Lua: diferenças entre revisões

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Revisão das 08h31min de 22 de novembro de 2013

A Lua é o único satélite natural da Terra e o quinto maior no Sistema Solar. É o maior satélite natural de um planeta no sistema solar em relação ao tamanho do seu corpo primário, tendo 27% do diâmetro e 60% da densidade da Terra, o que representa 1⁄81 da sua massa. Entre os satélites cuja densidade é conhecida, a Lua é o segundo mais denso, atrás de Io.

A Lua econtra-se em rotação sincronizada com a Terra, mostrando sempre a mesma face visível, marcada por mares vulcânicos escuros entre montanhas cristalinas e as proeminantes crateras de impacto. É o mais brilhante objeto no céu a seguir ao Sol, embora a sua superfície seja na realidade escura, com uma refletância pouco acima da do asfalto. A sua proeminência no céu e o seu ciclo regular de fases tornaram a Lua, desde a Antiguidade, numa importante referência cultural na língua, em calendários, na arte e na mitologia. A influência da gravidade da Lua está na origem das marés oceânicas. A sua atual distância orbital, cerca de trinta vezes o diâmetro da Terra, faz com que no céu seja aparentemente do mesmo tamanho do Sol, permitindo-lhe cobri-lo por completo durante um eclipse solar total.

Pensa-se que a Lua tenha sido formada há cerca de 4,5 mil milhões de anos, relativamente pouco tempo após a Terra. Embora no passado tenham sido propostas várias hipóteses para a sua origem, a explicação mais consensual atualmente é a de que a Lua tenha sido formada a partir dos detritos de um impacto de proporções gigantescas entre a Terra e um corpo do temanho de Marte.

A Lua é o único corpo celeste para além da Terra no qual os seres humanos já pisaram. O programa soviético Luna foi o primeiro a atingir a Lua com sondas não tripuladas em 1959. O programa norte-americano Apollo permitiu as únicas missões tripuladas até hoje, desde a primeira viagem tripulada em 1968 pela Apollo 8, até seis alunagens tripuladas entre 1969 e 1972, a primeira das quais a Apollo 11. Estas missões recolheram mais de 380 kg de rochas, que têm sido usadas no estudo geológico da origem, estrutura interna e história geológica da Lua.

Formação

Foram propostos vários mecanismos para a formação da Lua, 4,527 ± 0,010 bilhões de anos atrás, entre 30 e 50 milhões de anos após a origem do Sistema Solar.^[1] Uma pesquisa recente apresentado por Rick Carlson indica uma idade um pouco mais jovem de entre 4,4 e 4,45 bilhões de anos.^[2] ^[3] Estes mecanismos incluem a fissão da Lua a partir da crosta terrestre através da força centrífuga^[4] (o que exigiria um giro inicial muito grande da Terra),^[5] a captura gravitacional de uma lua pré-formada^[6] (o que exigiria uma atmosfera estendida da Terra para dissipar a energia da passagem da Lua)^[5] e a co-formação da Terra e da Lua juntas no disco de acreção primordial (que não explica o esgotamento de ferro metálico na Lua).^[5] Estas hipóteses também não pode explicar o alto momento angular do sistema Terra-Lua.^[7]

A hipótese mais aceita hoje é a de que o sistema Terra- Lua se formou como resultado de um gigantesco impacto, quando um corpo do tamanho de Marte (chamado Theia) colidiu com a recém-formada proto-Terra, explodindo material na órbita em torno dele que se aglutinaram até formar a Lua.^[8] Dezoito meses antes de uma conferência de outubro de 1984 sobre as possíveis origens da Lua, Bill Hartmann, Roger Phillips e Jeff Taylor desafiaram os colegas cientistas ao dizer: "Vocês tem 18 meses. Volte aos seus dados da Apollo, voltem aos seus computadores, façam o que tiverem que fazer, mas sejam criativos. Não venha para nossa conferência, a menos que você tem algo a dizer sobre o nascimento da Lua." Na conferência de 1984 em Kona, no Havaí, a hipótese do grande impacto emergiu como a mais popular. "Antes da conferência, havia partidários das três teorias "tradicionais", além de algumas pessoas que estavam começando a considerar o impacto gigante como uma possibilidade séria e havia um enorme grupo apático que achava que o debate jamais seria resolvido. Posteriormente haviam essencialmente apenas dois grupos: os defensores do grande impacto e os agnósticos."^[9]

Ficheiro:Mare Orientale.JPG

Mare Orientale, formado a partir do último grande impacto que aconteceu na Lua.

Acredita-se que impactos gigantes tenham sido comuns no início do Sistema Solar. Modelos de um grande impacto feitos em simulações de computador são consistentes com as medições do momento angular do sistema Terra-Lua e com o pequeno tamanho do núcleo lunar. Estas simulações também mostram que a maior parte da Lua veio do impacto e não da proto-Terra.^[10] No entanto, testes mais recentes sugerem que a maior parte da Lua se formou a partir da Terra, e não do impacto.^[11]^[12]^[13] Meteoritos mostram que outros corpos do Sistema Solar interior, como Marte e Vesta, têm composições isotópicas de de oxigênio e tungstênio muito diferentes das encontradas na Terra, enquanto a Terra e a Lua têm composições isotópicas quase idênticas. A mistura do material vaporizado entre a Terra e a Lua em formação após o impacto poderia ter empatado suas composições isotópicas,^[14] embora ainda esteja em debate.^[15]

A grande quantidade de energia liberada no evento do grande impacto gigante e a aglutinação subsequente de material na órbita da Terra teria derretido a camada externa terrestre, formando um oceano de magma.^[16]^[17] A lua recém-formado também teria tido seu próprio oceano de magma lunar; estima-se que ele teria uma profundidade de cerca de 500 km até o raio total da Lua.^[16]

Apesar de sua precisão na explicação de muitas linhas de evidência, ainda existem algumas dificuldades que não são totalmente explicadas pela hipótese do grande impacto, a maioria delas envolvendo a composição da Lua.^[18]

Em 2001, uma equipe do Instituto Carnegie de Washington relatou uma medição mais precisa das assinaturas isotópicas de rochas lunares.^[19] Para sua surpresa, a equipe descobriu que as rochas do programa Apollo apresentavam uma assinatura isotópica que era idêntico a de pedras da Terra e era diferente de quase todos os outros corpos do Sistema Solar. Uma vez que acreditava-se que a maior parte do material que entrou em órbita para formar a Lua tivesse vindo de Theia, esta observação foi inesperada. Em 2007, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia anunciaram que havia menos de 1% de chance de que Theia e Terra tenham assinaturas isotópicas idênticas.^[20] Publicada em 2012, uma análise de isótopos de titânio nas amostras lunares trazidas pela Apollo mostrou que a Lua tem a mesma composição que a Terra, o que entra em conflito com o que se espera se a Lua se formou longe da órbita da Terra ou de Theia. Variações sobre GIH pode explicar estes dados.^[21]

Milhões de anos antes do presente

Características físicas

Estrutura interna

Composição química do regolito lunar^[22]
Composto	Fórmula	Composição (wt %)
Composto	Fórmula	Mares	Montanhas
silica	SiO₂	45.4%	45.5%
alumina	Al₂O₃	14.9%	24.0%
cal	CaO	11.8%	15.9%
óxido ferroso	FeO	14.1%	5.9%
óxido de magnésio	MgO	9.2%	7.5%
dióxido de titânio	TiO₂	3.9%	0.6%
óxido de sódio	Na₂O	0.6%	0.6%
Total		99.9%	100.0%

A lua é um corpo diferenciado: a sua crosta, manto e núcleo são distintos em termos geoquímicos. A lua possui um núcleo interno sólido e rico em ferro, com um raio de 240 quilómetros e um núcleo externo fluido composto fundamentalmente por ferro em fusão com um raio de aproximadamente 300 km. O núcleo é envolto por uma camada parcialmente em fusão com um raio de cerca de 500 km.^[23] Pensa-se que esta estrutura se tenha desenvolvido a partir da cristalização fracionada de um oceano de magma global, pouco tempo depois da formação da lua, há cerca de 4,5 mil milhões de anos.^[24] A cristalização deste oceano de magma teria criado um manto máfico através de precipitação e afundamento dos minerais olivina, piroxena e ortopiroxena. Após a cristalização de cerca de três quartos do oceano de magma, tornou-se possível a formação de Plagioclases que permaneceram à superfície formando a crosta.^[25] Os últimos líquidos a cristalizar teriam inicialmente permanecido entre a crosta e o manto, com elevada abundância de elementos incompatíveis e produtores de claro.^[26] De forma consistente com esta hipótese, o mapeamento geoquímico a partir da órbita mostra que a crosta é composta principalmente por Anortosito,^[27] enquanto que as amostras de rocha lunar dos mantos de lava que emergiram à superfície a partir da fusão parcial do manto confirmam a composição máfica do manto, o qual é mais rico em ferro que aquele da Terra.^[26] As análises geofísicas sugerem que o crosta tenha em média 50 km de espessura.^[26]

A lua é o segundo satélite mais denso do Sistema Solar, atrás apenas de Io.^[28] No entanto, o núcleo interno da Lua é pequeno, com um raio de apenas 350 km ou menos,^[26] o que corresponde a apenas cerca de 20% da sua dimensão, em contraste com os cerca de 50% de maior parte dos outros corpos terrestres. A sua composição não está ainda confirmada, mas é provavelmente de ferro metálido ligado com uma pequena quantidade de enxofre e níquel. A análise da rotação da Lua indica que o núcleo seja fundido, pelo menos em parte.^[29]

Geologia da superfície

Lado visível da Lua

Lado oculto da Lua. Note-se a quase total ausência dos escuros mares lunares^[30]

A topografia da Lua tem vindo a ser medida através de altimetria laser e análise estereoscópica.^[31] A característica topográfica mais proeminente é a Bacia do Polo Sul-Aitken, com cerca de 2240 km de diâmetro, o que faz dela a maior cratera lunar e e maior cratera conhecida do Sistema Solar.^[32]^[33] Com 13 km de profundidade, a base é o ponto de menor altitude na Lua.^[32]^[34] Os pontos mais altos encontram-se imediatamente a nordeste, tendo sido sugerido que esta área possa ter sido formada através do impacto oblíquo na superfície que deu origem à bacia.^[35] As outras bacias de impacto de grande dimensão, como os mares Imbrium, Serenatis, Crisium, Mare Smythii e Orientale, possuem igualmente pouca altitude e orlas elevadas.^[32] A face oculta da lua é em média cerca de 1,9 km mais elevado do que a face visível.^[26]

Características vulcânicas

As planícies lunares escuras e relativamente desertas que podem facilmente ser observadas a olho nú são denominadas mares, uma vez que os astrónomos da Antiguidade acreditavam que continham água.^[36] Sabe-se agora que são vastos depósitos de antiga lava basáltica. Embora semelhantes aos basaltos terrestres, os basaltos dos mares têm uma abundância muito maior de ferro, ao mesmo tempo que não possuam quaisquer minareia alterados pela água.^[37]^[38] A maioria destas lavas foi projetada ou afluiu para as depressões formadas por crateras de impacto. Na orla dos mares, encontram-se várias províncias geológicas com vulcões-escudo e domos lunares.^[39]

Os mares encontram-se quase exclusivamente na face visível da Lua, cobrindo 31% da superfície,^[40] enquanto que na face oculta são raras e apenas cobrem 2% da superfície.^[41] Pensa-se que isto seja devido à concentração de elementos produtores de calor na face visível, observada em mapas geoquímicos obtidos através de espectómetros de raios gama, que poderia ter provocado o aquecimento, fusão parcial, subida à superfície e erupção do manto inferior.^[25]^[42]^[43] A maior parte dos basaltos presentes nos mares surgiu durante erupções no período Imbriano, há cerca de 3-3,5 mil milhões de anos, embora algumas amostras datas através de radiometria sejam de há 4,2 mil milhões de anos.^[44] enquanto que as erupções mais recentes datam de há apenas 1,2 mi milhões de anos.^[45]

As regiões mais claras da lua são denominadas terrae ou montanhas, uma vez que são mais elevadas do que a maior parte dos mares. Têm sido datadas, através de radiometria, de há 4,4 mil milhões de anos, e podem representar cumulatos de plagioclase do oceano de magma lunar.^[44]^[45] Em contraste com a Terra, pensa-se que nenhuma das principais cadeias montanhosas da Lua tenha sido formada em consequência de eventos tectónicos.^[46]

A concentração de mares na face visível é provavelmente o reflexo de uma crosta substancialmente mais espessa das montanhas na face oculta, as quais podem ter sido formadas durante o impacto a pouca velocidade de uma segunda lua terrestre poucas dezenas de milhões de anos após a formação das próprias luas.^[47]^[48]

Crateras de impacto

A cratera lunar Daedalus no lado oculto da Lua

O outro principal processo geológico que afetou a superfície lunar foi a formação de crateras de impacto,^[49] em consequência da colisão de asteróides e cometas com a sua superfície. Estima-se que haja cerca de 300.000 crateras com diâmetro superior a 1km, apenas na face visível.^[50] Algumas são batizadas em homenagem a investigadores, cientistas e exploradores.^[51] A escala de tempo geológico lunar é baseada nos principais eventos de impacto, como o nectárico, ímbrico ou o Mare Orientale, estruturas caracterizadas por vários anéis de material revolto, normalmente ao longo de centenas ou dezenas de quilómetros de diâmetro e associados a uma gama diversa de depósitos de material projetado que formam um horizonte estratigráfico regional.^[52] A ausência de atmosfera, meteorologia e processos geológicos recentes significa que muitas destas crateras se encontram perfeitamente preservadas. Embora apenas algumas das bacias com múltiplos anéis tenham sido datadas em definitivo, são no entanto úteis para atribuir datas relativas. Uma vez que as crateras de impacto se acumulam a um ritmo relativamente constante, a contagem do número de crateras em determinada área pode ser usada para estimar a idade da superfície.^[52] As idades radiométricas das rochas de impacto recolhidas durante as missões Apollo datam de há 3,8-4,1 mil milhões de anos. Isto tem sido usado para propor a existência de um Intenso bombardeio tardio de impactos.^[53]

A crosta lunar é revestida por uma superfície de rocha pulverizada denominada regolito, formada por processos de impacto. O regolito mais fino, o solo lunar de diócido de silício, tem uma textura semelhante à neve e odor semelhante a pólvora usada.^[54] O regolito das superfícies mais antigas é geralmente mais espesso que o das superfície mais jovens, variando entre 10 a 20 metros nas terras altas e 3-5 metros nos mares.^[55] Por baixo da camada de regolito encontra-se o megaregolito, uma camada de rocha matriz bastante fraturada com vários quilómetros de espessura.^[56]

Presença de água

Não é possível suster água na forma líquida na superfície lunar. Quando exposta à radiação solar, a água decompõe-se rapidamente através de um processo denominado fotólise, perdendo-se no espaço. No entanto, desde a década de 1960 que os cientistas têm levantado a hipótese de haver depositada na lua água na forma de gelo, em consequência de impactos de cometas ou prossivelmente produzida pela reação entre as rochas lunares ricas em oxigénio e o hidrogénio do vento solar, deixando vestígios de água que poderiam ter sobrevivido em crateras frias e ausentes de luz nos polos lunares.^[57]^[58] As simulações em computador sugerem que até 14.000 km² da superfície pode estar em sombra permanente.^[59] A presença de quantitades utilizáveis de água na Lua é importante para se considerar a viabilidade económica de uma eventual colonização da Lua, sendo a alternativa de transporte a partir da Terra economicamente inviável.^[60]

Nas décadas posteriores, têm sido encontrados vestígios da presença de água na superfície lunar.^[61] Em 1994, uma experiência com radar biestático pela sonda Clementine indicou a existência de pequenas bolsas de água congelada perto da superfície. No entanto, observações posteriores no radiotelescópio de Arecibo sugerem que estas bolsas se podem tratar, na realidade, de rochas projetadas a partir de crateras de impacto recentes.^[62] Em 1998, o espectómetro de neutrões a bordo da sonda Lunar Prospector indicou que há hidrogénio presente em elevada concentração no primeiro metro de profundidade perto das regiões polares.^[63] Em 2008, uma análise de rocha vulcânica trazida para a Terra pela Apollo 15 revelou que existiam pequenas quantidades de água no seu interior.^[64]

Ainda em 2008, a sonda Chandrayaan-1 confirmou a existência de água líquida à superfície, através do mapeador de mineralogia a bordo. O espectómetro observou linhas de absorção em comum com o hidroxilo, na luz solar refletida, fornecendo avidências de grandes quantidades de água na forma de gelo na superfície lunar. A sonda mostrou que as concentrações podem possivelmente ser tão altas como 1000 ppm.^[65] Em 2009, o LCROSS enviou um módulo de impacto para uma cratera polar de sombra permanente, detetando pelo menos 100 kg de água numa pluma de material projetado.^[66]^[67] Uma outra análise dos dados do LCROSS mostrou que a quantidade de água detetada estava próxima dos 155 kg (±12 kg).^[68]

Campo gravitacional

O campo gravitacional da Lua tem sido medido através do rastreio do efeito Doppler de sinais de rádio eimitidos a partir de veículos em órbita. As principais características da gravidade lunar são concentrações de massa, anomalias gravitacionais positivas de grande dimensão, associadas a algumas das maiores bacias de impacto, causadas em parte pelos densos depósitos basálticos que preenchem estas crateras.^[69]^[70] Estas anomalias influenciam significativamente a órbita de veículos em torno da Lua. No entanto, há ainda eventos sem explicação; as correntes de magma não explicam por si só todo o mapa gravitacional, e existem algumas concentrações de massa que não têm relação com o vulcanismo dos mares.^[71]

Campo magnético

A Lua tem um campo magnético exterior de cerca de 1-100 nanoteslas, menos de um centésimo do campo magnético terrestre. A Lua não tem atualmente um campo magnético global dipolar, como os que são gerados por um geodínamo característico de um núcelo de metal líquido, apresentando apenas magnetização da crosta, provavelmente adquirida muito cedo na sua História quando estava ainda em funcionamento um geodínamo.^[72]^[73] Em alternativa, alguma da magnetização restante pode ser de campos magnéticos transitórios gerados durante grandes eventos de impacto, através da expansão de uma nuvem de plasma gerada pelo impacto na presença de um campo magnético ambiente. Isto é suportado pela localização aparente das maiores magnetizações da crosta perto dos antípodas das maiores bacias de impacto.^[74]

Atmosfera

A atmosfera da Lua é tão rarefeita que praticamente se pode considerar vácuo, correspondente a uma massa total de menos de 10 toneladas.^[75] A pressão à superfície desta pequena massa é de cerca de 3 x 10⁻¹⁵ atm (0,3 nPa, e varia conforme o dia lunar. A atmosfera tem origem na desgaseificação e pulverização catódica – a libertação de átomos a partir do bombardeio dso solo lunar pelos iões do vento solar.^[27]^[76] Entre os elementos detetados estão o sódio e o potássio, produzidos pela pulverização catódica (também encontrados nas atmosferas de Mercúrio e de Io); o hélio-4, produzido pelo vento solar; e árgon-40, rádon-222 e polónio-210, desgaseificados após serem criados por decaimento radioativo no interior da crosta e do manto.^[77]^[78] A ausência de elementos neutros (átomos ou moléculas) como oxigénio, nitrogénio, carbono, hidrogénio e magnésio, que estão presentes no regolito, ainda não é compreendida.^[77] A sonda Chandrayaan-1 assinalou a presença de vapor de água, variando de acordo com a latitude, com concontração maior a 60-70º. É possivelmente gerado pela sublimação de gelo no rególito.^[79] Estes gases podem regressar ao monolito devido à gravidade ou então perderem-se no espaço, tanto através da radiação solar como, se tiverem sido ionizados, serem varridos pelo campo magnético do vento solar.^[77]

Estações

A inclinação axial da Lua em relação à eclíptica é de apenas 1,5424º,^[80] muito inferior aos 23,44º da Terra. Devido a isto, a iluminação solar varia muito pouco em função das estações e os elementos topográficos desempenham um papel crucial nos efeitos das estações.^[81] A partir de imagens obtidas pela sonda Clementine em 1994, é provável que quatro regiões montanhosas na orla da cratera Peary, no polo norte, estejam permanentemente iluminadas, não existindo regiões semelhantes no polo sul. De igual modo, há locais que se encontram em sombra permanente na base de várias crateras polares,^[59] sendo estes locais extremamente frios. A sonda Lunar Reconnaissance Orbiter mediu a temperatura de verão mais baixa nas crateras do polo sul, registando 35 K (-238 ºC),^[82] e na cratera Hermite, no polo norte, registando 26 K. Trata-se da mais fria temperatura alguma vez registada por uma sonda espacial no Sistema Solar, inferior até à superfície de Plutão.^[81]

Relação com a Terra

Esquema do sistema Terra-Lua (sem escala)

Órbita

A Lua descreve uma órbita completa em torno da Terra em relação às estrelas fixas cerca de uma vez a cada 27,3 dias (o seu período sideral). No entanto, uma vez que a Terra descreve ao mesmo tempo a sua órbita em redor do Sol, a luva demora ligeiramente mais tempo a apresentar a mesma fase lunar, cujo ciclo demora cerca de 29,5 dias ( o seu período sinódico)^[40] Ao contrário de maior parte dos satélites ou de outros planetas, a Lua orbita mais perto do plano eclíptico do que do plano equatorial. A órbita lunar é ligeiramente perturbada pelo Sol e pela Terra de várias maneiras e de com mecanismos de interação complexos. Por exemplo, o plano de movimento orbital da Lua roda gradualmente, o que efeta por sua vez outros aspetos do movimento lunar. Estas efeitos são descritos em termos matemáticos pelas Leis de Cassini.^[83]

Terra e Lua, mostrando seus tamanhos e distâncias em escala. A barra amarela representa um pulso de luz a viajar da Terra à Lua em 1,26 segundo.

Tamanho relativo

A Lua orbitando a Terra a partir de um ponto acima do pólo norte da eclípse. Os objetos estão em escala.

A Lua é invulgarmente grande em relação à Terra: cerca de um quarto do diâmetro do planeta e 1/81 da sua massa.^[40] É a maior Lua do Sistema Solar proporcionalemte ao temanho do seu planeta, embora Caronte seja maior em relação ao planeta anão Plutão, com cerca de 1/9 da sua massa.^[84]

No entanto, a Terra e a Lua são ainda consideradas um sistema satélite-planeta, em vez de um sistema de planeta duplo, uma vez que o seu baricentro (o centro de massa comum) se situa a 1700 km no interior da superfície da Terra.^[85]

Aparência a partir da Terra

A Lua encontra-se em rotação sincronizada: o tempo que demora a fazer uma rotação em torno do seu eixo é o mesmo que demora a orbitar em volta da Terra. Isto faz com que tenha praticamente sempre a mesma face voltada para a Terra. A Lua já rodou a uma velocidade maior, mas ao longo do período inicial da sua história a velocidade foi diminuindo e sincronizou-se nesta orientação em resultado de efeitos de frição associados a deformações da força de maré provocadas pela Terra.^[86] O lado da lua que se volta para a Terra é denominado "face visível" ou "lado visível", e oposto é denominado "face oculta ou "lado oculto". A face oculta é por vezes denominada "lado negro", embora na realidade seja tão iluminado como a face visível: uma vez por dia lunar.^[87]

A Lua possui um albedo excecionalmente baixo, o que lhe confere uma refetância um pouco mais brilhante do que asfalto gasto. Apesar disto, é o segundo corpo mais brilhante no céu a seguir ao Sol.^[40] Isto deve-se em parte ao brilho proporcionado pelo efeito da oposição. Durante as fases de quarto, a Lua aparenta um décimo do brilho da lua cheia, em vez de metade, como seria expectável.^[88]

Para além disso, a constância de cor da visão recalibra as relações entre as cores de um objeto e a sua envolvente; e uma vez que o céu à volta da Lua é bastante mais escuro, os olhos vêm a lua como um objeto brilhante. As orlas da lua cheia aparentam ser tão brilhantes como o centro, sem escurecimento de bordo, uma vez que o solo lunar reflete mais luz em direção ao sol do que em todas as outras direções. A Lua aparenta ser maior ao estar mais próxima da linha de horizonte; no entanto, isto trata-se apenas de um efeito psicológico conhecido por ilusão lunar, descrito pela primeira vez no séc VII a.C.^[89]

O ponto de maior altitude da Lua no céu varia. Embora tenha quase o mesmo limite do Sol, este valor difere em função da fase lunar e da estação do ano, sendo o mais alto durante a lua cheia de inverno. O ciclo de nós lunar, com a duração de 18,6 anos, também tem influência: quando o nodo ascendente da órbita lunar se encontra no equinócio de verão, a declinação lunar pode atingir os 28º em cada mês. A orientação do crescente lunar também depende da latitude do observador: em latitudes prózimas do equador, a forma do quarto assemelha-se a um sorriso.^[90]

Tem havido diversas controvérias ao longo da história sobre se as características da superfície lunar se alteram com o decorrer do tempo. Hoje, muitas destas alegações são consideradas ilusórias e resultantes da observação sob diferentes condições de luz, fenómenos de seeing ou esquemas incorretos. No entanto, ocasionalmente ocorrem fenómenos de desgaseificação, que podem ser responsáveis por uma pequena percentagem dos fenómenos lunares transitórios. Recentemente, foi sugerido que uma região com cerca de 3 km de diâmetro na superfície lunar foi modificada por uma libertação de gás há cerca de um milhão de anos.^[91]^[92] A aparência da Lua, tal como a do Sol, pode ser afetada pela atmosfera da Terra. Entre os efeitos mais comuns estão um halo de 22º que se forma quando a luz da Lua é refratada pelos cristais de cirrostratus a elevada altitude, e coroas quando a Lua é observada através de nuvens pouco espessas.^[93]

Efeitos nas marés

As marés são essencialmente provocadas pela variação de intensidade da força gravitacional da Lua de um lado da Terra para o outro, ou força de maré. Isto forma duas dilatações de maré na Terra, mais facilmente observáveis em mar alto na forma de marés oecânicas.^[94] Uma vez que a Terra roda cerca de 27 vezes mais rapidamente do que a Lua roda à sua volta, as dilatações são arrastadas pela superfície terrestre mais rapidamente do que o movimento da Lua, fazendo uma rotação em volta da Terra uma vez por dia, à medida que roda no seu eixo.^[94] As marés oecânicas são amplificadas por outros efeitos: a fricção no manto oceânico, a inércia do movimento da água, o estreitamento das bacias oceânicas perto de terra e oscilações entre diferentes bacias oceânicas.^[95] A atração gravitacional do Sol nos oceanos da Terra é cerca de metade da Lua, sendo a interação entre ambas a responsável pela mudança das marés.^[94]

O acoplamento gravitacional entre a Lua e o arqueamento mais próximo dela atua como um torque na rotação da Terra, drenando momento angular e energia cinética da rotação da Terra.^[94]^[96] Por sua vez, o momento angular é adicionado à órbita da Lua e a acelera, o que leva a Lua para uma órbita mais elevada com um período mais longo. Como resultado, a distância entre a Terra e a Lua está aumentando, enquanto a rotação da Terra está enfraquecendo.^[96] Medidas obtidas a partir de experiências lunares com refletores de laser durante as missões Apollo descobriram que a distância da Lua à Terra aumenta 38 milímetros todo ano^[97] (embora isto seja apenas 0,10 ppm/ano do raio da órbita da Lua). Relógios atômicos também mostram que o dia terrestre se prolonga por cerca de 15 microssegundos a cada ano,^[98] um aumento lento à qual o Tempo Universal Coordenado (UTC) é ajustado por segundos bissextos. Ao seguir o seu curso, este movimento de maré continuará até que a rotação da Terra e o período orbital da Lua correspondam. No entanto, o Sol vai se tornar uma gigante vermelha muito antes disso, engolindo e destruindo a Terra.^[99]^[100]

A superfície lunar também experimenta movimentos de marés de amplitude cerca de 10 centímetros por mais de 27 dias, com dois componentes: um fixo, devido à Terra, porque eles estão em rotação sincronizada, e um variável ao Sol.^[96] O componente induzido pela Terra surge a partir da libração, um resultado de excentricidade orbital da Lua; se a órbita da Lua fosse perfeitamente circular, só haveria marés solares.^[96] A libração também muda o ângulo a partir do qual a Lua é vista, permitindo que cerca de 59% de sua superfície seja vista a partir da Terra (mas apenas metade, em qualquer momento).^[40] os efeitos cumulativos do estresse construído por esses movimentos de maré produzem terremotos lunares, que são muito menos comuns e mais fracos do que os tremores na Terra, embora eles possam durar até uma hora — um tempo significativamente mais longo do que os terremotos terrestres — devido à ausência de água para amortecer as vibrações sísmicas. A existência de terremotos lunares foi uma descoberta inesperada feita por sismógrafos colocados na Lua pelos astronautas das missões Apollo de 1969 a 1972.^[101]

Eclipses

O eclipse solar de 1999

A Lua passando em frente ao Sol, a partir da espaçonave STEREO-Bt.^[102]

A partir da Terra, a Lua e o Sol parecem ter o mesmo tamanho. No entanto, a partir de um satélite na órbita da Terra, a Lua pode parecer menor que o Sol.

Os eclipses ocorrem quando o Sol, Terra e Lua se encontram alinhados. Os eclipses solares ocorrem durante a lua nova, quando a Lua se encontra entre o Sol e a Terra. Por outro lado, os eclipses lunares ocorrem durante a lua cheia, quando a Terra se encontra entre o Sol e a Lua. O tamanho aparente da Lua é aproximadamente o mesmo do Sol, quando ambos são observados a aproximadamente meio ângulo de largura. O Sol é muito maior do que a Lua, mas é precisamente o afastamento muito maior que por coincidência faz com que tenha o mesmo aparente tamanho da Lua, muito mais perto e mais pequena. As variações entre o tamanho aparente, devido às órbitas não circulares, são também muito coincidentes, embora ocorram em diferentes ciclos. Isto faz com que seja possível ocorrerem eclipses totais (em que a Lua aparenta ser maior do que o Sol) e eclipses solares anulares (em que a Lua aparenta ser menor do que o Sol).^[103] Durante um eclipse total, a Lua cobre por completo o disco solar e a coroa solar torna-se visível a olho nú. Uma vez que a distância entre a Lua e a Terra aumenta muito devagar ao longo do tempo,^[94] o diâmetro angular da Lua também está a diminuir. Isto significa que há centenas de milhões de anos a Lua cobriu por completo o Sol em eclipses solares, e que não era possível ocorrerem eclipses anulares. Da mesma forma, daqui a 600 milhões de anos, a Lua deixará de cobrir o Sol por completo, e só ocorrerão eclipses anulares.^[104]

Uma vez que a órbita da Lua em volta da Terra tem uma inclinação de cerca de 5º em relação à órbota da Terra em volta do Sol, os eclipses não ocorrem em todas as luas novas e cheias. Para ocorrer um eclipse, a Lua deve estar perto da intersecção dos dois planos orbitais.^[104] O intervalo de tempo e recorrência dos eclipses é descrito no ciclo de Saros, que tem uma duração de aproximadamente dezoito anos.^[105]

Uma vez que a Lua permanentemente bloqueia a nossa visão de uma área circular de meio grau no céu,^[106] o fenómeno relacionado de ocultação ocorre quando uma uma estrela ou planeta brilhante passam perto da Lua e são ocultados. Desta forma, um eclipse solar é uma ocultação do Sol. Como a Lua se encontra relativamente perto da Terra, a ocultação de estrelas individuais não é visível de todos os pontos do planeta, nem ao mesmo tempo. Devido à precessão da órbita lunar, em cada ano são ocultadas estrelas diferentes.^[107]

Estudo e exploração

Primeiros estudos

A compreensão dos ciclos lunares iniciou o desenvolvimento da astronomia. Por volta do séc. V a.C., os astrónomos babilónicos tinham já registado o ciclo de Saros dos eclipses lunares, que decorria ao longo de dezoito anos,^[108] enquanto que astrónomos indianos tinham já descrito o alongamento mensal da Lua.^[109] O astrónomo chinês Shi Shen (séc. IV a.C.) forneceu instruções sobre como prever eclipses solares e lunares.^[110] Posteriormente veio-se a compreender a forma física da lua e a razão do luar. O filósofo grego Anaxágoras (m. 428 a.C.) argumentou que tanto o Sol como a Lua eram rochedos esféricos gigantes, e que a Lua refletia a luz solar.^[111]^[112] Embora os chineses durante a Dinastia Han acreditassem que a Lua fosse energia semelhante ao qi, reconheciam também que a luz da Lua se tratava apenas de uma reflexão da do Sol. Jing Fang (78–37 a.C.) descreveu a forma esférica da Lua.^[113] No séc. II d.C., Luciano de Samósata escreveu uma novela na qual os protagonistas viajam até à Lua, que encontram desabitada. Em 499 d.C., o astrónomo indiano Aryabhata menciona na sua obra Aryabhatiya que a luz do Sol refletida é o que provoca o brilho da Lua.^[114] O astrónomo e físico Alhazen (965–1039) concluiu que a luz solar não era refletida pela Lua de forma semelhante a um espelho, mas que a luz era emitida por todas as partes da superfície iluminadas em todas as direções.^[115]

Na descrição do universo de Aristóteles (384-322 a.C.), a Lua marca a fronteira entre as esferas dos elementos mutáveis (terra, água, ar e fogo) e as estrelas perecíveis do éter, uma filosofia influente que dominaria o pensamento durante séculos.^[116] No entanto, no séc. II a.C., Seleuco de Seleucia propôs a teoria de que as marés se deviam à atração da Lua, e que a sua altura dependia da posição da Lua relativamente ao Sol.^[117] No mesmo século, Aristarco de Samos calculou a distância da Lua à Terra, obtendo um valor de cerca de vinte vezes o raio terrestre. Estes valores seriam mais tarde melhorados por Ptolomeu (90-168 d.C.), o qual concluiu que a distância média seria de 59 vezes o raio da terra e que a Lua teria um diâmetro 0,292 vezes o diâmetro terrestre. Estas valores estão muito próximos da medida correta de 60 e 0,273, respetivamente.^[118] Arquimedes (287–212 a.C.) inventou um planetário através do cálculo de deslocações da Lua e dos planetas conhecidos.^[119]

Durante a Idade Média, antes da invenção do telescópio, tinha-se vindo progressivamente a aceitar que a Lua era uma esfera, embora muitos acreditassem que era plana.^[120] Em 1609, Galileu é um dos primeiros a cartografar a Lua através de telescópio na sua obra Sidereus Nuncius, notando que não era plana mas que possuía montanhas e crateras. Seguem-se várias cartografias feitas através de telescópio; em finais do séc. XVII, a obra de Giovanni Battista Riccioli e Francesco Maria Grimaldi levou ao sistema de nomenclatura de características lunares ainda hoje em uso. O primeiro estudo trigonometricamente preciso das características lunares surge em 1834-36 na obra Mappa Selenographica de Wilhelm Beer e Johann Heinrich Mädler, na qual se incluiam as altitudes de mais de um milhar de montanhas.^[121] Pensava-se que as crateras lunares, observadas pela primeira vez por Galileu, seriam de origem vulcânica até a uma proposta de Richard Proctor em 1870, que sustentava que teriam sido formadas a partir de colisões.^[40] Este ponto de vista obteve apoio em 1892 com as experiência do geólogo Grove Karl Gilbert, e através de estudos comparativos entre as décadas de 1920 e 1940,^[122] que estiveram na origem da estratigrafia lunar, que por volta da década de 1950 era já um ramo da astrogeologia.^[40]

Exploração direta (1959–1976)

União Soviética

Ficheiro:Lunokhod 1 (high resolution).jpg

Lunokhod 1, o primeiro rover bem sucedido.

A corrida espacial entre a União Soviética e os Estados Unidos, impulsionada pela Guerra Fria, levou a uma precipitação no interesse pela exploração lunar. A partir do momento em que se construíram lançadores com a capacidade necessária, ambas as nações iniciaram o envio de diversas sondas não tripuladas, tanto para missões de sobrevoo como de impacto ou alunagem. As naves do programa soviético Luna foram as primeiras a cumprir uma série de objetivos: posteriormente a uma série de missões mal sucedidas em 1958,^[123] o primeiro objeto construído pelo Homem a escapar à gravidade terrestre e a se aproximar da Lua foi a sonda Luna 1; o primeiro objeto a se despenhar contra a superfície lunar foi a Luna 2; e as primeiras fotografias do até então desconhecido lado oculto foram obtidas pela Luna 3, todos os eventos ao longo de 1959.

O primeiro objeto a alunar com sucesso foi a Luna 9 e o primeiro veículo não tripulado a orbitar a Lua foi a Luna 10, ambos em 1966.^[40] Três missões de retorno de amostras trouxeram de regresso à Terra amostras de rocha lunar (Luna 16 em 1970, Luna 20 em 1972 e Luna 24 em 1976), num total de 0,3 kg. O programa Lunokhod foi o responsável pela alunagem de dois rovers pioneiros, em 1970 e 1973.^[124]

Estados Unidos

A Terra observada a partir da órbita lunar durante a missão Apollo 8, na véspera de Natal em 1968.

Os Estados Unidos lançaram várias sondas não tripuladas de modo a obter dados tendo em vista uma eventual alunagem tripulada. O Programa Surveyor, coordenado pelo Jet Propulsion Laboratory, fez alunar a sua primeira sonda quatro meses após a Luna 9. Em paralelo, a NASA criou o programa tripulado Apollo, depois de uma série de testes tripulados e não tripulados em órbita terrestre. A posterior alunagem dos primeiros seres humanos na Lua em 1969 é vista por muitos como o culminar da corrida espacial.^[125] Neil Armstrong tornou-se a primeira pessoa a caminhar na lua, enquanto comendante da missão Apollo 11, às 02:56 UTC do dia 21 de julho de 1969.^[126] As missões Apollo 11 a 17 (exceto a Apllo 13 que teve que abortar a alunagem), trouxeram 382 kg de rocha e solo lunar, em 2196 amostras individuais.^[127] A alunagem e respetivo regresso foi possibilitado por consideráveis progressos tecnológicos desde o início da década de 1960, em campos como a química de ablação, engenharia de software e tecnologia de reentrada atmosférica.^[128]^[129]

Ao longo das missões Apollo, foram instalados na superfície lunar vários conjuntos de instrumentos científicos, como sismógrafos, magnetómetros e sondas de calor. A transmissão direta dos dados para a Terra foi interrompida em 1977,^[130] embora como alguns instrumentos sejam passivos e ainda hoje são usados.^[131]

Era atual: 1990-presente

Após os programas Apollo e Luna, muitos outros países têm se envolvido na exploração direta da Lua. Em 1990, o Japão tornou-se o terceiro país a colocar uma nave espacial na órbita lunar com sua nave Hiten. A nave espacial lançou uma sonda menor, a Hagoromo, na órbita lunar, mas o transmissor falhou, impedindo o uso mais científico da missão.^[132] Em 1994, os Estados Unidos enviaram a nave Clementine, um projeto feito pela NASA e pelo Departamento de Defesa, à órbita lunar. Esta missão registrou o primeiro mapa topográfico quase total da Lua e as primeiras imagens multiespectrais globais da superfície lunar.^[133] Isto foi seguido em 1998 pela missão Lunar Prospector, cujos instrumentos indicaram a presença de excesso de hidrogênio nos pólos lunares, o que é provável que tenha sido causado pela presença de gelo de água nos poucos metros superiores do regolito dentro de crateras permanentemente escuras.^[134]

A sonda europeia SMART-1, a segunda nave espacial movida a propulsão de íons, estava em órbita lunar em 15 de novembro de 2004 até o seu impacto lunar em 3 de setembro de 2006; a nave fez o primeiro levantamento detalhado de elementos químicos na superfície lunar.^[135] A China tem divulgado planos ambiciosos para explorar a Lua e o país orbitou com sucesso a sua primeira sonda, a Chang'e 1, em 5 de novembro de 2007, até o seu impacto controlado contra a Lua em 1 de março de 2008.^[136] Em sua missão de dezesseis meses, a sonda obteve uma imagem completa da superfície lunar. Entre 4 de outubro de 2007 e 10 de junho de 2009, a SELENE da Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial (JAXA), uma sonda lunar equipada com uma câmera de vídeo de alta definição, além dois pequenos satélites de rádio-transmissor, obtiveram dados da geofísica lunar e registraram as primeiras imagens em alta definição feitas além da órbita da Terra.^[137]^[138] A primeira missão lunar da Índia, a Chandrayaan I, orbitou o satélite em 8 de novembro de 2008 até a perda de contato em 27 de agosto de 2009; a sonda criou imagens de alta resolução da composição química, mineralógica e geológica da superfície lunar e confirmou a presença de moléculas de água no solo do satélite.^[139] A Organização Indiana de Pesquisa Espacial planeja lançar a Chandrayaan II em 2013, que está prevista para incluir um robô lunar russo.^[140]^[141]

Os Estados Unidos co-lançaram a Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) e o Satélite de Detecção e Observação de Crateras Lunares (LCROSS) em 18 de junho de 2009; o 'LCROSS completou a sua missão, fazendo um impacto planejado e amplamente observado na cratera Cabeus em 9 de outubro de 2009,^[142] enquanto a LRO está atualmente em operação para obter de imagens precisas e em alta definição da altimetria lunar. Em novembro de 2011, a LRO passou por cima da cratera Aristarco, que se estende por 40 quilômetros e tem uma profunidade de mais de 3,5 quilômetros. A cratera é um dos mais visíveis a partir da Terra. "O planalto Aristarco é um dos mais geologicamente diversos lugares na Lua: um misterioso planalto elevado e plano, um canal gigante esculpido por enormes derramamentos de lava, campos de cinzas vulcânicas explosivas, e tudo rodeado por enormes basaltos de inundação" disse Mark Robinson, o principal pesquisador da câmera do Lunar Reconnaissance Orbiter na Universidade Estadual do Arizona. A NASA divulgou fotos da cratera no dia 25 de dezembro de 2011.^[143] O Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) começou a orbitar a Lua em 1 de janeiro de 2012.^[144]

Outros próximas missões lunares incluem a russa Luna-Glob: uma sonda não tripulada, um conjunto de sismógrafos, e uma sonda com base na sua missão marciana Fobos-Grunt, lançado em 2012.^[145]^[146] A exploração lunar financiada pela iniciativa privada tem sido promovido pelo Google Lunar X Prize, anunciado em 13 de setembro de 2007 e que oferece 20 milhões de dólares para quem conseguir desenvolver um robô lunar e cumprir outros critérios especificados.^[147] A Shackleton Energy Company está construindo um programa para estabelecer operações no pólo sul da Lua para colher água e fornecer seus depósitos propulsores.^[148]

A NASA começou a planejar a retomar as missões tripuladas seguindo ao apelo do ex-presidente estadunidense George W. Bush em 14 de janeiro de 2004, quando ele anunciou uma missão tripulada à Lua até 2019 e a construção de uma base lunar em 2024.^[149] O Programa Constellation chegou a ser anunciado e iniciou a construção e os testes de uma nave espacial tripulada e de um novo veículo de lançamento,^[150] além de estudos sobre o design de uma base lunar.^[151] No entanto, o programa foi cancelado para priorizar um pouso tripulado em um asteroide até 2025 e uma missão tripulada até a órbita de Marte até 2035. A Índia também manifestou a sua esperança de enviar uma missão tripulada à Lua até 2020.^[152]

Ver também

Predefinição:Portal-Sistema Solar Predefinição:Portal-Lua

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Ligações externas

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