home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Gold Medal Software 3 / Gold Medal Software - Volume 3 (Gold Medal) (1994).iso / misc / moon203a.arj / MOTI.LUN < prev    next >
Text File  |  1993-07-03  |  27KB  |  1 lines

  1.                           MOON-EARTH DISTANCE                           The average  Moon-Earth  distance is  384,000 km;  during a lunation thedistance  changes by about  45,000 km.  This phenomenon  is due  to manyreasons,  but two are the main ones: the shape of the lunar orbit aroundthe Earth, an ellipse, and the gravitational attraction of the Sun.     According to Kepler's first law,  a lighter body rotates  in an ellipticorbit around a much more massive one which occupies one  of the two fociof the ellipse.                                                         The point of the orbit where the  Moon is closest to the Earth is calledPERIGEE and the one where it is farthest is called APOGEE.              Since the mass of the  Moon is not negligible compared to the one of theEarth,  the focus of the orbit  is not at the center of the  Earth,  but4,672 km  far from it,  still inside our planet  and coinciding with thecenter of mass of the Moon-Earth system.                                The  apogee and  the perigee  of the  Moon are  not always  at the  samedistance from the Earth:  the Sun  exerts a gravitational  attraction onour satellite that lightly perturbs the orbit. The values of the largestand of  the smallest distance from the  Earth are most affected when theapogee and the perigee lay on the same line as the  Earth-Sun  alignment(and such perturbation  is maximum when the  Earth is at the aphelion orat the perihelion).                                                     For example,  let us see when the  Moon-Earth  distance is the smallest:this happens when the axes of the Earth and Moon orbits are aligned, theEarth is at the perihelion (i.e. at the smallest distance from the Sun),the Moon is full, i.e. on the opposite side of the Earth with respect tothe Sun  and at the  perigee.  In this  case the  forces  exerted on theMoon by the Earth and the Sun are maximum and act in the same direction,therefore the Moon-Earth separation reaches its minimum.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              REVOLUTION                                The Moon travels eastward on the celestial sphere, by about 13°11' everyday.  A whole  turn  with  respect  to  the  stars  is  called  siderealrevolution or  sidereal month and is completed in  27d 7h 43m 11.5s.  Inthe same time the Moon completes a whole rotation about its axis.       If we consider  the motion  relative to  the Earth,  i.e. if we want theMoon  to be back in the  same position relative to  a reference point onthe Earth,  the rotation period is greater (synodic revolution,  synodicmonth  or  lunation)  because the  additional time  spent to  follow therotation of  the Earth  has to be taken  into consideration (29d 12h 44m2,8s).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       LUNAR PHASES                               The phases are a consequence of the relative position of the Earth,  Sunand Moon. When the Moon lies on the Earth-Sun line,  on the Sun side, itis invisible  from the Earth,  because it shows it its dark side.       We have the phase of "NEW MOON".  About seven days later, the Moon-Earthline is at an angle of  90 degrees with respect to the  Earth-Sun  line;i.e. it is in quadrature. In this case we see the "FIRST QUARTER".      After one more week,  the Moon will be aligned  again with the Earth andthe Sun,  but il will show the Earth its bright side, illuminated by theSun: the Moon is FULL.  Finally,  about 22 days after the new Moon,  theMoon will be in quadrature with the Sun again.  We shall be  able to seeonly half of its  side illuminated by the Sun  and this configuration iscalled "LAST QUARTER".                                                  In the following days the  bright portion will get smaller until,  aftera  total of  about  29.5  days,  the Moon  will be  invisible again,  inconjunction with the Sun: a new lunation begins.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       ECLIPSES                                 Eclipses happen when the  Earth,  the  Moon and the  Sun lie on the sameline;  it is an  occasional phenomenon  because the plane containing theorbit of the  Moon and the one containing the orbit of the  Earth do notcoincide, being at an angle of about 5° 8' 48".                         When this alignment takes  place at the beginning  of the lunation,  theMoon does not let solar rays  reach the surface  of our planet.  In thiscase we  have a solar eclipse.  The distance  between the  Moon  and theEarth  makes our satellite and the Sun appear almost of the same angulardimension (about half degree).                                          Since both the orbit of the  Moon  around the  Earth  and the one of theEarth  around the Sun are elliptic,  the ratio of the angular dimensionsof the Sun and of the Moon as seen from the Earth is not constant.      Therefore,  if both the  Moon is at the apogee and the  Earth  is at theperihelion,  the  Moon  will  not cover completely  the  Sun  ("ANNULAR"eclipse).  If the Moon  is closer to the Earth  and the Sun further fromit, we have a "TOTAL" eclipse.                                          In this situation  it is possible  to observe,  when the  Moon  eclipsescompletely the  Sun,  "Bailey's beads".  This phenomenon  is due  to thecraters and to the mountains on the edge of the lunar disk. The light ofthe sun will quickly twinkle through  the depressions of the craters andthe valleys, causing the appearance of some little bright points lastinga few seconds.                                                          During  the  total  solar  eclipse  we  can  observe the  external solaratmosphere, the CORONA, too dark to  be observed in conditions of normaldaylight,  and the PROTUBERANCES,  strips of matter  protruding from thesolar surface for thousands of kilometers as a consequence of explosionsin the photosphere.                                                     If the  alignment among  the three celestial bodies is not perfect,  theMoon  does not cover  completely the  Sun,  but hides from our view onlypart of it. In this case the eclipse is called "PARTIAL".               If the Moon, the Earth and the Sun are on the same line, but the Moon isnot between the Earth and the Sun (this can happen only with full Moon),we have a lunar eclipse.  During such eclipse the  Moon is in the shadowof the Earth and, therefore, becomes almost invisible.                  It  is  not  completely  invisible  because  the terrestrial  atmospherelightly refracts the solar rays,  especially the red wavelengths,  whichcan thus reach the Moon.  During a lunar eclipse the Moon gets brick redand its overall brightness is reduced by a factor varying between 10,000and 1,000,000.                                                          This loss of brightness is variable because the Moon-Earth-Sun alignmentis not always perfect and because of the air pollution that determines adifferent transparency of the atmospere.                                A  total  eclipse  of  the  Moon  is  called  "UMBRA ECLIPSE";  when thealignment  is not perfect and the  Moon  does not enter in  the umbra wehave a  "PENUMBRA ECLIPSE".  The decrease  in brightness is much smaller(by a factor between 2 and 10).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               LIBRATION                                 Even though  we always  see the  same  hemisphere  of the  Moon,  we canactually observe 59% of the total lunar surface because of libration.   There is a  longitude libration,  due to the varying orbital velocity ofthe Moon: it allows us to see about 8° of the hidden side.  The latitudelibration,  instead,  is due to  the inclination of  the lunar axis withrespect to the orbital plane.  The parallactic (or diurnal) libration isdue to the rotation of the Earth: the change of perspective from a pointon the Earth  corresponds to a  shift of approximately one degree of thevisible portion of  the Moon.  Finally,  there is a physical  libration,which is due to real irregularities in the lunar rotation.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   LUNAR GEOLOGY                              There are various  geological formations on  the Moon,  ranging from themost  famous  like craters,  seas,  lands  to the less  known domes  andcanals.                                                                 CRATERS are the most  common geological formation on  the lunar surface.We can  see  craters  ranging  from the  large ones  (beyond  100 km  ofdiameter)  produced   by  the  impact  of   small  asteroids,   down  tomicrocraters with a diameter of less than one millimeter.               With a normal instrument, we can observe craters of a few hundred metersin diameter from the Earth.  Their meteoric origin is evident from theirbowl-like,  circular shape and  from the peaks which sometimes appear ontheir floor.                                                            Their distribution is almost random,  even though,  at first glance,  wecan see a higher density of craters in the southern hemisphere.  This isnot  due to a  greater number  of impacts,  but to  the lack of  "seas",which, in the process of their formation, destroyed all the craters nearthem.  When a celestial body  of small size collides  with a much largerone,  the impact  does not  usually  destroy  both bodies  but only  thesmaller one.  In the impact point a depression of the ground with raisededges appears:  a crater.  Sometimes the impact generates a large amountof heat that melts the underlying rock. A plume of molten rock arises inthe  interior  of  the  crater  and  quickly  solidifies,  creating  theso-called central peak.                                                 Sometimes,  as a  consequence  of the  impact,  part  of a  meteorite isfragmented into many pieces which are thrown away.                      The largest fragments can generate secondary craters of irregular shape,not  very deep,  without central  peak and  placed radially  around  theparent crater.  Smaller residuals,  small pebbles and dust create radialformations  extending  sometimes to distances of  hundreds of kilometersfrom the crater.                                                        The craters with well  marked boundaries and  with radial structures arethe youngest on the lunar surface. Even though on our satellite there isno water,  eolian or  human erosion,  the geological  formations are notimmutable.  The  continuos  impact  of  small  meteorites,  the  thermalfluctuations, the solar wind cause, over long time scales, a progressivedisintegration of  the crater boundaries,  and the  disappearance of theradial formations.  Therefore the  oldest craters  existing on the lunarsurface are hardly noticeable.                                          SEAS, instead, are probably the result of the impact of large asteroids.Such  impacts  generated  craters beyond  200 km  in diameter  that weresubsequently  flooded by  the lava  coming out  from the  broken mantle.The lava covered  also the  nearby craters,  this is the  reason why thedensity of craters in the seas is less than the average one.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   ROTATION                                 The rotation  period of the Moon  around its axis equals  its revolutionperiod around the Earth, i.e. about 29.5 days.                          The synchronicity between the two motions makes the Moon show always thesame side to the Earth, a fact known also by the ancient astronomers.   Only  with the  space exploration  we have been able to see the  "hiddenside"  of the  Moon,  thanks to the  Soviet  and  American  probes whichphotographed it.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       THE TIDES                                The lunar mass is 7.38x10^22 kilograms,  about 80 times smaller than theone of the Earth (5.98x10^24).                                          This great gravitational mass,  less than 400,000 km far from us, exertsa significant  influence on  the Earth,  causing several phenomena.  Thetides are the most well-known of these.                                 The tides,  i.e. the variations of  sea-level that,  in certain parts ofthe  coast,  can  exceed  ten  meters,  are  due  to  the  gravitationalattraction of the Moon.  Such attraction deforms the  shell of sea watercovering our planet, stretching it towards the Moon.                    About every six hours  high tides and  low tides alternate,  even thoughthe transit of the Moon in the sky takes place about every 25 hours. Whythen are there two tides every day?                                     To explain this  phenomenon we must remember  that the center of mass ofthe  Moon-Earth  system is not in  the center  of the  Earth  but  it isshifted by about  4500 km.  Therefore the angular velocity of a point onthe surface of the  Earth which is  on the opposite side with respect tothe Moon  is higher than the one of the corresponding point on the otherside.  This implies a  higher value of the  centrifugal force and,  as aconsequence,  a  higher water  level.  To summarize,  the effect  of thecombined  gravitational  attraction  of the  Moon  (and Sun)  and of themotion of the  Earth-Moon  system make the water shell around the  Earthbulge along the Moon-Earth direction on both sides: this causes two hightides and two low tides for each complete rotation of the Earth.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           THE PATH OF THE MOON IN THE SKY                      The Moon, during a  lunation,  never rises  from the same  place for twoconsecutive nights.  This phenomenon can easily be noticed by everybody.Why  does  it  happen ?  The  answer  is quite  straightforward.  Let usconsider,  for instance,  the first lunation of  the spring equinox.  Atthis time  the Sun  rises almost  exactly in  the east  and sets  almostexactly in the west and so  does the new Moon,  in conjunction  with theSun.  A week later the Moon rises about six hours later than the Sun. Itis substantially  in the same point of the  ecliptic as the one occupiedby the Sun during the summer solstice, three months later: like the Sun,which  at  summer  solstice  rises  in  the  northeast and  sets  in thenorthwest,  the Moon,  after a week,  will be  rising and  setting  muchfurther north.                                                          When the Moon is full,  it is, with respect to the ecliptic, in the sameposition as the one of the Sun for the fall equinox, and, thus, it risesalmost exactly in the east and sets in the west.                        After one more week,  the Moon  is in the  position corresponding to thewinter solstice  and therefore it  rises in the southeast and it sets tothe southwest.                                                          In summary,  in one month  we can see the  same motion  relative to  theEarth  as the one performed by the Sun  throughout the whole year.  Thisphenomenon is enhanced by the inclination of the lunar orbit (beyond 5°)with respect to the orbit of the Earth.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          HOW MUCH IS THE MOON LATE EVERY DAY ?                  The Moon completes  a revolution around  the Earth,  with respect to thefixed stars,  in little more than 27 days,  as we have already seen, andthis time is called  "sidereal month".  If we want the  Moon  to be backexactly in the same phase,  the  time is slightly longer, because of themotion of the Earth around the Sun. This time is called "sinodic month",and is a little more than 29 days long.                                 The Moon travels across the sky by about 13° a day.                     During the first lunation in spring we see that the full Moon rises veryquickly,  almost vertically with respect to the horizon.  This is due tothe fact  that the  ecliptic,  at this  time of  the night,  is  at  itsgreatest height, and thus the path of the Moon is very steep.           During fall, instead, the full Moon rises almost grazing the horizon andtakes a longer time to culminate,  reaching a small final elevation overthe horizon.                                                            In the first case the 13° daily delay corresponds to a time delay in thefirst sight of the Moon by almost one hour, while in the second case thedelay can be as short as 10 minutes.                                    Going towards  higher latitudes  these phenomenona  are enhanced in bothhemispheres.