Come funzionano le fasi lunari: La scienza dietro il ciclo lunare

La Luna non produce la propria luce. Quello che le persone sulla Terra chiamano luce lunare è la luce solare riflessa dalla superficie lunare, secondo la Science Mission Directorate della NASA. In qualsiasi momento, il Sole illumina esattamente metà della Luna, proprio come illumina metà della Terra. La porzione di questa metà illuminata visibile dalla Terra cambia costantemente mentre la Luna percorre la sua orbita, e questa vista che cambia è ciò che crea la sequenza nota come fasi lunari.

Perché la Luna sembra cambiare forma

Secondo la NASA, la causa delle fasi lunari è una semplice geometria: le posizioni relative del Sole, della Terra e della Luna cambiano ogni giorno mentre la Luna si muove attorno alla Terra. Quando la Luna si trova tra la Terra e il Sole, il suo lato illuminato è rivolto lontano da noi, producendo una luna nuova. Circa due settimane dopo, quando la Terra si trova tra il Sole e la Luna, l'intero lato illuminato è rivolto verso la Terra, producendo una luna piena. Ogni fase intermedia riflette un diverso angolo di visualizzazione della stessa sfera mezzo illuminata.

La NASA osserva anche che la Luna è bloccata dalle maree alla Terra: ruota sul proprio asse in quasi esattamente lo stesso tempo che impiega per orbitare attorno alla Terra, così lo stesso emisfero lunare è sempre rivolto verso il nostro pianeta. Il blocco delle maree spiega perché le persone sulla Terra non vedono mai il lato opposto della Luna, ma è un fenomeno separato dalla geometria Sole-Terra-Luna che produce le fasi.

Le otto fasi riconosciute

La NASA descrive il mese lunare come contenente otto fasi nominate, divise in quattro fasi primarie e quattro intermedie. Le fasi primarie — luna nuova, primo quarto, luna piena e terzo (o ultimo) quarto — si verificano in un momento specifico e calcolabile. Le fasi intermedie descrivono le transizioni graduali tra di loro.

• Luna nuova — La Luna è tra la Terra e il Sole; il lato vicino è non illuminato.
• Falce crescente — Una sottile falce di luce cresce sul lato destro (vista dell'emisfero nord).
• Primo quarto — Metà del disco visibile è illuminata; la Luna è a 90° dal Sole nel cielo.
• Luna crescente gobba — Più della metà illuminata, l'area illuminata ancora in crescita.
• Luna piena — La Terra è più o meno tra il Sole e la Luna; l'intero lato vicino è illuminato.
• Luna calante gobba — Più della metà illuminata, l'area illuminata che si riduce.
• Terzo (ultimo) quarto — L'altra metà del disco è illuminata.
• Falce calante — Una sottile falce rimane prima della prossima luna nuova.

I termini crescente e calante descrivono semplicemente la direzione: crescente significa che la porzione illuminata sta crescendo, da luna nuova verso luna piena, mentre calante significa che si sta riducendo, da luna piena verso luna nuova, secondo la descrizione della NASA.

Perché il ciclo è di 29,5 giorni, non 27,3

Due numeri diversi descrivono il moto della Luna, e confonderli è una fonte comune di confusione. Il mese siderale — 27,32166 giorni, o 27 giorni, 7 ore, 43 minuti e 12 secondi — è il tempo che la Luna impiega per completare un'orbita relativa alle stelle fisse, secondo il sito web delle eclissi della NASA presso il Goddard Space Flight Center. Il mese sinodico — 29,53059 giorni, o 29 giorni, 12 ore, 44 minuti e 3 secondi — è il tempo necessario affinché la stessa fase (ad esempio, luna nuova a luna nuova) si ripeta.

Il mese sinodico è più lungo perché la Terra stessa si muove intorno al Sole mentre la Luna orbita attorno alla Terra. Dopo aver completato un'orbita completa di 360° relativa alle stelle, la Luna deve percorrere un tratto aggiuntivo — approssimativamente l'equivalente di 2,2 giorni extra — per raggiungere lo stesso allineamento Sole-Terra-Luna da cui era partita, spiega il sito web delle eclissi della NASA. Questo mese sinodico di 29,5 giorni è la base per i mesi del calendario in molte culture e per la comune abbreviazione che un ciclo lunare dura circa 29,5 giorni.

L'orbita della Luna non è un cerchio perfetto

Il percorso della Luna attorno alla Terra è un'ellisse con un'eccentricità media di 0,0549, afferma il sito web delle eclissi della NASA, il che significa che la distanza Terra-Luna varia durante ogni orbita. Il perigeo, il punto più vicino, ha variato tra circa 356.355 e 370.399 km negli ultimi cinquemila anni, mentre l'apogeo, il punto più lontano, ha variato tra approssimativamente 404.042 e 406.725 km nello stesso periodo. Un periodo orbitale separato — il mese anomalistico, con una media di 27,55455 giorni — misura il tempo da un perigeo all'altro.

Il piano orbitale della Luna è anche inclinato di circa 5,145° rispetto al piano orbitale della Terra attorno al Sole (l'eclittica), secondo la stessa fonte della NASA. Questa inclinazione è la ragione per cui le eclissi solari e lunari non accadono ogni mese anche se le lune nuove e piene lo fanno: la Luna di solito passa leggermente sopra o sotto la linea Sole-Terra. Le eclissi sono possibili solo durante due stagioni delle eclissi ogni anno, quando una luna nuova o piena coincide con la Luna che attraversa il piano dell'eclittica, spiega la pagina della NASA sulla geometria delle eclissi.

Fasi e maree oceaniche

Le fasi lunari corrispondono anche a uno schema di marea prevedibile. La National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) degli Stati Uniti spiega che durante le lune nuove e piene — quando il Sole, la Terra e la Luna sono quasi allineati — le forze gravitazionali del Sole e della Luna si rafforzano a vicenda, producendo maree di primavera con maree alte più alte e maree basse più basse. Durante le fasi del primo e terzo quarto, quando la trazione del Sole sull'oceano cancella parzialmente la trazione della Luna, il risultato è una marea morta di minore ampiezza. Sia le maree di primavera che quelle morte si verificano due volte in ogni mese lunare, nota la NOAA.

Cosa conta come una luna blu

Poiché il mese sinodico (circa 29,5 giorni) è più breve della maggior parte dei mesi del calendario, occasionalmente due lune piene cadono nello stesso mese del calendario. Il sito di divulgazione scientifica EarthSky, gestito dall'astronoma Deborah Byrd, descrive questo come la definizione moderna e popolare di una luna blu. Una seconda definizione più antica — la terza luna piena in una stagione che contiene quattro lune piene invece delle solite tre — proviene dall'Almanacco dei Contadini del Maine del 1937. EarthSky riconduce la versione ormai comune seconda luna piena in un mese a un articolo della rivista Sky & Telescope del 1946 dell'astronomo dilettante James Hugh Pruett, che ha frainteso la regola stagionale dell'almanacco. Le lune blu mensili si ripetono circa sette volte ogni 19 anni, o approssimativamente ogni due o tre anni, secondo EarthSky.