In astronomia , la distanza lunare è la distanza media tra il centro della Terra e il centro della Luna , che è di 384.400 km . La distanza effettiva varia a seconda della posizione della Luna nella sua orbita , tra 356.410 km al perigeo e 405.500 km al suo apogeo . Le misurazioni ad alta precisione della distanza lunare vengono effettuate misurando il tempo di viaggio della luce tra le stazioni LIDAR sulla Terra e i retroriflettori posti sulla Luna.
La Luna si sta allontanando dalla Terra a una velocità media di 3,78 cm all'anno, secondo il Lunar Laser Ranging Experiment . L'attuale velocità in uscita è considerata insolitamente elevata. Casualmente, anche la dimensione dei riflettori dei catadiottri posti sulla Luna è di 3,78 cm .
Il tasso di dissipazione delle maree è variato nel corso della storia geologica della Terra.
La prima persona a misurare la distanza della Luna fu Aristarco di Samo , astronomo e matematico III ° secolo aC. DC . Ha usato l'osservazione di un'eclissi lunare per calcolare la distanza Terra-Luna in base al raggio della Terra (a lui sconosciuto). Aristarco di Samo calcolò la distanza dalla Luna osservando il passaggio dell'ombra terrestre sul disco lunare. La distanza Terra-Luna è stata espressa in unità del raggio della Terra.
Il catalogo NASA degli oggetti vicini alla Terra fornisce in distanza lunare e in ua la distanza di avvicinamento alla Terra di asteroidi e comete.
La distanza dalla Terra alla Luna è in continua evoluzione. A causa dell'orbita non circolare della Luna, questa distanza può variare fino a 75 m/s, o anche più di 1.000 chilometri in sole 6 ore. Anche altri fattori influenzano la distanza Terra-Luna.
A causa della sua orbita ellittica con eccentricità variabile, la distanza istantanea varia con periodicità mensile. Inoltre, la distanza è disturbata dagli effetti gravitazionali di vari corpi celesti - il più significativo è quello del Sole e, in misura minore, quello di Giove . Gli altri pianeti del sistema solare sono responsabili di piccoli disturbi, così come gli asteroidi , le forze di marea e gli effetti relativistici. L'effetto della pressione risultante dalla radiazione solare contribuisce a produrre variazioni di ± 3,6 mm nella distanza lunare.
La distanza lunare misurata può variare di oltre 21.000 km dal valore medio nel corso di un mese. Questi disturbi sono ben compresi e la distanza lunare può essere modellata accuratamente nel corso di migliaia di anni.
L'attuale tasso di recessione è di 3,805 ± 0,004 cm all'anno. Sembra che questo tasso sia aumentato di recente. Infatti, una velocità di allontanamento di 3,8 cm/anno implicherebbe che la Luna abbia solo 1,5 miliardi di anni mentre gli scienziati concordano su un'età di circa 4 miliardi di anni. . Sembra anche che questo tasso di rimozione anormalmente alto continui ad accelerare.
Gli scienziati prevedono che la distanza lunare continuerà ad aumentare fino a quando la Terra e la Luna non saranno bloccate gravitazionalmente e ruoteranno in modo sincrono. Ciò accade quando la lunghezza del periodo orbitale lunare è uguale al periodo di rotazione della Terra. I due corpi sono quindi in equilibrio e non viene scambiata altra energia di rotazione. I modelli prevedono che sarebbero necessari 50 miliardi di anni per raggiungere questa configurazione.
Storia orbitaleLa distanza lunare media è in aumento, il che implica che la Luna era più vicina in passato. Esistono prove geologiche che la distanza lunare media fosse di circa 52 R⊕ (raggio terrestre) durante l'era Precambriana, o 2.500 milioni di anni fa, rispetto ai circa 60 R⊕ odierni.
L'Ipotesi dell'Impatto Gigante, una teoria ampiamente accettata, sostiene che la Luna sia stata creata a seguito di un impatto catastrofico tra un altro pianeta e la Terra con conseguente accumulo di frammenti ad una distanza iniziale di 3,8 R ⊕. Si stima che l'impatto iniziale sia avvenuto 4,5 miliardi di anni fa.
Dissipazione per forze di mareaL'attrazione esercitata dalla luna sulla Terra rallenta anche la rotazione della Terra, un effetto noto come frenata di marea . Altrimenti espresso, il momento angolare viene lentamente trasferito dalla rotazione della Terra all'orbita della Luna. Questo rallentamento della rotazione si traduce in un aumento della lunghezza dei giorni (24 ore) di 2,3 millisecondi per secolo. L'energia persa dalla Terra viene trasferita alla Luna che quindi aumenta la sua distanza dalla Terra ad una velocità di 3,8 centimetri all'anno. La ragione di questo trasferimento è che la rotazione della Terra provoca il trasporto dell'acqua dagli oceani spostati dalle maree, che sposta il centro di massa della Terra, creando un'accelerazione tangenziale sulla Luna, aumentando gradualmente la sua velocità nella sua orbita. Pertanto, la velocità di rotazione della Terra diminuisce impercettibilmente e la Luna accelera nella sua orbita, il suo raggio aumenta gradualmente.
I primi astronomi ad aver misurato la distanza Terra-Luna sono probabilmente gli astronomi dell'antica Grecia . Aristarco di Samo calcolò la distanza dalla Luna osservando il passaggio dell'ombra terrestre sul disco lunare.
Fino alla fine degli anni '50, tutte le misurazioni della distanza lunare erano basate su misurazioni angolari ottiche. L'era spaziale ha segnato un punto di svolta che ha notevolmente migliorato la precisione e l'accuratezza di questa misurazione. Durante gli anni '50 e '60, furono condotti esperimenti utilizzando radar, laser, veicoli spaziali e modelli di computer.
I paragrafi seguenti descrivono alcuni dei metodi storicamente significativi o comunque interessanti utilizzati per determinare la distanza lunare e non intendono essere esaustivi.
Il metodo più antico per determinare la distanza lunare è misurare contemporaneamente l'angolo tra la Luna e un punto di riferimento scelto da più posizioni. La sincronizzazione può essere coordinata effettuando misurazioni ad un orario prestabilito o durante un evento osservabile da tutte le parti. Prima della comparsa di precisi cronometri meccanici, l'evento temporale era solitamente un'eclissi lunare o l'ora in cui la luna attraversava il meridiano (se gli osservatori condividevano la stessa longitudine). Questa tecnica di misurazione è nota come parallasse lunare .
Per una maggiore precisione, devono essere presi in considerazione alcuni errori sistematici come la correzione dell'angolo misurato per tenere conto della rifrazione e della distorsione della luce attraverso l'atmosfera.
I primi tentativi di misurare la distanza tra la Terra e la Luna sfruttarono le osservazioni dell'eclissi lunare basate sulla conoscenza del raggio della Terra e della distanza maggiore del Sole rispetto a quella della Luna. Osservando la geometria di un'eclissi lunare, la distanza lunare può essere calcolata usando la trigonometria.
La prima relazione di un tentativo di misurare la distanza della Luna utilizzando la trigonometria è stata fatta dall'astronomo e matematico greco del IV ° secolo aC. dC , Aristarco di Samo poi, in seguito, da Ipparco i cui calcoli hanno prodotto un risultato di 59-67 R⊕. Quest'ultimo metodo fu ripreso nell'opera di Tolomeo, che calcolò una distanza di 64 1/6 R⊕ nel suo punto più lontano.
Una spedizione guidata dall'astronomo di origine francese A.CD Crommelin ha osservato il transito meridionale della Luna nella stessa notte da due luoghi diversi (il momento in cui la Luna attraversa un cerchio immaginario che passa direttamente sopra e attraverso i poli). Altre misurazioni precise dal 1905 al 1910 hanno misurato l'angolo di elevazione poiché uno specifico cratere lunare (Mösting A) ha attraversato il meridiano dalle stazioni di Greenwich e al Capo di Buona Speranza che si trovano all'incirca alla stessa longitudine. La distanza è stata quindi calcolata con un'incertezza di ± 30 km ed è rimasta il valore della distanza lunare di riferimento per il successivo mezzo secolo.
Registrando, da diversi punti di distanza di separazione nota, il momento in cui la Luna oscura una stella sullo sfondo o misurando l'angolo tra la Luna e una stella sullo sfondo in un momento predeterminato, è possibile calcolare la distanza lunare.
Gli astronomi O'Keefe e Anderson hanno calcolato la distanza lunare osservando quattro occultazioni da nove siti nel 1952. Hanno calcolato una distanza media di 381.504,6 ± 4,7 km, quindi il valore è stato affinato nel 1962 da Irene Fischer , che ha incorporato dati geodetici più precisi (dati geometrici della Terra) per produrre un valore di 381.500,2 ± 2 km.
Un esperimento condotto nel 1957 dall'American Naval Research Laboratory utilizzò l'eco dei segnali radar per determinare la distanza Terra-Luna. Impulsi radar con una durata di 2 ms sono stati trasmessi da un'antenna radio di più di 15 metri di diametro. È stata registrata l'eco delle onde radio sulla superficie della Luna e misurato il tempo di percorrenza dell'onda. Da questa misurazione si può calcolare la distanza. In pratica, tuttavia, era difficile ottenere un segnale sufficientemente chiaro (senza onde vaganti) da poter produrre una misurazione accurata in modo affidabile.
L'esperimento fu ripetuto nel 1958 presso il Royal Radar Establishment in Inghilterra. Gli impulsi radar della durata di 5 ms sono stati trasmessi con una potenza di picco di 2 megawatt a una velocità di 260 impulsi al secondo. Come nel precedente esperimento, è stata registrata l'eco delle onde radio sulla superficie della Luna e misurato il tempo di percorrenza dell'onda. Sono state aggiunte diverse misurazioni per poter ottenere un segnale più affidabile sovrapponendo in particolare le tracce dell'oscilloscopio su una pellicola fotografica. Da queste misurazioni, la distanza potrebbe essere calcolata con un'incertezza di soli 1,25 km.
Questi primi esperimenti sono stati progettati come prove di esperimenti concettuali e sono durati solo un giorno. Il loro monitoraggio è durato un mese per produrre un valore medio di 384.402 ± 1,2 km, la misura più accurata della distanza lunare in quel momento.
La misurazione del tempo impiegato da un raggio laser per compiere il viaggio di andata e ritorno dopo aver riflettuto direttamente sulla superficie della Luna è stata effettuata per la prima volta nel 1962 da un team del Massachusetts Institute of Technology e da un team sovietico dell'Osservatorio astrofisico di Crimea .
Durante le missioni Apollo del 1969, gli astronauti posizionarono dei catarifrangenti sulla superficie della Luna nel tentativo di affinare l'accuratezza di questa tecnica di misurazione. Le misurazioni attuali utilizzano ancora questa apparecchiatura e coinvolgono più installazioni laser in tutto il mondo. L'accuratezza istantanea degli esperimenti Ranging Lunar Laser raggiunge una risoluzione inferiore al millimetro ed è, ad oggi, il metodo più affidabile per determinare la distanza lunare.
Grazie alla contemporanea facile accessibilità a dispositivi di cronometraggio precisi, fotocamere digitali ad alta risoluzione, ricevitori GPS , computer potenti e dispositivi di comunicazione quasi istantanei, è diventato possibile per gli astronomi dilettanti effettuare misurazioni di alto livello.
Ad esempio, il 23 maggio 2007, sono state scattate fotografie digitali della Luna durante la quasi occultazione di Regulus da due località in Grecia e in Inghilterra . Misurando la parallasse tra la luna e una stella sullo sfondo, è stato possibile calcolare la distanza lunare.
Un progetto più ambizioso chiamato "Campagna di Aristarco", in riferimento all'antico astronomo greco, è stato realizzato durante l' eclissi lunare del 15 aprile 2014 .