le regioni della superficie lunare che da Terra appaiono più chiare e craterizzate. Per questo motivo, in contrapposizione ai mari Galileo Galilei diede loro questo nome.
Gli altopiani ricoprono circa il 70 % della faccia visibile della Luna ed oltre l’85% della superficie lunare. La densità delle rocce è minore di quella dei mari, circa 2,75-3 volte la densità dell’acqua. Questa differenza di densità determina il fenomeno dell’isostasia, cioè la pressione esercitata dalla crosta sul mantello è costante su tutta la superficie, sia sugli altopiani, più alti ed a minor densità, sia sui mari, più bassi ma a densità maggiore.
Queste zone hanno un’età di circa quattro miliardi di anni e sono probabilmente le aree più antiche della Luna. Sulle Terre Alte si trovano le tracce degli impatti più antichi. Le rocce che formano queste zone sono brecce chiare e scure con frammenti di anortosite provenienti dai crateri da impatto. Le rocce più comuni sono le anortositi e la norite. Sugli altopiani sono state osservate delle zone ondulate, definite informalmente "terreno strano", che si pensa siano le testimonianze di eventi catastrofici del passato. Queste strutture sono state rinvenute agli antipodi dei grandi zone di impatto come il mare Imbrium ed il mare Occidentale.
Un’altra particolarità di queste zone risiede nella platea dei crateri che è fratturata da solchi più o meno profondi e numerosi. In generale tali crateri si trovano sul confine dei grandi bacini. Una spiegazione a tale caratteristica può essere dedotta dall’osservazione dei picchi centrali dei crateri che sono più alti della norma. La fatturazione della platea può essere stata indotta dalla spinta di massa di magma al di sotto dei crateri.
- I mari ed i bacini circolari
Non esiste soluzione di continuità tra i mari ed i bacini circolari. I mari ed i bacini sono sostanzialmente la stessa cosa, hanno la stessa composizione ed un’origine simili. La differenza tra i due risiede nella forma. I bacini circolari, come indica in nome, hanno una forma pressoché circolare mentre i mari sono solitamente più estesi ed hanno una forma più irregolare.
I bacini circolari identificati sulla superficie lunare sono in totale 29. La loro età relativa è stata stimata osservando il diverso grado di erosione.
I "mari" sono le prime formazioni geologiche individuate dall’uomo sulla Luna. Benché occupino soltanto il 15 % dell’intera superficie lunare il colore scuro li rende immediatamente identificabili.
Le rocce che formano queste strutture contengono gli stessi minerali dei basalti e dei gabbri terrestri quindi, principalmente, pirosseno, plagioclasio, olivina ed alcuni minerali accessori come l’ossido di titanio e l’armacolite. La piroxferroite è il primo minerale "lunare che è stato scoperto. I basalti lunari si possono distinguere in due categorie: una a basso ed una ad alto contenuto di ossido di titanio. Al telescopio si possono osservare diversi corrugamenti che ricoprono i mari. Si tratta dei fronti delle colate laviche che hanno un’altezza che varia tra i 10 ed i 65 m. I basalti lunari che formano queste enormi distese laviche si sono raffreddati tra i 3,9 e di 3,1 miliardi di anni. Questo intervallo di tempo viene definito dai selenologi "età del vulcanesimo" e comprende i primi 800 milioni di anni dalla formazione.
L’origine dei mari e dei bacini circolari è sicuramente da collegarsi agli impatti meteorici.
Uno schema cronologico della formazione di una di queste strutture è il seguente:
impatto di un meteorite
frattura della crosta in seguito all’impatto
fuoriuscita di magma dalla frattura derivante dalla fusione in profondità della crosta
formazione del mare o del bacino circolare
Nel caso dei mari a differenza dei bacini minori la fuoriuscita del magma non è avvenuta in un unico momento ma l’area in esame è stata ricoperta grazie a più effusioni collegate a più impatti.
Gli impatti erano abbastanza ravvicinati perché le lave non riuscissero a raffreddarsi totalmente e si fondessero assieme.
Le strutture principali osservabili sui mari sono:
crateri: successivi alla formazione dei mari
graben: strette valli dai fianchi ripidi ed asimmetrici lunghe centinaia di metri e larghe dalle decine alle centinaia di metri
solchi: canali rettilinei od ondulati che possono partire da un cratere. Si pensa possano essere ciò che rimane dopo il crollo del soffitto di canali lavici sotterranei in seguito a selenomoti
duomi: sono dovuti all’accumulo di magma poco al di sotto della superficie lunare all’interno della crosta. Appaiono come piccole colline circolari. Possono essere considerati gli unici "vulcani" lunari presenti.
I crateri e le altre strutture lunari
- I crateri ed i circhi
I crateri e di circhi rappresentano le strutture più diffuse sulla superficie lunare.
In passato esistevano due teorie sulla loro origine: quella vulcanica e quella dell’impatto meteorico.
La teoria vulcanica fu stesa da Padre Angelo Sacchi e affermava che i crateri si erano formati dall’esplosione di enormi bolle di lava sulla superficie. La teoria dell’impatto meteorico sosteneva e sostiene tuttora che i crateri derivino dalla collisione di meteoriti con la superficie lunare.
Attraverso l’esame dei campioni di roccia, la riproduzione in laboratorio di crateri d’impatto e la planetologia comparata (cioè lo studio delle differenze e delle somiglianze dei pianeti) si è giunti alla conclusione che la formazione dei crateri sia da collegarsi all’impatto meteorico.
La maggior parte dei crateri si è formata durante i primi 800 milioni di anni (età del vulcanesimo) dalla nascita della Luna.
Ancora oggi il nostro satellite è sottoposto ad un continuo bombardamento meteorico che ne modifica la superficie, a causa della mancanza di un’atmosfera.
Un cratere si forma dalla collisione di un meteorite con la superficie lunare. Nell’impatto il meteorite precipita ad alta velocità e comprime il materiale su cui cade, la successiva e velocissima decompressione scaglia parte del materiale fuori dal cratere con lo stesso fenomeno per cui quando si lancia un sasso nell’acqua lo spruzzo si solleva e poi ricade attorno. Spesso ciò porta alla formazione di un picco centrale. La maggior parte del materiale espulso ricade attorno al cratere formando i "bastioni" di forma anulare. Il calore generato dall’urto è tale da fondere parte della roccia che vetrifica originando le "ejecta". Dall’impatto si originano sia blocchi anche di grandi dimensioni sia polveri tutti saldati assieme. Tale materiale è detto "breccia lunare". Un meteorite di 3 m di diametro può provocare un cratere di 150 m.
I crateri sono strutture di forma circolare od ellittica, da associarsi alla presenza di materiale meteorico. Al centro possono presentare un picco centrale, cioè una montagna, o brecce.
Intorno ad essi si trovano le ejecta cioè materiale fuso dalla violenza dell’impatto e consolidato. Il materiale più grossolano forma una raggiera continua attorno al cratere (ejecta continua) mentre quello più fine, che si trova più lontano, forma la raggiera discontinua (ejecta discontinue).
Attorno al cratere principale i blocchi più grandi scagliati durante l’impatto possono formare dei crateri secondari, anche allineati, attorno al principale.
- La classificazione
I crateri sono classificati in base al diametro in:
CRATERI A FONDO RIALZATO (60 – 300 Km di diametro)
Presentano bordi massicci e spesso rotti da piccoli crateri e valli. L’originale continuità del perimetro è stata erosa dal continuo impatto meteorico. Anche il fondo è coperto da piccoli crateri, più recenti, da valli e solchi. A causa della loro estensione il forno di questi crateri tende a seguire la curvatura della superficie lunare.
Es. Clavius e Tolomeo.
CRATERI (5 – 60 Km)
Sono di forma circolare o ellittica. Il bordo è costituito da un’unica parete semplice e non presentano un picco centrale. Quando il cratere si trova al terminatore l’ombra può trarre in inganno e far pensare che questi siano crateri molto profondi ma ciò non è vero.
Es. Keplero.
Gli astronauti durante la permanenza sulla Luna hanno raccolto 382 Km di campioni di roccia lunare. I campioni sono stati accuratamente sigillati per evitarne la contaminazione. Circa il 10% del materiale è stato distribuito in un centinaio di laboratori in tutto il mondo per analizzarne le caratteristiche. Una piccola parte è esposta nei musei americani ed il restante, circa il 90 % è conservato sotto azoto secco al Johnson Space Center di Houston e a Sant’Antonio in attesa che si sviluppino nuove tecniche di ricerca. Così come sulla terra le rocce sono classificate in: magmatiche, formatesi dalla solidificazione di fusi magmatici sedimentarie, derivanti dall’accumulo di detriti inorganici ed organici, e metamorfiche, che sono il risultato della trasformazione di rocce magmatiche e sedimentarie in seguito a regimi di alta pressione e temperatura anche per le rocce lunari è stata stesa una classificazione. Data la mancanza di un’atmosfera, di acqua e di vita sulla Luna mancano le rocce sedimentarie. La classificazione è stata fatta attraverso l’analisi chimica dei campioni riportati a Terra e suddivide così le rocce:.
Basalti
Noriti o KREEP
Anortisiti
Queste tre categorie di rocce, quindi, si distinguono in base alla presenza di alcuni elementi e composti. A parte alcune piccole differenze le rocce lunari sono simili alle rocce vulcaniche terrestri.
Quasi tutte le rocce lunari presentano piccoli fori dovuti al bombardamento della superficie lunare da parte di piccoli meteoriti.
Il colore è generalmente scuro per i basalti che formano i mari mentre sono chiare le anortositi che costituiscono gli altopiani.
La norite è anche indicata come KREEP. KREEP è una sigla che significa Potassio K, Terre rare REE e Fosforo P. In essa si trovano anche tracce di Uranio e Torio. L’anortosite copre la maggior parte della superficie lunare perché il feldspato potassico, che è un minerale abbondante in queste rocce, ha una bassa densità e quindi permette a questa roccia di "galleggiare" sulle altre. L’anortosite è ricca di ossido di Ferro e di Calcio.
Sono stati anche trovati minerali che non ci sono sulla terra come la piroxferroite.
- Il suolo
Un paragrafo a parte va dedicato al suolo lunare. Sulla Terra i suoli si formano per alterazione da parte degli agenti atmosferici e della vegetazione. Sulla Luna, come abbiamo già detto, non esistono questi agenti quindi il suolo deve formarsi in un altro modo.
Il suolo lunare si forma a causa del continuo bombardamento da parte di micrometeoriti sulla superficie lunare che porta alla disgregazione della roccia lunare.
La regolite, così è definito il suolo lunare, ha un colore "tra il catrame ed il bitume". La dimensione dei granuli varia tra quella della sabbia e i ciottoli di grandi dimensioni. Circa 1% del materiale è di origine meteorica.
Lo spessore della regolite varia tra i 10 m-30 m sugli altopiani a 5 m a pochi centimetri nei Mari.
La regolite, spesso, non forma un deposito uniforme ha è costituita da più strati sovrapposti. Questi strati sono stati utilizzati per stabilire una scala dei tempi selenologici. La datazione è stata basata su differenze molto sottili tra i vari strati, quali i vari tipi di roccia che costituiscono i singoli granuli.